Ciencias Ii Vol. Ii 4s6d4r

Énfasis en

Física

Libro para el maestro

CIENCIAS II Física

CIENCIAS II



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2do Grado Volumen II

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ciencias II Énfasis en

Física


Ciencias II. Énfasis en Física. Libro para el maestro. 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 PÚBLICA Josefina Vázquez Mota SUBSECRETARÍA DE EDUCACIÓN BÁSICA José Fernando González Sánchez Dirección General de Materiales Educativos María Edith Bernáldez Reyes Dirección de Desarrollo e Innovación de Materiales Educativos Subdirección de Desarrollo e Innovación de Materiales Educativos para la Educación Secundaria Dirección Editorial

INSTITUTO LATINOAMERICANO DE LA COMUNICACIÓN EDUCATIVA Dirección General Manuel Quintero Quintero Coordinación de Informática Educativa Felipe Bracho Carpizo Dirección Académica General Enna Carvajal Cantillo Coordinación Académica Víctor Gálvez Díaz

Asesoría académica María Teresa Rojano Ceballos (DME-Cinvestav) Judith Kalman Landman (DIE-Cinvestav) (Convenio ILCE-Cinvestav, 2005) Autores Mirena De Olaizola León, Alejandra González Dávila, Hilda Victoria Infante Cosío, Oliverio Jitrik Mercado, Helena Lluis Arroyo, Abraham Pita Larrañaga, Juan José Sánchez Castro Colaboración Leonor Díaz Mora, Margarita Petrich Moreno Coordinación editorial Sandra Hussein Domínguez Edición Paloma Zubieta López Primera edición, 2007 (ciclo escolar 2007-2008) D.R. © Secretaría de Educación Pública, 2007 Argentina 28, Centro, 06020, México, D.F. ISBN 978-970-790-970-0 (obra completa) ISBN 978-968-01-1458-0 (volumen II) Impreso en México D istribución gratuita -P rohibida su venta

Servicios editoriales Dirección de arte y diseño: Rocío Mireles Gavito Iconografía: Cynthia Valdespino, Fernando Villafán Diagramación: Fernando Villafán, Víctor M. Vilchis Enríquez, José Antonio Montero 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

Índice 4

C I N C O S U G E R E N C I A S PA R A E N S E Ñ A R E N L A T E L E S E C U N D A R I A

6

1

8

2

16

Crear un ambiente de confianza Incorporar estrategias de enseñanza de manera permanente 3 Fomentar la interacción en el aula 4 Utilizar recursos múltiples 5 Desplegar ideas en el aula para consultas rápidas Pistas didácticas

20

Mapa-índice

25

Clave de logos

26

Bloque 3 Las interacciones de la materia.

10 12 14

Un modelo para describir lo que no percibimos

28

secuencia 14

¿Qué percibimos de las cosas?

40

secuencia 15

¿Para qué sirven los modelos?

54

secuencia 16

¿De qué está hecha la materia?

66

secuencia 17

¿Cómo se organiza la materia?

80

secuencia 18

¿Hace calor?

94

secuencia 19

¿Puede inflarse un globo sin soplarle?

106

secuencia 20

¿Por qué cambia de estado el agua?

118

proyecto

130

Evaluación Bloque 3

140

Bloque 4 Manifestaciones de la estructura interna de la materia

142

secuencia 21

¿De qué están hechas las moléculas?

154

secuencia 22

¿Qué hay en el átomo?

164

secuencia 23

¿Por qué enciende un foco?

174

secuencia 24

¿Cómo se genera el magnetismo?

186

secuencia 25

¿Existe la luz invisible?

200

proyecto

208

Evaluación Bloque 4

218

Bloque 5 Conocimiento, sociedad y tecnología

220

proyecto

5 Origen y evolución del Universo: una línea del tiempo

230

proyecto

6 Un díptico sobre las aplicaciones de la Física en el área

3 Un modelo de barco de vapor

4 Maqueta de una planta generadora de electricidad

de la salud 238

Bibliografía

Libro para el mae s t r o

1

2

3

4

5

Cinco sugerencias para enseñar en la Telesecundaria

L i b r o p a ra e l m a e s t r o


1 Crear un ambiente de confianza Aprender significa tomar riesgos: Lo nuevo siempre causa cierta inseguridad e intentar algo por primera vez implica estar dispuesto a equivocarse. Por eso es importante crear un ambiente de confianza en el cual los alumnos puedan decir lo que piensan, hacer preguntas o intentar procedimientos nuevos sin temor. Algunas ideas para lograr esto son:

• Antes de calificar una respuesta, reflexione sobre su origen, en muchas ocasiones las preguntas tienen más de una solución. Por ello, es importante valorar planteamientos diferentes y no obligar a todos a llegar a una solución única. Ayude a los alumnos a aprender a escuchar a sus compañeros y a encontrar diferencias y semejanzas en las propuestas, analizando sus partes y detectando hasta qué punto se acerca a una respuesta satisfactoria. En Matemáticas, por ejemplo, muchas veces los alumnos obtienen soluciones diferentes, que corresponden a interpretaciones distintas del problema. Es una tarea colectiva comprender las distintas interpretaciones que pueden aparecer en la clase sobre un mismo problema. • Los alumnos pueden aprender unos de otros: en el trabajo de equipo es conveniente que los alumnos tengan diferentes niveles de conocimientos y experiencias. Algunos serán lectores fluidos, otros sabrán argumentar con detalle sus ideas, otros dibujarán con mucha facilidad, otros harán cálculos y estimaciones con soltura. Formar equipos heterogéneos propicia que unos puedan compartir lo que saben con otros. Esto es particularmente útil para la realización de los proyectos de Ciencias, debido a que éstos integran contenidos conceptuales, habilidades y actitudes desarrolladas a lo largo de un bloque o al final del año escolar.


• Los docentes pueden modelar las actividades para los alumnos usando su propio trabajo para ejemplificar alguna actividad o situación que desea introducir al grupo. Si los alumnos tienen que escribir, leer en silencio, o trabajar de manera individual en alguna tarea, el maestro puede hacer lo mismo. Esto lo ayudará a darse cuenta de cuánto tiempo toma, qué retos especiales presenta o qué aspectos hay que tomar en cuenta para realizarla. Al compartir su propio trabajo, también puede escuchar comentarios, responder preguntas, ampliar información y tomar sugerencias.

Cómo hacer una lluvia de ideas

Cómo coordinar la discusión de un dilema moral

• Mientras los alumnos trabajan en grupos, el maestro debe estar atento a qué ocurre en los equipos: aprovechar la oportunidad para hacer intervenciones más directas y cercanas con los alumnos, sin abordarlos de manera individual. Mientras ellos desarrollan una tarea, puede pasar a los equipos y escuchar brevemente, registrando frases o palabras de los alumnos para retomarlas en las discusiones generales; también puede participar en algunos grupos para conocer la dinámica del trabajo en equipo. Además, en algunos momentos, puede orientar el diálogo de los alumnos, si considera pertinente destacar algún contenido conceptual. • Considere tiempo para mejorar los productos y/o las actividades: en ocasiones los alumnos concluyen una actividad y después de discutirla con otros se dan cuenta de que les gustaría modificarla. Puede resultar de gran provecho dar oportunidad a los alumnos para revisar algún aspecto de su trabajo. Cuando lo considere pertinente, deles tiempo para reelaborar y sentirse más satisfechos con su trabajo.



Incorporar estrategias de 2 enseñanza de manera permanente Es importante usar diferentes prácticas académicas de manera constante y reiterada. Se trata de guiar la lectura de distintos tipos de textos, gráficas, esquemas, mapas, fórmulas e imágenes; demostrar diversas formas de expresar y argumentar las ideas, utilizar términos técnicos; plantear preguntas, elaborar textos, registrar datos y realizar operaciones matemáticas. Las siguientes estrategias pueden servir como lineamientos generales para la enseñanza en el aula: • Invite a los alumnos a leer atentamente y dar sentido a lo que leen: las diferentes fórmulas, gráficas, mapas, tablas e imágenes que se les presentan en los libros para el alumno, libros de las Bibliotecas Escolares y de Aula, recursos digitales, videos, etcétera. Reflexione con ellos sobre por qué se incluyen estos recursos en la actividad, qué tipo de información aportan y en qué aspectos deben poner atención para comprenderlos mejor. • Las actividades relacionadas con los mapas, imágenes, gráficas, problemas y textos incluidos en las secuencias, tienen la finalidad de favorecer la construcción colectiva de significados: en lugar de utilizarlas para verificar la comprensión de lectura o la interpretación de la información representada, se busca construir con el grupo, con la participación de todos, qué dice el texto o las otras representaciones, qué conocemos acerca de lo que dice, qué podemos aprender de ellos y qué nos dicen para comprender mejor nuestro mundo. • Utilice diferentes modalidades de lectura: la lectura en voz alta constituye una situación privilegiada para escuchar un texto y comentarlo sobre la marcha, haciendo pausas para plantear preguntas o explicar su significado; la lectura en pequeños grupos crea oportunidades para que todos lean; la lectura en silencio favorece la reflexión personal y la relectura de fragmentos. Según la ocasión y el propósito, también puede preparar lecturas dramatizadas con todo el grupo o en equipos. • Ayude a los alumnos a construir el sentido de sus respuestas: en lugar de ver estas actividades como pautas para verificar la comprensión de los estudiantes, utilícelas para construir, junto con ellos, los significados de los textos incluidos en las secuencias. • Cuando los alumnos deben escribir respuestas o componer pequeños textos, puede modelarse cómo iniciar el escrito en el pizarrón: pida a dos o tres estudiantes que den ejemplos de frases iniciales para ayudar a todos a empezar a escribir.


Cómo concluir un diálogo o actividad • Invite a los alumnos a leer en voz alta los diferentes textos que van escribiendo: proporcione pautas para revisar colectivamente los escritos, dando oportunidad a los alumnos para reconsiderar sus textos y escuchar otras maneras de redactar lo que quieren expresar. Esto los ayudará a escuchar cómo se oye (y cómo se entienden) sus escritos. Propicie la valoración y aceptación de las opiniones de los otros con el fin de mejorar la composición de textos. Modele y propicie el uso de oraciones completas, en lugar de respuestas breves y recortadas. • Plantee preguntas relacionadas con los temas que tienden a extender el conocimiento disciplinario y sociocultural de los estudiantes: algunas preguntas pueden promover el pensamiento crítico en los estudiantes (Lo que podría hacer hoy… y Ahora opino que…; El texto dice, Tú qué dices) porque no sólo se dirigen a los contenidos conceptuales, también se involucra el desarrollo de actitudes, porque se promueve la reflexión de aspectos éticos, de salud, ambiente e interculturales, entre otros. • Busque ejemplos de uso del lenguaje de acuerdo a la temática o contenido académico: para ejemplificar algún tipo de expresión, identifique fragmentos en los libros de las Bibliotecas Escolares y de Aula y léalos en clase. Incorpore la consulta puntual de materiales múltiples y la lectura de muchas fuentes como parte de la rutina en clase.

Cómo introducir otros recursos

Para hacer uso del diccionario

Cómo leer un mapa

Cómo apoyar la elaboración de resúmenes

• Busque ejemplos del contexto cotidiano y de la experiencia de los alumnos, de acuerdo a la temática o contenido académico. • Utilice la escritura como una herramienta de aprendizaje; no todo lo que se escribe en el aula tiene que ser un texto acabado: muchas veces, cuando intentamos poner una idea por escrito, nos damos cuenta de nuestras preguntas y dudas. También se puede usar la escritura para ensayar relaciones y procesos, hacer predicciones, formular hipótesis o registrar interrogantes que pueden retomarse en una ocasión posterior. En matemáticas, por ejemplo, el carácter de formal o acabado del procedimiento de solución de un problema depende del problema que trata de resolverse. Por ejemplo, para un problema de tipo multiplicativo, la suma es un procedimiento informal, pero esta misma operación es un procedimiento experto para un problema de tipo aditivo. El conocimiento matemático está en construcción permanente. L i b r o p a ra e l m a e s t r o


3 Fomentar la interacción en el aula El diálogo e interacción entre los pares es una parte central en el proceso de aprendizaje: la participación con otros nos ayuda a desplegar nuestros conocimientos, demostrar lo que sabemos hacer, anticipar procesos, reconocer nuestras dudas, oír las ideas de los demás y compararlas con las propias. Por ello, es deseable: • Fomentar la interacción en el aula con múltiples oportunidades para opinar, explicar, argumentar, fundamentar, referirse a los textos, hacer preguntas y contestar: las preguntas que se responden con “sí” o “no”, o las que buscan respuestas muy delimitadas tienden a restringir las oportunidades de los alumnos para elaborar sus ideas. Las preguntas abiertas, en cambio, pueden provocar una variedad de respuestas que permiten el análisis, la comparación y la profundización en las problemáticas a tratar; también permiten explorar razonamientos diferentes y plantear nuevas interrogantes. Además, dan pie a un uso más extenso de la expresión oral. • Crear espacios para que los alumnos expresen lo que saben sobre el tema nuevo o lo que están aprendiendo: en diferentes momentos de las secuencias (al inicio, desarrollo, al final) pueden abrirse diálogos, con el fin de que contrasten sus conocimientos con los de otros alumnos, y con ello enriquecer y promover la construcción compartida de conocimientos.

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• Incorporar en las actividades cotidianas los diálogos en pequeños grupos: algunos estudiantes que no participan en un grupo grande, es más probable que lo hagan en un grupo más pequeño o en parejas. • Utilizar ciertos formatos de interacción de manera reiterada, con materiales de apoyo escritos y/o gráficos para organizar actividades: algunos ejemplos de estos formatos son la presentación oral de reseñas de libros, la revisión de textos escritos por los alumnos, realización de debates, el trabajo en equipo en el que cada alumno tiene una tarea asignada (coordinador, relator, buscador de información, analista, etcétera). • Realizar cierres de las actividades: obtener conclusiones que pueden ser listas de preguntas, dudas o diversas opiniones; los acuerdos del grupo; un registro de diferentes formas de expresión o propuestas de cómo “decir” algo; un resumen de lo aprendido, un diagrama, una tabla, un procedimiento eficaz para resolver un problema, entre otros.

Cómo llevar a cabo un debate

Cómo conducir una revisión grupal de textos

Cómo conducir un diálogo grupal

Cómo coordinar la discusión de un dilema moral


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4 Utilizar recursos múltiples Una parte fundamental de la educación secundaria es aprender a utilizar recursos impresos y tecnológicos para conocer diversas expresiones culturales, buscar información y resolver problemas. Por ello es indispensable explorar y conocer diferentes materiales como parte de la preparación de las clases y • Llevar al aula materiales complementarios: para compartir con los alumnos y animarlos a buscar y compartir con el grupo diferentes recursos. • Promover el uso constante de otros recursos tecnológicos y bibliográficos disponibles en la escuela: si tienen a

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Cómo anotar referencias de las fuentes utilizadas computadoras, puede fomentarse su uso para la realización de los trabajos escolares y, de contar con conectividad, para buscar información en Internet. Asimismo las colecciones de Bibliotecas Escolares y de Aula, la biblioteca de la escuela y la biblioteca pública son fuentes de información potenciales importantes. Por otro lado, el uso de recursos tecnológicos, como los videos, los simuladores de computadora y otras actividades ejecutables en pantalla facilitan la comprensión de fenómenos o procesos matemáticos, biológicos, físicos y químicos que muchas veces son difíciles de replicar en el laboratorio o a través de alguna actividad experimental.

Cómo introducir otros recursos


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5 Desplegar ideas en el aula para consultas rápidas Las paredes del aula constituyen un espacio importante para exponer diferentes recursos de consulta rápida y constante. Por ejemplo, se puede: • Crear un banco de palabras en orden alfabético de los términos importantes que se están aprendiendo en las distintas materias. Sirven de recordatorio para los estudiantes cuando tienen que resolver sus guías, escribir pequeños textos, participar en los diálogos, etcétera. • Dejar apuntadas diferentes ideas aportadas por todos para resolver algún tipo de problema. Por ejemplo, puede hacerse un cartel para orientar qué hacer cuando uno encuentra una palabra desconocida en un texto:

¿Qué hacer cuando no sabes qué significa una palabra? Tratar de inferir el significado del texto. Buscarlo en el diccionario. Preguntar al maestro o a un compañero. Saltarla y seguir leyendo.

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• Colgar mapas, tablas, gráficas, fórmulas, diagramas y listas para la consulta continua. • Puede involucrar a los alumnos en el registro de la historia del grupo y la evolución de las clases. Una forma de hacer esto es llevar una bitácora donde se escribe cada día lo que ocurrió en las diferentes clases. Los alumnos, por turnos, toman la responsabilidad de llevar el registro del trabajo y experiencias del día. La bitácora se pone a disposición de todos para consultar. Esta no es una actividad para calificar o corregir. Se trata de darle importancia y presencia a la memoria del grupo durante el año escolar. Cada alumno podrá seleccionar qué fue lo relevante durante el día y escribirá de acuerdo a su estilo y sus intereses.

Cómo organizar la bitácora del grupo


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Pistas didácticas Cómo conducir un diálogo grupal • Acepte dos o tres intervenciones de los alumnos. Anote algunas respuestas en el pizarrón, para recuperarlas en la discusión o conclusiones. • Acepte respuestas distintas; sugiera que se basen en lo que dice el texto (video, mapa o problema) o en situaciones parecidas. • Para avanzar en el diálogo, resalte las diferencias y semejanzas entre las participaciones de los alumnos. Por ejemplo: “Juan dijo tal cosa, pero María piensa esta otra, ¿qué otras observaciones se podrían hacer?” • Cierre cada punto y dé pie al siguiente inciso. Por ejemplo: “Ya vimos las características comunes a todos los seres vivos, ahora pasaremos a las diferencias entre un ser vivo y un objeto inanimado”. • En cada ocasión otorgue la palabra a distintos alumnos, incluyendo los que no levanten la mano. • Señale claramente el momento de las conclusiones y el cierre de los comentarios.

Cómo conducir una revisión grupal de textos individuales • Solicite un voluntario para leer su texto frente al grupo. Copie fragmentos breves de los textos en el pizarrón o usando el procesador de textos, para ejemplificar frases o expresiones que puedan ser mejoradas. • Acepte dos o tres intervenciones, para hacer comentarios sobre el contenido cotejando lo que plantea el libro para los alumnos. En el pizarrón haga las modificaciones sugeridas por los comentaristas y pregunte al autor si está de acuerdo, si su texto mejora con las aportaciones o se le ha ocurrido otra idea para mejorarlo. Permita que sea el propio autor el que concluya cuál es la manera que mejor se acerca a lo que quiere relatar, la corrija en el pizarrón y después en su cuaderno. • Solicite que todos relean y revisen sus textos, hagan las correcciones necesarias y lo reescriban con claridad para, posteriormente, poder leerlo con facilidad ante el grupo. • En cada ocasión invite a alumnos distintos a revisar sus textos con todo el grupo, incluyendo a los que no se autopropongan. • Siempre propicie actitudes positivas hacia la revisión para el mejoramiento de la expresión escrita.

Cómo anotar referencias de las fuentes utilizadas • Cuando se utilizan textos o imágenes que aparecen en distintos medios, se cita su procedencia, usando alguno de los siguientes códigos: • Libro: apellido del autor, nombre del autor, título, lugar de edición, editorial y año de publicación. Si se trata de un diccionario o enciclopedia, anotar también las palabras o páginas consultadas. • Revista o periódico: título, número, lugar y fecha de publicación, páginas consultadas. • Programa de TV: Nombre del programa, horario de transmisión y canal. 16


Cómo organizar la bitácora del grupo • La bitácora es una actividad compartida por todos los del grupo. Se busca escribir día a día la vida del grupo escolar. Es una actividad libre de escritura en el sentido de que cada alumno puede elegir qué aspecto del día comentar y cómo comentarlo. No se trata de corregirlo sino de compartir las diferentes perspectivas acerca de los eventos centrales de la convivencia en el aula. • Cada día un alumno diferente se hace responsable de escribir, dibujar, insertar fotografías, etcétera. • Es una actividad que los alumnos pueden realizar en un procesador de palabras. • Si cuenta con conectividad, se puede crear un blog (bitácora electrónica) del grupo que se despliegue en Internet. En la página www.blogspot.com se explica cómo hacerlo.

Cómo hacer una lluvia de ideas • Plantee una pregunta abierta relacionada con una actividad, texto, imagen o situación (¿Qué pasaría si…? ¿Cómo podríamos…? ¿Por qué creen que esto ocurre así…? ¿Qué les sugiere esto?). • Permita y promueva que los alumnos den su opinión, anote ideas y sugerencias y planteen dudas. • Conforme los alumnos van participando, apunte en el pizarrón, de manera abreviada, sus comentarios y aportaciones. También puede anotar sus ideas en un procesador de palabras y proyectarlas en la pantalla. • Cuando los alumnos han terminado de participar, revise con ellos la lista y busquen diferentes formas de organizar sus ideas (juntar todas las similares, ordenarlas cronológicamente, agruparlas por contenido, etcétera). • Resuma con el grupo las principales aportaciones. • Retome las participaciones cuando sea pertinente relacionarlas con otras intervenciones.

Cómo concluir un diálogo o una actividad • Hacia el final del diálogo o de una actividad, resuma los comentarios de todos los participantes. • Señale las principales semejanzas y diferencias en las aportaciones. Recuérdele al grupo cómo se plantearon y cómo se resolvieron. • Ayude a los alumnos a definir las conclusiones, inferencias y acuerdos principales de la actividad y de sus reflexiones. • Permita a los alumnos expresar sus dudas y contestarlas entre ellos. • Anote en el pizarrón las ideas y conclusiones más importantes.


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Cómo llevar a cabo un debate • Antes de empezar, solicite a dos alumnos que desempeñen las funciones de moderador y de secretario, explicándoles en qué consiste su labor. • Defina con claridad los aspectos del tema seleccionado que se van a debatir; debe plantearse con claridad cuál o cuáles son los puntos o aspectos que se están confrontando. • El moderador anota en una lista los nombres de quienes desean participar e inicia la primera ronda de participaciones para que cada uno exprese su punto de vista y sus argumentos acerca del tema. • El secretario toma notas de las participaciones poniendo énfasis en las ideas o conceptos que aportan. • Al agotar la lista de participaciones, el moderador hace un resumen de los comentarios. De ser necesario y contar con tiempo, puede abrirse una nueva lista de participaciones; o bien, al final resume las principales conclusiones o puntos de vista para que el secretario tome nota de ellas. • Cada vez que sea necesario, es importante que el moderador les recuerde a los participantes cuáles son los puntos centrales del debate, para evitar distracciones. • Al final, el secretario lee sus anotaciones y reporta al grupo las conclusiones o puntos de vista.

Cómo introducir otros recursos • Explore y lea con anticipación los materiales, seleccionando aquellos que desea compartir con el grupo. • Presente el material (libro, revista, artículo de periódico, mapa, imagen, etcétera) al grupo, comentando qué tipo de material es, el autor o artista, el año. • Lea o muéstrelo al grupo. • Converse con los alumnos acerca de la relación de este material con el trabajo que se está desarrollando. Propicie la reflexión sobre la relación del material presentado con la actividad que se realiza o el contenido que se trabaja. • Invítelos a revisar el material y conocerlo más a detalle, o que ellos sugieran, aporten, lleven o busquen material relevante para los temas que están abordando en el curso.

Cómo coordinar la discusión de un dilema moral • Pida a los alumnos que lean el dilema individualmente y respondan las preguntas. Indique que los comentarios se harán más adelante. • Aclare con el grupo el sentido del dilema, preguntándoles, ¿por qué es un dilema?, ¿cuál es el tema central?, ¿qué habrá pensado el personaje en cuestión? • Invite a los alumnos a intercambiar ideas en plenaria. • Explique previamente dos reglas básicas: a) Debatir argumentos y no agredir ni elogiar a personas, y b) turnarse el uso de la palabra, de modo que se ofrezcan equilibradamente argumentos a favor y en contra de cada postura. • A medida que el grupo identifique las posturas y argumentos posibles, anótelos en el pizarrón e invite al grupo a organizarlos, mediante preguntas como: ¿Cuál es el mejor argumento a favor de X postura y por qué? ¿Habría otros argumentos?, ¿cuáles? • Para cerrar, invite al grupo a redefinir o confirmar sus posturas iniciales, con base en los argumentos dados, y a buscar salidas diversas y más satisfactorias al dilema. 18


Cómo apoyar la elaboración de resúmenes • Elija el texto que se va a resumir y léalo con el grupo. • Solicite participaciones a partir de las preguntas: ¿cuál consideran que es la idea principal de cada párrafo?, ¿cuáles serán las ideas secundarias o ejemplos? Acepte participaciones de los alumnos, escriba algunas en el pizarrón o con el procesador de textos y después proponga usted sus respuestas a las mismas preguntas. • A partir de las respuestas, ejemplifique en el pizarrón cómo retomar la idea principal de cada párrafo. Puede incluir definiciones textuales, vocabulario técnico y ejemplos del texto. • De ser posible, muestre a los alumnos ejemplos de resúmenes elaborados por usted o por otros estudiantes.

Cómo conducir una revisión grupal de textos colectivos • Solicite a un equipo voluntario para leer su texto frente al grupo y otro para comentarlo. Copie fragmentos breves del texto en el pizarrón para ejemplificar frases o expresiones que puedan ser mejoradas. • Acepte dos o tres observaciones de los comentaristas, basadas en las pautas de revisión. En el pizarrón haga las modificaciones sugeridas y pregunte a los autores si están de acuerdo, si su texto mejora con las aportaciones o se les ocurre otra idea para mejorarlo. Permita que los autores sean quienes decidan sobre la manera que mejor se acerca a lo que quieren decir, reelaboren su idea en el pizarrón y luego en su cuaderno. • Solicite que en cada equipo relean y revisen sus textos, hagan las correcciones necesarias y lo reescriban con claridad para, posteriormente, leerlo con facilidad ante el grupo. • En cada ocasión, invite a equipos distintos a que revisen y comenten sus textos con todo el grupo. Siempre propicie actitudes positivas hacia la revisión para el mejoramiento de la expresión escrita.

Para hacer uso del diccionario • Haga una lista, con sus alumnos, de las palabras que no conocen o no comprenden. • Búsquenlas en el diccionario en orden alfabético. • Lea el significado e intenten utilizarlo dentro de un contexto. También pueden hacer uso de sinónimos. • Relea las oraciones que contienen las palabras consultadas para comprenderlas ampliamente. • Si aún quedan dudas, busque la palabra en un libro especializado.

Cómo leer un mapa • Pida a los alumnos que identifiquen el título del mapa para saber qué tipo de información representa. Si se trata de un mapa histórico, solicite a los estudiantes que identifiquen de cuándo data y si representa hechos o procesos del pasado. • Revise con los alumnos las referencias o simbología. • Señale claramente cuál es la escala empleada en el mapa. • Revise con el grupo la simbología utilizada y su explicación. • Comente con el grupo la información que se puede obtener a partir del mapa o relacionándolo con otras informaciones previas. • Interprete la orientación a partir de leer la rosa de los vientos. L i b r o p a ra e l m a e s t r o

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20


Percepción del movimiento. Punto de referencia y posición.

Descripción del movimiento. Trayectoria y desplazamiento. Velocidad y rapidez. Representación gráfica posicióntiempo.

Movimiento ondulatorio. Características del sonido.

Cambio de velocidad. Caída libre. Las explicaciones de Aristóteles y Galileo.

Gráficas para representar el movimiento acelerado. Aceleración como razón de cambio de la velocidad en el tiempo.

Diseño de un sismoscopio o sismógrafo. Ondas sísmicas, intensidad y tiempo de duración del movimiento de un terremoto.

2 ¿Cómo se mueven las cosas?

3 ¿Qué onda con la onda?

4 ¿Cómo caen los cuerpos?

5 ¿Dónde están los alpinistas?

Proyecto investigación 1 ¿Cómo detectar un sismo con un dispositivo casero?

Temas

1 ¿Realmente se mueve?

Secuencias

Identificar las causas y los efectos de las ondas sísmicas. Obtener información directa sobre riesgos sísmicos y medidas de seguridad en la comunidad. Identificar por medio de un sismoscopio las fuerzas y otras magnitudes de un sismo.

Hacer gráficas de distancia contra tiempo. Hacer una gráfica de posición contra tiempo. Interpretar gráficas de diferentes movimientos acelerados.

Diseñar un experimento de caída libre. Aplicar los conceptos asociados a la caída libre. Inferir cómo varía la velocidad de los cuerpos que ruedan por un plano inclinado. Identificar las magnitudes involucradas en distintos tipos de movimientos rectilíneos.

Analizar la forma en la que se producen ondas en el agua. Inferir cómo se propaga el sonido.

Describir el movimiento de algunos cuerpos. Construir un modelo que describa la trayectoria, desplazamiento y rapidez de un móvil. Calcular la rapidez de un cuerpo en movimiento.

Describir el movimiento de un objeto con base en el sonido y la luz que emite.

Destrezas

Valorar el uso de dispositivos tecnológicos en la prevención de desastres.

Valorar la utilidad de las gráficas para representar cambios, tanto en la ciencia como en la vida cotidiana.

Valorar las aportaciones de Galileo en la construcción del conocimiento científico.

Valorar la utilidad del conocimiento sobre las ondas para prevenir desastres.

Valorar la utilidad de los conceptos físicos en el mundo que nos rodea.

Valorar el papel que juegan los sentidos en la percepción del movimiento.

Actitudes

CTS

CTS

Historia de la ciencia Naturaleza de la ciencia

CTS

Naturaleza de la ciencia

CTS

Perspectivas

Interactivo: ¿Cómo detectar un sismo con un dispositivo casero

Video: ¿Cómo graficar? Interactivo: Aceleración

Video: ¿Qué pasa cuando se acelera? Interactivo: ¿Cuál cae primero

Video: Ondas y desastres Interactivo: Ondas transversales y longitudinales

Video: El Universo en movimiento Interactivo: De Cerritos a Villa Rica

Video: ¿Cómo saber si algo se mueve? Interactivo: Escuchando el movimiento

Recursos tecnológicos

movimiento. La descripción de los cambios en la Naturaleza

Bloque 1 El


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Fuentes y tipos de energía, sus transformaciones y sus manifestaciones. Principio de conservación de la energía.

Transformaciones de energía potencial y cinética.

Formas de electrizar objetos. Fuerza electrostática. El electroscopio. El pararrayos. Carga eléctrica.

10 ¿Cómo se utiliza la energía?

11 ¿Quién inventó la Montaña Rusa?

12 ¿Qué rayos sucede aquí?

Fuerzas que actúan en puentes.

La gravitación universal. Movimiento circular. Masa y peso.

9 ¿La materia atrae a la materia?

Proyecto de iinvesticación 2 Un modelo de puente para representar las fuerzas que actúan en él.

Descripción y Predicción del movimiento mediante las leyes de Newton.

8 ¿Cuáles son las causas del movimiento?

Interacciones magnéticas. La fuerza de atracción y repulsión de polos magnéticos. Magnetismo terrestre. Formas de imantar.

Cambios en el estado de movimiento de un objeto. Características vectoriales de la fuerza. Fuerza resultante. Suma de fuerzas por métodos gráficos.

7 ¿Por qué se mueven las cosas?

13 ¿Un planeta magnético?

Estado de movimiento. La idea de fuerza en la cotidianeidad. Interacciones por o y a distancia.

Temas

Sintetizar información sobre conceptos y factores en la construcción de puentes. Obtener información directa para elaborar un modelo de puente. Construir un modelo de puente que represente las fuerzas que actúan en él.

Identificar las interacciones magnéticas. Utilizar herramientas y procedimientos para imantar algunos objetos. Construir un dispositivo: brújula.

Describir cómo se cargan eléctricamente algunos objetos. Construir un dispositivo: rehilete electrostático. Aplicar la tecnología de un rehilete electrostático para identificar la carga eléctrica de algunos objetos.

Identificar la influencia de la masa y la altura en la cantidad de energía que tiene un objeto antes de dejarlo caer. Analizar las transformaciones de energía potencial y cinética que se llevan a cabo en una montaña rusa.

Identificar los distintos significados de la palabra energía. Describir las transformaciones de energía que se llevan a cabo en algunos fenómenos cotidianos.

Describir las características del movimiento circular. Inferir cómo depende la interacción gravitacional de la distancia entre objetos de la misma masa. Calcular el peso de una persona sobre diferentes cuerpos del Sistema Solar.

Identificar la propiedad de inercia de la materia. Inferir la proporción que existe entre fuerza y aceleración. Identificar las fuerzas de acción y reacción en un movimiento.

Analizar algunas situaciones cotidianas donde interactúan fuerzas. Inferir la dirección del movimiento de un cuerpo aplicando fuerza sobre él. Representar las fuerzas que actúan en movimientos cotidianos utilizando vectores. Calcular la resultante de un sistema de fuerzas.

Analizar las formas de modificar el movimiento de distintos objetos. Identificar las interacciones causantes del movimiento de un objeto. Elaborar hipótesis sobre las fuerzas que intervienen en los cambios del estado de movimiento.

Destrezas

Valorar la importancia de un puente para evitar daños a causa de desastres naturales.

Valorar el uso de la brújula en la orientación geográfica.

Valorar el uso de instrumentos tecnológicos para identificar variables físicas. Valorar la importancia de prevenir accidentes por descargas eléctricas.

Valorar la importancia de la imaginación en el quehacer científico. Valorar la forma en que la idea de energía simplifica algunas descripciones sobre el movimiento.

Valorar el uso de fuentes de energía menos contaminantes que el petróleo.

Valorar la importancia de la astronomía para algunos pueblos.

Apreciar la importancia de la 2da. Ley de Newton en la descripción y predicción de cualquier tipo de movimiento.

Valorar las ventajas de utilizar vectores para predecir la dirección de un movimiento.

Valorar la utilidad del conocimiento sobre las fuerzas para explicar los cambios.

Actitudes

CTS

CTS

CTS Historia de la ciencia


Ambiental


Historia de la ciencia Naturaleza de la ciencia

Naturaleza de la ciencia Historia de la ciencia

Historia de la ciencia

Perspectivas

Interactivo: Prototipo de un puente colgante

Video: ¡Qué planeta tan atractivo! Interactivo: Imanes en acción

Video: ¡Rayos y centellas! Interactivo: Electroscopio virtual

Video: Energía mecánica Interactivo: Montaña Rusa

Video: Fuentes de energía Interactivo: ¿Cómo se transforma la energía

Video: La gravitación universal Interactivo: El peso y la gravedad

Video: La inercia Interactivo: Fuerza y aceleración Interactivo: Tercera Ley de Newton

Video: Fuerzas ¡en acción! Interactivo: La resultante de una fuerza

Video: El movimiento cambia… ¿en la Tierra y en el espacio? Interactivo: El experimento de Galileo


fuerzas. La explicación de los cambios

6 ¿Por qué cambia el movimiento?

Secuencias

Bloque 2 Las

22


Noción de materia. Propiedades generales de la materia y su medición.

Modelos científicos.

Estructura de la materia.

Teoría cinética de partículas.

Transformación entre calor y otras formas de energía. Diferencias entre calor y temperatura. Medición de temperatura. Transferencia de calor.

Presión en líquidos y gases. Principio de Pascal. Presión atmosférica. Diferencias entre fuerza y presión.

Cambios de estado de agregación de la materia. Representación gráfica de los cambios de estado.

Máquinas térmicas.

15 ¿Para qué sirven los modelos?

16 ¿De qué está hecha la materia?

17 ¿Cómo se organiza la materia?

18 ¿Hace calor?

19 Puede inflarse un globo sin soplarle?

20 ¿Por qué cambia de estado el agua?

Proyecto de investigación 3 Un modelo de barco de vapor

Temas

Describir los conocimientos de presión y temperatura en un modelo de barco de vapor.

Describir los cambios en el estado de agregación. Interpretar gráficas sobre los cambios de estado.

Identificar las diferencias entre fuerza y presión. Relacionar el modelo de partículas con el concepto de presión. Observar el efecto de presión atmosférica.

Relacionar la temperatura con el movimiento de partículas. Diferenciar calor de temperatura. Describir transformaciones de energía en lasque está presente el calor.

Construir un modelo de los estados de agregación de la materia. Describir el fenómeno de difusión en un líquido.

Analizar materiales para describir su estructura y apariencia externa. Identificar la aportación de Dalton a los modelos de estructura de la materia.

Comparar las características de algunos modelos. Comparar diversos modelos.

Analizar algunas propiedades de la materia. Construir un modelo de balanza. Aplicar tecnología para medir masa, volumen y densidad.

Destrezas

Valorar la utilidad del vapor en la vida cotidiana.

Apreciar la validez de la teoría cinética para explicar fenómenos de la vida cotidiana. Apreciar la importancia de la Segunda Ley de Newton en la predicción del movimiento.

Valorar las aplicaciones de la presión y el vacío en la prensa hidráulica y el envasado de alimentos.

Valorar la importancia de medir con precisión la temperatura.

Apreciar la importancia de los estados de agregación en la difusión de sustancias de uso cotidiano.

Valorar el proceso de cambio en las explicaciones científicas.

Valorar el papel de los modelos científicos para explicar y predecir lo que sucede en nuestro entorno.

Valorar la importancia de las propiedades de la materia en la toma de decisiones sobre materiales de uso cotidiano.

Actitudes

CTS

CTS

CTS

CTS Naturaleza de la ciencia

CTS



CTS

Perspectivas

Video: ¿Qué ocurre cuando hierve el agua? Interactivo: Cambios de estado

Video: Prensa hidráulica Interactivo: Presión

Video: Termómetro Video: ¿Es lo mismo calor que temperatura? Interactivo: Movimiento de las moléculas

Video: Las mil formas de la materia Interactivo: Las moléculas se organizan

Video: La Grecia atomista Interactivo: Aristóteles y Newton

Video: Modelando el Universo. Video: ¿Cómo se utilizan los modelos? Interactivo: Modelos

Video: ¿Cuáles son las propiedades generales y específicas de la materia? Interactivo: Masa, volumen y densidad


Las interacciones de la materia. Un modelo para describir lo que no percibimos

14 ¿Qué percibimos de las cosas?

Secuencias

Bloque 3


23

Materiales conductores, semiconductores y aislantes. Descomposición de la luz.

Modelos atómicos. Constitución básica del átomo.

Descubrimiento del electrón. Resistencia eléctrica. Electrón como portador de carga eléctrica.

Magnetismo. Inducción electromagnética.

Reflexión y refracción de la luz.

Proceso de generación y transmisión de la energía eléctrica.

22 ¿¿Qué hay en el átomo?

23 ¿Por qué enciende un foco?

24 ¿Cómo se genera el magnetismo?

25 ¿Existe la luz invisible

Proyecto de investigación 4 Maqueta de una planta generadora de electricidad.

Temas

Analizar el funcionamiento de la planta eléctrica que provee electricidad a la escuela. Construir una maqueta de una planta generadora de electricidad.

Identificar el comportamiento de la luz al atravesar ciertos objetos. Observar la reflexión y la refracción de la luz.

Analizar cómo se genera el magnetismo a partir de la electricidad y cómo se genera una corriente eléctrica a partir del magnetismo.

Observar los efectos de la corriente eléctrica al pasar por un material. Construir un modelo de un conductor eléctrico.

Identificar las características de los modelos de átomo. Construir un modelo atómico.

Clasificar materiales por su conductividad eléctrica. Relacionar la luz blanca con la combinación de colores e identificar los colores del espectro luminoso.

Destrezas

Valorar la importancia de tener hábitos de ahorro en el consumo de electricidad.

Valorar la importancia práctica del conocimiento de las ondas electromagnéticas en las telecomunicaciones y la salud.

Apreciar la importancia de la inducción electromagnética en la vida cotidiana.

Valorar el impacto familiar y social de algunos momentos como la radio y la televisión.

Valorar el papel de los modelos atómicos para comprender la estructura de la materia.

Valorar la necesidad de crear nuevos modelos para avanzar en el conocimiento de la estructura de la materia.

Actitudes

Ambiental CTS






Perspectivas


Video: Un poco de luz… Interactivo: La luz y los cuerpos: Rebotes, desviaciones y travesías

Video: La inducción de Faraday en nuestro siglo Interactivo: Generación de un campo magnético Interactivo: Inducción electromagnética

Video: Después de la electricidad: Radio y televisión Interactivo: Resistencia eléctrica

Video: ¿Cuál es el primero modelo atómico moderno? Interactivo: Construyendo un átomo

Video: Mezclando colores Interactivo: Conductores

Manifestaciones de la estructura interna de la materia

21 ¿De qué están hechas las moléculas?

Secuencias

Bloque 4

2 244


Origen y evolución del Universo.

Nuevos materiales y técnicas para el diagnóstico y tratamiento de las enfermedades. El caso de los rayos X

Proyecto de investigación 6 Un díptico sobre las aplicaciones de la Física en el área de la salud.

Temas

Identificar algunas de las aportaciones de la ciencia al cuidado y conservación de la salud. Elaborar un díptico para explicar la importancia de la Física en la detección y tratamiento del cáncer.

Analizar las explicaciones sobre el origen y la estructura del Universo. Construir una línea del tiempo para explicar el origen y la evolución del Universo.

Destrezas

Valorar el descubrimiento de los rayos X y la importancia de sus aplicaciones.

Valorar la importancia de conocer las teorías científicas que explican el origen, la evolución y la estructura del Universo.

Actitudes



Perspectivas


Conocimiento, sociedad y tecnología

Proyecto de investicación 5 Origen y evolución del Universo: una línea del tiempo.

Secuencias

Bloque 5

Clave de logos T rabajo

individual

S itios

de I nternet

En

parejas

B ibliotecas E scolares

En

equipos

V ideo

T odo

el grupo

C onexión

con otras asignaturas

G losario

C onsulta

CD

y de

A ula

Programa integrador Edusat

I nteractivo

A udiotexto

otros materiales

de recursos

A ula

de

M edios

O tros T extos


25

BLOQUE 3

Las interacciones de la materia.

Un modelo para describir lo que no percibimos

28


s e c u e n c i a 14

¿Qué percibimos de las cosas? Propósito y perspectiva En esta secuencia se analizan algunas de las propiedades que poseen los materiales que nos rodean, sus aplicaciones y sus usos. Desde una perspectiva CTS se valora la importancia de las propiedades de la materia para decidir sobre el uso diario de algunos materiales.

Plan de trabajo En el plan de trabajo se incluye la siguiente información para cada actividad: • Los contenidos conceptuales en negritas. • Las destrezas en rojo. • Las actitudes en morado. • El trabajo que el alumno desarrolla en la actividad, en azul. El alumno decide cuál o cuáles trabajos incluye en su portafolio. Usted puede sugerir aquellos que considere representativos de la secuencia. • Los recursos multimedia con los que se trabaja en cada actividad. • Los materiales que deben llevarse de casa o el trabajo realizado previamente.

SESIÓN 1

Momento de la secuencia

Propósitos (conceptos, destrezas y actitudes)

Materiales necesarios o trabajo en casa

Texto introductorio

Describir la importancia de los nuevos materiales y su uso generalizado en varias áreas de la vida cotidiana.

Actividad de desarrollo

UNO Analizar algunas propiedades de la materia. Tabla.

Por persona: Tres materiales diferentes de su entorno o de su casa.

Texto de información inicial

Introducir al conocimiento de algunas de las propiedades generales y específicas de la materia.

¿Cuáles son las propiedades generales y específicas de la materia?

DOS Construir un modelo de balanza. Balanza.

Por equipo: Gancho de alambre para colgar ropa, hilo, dos tapas iguales de 10 cm de diámetro, dos bolsas y dos ligas.

TRES Aplicar la tecnología de la balanza para medir masas, volúmenes y densidades. Valorar la importancia de las propiedades de la materia en la toma de decisiones sobre materiales de uso cotidiano. Reporte de práctica.

Masa, volumen y densidad Por equipo: Balanza, plastilina, tres pelotas de 3 cm diámetro y diferente material, cubeta con agua.

2

Actividades de desarrollo

Texto de formalización

Relacionar el concepto de flotación con la densidad de los objetos.

Resuelvo el problema Actividades de evaluación

¿Para qué me sirve lo que aprendí? Ahora opino que…


29

Para cada actividad se presenta la siguiente información:

secuencia 14

¿Qué percibimos de las cosas?

1. El propósito. 2. Las sugerencias generales para enseñar en Telesecundaria, que aparecen en un manchón como . Consulte el documento Cinco sugerencias para enseñar en la Telesecundaria para seleccionar la más adecuada. 3. Las sugerencias específicas para la actividad. 4. Las respuestas esperadas se marcan como RM: Respuesta modelo. Cuando la pregunta es abierta y acepta más de una respuesta se marca como RL: Respuesta libre. En este caso se ofrecen ejemplos de posibles respuestas o criterios que el alumno debe tomar en cuenta al dar su respuesta.

S esión 1 Antes de iniciar la sesión, comente con sus alumnos lo aprendido en el Bloque II. 1 Oriente la conversación en torno a la necesidad de comprender el comportamiento de la materia para predecir una serie de fenómenos naturales. Este conocimiento permite, entre otras cosas, elegir adecuadamente los materiales de uso cotidiano. En el texto introductorio, se muestra la importancia del descubrimiento de nuevos materiales que con el tiempo se han vuelto de uso cotidiano. Posteriormente, los alumnos plantean sus aproximaciones iniciales al problema, contestando un cuestionario sobre la comprensión de algunas de las propiedades de la materia. Después del texto de información inicial se presenta una tabla cuyo propósito es identificar algunas propiedades de la materia. Los alumnos valoran la utilidad de los conceptos físicos en el mundo que nos rodea.

Para empezar Texto introductorio

El texto menciona algunos de los nuevos materiales descubiertos y utilizados cotidianamente en la casa, la construcción o para satisfacer las necesidades extremas de los viajes espaciales.

30


sesión 1

Para empezar Lee el texto. • Antes de leer, responde: ¿Qué características deben tener los materiales usados para la construcción?

Texto introductorio

Desde que la humanidad dominó el fuego,

inventó la rueda y descubrió el uso de los metales, constantemente ha buscado materiales que sustituyan o mejoren los ya existentes. Los ejemplos son variados y en todos los ámbitos: las raquetas de tenis que originalmente se construían de madera se hicieron de aluminio, luego de grafito y últimamente, para darles mayor resistencia y menor peso, se hicieron de polipropileno, un material que también se usa en las defensas de los autos. Un ejemplo cotidiano es la ropa, que anteriormente se confeccionaba exclusivamente con fibras vegetales y pieles de animales, ahora se fabrica también con fibras sintéticas, como el poliéster. En la construcción de viviendas también se Los cristales de este edificio favorecen la iluminación sin que la temperatura del han incorporado nuevos materiales. En los interior aumente demasiado. grandes edificios de las ciudades el vidrio, el acero y el aluminio son más utilizados que el cemento, la piedra y el ladrillo. Estos materiales se han elegido porque un volumen determinado de ellos tiene un peso menor que el del mismo volumen de los materiales tradicionales; además, permiten mayor iluminación y su resistencia es igual o mayor que los usados anteriormente. El transbordador espacial Challenger tenía que soportar fuerzas y temperaturas extremas tanto a la salida de la Tierra como a su regreso, lo que condicionó que sus componentes poseyeran características especiales; por ejemplo, la estructura de la nave debía tener una resistencia máxima a esfuerzos mecánicos, por lo cual se combinaron distintos materiales para lograr mayor resistencia y ligereza. Para su exterior se usaron losetas de cerámica, probadas en laboratorio para resistir temperaturas de más de 1300°C generadas por la fricción de la punta de la nave con la atmósfera terrestre a su reingreso. consulta tu diccionario para encontrar el significado de palabras como cerámica.

Ahora sabes que la masa es una propiedad fundamental de la materia. En esta secuencia conocerás otras propiedades de la materia como la densidad y la dureza. Valorarás la importancia de conocer las propiedades de la materia para escoger los materiales de uso cotidiano más apropiados.

12

2 Solicite a sus alumnos una lista en el pizarrón escribiendo el nombre de un material de uso común y pídales que expresen las características por las cuales se le toma en cuenta para un fin específico; por ejemplo: Las varillas metálicas son flexibles y resistentes y por eso se utilizan como soportes en las construcciones.

Una vez que los alumnos encuentren el significado de la palabra, pida que nombren otros objetos donde se use la cerámica. Puede agregar que la materia prima, la arcilla, ha sido empleada por el ser humano para elaborar vasijas de uso doméstico, el moldeado de figuras y, algo muy importante, la arcilla cocida para fabricar ladrillos para la construcción.

Comente con sus alumnos el error cotidiano que se comete al confundir la masa con el peso. La masa es la cantidad de materia que posee un cuerpo y se mide en kilogramos; mientras que el peso es la fuerza de atracción que ejerce la Tierra sobre los cuerpos y se mide en N (newton).

CIENCIAS

II

Consideremos lo siguiente…

Consideremos lo siguiente… A continuación se presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante esta secuencia.

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 problema Contesta en tu cuaderno: 1. ¿Qué pesa más: un kilogramo de hierro o un kilogramo de algodón? 2. Si un litro de agua pesa un kilogramo, ¿un litro de cualquier otro líquido pesará un kilogramo también? Argumenta tu respuesta. 3. ¿Pesarán lo mismo dos anillos de idénticas medidas, pero elaborados uno con oro y otro con plata? Explica tu respuesta. 4. ¿Un bulto de cemento de 40 kg tendrá el mismo tamaño que un bulto de yeso de 40 kg? Justifica tu respuesta. 5. ¿Qué le sucede al volumen de un trozo de migajón cuando se comprime? ¿Pesará menos? ¿Por qué?

Actividad UNO

Es importante que los alumnos expresen libremente lo que piensan en esta sección, basados en sus conocimientos previos, por lo que las respuestas pueden ser muy variadas. Recuerde que lo que ahora saben los alumnos, será contrastado con lo que aprendan al final de la secuencia.

Analicen algunas propiedades que presentan distintos objetos. Para ello: 1. Contesten: ¿Todos los materiales tienen las mismas propiedades? Expliquen. 2. Consigan tres diferentes materiales del entorno de su comunidad o de su casa. 3. Observen y comparen las características comunes y las diferencias que presentan los distintos objetos. 4. Presenten las observaciones en una tabla comparativa como la que se muestra y comenten los resultados con el grupo. Material RL Por ejemplo: Agua.

Propiedades

Características comunes

Contesta en tu cuaderno:

Diferencias

RL Por ejemplo: Transparente RL Por ejemplo: Tiene peso.

RL Por ejemplo: El agua pesa menos que una piedra pero pesa más que la madera.

13

Analicen algunas propiedades que presentan distintos objetos. Para ello: 5 Puede pedir a sus alumnos que realicen ilustraciones que describan los objetos que observan y que identifiquen si los materiales de los que están hechos son iguales o diferentes. Pueden elaborar un listado de las características comunes y de las diferencias.

1. RL Por ejemplo: No, algunos materiales poseen propiedades que otros no tienen, como el brillo y el peso (algunos son ligeros y otros pesados). 4. RL En la tabla.

Solución al problema: RM Primero debo calcular el volumen del collar; para ello puedo poner agua en un recipiente y medir su volumen. Después, en el mismo recipiente sumerjo el collar y mido el volumen del agua desalojada con la jeringa graduada. Una vez que conozca el volumen exacto, obtengo el cociente de la masa y el volumen del collar para comparar este número con la densidad correspondiente al oro, según la tabla de densidades que se me proporciona.

Lo que pienso del problema

empleada Nueva destreza s entre los elemento inar las relaciones erm Det : blema. pro o Analizar eno óm fen situación, que componen una

Manos a la obra

Recuerde no pedir a los alumnos la respuesta al problema en este momento; deje que imaginen posibles soluciones. La que le damos a usted le permitirá guiarlos adecuadamente durante las actividades.

Actividad UNO 1 El propósito de la actividad es que los alumnos descubran la gran diversidad de objetos con diferentes propiedades que se encuentran a su alrededor. Es probable que los alumnos piensen en materiales sólidos, pero hay que insistir en que traigan al salón otras sustancias en estado líquido y gaseoso. Aproveche esta actividad introductoria y diagnóstica para averiguar el grado de conocimientos que tienen los alumnos acerca de las propiedades de la materia.

1. RL Por ejemplo: Pesan lo mismo, pero es diferente el volumen que ocupan. 2. RL Por ejemplo: No; por ser materiales diferentes, también su masa es diferente, aunque su volumen sea el mismo. 3. RL Por ejemplo: Dos cuerpos de igual volumen pueden pesar diferente. Por lo tanto, su volumen es igual aunque su masa sea diferente. 4. RL Por ejemplo: No, al ser materiales diferentes, la misma masa ocupará un volumen diferente. 5. RL Por ejemplo: Pesará lo mismo. El cambio que sufre el migajón es de volumen cuando se comprime, pero la masa se mantiene constante.

Manos a la obra Nueva destreza empleada Por ejemplo: Si en algún mes un alumno comienza a tener un bajo rendimiento escolar, se analizan diferentes causas posibles: relación familiar, grupo de amigos, edad, entre otros factores.


31

5. Comenten:

secuencia 14

a) RL Por ejemplo: Sí, todos tienen un peso y una textura propios.

5. Comenten: a) ¿Notaron alguna característica o propiedad que se encuentre en todos los objetos? ¿Cuál? b) Entre los materiales que trajeron para mostrar en el salón:

b) i. RL Por ejemplo: Una pelota, una liga.

i. ¿Cuáles se estiran y recobran su forma original al dejar de aplicarles una fuerza?

ii. RL Por ejemplo: Una piedra, un pedazo de varilla. iii. RL Por ejemplo: No necesariamente. Hay algunos materiales que no pueden ser rayados fácilmente pero que se rompen son facilidad, mientras que otros pueden ser rayados pero son muy fuertes y no se rompen (como el acero). iv. RL Por ejemplo: Sí. El vidrio y las hojas secas. El recurso evidencia las propiedades de la materia mediante diferentes ejemplos. 4 El recurso tecnológico fortalece la información del texto. Puede aprovechar el recurso para reflexionar sobre la relación entre el volumen y la masa. Texto de información inicial

El texto analiza los conceptos necesarios para la comprensión de las propiedades de la materia y explica algunas de las relaciones entre estas propiedades. 4 Recuerde motivar a los estudiantes para la lectura. Pídales, por ejemplo, que lean en voz alta y permítales intercambiar sus puntos de vista acerca de lo que ellos conocen o lo que han escuchado sobre las propiedades de la materia. Notarán que algunos de los significados de estas propiedades todavía resultan confusos y deberán aclararlos durante la secuencia. 3 Pida a sus alumnos hacer un recuento de las propiedades nombradas en el texto. Después, pueden mencionar una definición propia. 2 Solicite que hagan una lista en el pizarrón escribiendo el nombre de un material de uso común y que expresen las características por las cuales se le toma en cuenta para un fin específico. Por ejemplo: Las varillas metálicas son flexibles y resistentes y por eso se utilizan como soportes en las construcciones.

32


ii. ¿Cuáles son los más pesados? iii. ¿Algunos son tan duros que no pueden rayarse con un clavo? ¿Cuáles son? iv. ¿Algunos se rompen fácilmente? ¿Cuáles?

¿Cuáles son las propiedades generales y específicas de la materia? Lean el texto. • Durante la lectura, pongan especial atención en las propiedades de la materia.


¿Qué propiedades tiene la materia? Newton identificó la masa, por un lado, como la medida de la inercia y, por otro, como el atributo de los

cuerpos materiales que hace que se atraigan gravitacionalmente. En los fenómenos eléctricos, como el rayo, se encuentra presente otra propiedad fundamental: la carga. Algunas propiedades de la materia, como las con de materia ópticas, se aprecian a simple vista. Distinguimos macroscópica dazo de pe un po: Porción er o: pl Cu un líquido opaco como la leche de uno ida. Por ejem frontera defin ta de agua. transparente como el agua. Vivimos en un mundo era y una go ad m uido al repleto de colores. ncia de un líq inuye Es la resiste Sin embargo, para distinguir otras propiedades, Viscosidad: cosidad dism vis La . jo o flu es necesario interactuar mecánicamente con la movimiento aumenta. ra tu ra pe m materia. De esta manera, podemos ver que la miel es cuando la te lido de ad de un só más viscosa que el agua. Pero existen muchas otras Es la propied cuando es Elasticidad: al in ig or propiedades, como la maleabilidad, la porosidad y la forma recuperar su con una liga. elasticidad que son diferentes en cada materia. como ocurre deformado, algunos que tienen Algunas de ellas, como en el caso del agua, varían si : Propiedad inas muy Maleabilidad rmite hacer de ellos lám es hielo, agua líquida o vapor. pe metales que Solamente podemos dar valores numéricos de lugar en delgadas. cualquier propiedad de la materia para sistemas que ocupa un todo aquello materiales. Un sistema material es un agregado de Es : ia er at M materia con límites definidos. Así, cualquier objeto el espacio. eriales algunos mat les sólido es un sistema material, pero también lo es un tructura de ia Porosidad: Es enta espacios interstic pez, el océano o la Tierra. las pres s mayor que ce sólidos que ve s ria Cuando hablamos de propiedades de la materia, va maño ro aun así, (poros) de ta pe , es ar como la masa o el volumen, no tiene sentido preguntar ul ec s mol dimensione vista. “¿qué masa tiene la materia?”; en cambio, sí tiene les a simple indistinguib sentido preguntar qué masa tiene la Tierra o el pez.

14

CIENCIAS

II

Contesten en su cuaderno:

La cantidad de materia nos permite establecer, además de la masa, el volumen ocupado por dicho sistema. Esto es importante en gases y líquidos, donde hay que definir el volumen ocupado por el sistema como el volumen del recipiente o contenedor que los encierra. La densidad es una propiedad que se define como el cociente de la masa y el volumen del sistema: d= m v .

En esta actividad los alumnos empezarán a comprender las propiedades de la materia. Las preguntas resaltan algunas de las propiedades que pueden presentar confusión con otras. 1. RL Por ejemplo: Volumen y dureza. Porque el volumen se puede calcular observando su tamaño y la dureza se puede apreciar al intentar rayarlo y observar lo que sucede.

Mismo volumen, distinta masa.

2. RL Por ejemplo: El volumen lo mediría en litros o cm3; la masa en gramos o kilogramos. En ocasiones, medimos el volumen de los garrafones de agua en litros y pesamos en gramos o kilogramos los productos que compramos para comer o para la construcción, como el cemento o el yeso.

Distinto volumen, misma masa.


Reflexión sobre lo aprendido

1. ¿Qué propiedades de la materia podrían reconocer a simple vista? ¿Por qué? 2. ¿Qué propiedades de la materia podrían medir y qué unidades usarían? Mencionen ejemplos.

rendido

bre lo ap Reflexión so

Vínculo entre Secuencias

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mater dades de la ¿Qué propie ¿Por qué? a? m le ob pr a resolver el

Recuerda 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?

15

Es importante que los estudiantes recuerden la diferencia entre peso y masa: Mientras que la masa es propiedad de un cuerpo, el peso depende del planeta donde se ubique dicho cuerpo.

Una primera propiedad que podrán nombrar será el peso. Acostumbre a sus alumnos a llamarle masa a lo que por costumbre nombramos peso. Más tarde se podrá aclarar la diferencia entre un concepto y otro. La otra propiedad que pueden nombrar será el volumen. Pida siempre una explicación del porqué de sus respuestas, para que se habitúen a exponer y defender sus argumentos.

1 Para cerrar la sesión, se recomienda que algunos alumnos lean en voz alta la Reflexión sobre lo aprendido que escribieron en sus cuadernos y, posteriormente, el resto del grupo comente cómo podrían aplicar este conocimiento en la vida cotidiana. Todo lo que se pueda relacionar, entre otras cosas, con flotación.


33

S esión 2

secuencia 14

3 Antes de iniciar la sesión, pida la participación del grupo para retomar lo aprendido durante la sesión anterior. Puede hacerles algunas preguntas como: 1. ¿Cuál es el problema que se quiere resolver? 2. ¿Cómo podemos reconocer a simple vista un material? 3. ¿En qué nos ayudan las propiedades de la materia para hacer tal reconocimiento?

SESIÓN 2

pleada

em nueva destreza

construir un mo

delo: Utilizar

os, dibujar objetos o dispositiv mas para esquemas o diagra s, procesos y representar objeto s. eno óm fen

Actividad DOS construyan un modelo de balanza. 1. Van a necesitar: a) Gancho de alambre para colgar ropa. b) Hilo c) Dos tapas iguales de frasco con un diámetro aproximado de 10 cm. 2. Realicen lo que se indica: a) Hagan tres perforaciones con mucho cuidado en la orilla de la parte superior de las tapas. b) Amarren las tapas insertando un hilo en cada orificio. c) Junten los tres hilos de cada tapa y cuélguenlos en los extremos del gancho. d) Busquen que las tapas queden horizontales ajustando la longitud de los hilos.

Nueva destreza empleada

e) Nivelen la balanza de manera que, sosteniendo el gancho en el centro, las tapas queden a la misma altura.

3 Comente con sus alumnos que cuando elaboramos un dibujo para identificar las características (grosor, tipo de patas, altura, forma, etc.) de una mesa que pedimos nos haga un carpintero, estamos construyendo un modelo.

3. ¡Listo! Con este sencillo dispositivo, podrán comparar la masa de distintos materiales. • Van a necesitar esta balanza en la Actividad TRES.

Actividad DOS El propósito de esta actividad es que los alumnos diseñen un dispositivo para comparar las propiedades de algunos materiales. Revise y apoye constantemente el avance de sus estudiantes para construir la balanza. Lo esencial en una balanza es lograr una estabilidad entre ambos extremos. Si fuera necesario puede utilizarse un brazo de madera. Es fundamental que la balanza cumpla su función correctamente, por lo que se sugiere que comprueben su funcionamiento. Por ejemplo, comparen la masa de dos objetos similares como lápices y gomas. Construyan un modelo de balanza.

34


Balanza en equilibrio. 16

CIENCIAS

II

Nueva destreza empleada Comente con sus alumnos que cuando necesita cargar unas rocas, en lugar de hacerlo con las manos y sobre la espalda, puede utilizar algún vehículo con ruedas para hacer el trabajo más ligero, y que con ello está aplicando la tecnología.

pleada

em Nueva destreza

medir, dispositivos, para Utilizar objetos o les. fenómenos natura bar pro com o r resentar, analiza

ía: Aplicar tecnolog rep

Actividad TRES Masa, volumen y densidad Apliquen la tecnología de su balanza para medir masas y densidades. • Realicen la práctica: 1. Material

Actividad TRES

a) Balanza b) Plastilina

El interactivo permite la manipulación de variables de interés como masa, volumen y densidad en diferentes sistemas físicos, un sólido y un líquido o gas encerrado en un recipiente.

c) Tres pelotas con el mismo diámetro, de 3 cm aproximadamente y de diferentes materiales: hule, unicel y plastilina. d) Cubeta con agua 2. Procedimiento Experiencia A: Mismo volumen y diferente masa a) Con la balanza, comparen las masas de las pelotas: ¿Cuál tiene mayor masa y cuál menos? Para ello, coloquen alternadamente las tres pelotitas en ambos lados de la balanza.

4 Además, fomenta la participación y el debate en el aula con la oportunidad de que los alumnos integren sus conocimientos y expresen sus ideas sobre el fenómeno observado. El recurso cuenta con instrucciones y sugerencia didáctica para su mejor aprovechamiento.

b) Comparen la flotabilidad de las pelotas. Para ello sumérjanlas en la cubeta con agua y marquen en ellas, con un plumón el nivel del agua o “línea de flotación”. Experiencia B: Misma masa y diferente volumen a) Pongan en la balanza la esfera de unicel y una pelotita de plastilina cuya masa permita equilibrar la balanza.

Puede utilizar el interactivo como complemento de la actividad.

b) Comparen la flotabilidad de las dos pelotas de volumen distinto. Para ello sumérjanlas en la cubeta con agua y marquen en ellas con un plumón el nivel del agua o “línea de flotación”.

El propósito de esta actividad es que los alumnos comparen y comprendan las propiedades de masa y volumen de varios materiales, para que con estos datos puedan inferir, después, la densidad de estos materiales. 17

a) RM La de mayor masa es la de plastilina, la siguiente es la de hule y la de menor masa es la de unicel. b) RM En orden de mayor a menor flotabilidad: unicel, hule y plastilina.

Apliquen la tecnología de su balanza para medir masas y calcular densidades. 2. Procedimiento Experiencia A: Mismo volumen y diferente masa Es recomendable llevar a cabo las dos experiencias completas continuas y sin interrupciones porque se complementan entre ellas. En caso que no haya tiempo para realizarlas de esta forma, haga que unos equipos inicien la Experiencia A y otros la B. Así, cuando se confronten los resultados, una parte del grupo tendrá una clara experiencia y la podrá compartir con la otra parte.


35

3. Resultados

secuencia 14 3. Resultados

• Registren los datos obtenidos en tablas como las que se muestran: RM En la tabla. 4. Análisis de resultados Experiencia A: Mismo volumen y diferente masa a) RM La flotabilidad es menor. Disminuye. En la plastilina es nula. b) RM Depende de la relación de las masas y volúmenes tanto del fluido como del objeto que se pone a flotar.

• Registren los datos obtenidos en tablas como las que se muestran: Tabla 1. experiencia a: mismo volumen y diferente masa Pelotas

Masa (Mayor, intermedia, menor)

Hule

RM Intermedia

unicel

RM Menor

Plastilina

RM Mayor

Volumen

Flotabilidad (Mayor, menor, nula) RM Mayor

Son iguales en las tres

RM Mayor RM Nula

Tabla 2. experiencia B: misma masa y diferente volumen Pelotas unicel Plastilina

Masa Son iguales las dos

Volumen

Flotabilidad (Mayor, menor, nula)

RM Mayor

RM Mayor

RM Menor

RM Nula

4. análisis de resultados

Experiencia B: Misma masa y diferente volumen

• Respondan: experiencia a: mismo volumen y diferente masa

a) RM La flotabilidad es mayor.

a) Con pelotas del mismo volumen, ¿cómo es la flotabilidad cuando aumentamos la masa?

b) RM No. Depende también de la masa.

b) ¿De qué depende la flotabilidad? experiencia B: misma masa y diferente volumen

Comenten:

a) Con pelotas de igual masa, ¿cómo es la flotabilidad cuando aumentamos el volumen? b) ¿La flotabilidad depende del volumen? Justifiquen su respuesta.

1. RM No. Depende del cociente de las propiedades.

5. comunicación • Elaboren un reporte de la práctica.

2. RM A menor masa y mayor volumen, la flotabilidad será mayor.

comenten:

3. RM Las dos propiedades que influyen directamente en la flotación son la masa y el volumen del cuerpo. Porque la variación de alguna de ellas también modifica la flotabilidad del objeto.

3. De las propiedades de la materia que conocen, ¿cuál se relaciona directamente con la flotabilidad de un cuerpo? ¿Por qué?

1. ¿La flotabilidad de las pelotas depende sólo de la masa o sólo del volumen? ¿Por qué? 2. ¿Cómo se relacionan la masa y el volumen con la flotabilidad? Mencionen dos ejemplos.

4. Nombren dos ejemplos donde se aprecie esta propiedad. ido relaciona bre lo aprend materiales se Reflexión so masa de los la e la br y so en to m lu s que el vo e conocimien uesta. Ahora sabe cuerpo. ¿Est plica tu resp bilidad de un solver el problema? Ex con la flota re ra pa ve te sir flotabilidad

4. RL Por ejemplo: Al nadar una persona. Al poner en agua un barquito de papel. 18

Reflexión sobre lo aprendido 1 Recuerde a sus estudiantes que estas dos propiedades se relacionan de una manera específica en cada material. Para cierta cantidad de masa de un material le corresponde un volumen determinado.

36


CIENCIAS

II

Para terminar

Para terminar


Lean el texto.

El texto muestra los conceptos necesarios para comprender la relación que existe entre la densidad y la flotabilidad. Se dan varios ejemplos de materiales que flotan y de otros que no flotan.

• Antes de leer, respondan: ¿Cómo logran flotar a diferentes profundidades los submarinos y los peces? Texto de formalización

¿Por qué flotan los objetos? La flotabilidad de un cuerpo está relacionada con su densidad y con la densidad del fluido donde es sumergido. El cuerpo flotará si su densidad es menor a la del fluido. La madera flota sobre el agua y el hierro se hunde en ella, porque la primera tiene menor densidad que el agua y el segundo, mayor. Por ejemplo, sabemos si una persona puede flotar en el agua si sabemos cuál es la densidad del agua y cuál es la densidad de la persona. La densidad del g agua dulce es de 1.0 cm3 y lagdensidad media del cuerpo humano es de 0.950 cm3 . El agua del mar contiene, entre otros compuestos, sal disuelta, lo que hace que sea más densa; así que g en la superficie tiene una densidad de 1.027 cm3 . Por lo tanto, es mucho más fácil flotar en el mar que en otro lugar con agua dulce. El cuerpo humano puede cambiar su densidad variando la cantidad de aire que tenga en sus pulmones, permitiendo el volumen de su cuerpo aumente o disminuya conservando su misma masa.

4 Aproveche para cuestionar a los alumnos acerca de la masa y el volumen de estos materiales. Recuerde motivarlos para distinguir los conceptos de masa y peso, además de los de densidad y volumen.

Los peces óseos pueden regular la cantidad de aire dentro de su vejiga natatoria, lo que les permite flotar a distintas profundidades en el agua.

Densidades de algunas sustancias Sólidos

Líquidos

g cm3

Material

g cm3

Platino

21.5

Mercurio

13.6

Oro

19.3

Glicerina

1.26

Plomo

11.3

1.03

Plata

10.5

Cobre

9.0

Agua de mar Agua (a 4ºC y 1 atm) Benceno

Hierro

7.9

Alcohol etílico

0.79

Aluminio

2.7

Aceite de cocina

0.91

Material

1.00 0.81

19


37

Resuelvan las siguientes situaciones en su cuaderno:

secuencia 14 ido bre lo aprend Reflexión so r texto anterio el en o id nd , Con lo apre la densidad de n ció ria sobre la va buzos que se ¿Por qué los pesas de respondan: agua, usan el en n ge sumer cinturones? s su en o plom cen icación, utili entar su expl Para argum ad. id ns de de el concepto

Aquí se proponen dos situaciones poco comunes: una realmente posible y la otra, imaginable. 1. RM El aceite quedará en el fondo y el alcohol en la superficie porque la densidad del primero es mayor a la del segundo.

Resuelvan las siguientes situaciones en su cuaderno: • Sabiendo que el aceite flota en el agua y utilizando la tabla de densidades de algunas sustancias, pronostiquen: 1. ¿Qué ocurre si juntamos aceite y alcohol etílico en un recipiente? Comprueben sus predicciones haciendo el experimento, si es necesario. 2. ¿Qué sucedería si un automóvil cayera en una alberca llena de mercurio?

2. Se llama densidad media al promedio de las densidades de todos los componentes materiales del cuerpo (en este caso, el auto). RM El automóvil flotaría sobre el mercurio. La densidad del mercurio es mucho mayor que la densidad media del auto. Para controlar el nivel de flotación de los submarinos, se aprovecha la misma técnica que la que emplean los peces, llenando o vaciando el agua de ciertos compartimentos especiales.

Reflexión sobre lo aprendido Les puede comentar a sus alumnos que los cocodrilos tragan algunas piedras aumentando así su densidad media y poder sumergirse en el agua. RM La densidad del plomo es mucho mayor que la del agua, y ésta tiene una densidad mayor que la densidad media del cuerpo humano. Esta es la razón por la cual los buzos tienen que utilizar pesas de plomo para poder sumergirse con menor esfuerzo.

Lo que aprendimos Resuelvo el problema Para resolver el problema, contesta en tu cuaderno: Se sugiere utilizar una lista de propiedades de la materia para que los alumnos enuncien su aplicación en ejemplos de la vida cotidiana. 1. RM 10 g de plata ocupan un volumen de 0.95 cm3 10 g de oro ocupan un volumen de 0.57 cm3. 2. RM La densidad del oro es 19.3 g y la densidad de la plata es 10.5 g. Las soluciones son las siguientes:

Masa del oro: g m = V d = 1 cm3 × 19.3 3 = 19.3g cm

Masa de la plata: g m = V d = 1 cm3 × 10.5 3 = 10.5g cm

38


Lo que aprendimos Resuelvo el problema “Una vendedora de joyas te ofrece un collar que pesa 300 g y asegura ser 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”. Para resolver el problema, contesta en tu cuaderno: ido bre lo aprend Reflexión so al inicio as ab ns que pe Compara lo s anillos do e br so cia de la secuen borados medidas ela de idénticas n plata y lo co ro ot y o uno con or ferencias ora. ¿Hay di e que sabes ah abas y lo qu ns pe e qu spuesta. entre lo Explica tu re a? or ah s sabe

1. Si tengo 10 g de oro y 10 g de plata, ¿qué volumen ocupa cada metal? 2. Si tengo un centímetro cúbico de oro y otro de plata, ¿cuál es la masa de cada uno? 3. Si la masa de las joyas que te venden es de 300 g, ¿qué propiedad de la materia te permite comprobar que esta masa sí es oro? • Escribe una conclusión explicando la forma como resolverías el caso para asegurar que el collar es de oro. Utiliza para tu argumentación los conceptos de masa, volumen y densidad.

20

3. RM La densidad. A una masa de 300 g de oro le corresponde un volumen de 15.54 cm3. La solución es la siguiente: v 300 g m= = = 15.54 cm3 d g 19.3 3 cm

• Escribe una conclusión… RM La solución de este caso no se basa en la simple apariencia de los objetos sino en dos propiedades físicas de la materia: masa y volumen. La densidad relaciona estas dos propiedades: la masa ocupa una cantidad determinada de volumen y cada material tiene, en consecuencia, una densidad específica.

Reflexión sobre lo aprendido Suscite la participación de los alumnos, pidiendo que respondan a preguntas de esta índole: ¿Por qué creías que los barcos podían flotar?, ¿y los peces? ¿Por qué puede flotar en el agua una persona pero un clavo metálico no puede flotar? ¿Cuál es la diferencia entre pesado y denso? RL Por ejemplo: No sabía que la relación entre masa y volumen determina la densidad.

CIENCIAS

II

El programa permite identificar la importancia del conocimiento de las propiedades de la materia y su medición en la historia de la humanidad.

¿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.

4 Puede aprovechar el recurso para sintetizar con sus alumnos los conocimientos construidos a lo largo de la secuencia. El recurso tecnológico integra el contenido de la secuencia.

1. En una habitación cerrada, ¿a qué altura se acumula este gas cuando se escapa? Explica tu respuesta. 2. ¿Qué medidas de seguridad tomarías para ventilar correctamente el espacio cuando se escapa cierta cantidad de este gas?

Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: Las características de la materia en la programación de la red satelital Edusat.

¿Para qué me sirve lo que aprendí? El propósito de esta actividad y la siguiente es resaltar la importancia de saber las densidades de algunos materiales y su comportamiento, que nos permitan tomar decisiones adecuadas en momentos críticos. 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.

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. • En caso de un incendio, ¿cómo deben evacuar la habitación para evitar inhalar aire caliente y humo? Argumenten su respuesta.

1. RM El gas se acumula en la parte baja de la habitación porque su densidad es mayor que la del aire.

Para saber más… 1. Diccionario de Física (2004). Madrid: Oxford-Complutense. 2. Hewitt, Paul G. (2004). Física conceptual. México: Pearson Educación. 1. Para maestr@s. Propiedades específicas de la materia (video). 27 de febrero de 2007. http://dgtve.sep.gob.mx/tve/maestros/video_semana/030414_especificas.htm

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Para saber más… La consulta de los textos y páginas electrónicas recomendadas en esta sección, contribuyen a que los alumnos puedan profundizar y ampliar sus conocimientos acerca del tema revisado en la secuencia.

2. RM Abrir una puerta para dejar que el gas salga por la parte baja de la habitación. Abrir una ventana en la parte alta de una habitación no resuelve este problema.

Lo que haría hoy… Durante un incendio, si se respira 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. RM Al revés del gas LP, el humo y el aire caliente se elevan por tener una densidad menor que el aire. Para evacuar una habitación que se está incendiando las personas deben salir arrastrándose o agachadas.


39

40



¿Para qué sirven los modelos? Propósito y perspectiva En esta secuencia los alumnos identifican y comparan la información que proporcionan diferentes modelos de fenómenos y de procesos físicos. Los estudiantes reconocen que un modelo es una representación de un aspecto de la realidad, de un fenómeno, pero no es una copia exacta del mismo. Desde una perspectiva de Naturaleza de la Ciencia, es decir para que vayan familiarizándose con algunos recursos intelectuales utilizados por las personas que se dedican a las ciencias, los alumnos valorarán el papel explicativo que han tenido los modelos en la elaboración y evolución del conocimiento científico.

Plan de trabajo En el plan de trabajo se incluye la siguiente información para cada actividad: • Los contenidos conceptuales, en negritas. • Las destrezas en rojo. • Las actitudes en morado. • El trabajo que el alumno desarrolla en la actividad, en azul. El alumno decide cuál o cuáles trabajos incluye en su portafolio. Usted puede sugerir aquellos que considere representativos de la secuencia. • Los recursos multimedia con los que se trabaja en cada actividad. • Los materiales que deben llevarse de casa o el trabajo realizado previamente.

SESIÓN 1



Texto introductorio

Mostrar el papel de los modelos en la explicación del movimiento de los astros.


UNO Elaborar un diagrama que explique cómo es el ciclo del agua. Diagrama de un proceso.

Materiales necesarios o trabajo en casa Modelando el Universo

Texto de información inicial Presentar y ejemplificar el concepto de modelo.


DOS Comparar las características de algunos modelos. Tabla comparativa.


Valorar el papel de los modelos científicos para explicar y predecir lo que sucede en nuestro entorno.


TRES Identificar las características de un modelo científico. Valorar las posibilidades de representación que tienen los modelos. Cuestionario.

2

Modelos ¿Cómo se utilizan los modelos?


¿Para qué me sirve lo que aprendí? Lo que podría hacer hoy… L i b r o p a ra e l m a e s t r o

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secuencia 15

¿Para qué sirven los modelos?


S esión 1 5 Antes de iniciar la sesión, mencione a sus alumnos que elaborarán un diagrama para representar un proceso y que con ello tendrán elementos para aproximarse al concepto de modelo. Compararán las características de algunos modelos para explicar o ejemplificar ideas, procesos y fenómenos.

sesión 1

Modelando el Universo Lee el texto. • Antes de iniciar la lectura, responde: ¿Cómo harías un modelo del Sistema Solar? Texto introductorio

Desde la antigüedad, los hombres y las mujeres de diferentes culturas han tratado de explicar cómo se

mueven los objetos que se ven en el cielo. En la antigua Grecia había dos explicaciones acerca del movimiento de los astros. Una de ellas, propuesta por Aristarco (310-230 a. de C.), suponía que tanto la Tierra como los planetas se mueven alrededor del Sol. La otra idea, sostenida por Aristóteles (384-322 a. de C.), enunciaba que todos los astros giran alrededor de la Tierra. De esta manera se construyeron estas dos explicaciones opuestas, la heliocéntrica y la geocéntrica, con la aceptación de la segunda por casi 2000 años. Ptolomeo de Alejandría (85-165) no deseaba contradecir la idea aristotélica pero, a la vez, quería explicar lo que veía en los cielos a lo largo de los días y los meses. Para tal efecto elaboró el primer modelo explicativo del movimiento aparente de los astros en la bóveda celeste. Ptolomeo imaginó una esfera de cristal que podía girar alrededor de un centro fijo en la Tierra. Adheridas a la superficie de la esfera, se situaban las estrellas lejanas. El Sol y los planetas podían girar, a su vez, alrededor de ejes fijos respecto a esta esfera. Las trayectorias seguidas por los planetas -según este modelo- se llamaron “epiciclos”. El modelo era tan eficaz para predecir las observaciones que fue tomado como una verdad hasta que Kepler, a finales del siglo XVI, concretó la revolución científica iniciada por Copérnico en 1543.

consulta tu diccionario para encontrar el significado de palabras como heliocéntrico.

Para empezar El video permite identificar diferentes modelos que han utilizado las ciencias para explicar el movimiento de los planetas. 4 El recurso tecnológico fortalece la información del texto. Aproveche el video para identificar las ventajas y desventajas que puede presentar cada uno, así como valorar el avance de los conocimientos científicos sobre el Sistema Solar.

• Antes de iniciar la lectura, responde: ¿Cómo harías un modelo del Sistema Solar? 1 Pregunte a los estudiantes si las ilustraciones que han visto en otros libros sobre el Sistema Solar, les parecen adecuadas, o si ellos tienen una idea mejor para representarlo o explicarlo.

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Para empezar

El modelo de Ptolomeo muestra al Universo con la Tierra en el centro.

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Texto introductorio

El texto muestra el papel de los modelos en la explicación del movimiento de los astros. 5 Después de la lectura, recupere el texto planteando preguntas como éstas: ¿Qué importancia tuvieron los modelos en las antiguas explicaciones sobre el movimiento de los astros? ¿De qué manera ayudan los modelos a entender un fenómeno o proceso?

5 Una vez que sus alumnos encuentren el significado de la palabra geocéntrico, invite a tres de ellos para que representen un modelo geocéntrico. Uno de ellos será el Sol y los otros actuarán como planetas que giran a su alrededor en órbitas circulares; los planetas, además, giran sobre su propio eje.

CIENCIAS Kepler supuso que el Sol se encuentra en el centro del sistema y la Tierra y los demás planetas giran alrededor de él, en trayectorias elípticas. Esta explicación heliocéntrica del Sistema Solar constituye la mejor descripción del movimiento de los planetas. Las teorías elaboradas posteriormente por Newton confirmarían este modelo. Ahora sabemos que nuestro Sistema Solar se encuentra en una galaxia junto con millones de estrellas.

II

Responde: ¿Qué hace a una descripción del Sistema Solar mejor que otra?

Sistema Solar

La pregunta puede generar respuestas variadas. Un modelo puede ser mejor que otro pues describe más elementos del fenómeno. Por ejemplo, el modelo de Ptolomeo describe mejor el movimiento de los astros que el de Aristarco. En principio, el mejor modelo es el que describe con mayor sencillez un fenómeno. RL Por ejemplo: Que explique mayor número de elementos del fenómeno estudiado.

Existen millones de estrellas en el Universo. Nuestro Sol es una de esas estrellas.

Responde: ¿Qué hace a una descripción del Sistema Solar mejor que otra?

Antes de continuar el tratamiento de la secuencia, comente con sus alumnos la importancia y utilidad de los modelos en la vida diaria. Por ejemplo, en las tiendas de ropa se emplean maniquíes para modelar diferentes diseños, en lugar de tener a personas cumpliendo con esta función. Sin embargo, acláreles que los modelos en la Física cumplen una función intelectual para comprender ideas.

Hasta este momento has estudiado algunos fenómenos físicos, a partir de sus características observables. En esta secuencia identificarás de qué manera la elaboración de representaciones o modelos científicos ha contribuido a la explicación de muchos fenómenos físicos. Valorarás el papel de los modelos científicos para comprender y predecir lo que sucede en nuestro entorno.


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.



Recuerde no pedir a los alumnos la respuesta al problema en este momento; deje que imaginen posibles soluciones. La que le damos a usted le permitirá guiarlos adecuadamente durante las actividades.

En tu cuaderno: 1. ¿Un papalote es un objeto, un fenómeno o un proceso? Explica. 2. En forma sencilla, describe cómo es un papalote. 3. ¿Cómo puedes representar las características y el funcionamiento de un papalote? Menciona al menos dos formas de representación. Intercambien sus puntos de vista acerca de: 1. Las diferentes maneras de representar las características de un papalote. 2. ¿Cómo sería un modelo del funcionamiento de un papalote? 3. ¿Qué es un modelo y para qué sirve? 23

Intercambien sus puntos de vista acerca de: 1.

5 Se le recomienda elaborar un listado de las diferentes características de un papalote mencionadas por los alumnos; utilice para ello cartulinas u hojas de rotafolio, y péguelas en las paredes del salón de clases para que estén a la vista de todos mientras se avanza en la secuencia. RL Por ejemplo: Por medio de un dibujo, con un modelo a escala.

2. RL Por ejemplo: Un diagrama en donde se explique qué lo mantiene en el aire. 3. RL Por ejemplo: Es una representación y explicación de algo para comprenderlo.

Se recomienda que cada alumno resuelva esta sección de manera individual; así podrá confrontar sus ideas iniciales sobre el problema con los conceptos que irá construyendo para darle solución. En tu cuaderno: 1. RL Por ejemplo: Es un objeto porque se puede tocar, tiene masa y volumen. 2. RL Por ejemplo: Su forma es aplanada, está hecho de papel, tiene una cola para equilibrarse. 3. Verifique que los estudiantes mencionen cuando menos dos tipos de modelos para representar las características y el funcionamiento de un papalote. Pueden ser un modelo a escala de papel, un diagrama, un modelo de plastilina. RL Por ejemplo: Con un dibujo.

Solución al problema: RM Utilizando un procedimiento, como el siguiente: 1) Me preguntaría primero cuáles son las características generales de cualquier papalote y especialmente aquellas que son esenciales para hacerlo volar mejor, como forma, tamaño, masa, geometría, material de fabricación, longitud del hilo. Después, identificaría las características que, como el color, no son necesarias para que un papalote vuele. 2) Recopilaría más información sobre las características esenciales que yo pienso que debe tener un papalote para que vuele mejor, como forma, tamaño, material, etcétera. 4) Finalmente, haría el modelo, es decir un dibujo o diagrama lo más detallado posible con las características esenciales para que el papalote vuele mejor. No sería un modelo científico, sino una representación de un objeto con determinadas características.

Lo que pienso del problema Esta sección ayudará a los alumnos a poner en juego sus conocimientos e ideas previas para dar una respuesta incipiente al problema. L i b r o p a ra e l m a e s t r o

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secuencia 15

Suspenda la lectura para verificar la comprensión de los estudiantes sobre la clasificación de los diagramas. Pídales que aporten un ejemplo adicional para cada tipo de diagrama. Puede preguntarles, entre otras cosas, ¿qué tipo de diagrama es el que trae el instructivo para armar un juguete?

empleada de fenómenos que aciones gráficas ción de represent liza expositivos y a las rea tos la tex Es s: los a elaborar diagrama mente a las descripciones técnicas, nte acompañan frecue rios para pueden dividir en: ar los pasos necesa instrucciones. Se mplo, al represent o. cedimiento. Por eje put pro cóm de s de ma ipo gra 1. Dia r un equ ión o para utiliza a cabo el aplicar una inyecc ar cómo se lleva mplo, al represent eje Por o. ces pro o. sm ani 2. Diagramas de org el las grasas en metabolismo de

nueva destreza

Actividad UNO elaboren un diagrama que explique cómo es el ciclo del agua en el planeta Tierra. 1. Realicen lo siguiente:

Actividad UNO

a) Seleccionen a dos compañeros del grupo para pasar al pizarrón. b) Dibujen una línea en medio del pizarrón para dividirlo en dos partes.

El propósito de la actividad es que los estudiantes reflexionen en torno a las características que consideran relevantes para representar un proceso conocido, mediante un diagrama. Si bien es deseable que los alumnos recuerden el ciclo del agua, dado que es un tema que han trabajado desde primaria, en esta ocasión interesa discutir acerca de la representación de este fenómeno físico. 3 La interacción social es fundamental en esta actividad para reconstruir los conceptos previos. Enfatice la intención grupal de esta actividad, que consiste en hacer representaciones y evaluarlas de acuerdo con los parámetros que se piden.

Elaboren un diagrama que explique cómo es el ciclo del agua en el planeta Tierra. 1. b) Una vez que hayan seleccionado a los voluntarios indíqueles que cada dibujante debe hacer su representación en el pizarrón sin mirar lo que hace su otro compañero. c) RL Por ejemplo: Los cambios de estado del agua, cómo se forman las nubes. d) No pierda de vista los criterios para evaluar un modelo: el número de características representadas y la claridad con que se representan estas características. Los incisos d y e tienen la intención de crear un debate constructivo sobre la pertinencia de las características que cada alumno ha tomado en cuenta para su diagrama. 2.

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5 Enfatice que los buenos modelos pueden explicar adecuadamente un objeto, proceso o fenómeno, además de predecir lo que ocurrirá en un fenómeno. Libro para el mae s t r o

c) Cada uno de los dos compañeros elaborará un diagrama del ciclo del agua. d) Ambos explicarán qué aspectos tomaron en cuenta para su diagrama. e) Evalúen los diagramas de sus compañeros. Tomen en cuenta: i. Cuál de ellos contiene mayor número de características del ciclo. ii. Si las figuras en cada diagrama representan claramente las etapas del fenómeno físico. 2. Comenten si los diagramas pueden considerarse modelos del ciclo del agua o no. Justifiquen su respuesta.

Manos a la obra Lean el texto. • Antes de comenzar su lectura, respondan la pregunta del título. Texto de información inicial

¿Qué son los modelos? En los contextos científicos, un modelo es una representación particular de un objeto, proceso, sistema o fenómeno que se elabora para facilitar su descripción y estudiar su comportamiento a partir de una idea inicial que sea clara y fácilmente verificable para todos. Por ejemplo, la maqueta de una casa es un modelo que permite describir algunas de sus características generales pero, desde luego, no es la casa. Para la elaboración de un modelo se emplean las observaciones y los conocimientos que se tienen del objeto, proceso o fenómeno por estudiar, y se seleccionan sus características más importantes o las que nos interesan más. Así como sabemos que las casas siempre tienen paredes, techos, puertas y ventanas, necesitamos representar estos componentes en el modelo. En el modelo de una casa también podríamos representar la instalación eléctrica con todos sus componentes como focos, os, interruptores de energía, así como las líneas eléctricas en paredes y techos. De la misma manera, si conocemos las características de los papalotes, podríamos hacer un diseño que represente un buen modelo de alguno. 24

RL Por ejemplo: Sí, en la medida en que expliquen y representen algunas características.

Manos a la obra • Antes de comenzar su lectura, respondan la pregunta del título. Comente con sus alumnos la importancia y utilidad de los modelos en la vida diaria. Por ejemplo, en las tiendas de ropa se emplean maniquíes para modelar diferentes diseños, en lugar de tener a personas haciendo esta función.


El texto describe las características e importancia de los modelos. 1 Se le recomienda orientar a los alumnos para que realicen inferencias respecto a la utilidad de los modelos; por ejemplo, puede cuestionar si en el grado anterior realizaron un modelo. Permita que sus alumnos mencionen algunos modelos y el uso que tienen.

CIENCIAS

II

Sabías que…

En las ciencias es posible, al usar modelos, estudiar y comprender cómo ocurren fenómenos que no podemos observar fácilmente o manipular directamente, como el movimiento de los planetas alrededor del Sol, lo que sucede en el interior de un átomo o la cantidad de energía involucrada en una erupción volcánica. En general, los modelos en la Física requieren de representaciones matemáticas, como ecuaciones, gráficas y diagramas. Así se pueden modelar, siguiendo los ejemplos anteriores, la velocidad de los planetas, la cantidad de carga que existe en una partícula, las causas del magnetismo, o el incremento de la temperatura en la zona cercana a una erupción volcánica.

Tenga en cuenta que en el modelado se pueden describir algunas características de los hechos o fenómenos estudiados, pero no todas. Los modelos permiten predecir de manera sencilla algunos eventos, hechos o fenómenos de la Naturaleza. Las representaciones mediante modelos son importantes en las ciencias.

Una maqueta es la reproducción a escala, en tres dimensiones, de algo real o ficticio. La maqueta de una casa no es un modelo científico.

Sabías que… Se pueden distinguir varias fases en la elaboración de un modelo: 1. Tener clara una pregunta que el modelo nos ayudará a responder. Por ejemplo: ¿Cuál es la forma que le permite a un avión volar? 2. Recopilar información respecto al objeto o fenómeno que se desea representar e identificar sus características esenciales. Por ejemplo, para elaborar el modelo de un avión, podemos omitir su color, pues esta característica no sirve para comprender cómo vuela. La forma sí es una característica esencial. 3. Reflexionar en torno a las características del objeto o fenómeno que se representarán en el modelo y que le permitirán mantener cierta semejanza con él. Por ejemplo, la forma de las alas que posibilitan el vuelo del avión, el tamaño del fuselaje, la forma del alerón y la fuerza que proporciona el motor.

Para elaborar un modelo se deben tomar en cuenta algunas características esenciales del objeto de estudio.

25


45

Nueva destreza empleada 2 Pregunte a sus alumnos en qué momento de la Actividad UNO creen que usaron la comparación. Se espera que ellos infieran que compararon los diagramas de sus compañeros para evaluarlos.

secuencia 15 empleada nueva destreza ficar o describir nti Ide comparar: ncias entre similitudes y difere smos, materiales grupos de organi o procesos.

Actividad DOS El interactivo permite la simulación de distintos tipos de modelos sobre objetos, procesos o fenómenos físicos. A través de la manipulación de variables los alumnos podrán evaluar cuando un modelo es mejor que otro en función de su capacidad para representar las características esenciales de aquello que se pretende estudiar. 4 Además, fomenta la participación y el debate en el aula con la oportunidad de que los alumnos integren sus conocimientos y expresen sus ideas sobre el fenómeno observado. El recurso cuenta con instrucciones y sugerencia didáctica que se sugiere revisar antes de utilizarlo para un mejor aprovechamiento.

Puede utilizar el interactivo como complemento de la actividad. El propósito de la actividad es que los estudiantes comparen las características y el empleo de diferentes tipos de modelos. Es importante que ellos se percaten que algunos modelos pueden representar un mayor número de características que otros. Todas las respuestas que den los alumnos pueden ser válidas, siempre y cuando se argumenten. Comente con los alumnos la distinción entre objeto, proceso o fenómeno. Un fenómeno físico es la manifestación de un proceso donde intervienen objetos materiales. La fotosíntesis, por ejemplo, es un proceso en el que interviene el fenómeno físico de la luz y se lleva a cabo en los cloroplastos, que son los objetos estructurales concretos de las plantas en donde ocurre la transformación de energía luminosa en química. Lo importante de esta actividad es trabajar con la noción de modelo, en función de su poder de representación de las características de objetos, procesos o fenómenos.

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Actividad DOS Modelos

comparen las características de algunos modelos. Para ello: 1. Examinen los diferentes modelos de la tabla. 2. Completen la tabla según el ejemplo.

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

1) Forma del casco, cubierta, mástiles, cabina, cuarto de máquinas, timón, espacios. 2) Tipo de cosas que tansporta: mercancía, marinos mercantes…

Consumo de energía, materiales de fabricación, color del casco, movimiento.

RM Fenómeno: Movimiento de un velero. Objeto: Un velero. Proceso: Fuerza mecánica de los vientos. RM Fenómeno: hidrografía de la región. Objeto: Ríos, arroyos. Proceso: Flujo de agua por minuto.

RL Por ejemplo: Velocidad de los vientos, dirección de las corrientes de aire. RL Por ejemplo: Ubicación de arroyos y ríos.

RL Por ejemplo: Cantidad de energía eólica, presión atmosférica, instrumentos de navegación. RL Por ejemplo: Cantidad de especies, temperatura.

RM Objeto. El terreno de un país.

RL Por ejemplo: Cantidad de estados, tamaño relativo de los estados.

RL Por ejemplo: La variedad de climas, las especies que habitamos en ella.

RM Fenómeno. La caída libre. Objeto: Un cuerpo del que se obtengan datos para aplicar la fórmula. Proceso: La medición de los intervalos de tiempo.

RL Por ejemplo: RL Por ejemplo: La Relación proporcional fricción de aire. directa entra la velocidad y el producto gt.

Objeto, proceso o fenómeno representado

Modelo

Planos

Diagrama velocidad

dirección

Maqueta

Mapa

uso de la fórmula de caída libre v = gt para calcular la velocidad de caída sin considerar la resistencia del aire.

26

Comparen las características de algunos modelos. Para ello: 2. RM En la tabla.

CIENCIAS

II

Contrasten los resultados que obtuvieron. Para ello:

Contrasten los resultados que obtuvieron. Para ello: 1. Establezcan las diferencias que hay entre ellos.

1. Pida a sus alumnos que intercambien sus tablas y analicen las diferencias. Enfatice la discusión acerca del poder explicativo y predictivo de cada modelo. Puede hacerles preguntas como ¿cuál de los modelos explica mejor lo que pretende representar?

2. Modifiquen sus respuestas, si lo consideran conveniente. 3. Comenten: a) ¿Qué modelos incorporan mayor número de características del objeto, proceso o fenómeno que representan? ¿Por qué? b) ¿Qué representaciones consideran más útiles para modelar: i) objetos, ii) procesos y iii) fenómenos? c) ¿Habían hecho un modelo anteriormente? Comenten su experiencia con el grupo. d) ¿Cuál o cuáles de los modelos anteriores son modelos científicos?

3. a) 3 Permita que sus alumnos expongan sus argumentos. RL Por ejemplo: La maqueta porque en ella se puede analizar la hidrografía, la cantidad de arroyos, qué tanta agua hay en la zona.

ido bre lo aprend ación que Reflexión so do la inform do y analiza ta re rp te s in contesta: ha s, e re qu a rio or te Ah s an o de n los modelo ayor númer proporciona n conocer m tan? nos permite en es es ál pr cu re o e l qu os 1. ¿Cuá s de los objet papalote? característica presentar tu rías para re ea pl em elo od 2. ¿Cuál m respuesta. el problema. Justifica tu n contestar te permitirá respuestas s tu e qu Recuerda

Para terminar

SESIÓN 2

¿Cómo se utilizan los modelos? Lean el texto. • Pongan especial atención en las características de los distintos tipos de modelos. Texto de formalización

¿Cómo utilizan los científicos los modelos? Cuando las personas dedicadas a las ciencias observan un fenómeno, se plantean preguntas como éstas: ¿Cuáles son los factores o elementos que intervienen?, ¿cómo participa cada elemento?, ¿cómo se relaciona el fenómeno con otros procesos o fenómenos? Para responderlas, los científicos construyen, en ocasiones, modelos con base en lo que observan y la información previa que poseen. Por ejemplo, para la descripción del Sistema Solar fue necesario, primero, observar que los planetas se mueven en la esfera celeste, después, se formularon ideas y relaciones que permitieron la elaboración de un modelo teórico sobre la posición de la Tierra en el Universo. Si un modelo no explica de manera satisfactoria las observaciones y los conocimientos que se tienen del objeto o fenómeno, se construye uno nuevo, con mayor capacidad de explicación y predicción. En otros casos, pueden coexistir modelos diferentes para explicar el mismo fenómeno. Los modelos también permiten predecir el comportamiento de un proceso o fenómeno, si las características que nos interesan se representan con magnitudes físicas, que sean medibles. Por ejemplo, si deseamos conocer los efectos que tiene el choque de autos sobre sus ocupantes, podemos representarlos con maniquíes que se colocan en los asientos del coche, y así estudiar los daños que pueden sufrir las personas en el momento de un impacto. El maniquí es, en este ejemplo, el modelo de un cuerpo humano porque tiene representadas las variables más importantes en la descripción de choque: masa, resistencia de los huesos, posición en el asiento, o porcentaje de agua. 27

2 Suspenda la lectura donde lo considere conveniente para realizar un intercambios de opiniones que lleve a los alumnos a valorar el papel de los modelos científicos para explicar y predecir lo que sucede en nuestro entorno.

Reflexión sobre lo aprendido En este momento de la secuencia, los alumnos ya conocen diferentes tipos de modelos y sus características, de modo que pueden decidir el modelo que van a realizar. Es importante que verifique que cada estudiante tenga claro lo que quiere representar.

Para terminar El video permite identificar diferentes tipos de modelos que facilitan la explicación de diversos fenómenos físicos. 4 El recurso tecnológico complementa la información del texto. Aproveche el video para reflexionar sobre las características de los modelos y facilitar la discusión en el aula en torno a las situaciones cotidianas en las que consideran que sería ventajoso utilizar un modelo. Se recomienda insistir en que el uso de modelos en las ciencias difiere sustancialmente de los modelos en la vida cotidiana. Texto de formalización

1. RL Por ejemplo: El del barco, pues modela muy bien este objeto. 2. RL Por ejemplo: Emplearía un diagrama.

El texto muestra las características generales de los distintos tipos de modelos.

b) Si bien no hay una respuesta única, lo más común es lo siguiente: RL Por ejemplo: i) Los objetos se modelan con otros objetos a escala o se ilustran sus características de masa y volumen. ii) Los procesos se modelan con diagramas. ii) Los fenómenos se modelan con fórmulas matemáticas. c) RL Por ejemplo: Sí, yo había hecho un diagrama del ciclo del agua. d) RM La fórmula. 5 Para cerrar la sesión, pida a los alumnos que mencionen algunos de los modelos que han elaborado en el curso; pídales que recuerden cómo los realizaron y para qué les sirvieron. En el curso de Ciencias I, por ejemplo, trabajaron con un esquema del ciclo del carbono.

Para evaluar la sesión se sugiere tomar en cuenta el trabajo comparativo de los alumnos realizado en la tabla de la Actividad DOS. La Reflexión sobre lo aprendido puede servir como instrumento de coevaluación.

S esión 2 2 Para iniciar la sesión se sugiere retomar en forma breve los resultados de las actividades anteriores y vincularlos con el problema. Si bien algunos alumnos pueden dar ideas sobre cómo elaborarán su modelo de papalote, comente la posibilidad de mejorar sus modelos con lo que aprenderán en esta sesión, es decir, a valorar el papel de los modelos científicos para explicar y predecir lo que sucede en nuestro entorno, e identificar las características de un modelo científico.

Recuerde a sus alumnos que a veces un objeto que se utiliza para divertirse puede convertirse en una herramienta de conocimiento. Por ejemplo, una pelota puede utilizarse para explicar los meridianos terrestres. L i b r o p a ra e l m a e s t r o

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Muchos términos en Física tienen un significado muy distinto en la vida cotidiana, lo cual dificulta su comprensión en una lógica de causa efecto. Tal es el caso de conceptos como masa, peso, energía, trabajo y particularmente, la palabra modelo. En ciencias, un modelo es una herramienta cognitiva porque facilita la descripción, representación, explicación, comunicación, discusión o evolución de un algo que se quiere conocer.

secuencia 15 Si, además se tiene una representación matemática de las variables involucradas, no es necesario destruir un coche: puede simularse el choque con la ayuda de las computadoras y de igual manera medir los daños sin que nadie salga herido. Por razones de presupuesto, los técnicos y científicos optan generalmente por lo segundo. Los modelos que se construyen en ciencias tienen las siguientes características: • Son una representación esquemática o simplificada de un objeto, proceso o fenómeno. Por ejemplo, el sistema circulatorio tiene funciones que no se aprecian en un dibujo. • Toman en cuenta las características esenciales del proceso. De hecho, para elaborar el modelo de la fotosíntesis se deben tomar en cuenta las sustancias que se requieren para el proceso y las que se producen; no se considera si la hoja es alargada o corta, o si es un árbol alto o bajo.

Para el estudio de la resistencia y seguridad de los automóviles se emplean maniquíes que representan a adultos y niños.

• Son representaciones perfectibles que se pueden mejorar con base en nuevos descubrimientos. Por ejemplo, los mapas actuales de la Tierra muestran características que no se conocían en la antigüedad.

Para el estudio del cuerpo humano, se hacen modelos para observar lo que sucede cuando alguna de sus partes sufre algún daño y encontrar cómo puede repararse o sustituirse.

F=ma Los modelos de procesos se utilizan para estudiar fenómenos, como el funcionamiento de un sistema del cuerpo humano como el respiratorio, o bien para estudiar un proceso, como el de la oxigenación de la sangre.

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Los modelos conceptuales representan una idea, una hipótesis o una teoría. Un ejemplo es la segunda ley de Newton.

CIENCIAS • Permiten hacer comparaciones y predicciones. Por ejemplo, podemos elaborar dos modelos de un barco y comparar cómo se comportan cuando se encuentren en un mar con mucho oleaje.

II

Reflexión sobre lo aprendido Manto superior Manto inferior

Atmósfera Corteza continental Corteza oceánica

Núcleo externo

Núcleo interno

• Pueden ser modelos teóricos y analógicos. Los modelos teóricos pueden presentar ideas, relaciones y ecuaciones. Los modelos analógicos plasman la teoría en representaciones de dos y tres dimensiones, es decir, diagramas, maquetas, etcétera.


Los modelos de objetos son representaciones en dos o tres dimensiones que permiten el conocimiento de cosas a las que se tiene difícil .

ido bre lo aprend Reflexión so modelo, sus un es e rías tu s lo qu Ahora sabe ómo elabora ¿C . os tip y s característica problema? el r lve so re modelo para

4 Comente con sus alumnos la importancia de utilizar esta destreza como herramienta básica de conocimiento. Por ejemplo, un médico que escucha y palpa los síntomas de un paciente, tiene información para identificar la enfermedad que éste padece.

Vínculo entre Secuencias Recuerda que la constante de gravitación universal la revisaste en la Secuencia 9: ¿La materia atrae a la materia?

Actividad TRES Identifica las características de un modelo científico. • Realiza lo siguiente: 1. Experiencia A • Observa las dos imágenes:

Se espera que en este momento listen algunas carcterísticas de su modelo de papalote. RL Por ejemplo: Sería un diagrama. Tendría colores representando cada parte: los palitos, el papel, la cola, el hilo.

empleada Nueva destreza erísticas onocer las caract Rec ar: fic Identi , organismos, hechos de es dad pie pro o os. materiales o proces

Actividad TRES El propósito de esta actividad es que los alumnos identifiquen las características de un modelo científico y valoren sus posibilidades de representar objetos, procesos o fenómenos. Identifica las características de un modelo científico.

Foto de automóvil real.

• Realiza lo siguiente:

Foto de automóvil a escala.

1. Experiencia A

a) ¿Qué modelo representa mayor número de características del automóvil real? b) ¿Qué diferencias encuentras entre ambas representaciones?

a) RM La del objeto real.

c) ¿Qué semejanzas y diferencias tienen ambas representaciones con el automóvil real?

b) RL Por ejemplo: El tamaño.

d) ¿Para quién podrían ser útiles estos modelos? ¿Por qué? 29

Pregunte a los alumnos si la fórmula de la gravitación universal representa un objeto, un proceso o un fenómeno.

c) RL Por ejemplo: Semejanzas: La forma, los componentes como llantas, ventanas, cajuela. Diferencias: Dimensiones, el fondo, uno es de juguete y el otro no. d) RL Por ejemplo: Para los fabricantes de autos o autopartes, para los fabricantes de juguetes, pues se representan sus características esenciales.


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2. Experiencia B

secuencia 15 2. experiencia B

a) RM Porque muestra los aspectos esenciales para explicar el movimiento de los planetas alrededor del Sol, aunque otros aspectos no estén representados.

• Observa la representación del Sistema Solar:

b) RL Por ejemplo: Cómo giran los planetas, alrededor de qué objeto celeste están girando, cuántos planetas hay, cuál es su tamaño relativo. c) Es importante que los alumnos sepan que sí es posible. Comente con ellos que los objetos masivos, como los planetas y sus lunas, condicionan el movimiento alrededor de las órbitas de muchos otros cuerpos, como los asteroides. Los cometas también son atraídos por el Sol, aunque su comportamiento sea un poco diferente, pero para entender la órbita elongada de un cometa, tiene que haberse entendido cómo el Sol atrae a los planetas. RM Los elementos que se muestran permiten tener una visión general de cómo está formado el Sistema Solar. d) Comente con sus alumnos cómo un modelo puede mostrar el pensamiento de toda una época y de muchas personas. El mérito de quien hace el modelo es abstraer una idea de cómo puede representarse algo que se quiere explicar pero que no se conoce más que parcialmente. La construcción del modelo se debe a las observaciones de Copérnico y otros astrónomos, al registro cuidadoso de las fechas y la posición de los astros, al cálculo de otras posiciones y, finalmente, a la imaginación para plasmarlo en un dibujo. Se tomaron en cuenta los principales planetas que giran en torno al Sol y sus características: tamaño, número de lunas, presencia y número de anillos; la ubicación y el tipo de órbitas de cada uno de ellos, así como su posición en torno al Sol. RM Se pudieron haber tomado en cuenta los datos que han proporcionado los astrónomos de diferentes épocas, respecto a las características y ubicación de los astros del Sistema Solar.

a) ¿Por qué esta representación es un modelo? b) ¿Qué características del Sistema Solar se representan con un modelo como éste? c) ¿Se puede entender la estructura del Sistema Solar, a pesar de haber eliminado algunos de sus componentes, como los asteroides y los cometas? ¿Por qué? d) ¿Cómo se construyó este modelo si no es posible observar de manera directa todos los astros del Sistema Solar? 3. experiencia c • Observa la fórmula que representa la energía potencial gravitacional:

Ep =mgh a) ¿Qué representa este modelo? b) ¿Qué características están representadas en él? comparen sus respuestas con las de otros equipos. • Comenten con sus compañeros: 1. ¿Cuáles son modelos científicos? Justifiquen su respuesta. 2. ¿Para qué se emplea un modelo científico?

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3. Experiencia C a) RM Un tipo de energía mecánica. b) RM Se simbolizan los nombres de las variables que determinan esta energía y cómo se relacionan entre sí matemáticamente. Comparen sus respuestas con las de otros equipos. 1. RM Los de las experiencias B y C, porque representan procesos de interés para las ciencias que no se pueden manipular directamente, pero que están expresados en lenguaje simbólico y gráfico que favorece su comprensión. 2. RM Para explicar y predecir un concepto, fenómeno o proceso.

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Reflexión sobre lo aprendido 1. RM Un modelo que represente un objeto. Quizás un diagrama. 2. RL Por ejemplo: Acudiría con alguien que supiera sobre el tema: le preguntaría a algún artesano que hiciera juguetes; buscaría en una enciclopedia fotos de papalotes; haría búsquedas en internet.

CIENCIAS

II

Lo que aprendimos

Lo que aprendimos

En la sección Lo que aprendimos, se presentan las siguientes actividades de evaluación de los contenidos de la secuencia:

Resuelvo 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”.

✓ Resuelvo el problema: El alumno da una solución al problema; emplea para ello los conceptos y las destrezas aprendidas.

Para resolver el problema toma en cuenta los siguientes aspectos: 1. ¿Cuáles son las características esenciales que le permiten a un papalote volar?

✓ Para qué me sirve lo que aprendí: El alumno transfiere los nuevos aprendizajes a situaciones y contextos diferentes a los estudiados.

2. Menciona algunas características que no son esenciales para el vuelo de un papalote. 3. ¿Qué tipo de modelo vas a utilizar para mostrar las características de tu papalote? ¿Es un modelo científico? Justifica tu respuesta. Expongan las descripciones de sus modelos. • Comenten:

✓ Ahora opino que…: Se plantea una nueva situación problemática relacionada con los contenidos, ante la cual el alumno manifiesta una opinión informada.

1. ¿Qué tipo de modelo emplearon: de objetos, de procesos o de conceptos? 2. ¿Todos los modelos que elaboraron representan las características de los papalotes o cometas? Expliquen qué les sobra o qué les falta. 3. ¿Se pueden complementar unos modelos con otros?

✓ Lo que podría hacer hoy: Se explora el componente conductual (tendencia a la acción) de las actitudes trabajadas durante la secuencia. Esta sección promueve la participación responsable e informada ante un problema o situación cotidiana.

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El maestro puede, si así lo desea, emplear algunas actividades de la secuencia, para realizar la evaluación diaria del trabajo en clase (evaluación formativa), como las que se sugieren en los cierres de sesión. Al final de cada bloque se presenta:

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Expongan las descripciones de sus modelos. 1. RM De objetos. 2. RL Por ejemplo: Faltó considerar que el material debe ser ligero como el papel de china. 3. Verifique que todos los alumnos hayan construido sus modelos y que hayan contestado a la pregunta de si sus modelos representan adecuadamente las características deseadas para el papalote. En el intercambio grupal identifique aquellos modelos que no representen las características de un papalote y digan por qué. RL Por ejemplo: Sí.

Resuelvo el problema Para resolver el problema toma en cuenta los siguientes aspectos: 1. RM Forma aplanada, hecho de papel de china, tiene una cola como contrapeso, con estructura romboide, formada con palitos de madera, pende de una madeja de hilo de cáñamo, etcétera. 2. RM El color del papel de china, el pegamento que se utilice. 3. RM El modelo de un objeto. Podría hacerse mediante un diagrama o bien un modelo en 3D a escala. No sería un modelo científico sino una representación de un objeto y de sus características.

• Un ejemplo de evaluación individual de Lo que aprendimos, así como un Ejemplo de evaluación sumativa de un bloque. • Una Lista de cotejo de destrezas y actitudes, en la que se presentan las destrezas y las actitudes que se trabajan en cada secuencia.

Reflexión sobre lo aprendido Oriente a sus alumnos hacia la valoración de lo que han aprendido sobre los modelos, es decir, su capacidad de representación, su utilidad para comprender el mundo en que vivimos, para aproximarnos a situaciones que no se pueden manejar directamente. RL Por ejemplo: Sí. Yo pensé que un modelo sólo se refería a la representación de un objeto.


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¿Para qué me sirve lo que aprendí?

secuencia 15 ¿Para qué me sirve lo que aprendí?

Esta actividad resulta interesante para reflexionar acerca de aspectos relacionados con la contaminación, la sobrepoblación, el agotamiento de los recursos en función de las necesidades actuales. Esta proyección puede incluir también algunas reflexiones sobre la importancia de los modelos en la predicción para la prevención de situaciones de riesgo o de conservación del ambiente. 5 Pida a sus alumnos presentar y exponer su modelo en una cartulina.

¿Qué pasos seguirías para elaborar un modelo que explique cómo será tu comunidad dentro de 200 años? 1. Describe tu procedimiento. 2. Elabora tu modelo. comenten sus respuestas. • ¿Crees que tu modelo sea útil para predecir lo que sucederá?

Lo que podría hacer hoy… el abastecimiento de agua es un problema nacional. 1. Discute con tus compañeros cuál sería una posible solución para evitar el desperdicio de agua dentro de la escuela. 2. ¿Qué tipo de modelo usarían para explicar la solución propuesta? expongan sus modelos.

¿Qué pasos seguirías para elaborar un modelo que explique cómo será tu comunidad dentro de 200 años?

• Evalúen los modelos que consideren más viables para llevarse a la práctica.

1. Se espera que consulten el procedimiento de modelado.

Lo que podría hacer hoy… Con esta actividad los alumnos pueden apreciar el valor de los modelos para solucionar problemas diversos. El abastecimiento de agua es un problema nacional. 2. Un diagrama de flujo puede ser de utilidad.

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CIENCIAS

II

Para saber más…

Para saber más…

La consulta de los textos y páginas electrónicas recomendadas en esta sección, contribuye a que los alumnos puedan profundizar y ampliar sus conocimientos acerca del tema revisado en la secuencia.

1. Meiani, A. (2004). El gran libro de los inventos. México: SEP/Planeta de Agostini. 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. Martín R. 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-Hill Interamericana. 1. Aguilar, G., et al. La mecánica de Galileo y Newton. ILCE. 5 de marzo de 2007.

http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/03/htm/sec_ 9.html

2. Hacyah, S. Relatividad para principiantes. ILCE. 5 de marzo de 2007.

http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/03/htm/sec_ 9.html

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¿De qué está hecha la materia? Propósito y perspectiva En esta secuencia se analizan algunos modelos con los cuales se trató de explicar la estructura de la materia; para ello se valora la contribución de los filósofos griegos y se comparan los aspectos fundamentales de cada uno de los modelos presentados, desde Aristóteles hasta Newton. Desde una perspectiva histórica, se abordan las diferencias entre los primeros modelos propuestos y el modelo actual.


SESIÓN 1




Texto introductorio

Mostrar la importancia de las primeras ideas y suposiciones sobre la estructura de la materia.

La Grecia atomista


UNO Analizar materiales para describir su estructura y apariencia externa. Mediante un dibujo expresar cómo imaginan la estructura de la materia. Dibujo y tabla.

Por equipo: Dos materiales porosos, dos duros, dos elásticos y dos que se puedan dividir.


Conocer el concepto griego de los cuatro elementos como modelo de la estructura de la materia.


DOS Identificar elementos comunes de teorías y conceptos de la estructura de la materia para explicar las propiedades generales de la materia. Valorar el proceso de cambio en las explicaciones científicas. Tabla.


Identificar la aportación de Dalton a los modelos de la estructura de la materia.

2

Aristóteles y Newton


¿Para qué me sirve lo que aprendí? Lo que podría hacer hoy…


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secuencia 16

¿De qué está hecha la materia?

1. El propósito. 2. Las sugerencias generales para enseñar en Telesecundaria, que aparecen en un manchón como . Consulte el documento Cinco sugerencias para enseñar en la Telesecundaria para seleccionar la más adecuada.

sesión 1

Para empezar La Grecia atomista Lee el texto. • Antes de la lectura contesta: ¿Cómo está formada la materia?

3. Las sugerencias específicas para la actividad.

Texto introductorio

Cuando pensamos en ladrillos, la mayoría imaginamos los objetos que se utilizan para construir casas y edificios. Existen ladrillos de diferentes clases y materiales que permiten construir todo tipo de edificaciones. Tal vez entonces te preguntes qué tienen que ver los ladrillos con la estructura de la materia. Bueno, los ladrillos son para las construcciones lo que los átomos son para las moléculas y ambos –átomos y moléculas– forman todo lo que nos rodea. El concepto de átomo existe desde los tiempos de la Grecia Antigua. Demócrito, en el año 400 a. de C, habló de los átomos como las partículas más pequeñas de las que estaba constituida la materia. A estas diminutas partículas que ya no podían dividirse en partículas más pequeñas las llamó átomos, que quiere decir indivisibles.

4. Las respuestas esperadas se marcan como RM: Respuesta modelo. Cuando la pregunta es abierta y acepta más de una respuesta se marca como RL: Respuesta libre. En este caso se ofrecen ejemplos de posibles respuestas o criterios que el alumno debe tomar en cuenta al dar su respuesta.

S esión 1

Grecia

5 Antes de iniciar la sesión, mencione a sus alumnos que analizarán los primeros intentos de la humanidad para explicar cómo está formada la materia, además de que valorarán las aportaciones de los filósofos griegos.

Turquía Mar egeo

Para empezar El recurso explora la formulación, el origen y el alcance de la teoría atomista de la materia. 4 El video fortalece la información del texto. Puede aprovechar el recurso audiovisual para la explicación de lo que son los átomos y cómo se fueron construyendo las teorías en torno a éste. Texto introductorio

El texto presenta un panorama breve en torno a las primeras teorías sobre la conformación de la materia, especialmente, del surgimiento de la Teoría Atomista. 4 Al acabar la lectura, puede analizar con sus alumnos cómo suponen que está formada la materia.

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En la región del Mar Egeo durante los siglos V y IV a. de C. florecieron las ciencias y las artes.

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CIENCIAS

II

Comenten: ¿Creen que la comparación entre ladrillos y átomos sea útil para explicar la estructura de la materia?

Comenten: ¿Creen que la comparación entre ladrillos y átomos sea útil para explicar la estructura de la materia? Ahora conoces el papel de los modelos en las ciencias. En esta secuencia contrastarás tus ideas sobre la estructura de la materia con algunos de los modelos que se han propuesto para explicarla. Valorarás el proceso de desarrollo de las explicaciones científicas sobre la estructura de la materia.

La respuesta de los alumnos a esta pregunta puede ser afirmativa o negativa. Deje que expongan todos los motivos en defensa de su respuesta. El concepto de átomo como la partícula más pequeña perduró por mucho tiempo. A principios del siglo pasado era casi imposible que un buen científico tuviera dudas sobre esto. Con la aceptación de la existencia de los átomos no fue muy difícil aceptar la existencia de las moléculas, como entidades que pueden definirse como agrupaciones específicas de átomos, unidos por intensas fuerzas de interacción electrostática. Para el científico actual parecería imposible concebir las ciencias sin la certeza de la existencia de átomos y moléculas. RL Por ejemplo: a) Si, porque así como se juntan los ladrillos formando cuerpos más grandes y quedan unidos por otro material, los átomos también se juntan y se unen con fuerzas propias. b) No, porque los ladrillos sólo se pueden quedar juntos con otro material; en cambio, los átomos pueden juntarse ellos mismos.

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.

Lo que pienso del problema Responde en tu cuaderno: 1. ¿Qué tanto se puede dividir un objeto, como un trozo de ladrillo, en pedazos cada vez más pequeños? Justifica tu respuesta. 2. ¿La materia que conforma el suelo, el agua y el aire es la misma que la que forma el cuerpo del ser humano? ¿Cómo lo sabes? 3. ¿Puedes ver los componentes más pequeños de los objetos? Explica. 4. A partir de lo que se sabe sobre la estructura de la materia, ¿qué características tendrá tu modelo para explicar las propiedades de masa y volumen?

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4. RL Por ejemplo: La masa la puedo representar en una caja variando el número de partículas dentro de ella y el volumen lo representaría variando el tamaño de la caja.

Lo que pienso del problema 1. Hasta la fecha, los constituyentes más pequeños de la materia son el quark y el electrón. RL Por ejemplo: No, al dividir la materia se llega a un límite. 2. Recuerde a sus alumnos que todo en la Naturaleza está formado por elementos cuya combinación da como resultado gran cantidad de compuestos. Por lo tanto, los elementos que integran al ser humano son los mismos que pueden formar una planta, un animal o un mineral. RL Por ejemplo: Sí, en estos tres compuestos existen los elementos necesarios para la vida. 3. RL Por ejemplo: A simple vista, no. Se necesita de detectores apropiados para “verlos”.

1 Comente con sus alumnos que el trabajo científico muchas veces se logra a través de experiencias condicionadas por el contexto histórico en el cual se realiza. En ocasiones los hallazgos son rechazados por la comunidad científica y otras veces surgen inesperadamente y se enriquecen a partir de las contribuciones de diferentes investigadores.

Consideremos lo siguiente… Recuerde no pedir a los alumnos la respuesta al problema en este momento; deje que ellos imaginen posibles soluciones. La solución que damos a usted le permite guiar adecuadamente a los alumnos durante las actividades. Solución al problema: RM Toda la materia tiene una estructura básica constituida por partículas comunes que, al combinarse, dan origen a nuevos materiales compuestos por dos o más elementos. Conocer la estructura mínima de cualquier material nos permite predecir algunos de sus comportamientos al combinarse con otros.


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Manos a la obra

secuencia 16

Manos a la obra

Actividad UNO

Actividad UNO

El propósito de esta actividad es que los alumnos fundamenten la elaboración de un modelo para explicar la estructura de la materia e identifiquen las características que debe tener dicho modelo.

analicen algunas propiedades de la materia. v Realicen la práctica. 1. Material a) Dos materiales duros. b) Dos materiales porosos. c) Dos materiales elásticos.

Pida a sus alumnos que recuerden algunas de las propiedades que han revisado en secuencias anteriores. Haga un recordatorio de este tema preguntando el significado de las propiedades acompañadas de un ejemplo donde se aplique la propiedad enunciada.

d) Dos materiales que consideren que se pueden dividir facilmente. 2. Procedimiento • Realicen lo siguiente: a) Seleccionen un material con el que puedan explicar cada característica de la materia: dureza, porosidad, elasticidad, divisibilidad e impenetrabilidad. b) Describan para cada objeto, cómo creen que es la estructura que determina cada propiedad.

Analicen algunas propiedades de la materia.

c) Elaboren un dibujo en el pizarrón que represente cada explicación escrita. d) Elaboren en el pizarrón una tabla con sus descripciones.

3. Resultados Se le advierte que sus estudiantes no manejarán este lenguaje. Sin embargo, sería conveniente que se fueran familiarizando con estos términos. RL En la tabla.

3. Resultados • Registren los datos obtenidos en una tabla como la que se muestra.

Propiedad

Material

RL Por ejemplo: Están pegadas las partes que componen su cuerpo y son muy duras sus partículas.

RL

RL Por ejemplo: Una piedra.

RL Por ejemplo: Sus moléculas tienen alguna separación y dejan espacios para que pueda pasar otra materia como el agua.

RL

RL Por ejemplo: Una liga.

RL Por ejemplo: Las partículas que tiene están juntas pero formadas de muchos hilitos que se expanden y se juntan.

RL

RL Por ejemplo: El agua.

RL Por ejemplo: Las partículas se pueden separar.

RL

Porosidad

elasticidad

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Dibujo de la estructura que determina la propiedad

RL Por ejemplo: Hierro.

Dureza

Divisibilidad

Descripción de su estructura

CIENCIAS

II

4. Análisis de resultados


a) RM Átomos y moléculas.

• Respondan:

b) RM El tipo de materia, su estado de agregación.

a) ¿Cómo se llaman las partículas que constituyen los materiales? b) ¿Qué diferencia hay entre la estructura de un material duro y uno compacto y poroso?

c) RM Por el reducido espacio entre las moléculas.

c) ¿Por qué los cuerpos duros no se pueden penetrar fácilmente? d) ¿Por qué algunos materiales se pueden estirar? 5. Comunicación

d) RM Por las fuerzas de cohesión variable que tienen las moléculas.

v Elaboren un reporte de la práctica en sus cuadernos. Dibujen en el pizarrón un modelo de la estructura de la materia.

Dibujen en el pizarrón, un modelo de la estructura de la materia. En los dibujos que hagan sus alumnos, las partículas seguramente tendrán formas variadas: esferas, cuadros, cubos, etc. En ellas igualmente podrán aparecer dibujados los enlaces de algún modo. Cada vez que los alumnos propongan una forma diferente de partícula o enlace pregunte el porqué de este cambio respecto a los anteriores.

Baja Porosidad Alta Porosidad

Divisibilidad. La materia puede ser dividida en cuerpos más pequeños.

Porosidad. Un material es más poroso en tanto más espacios tenga entre las partículas.

Dureza. Un cuerpo es más duro que otro si lo puede rayar.

Elasticidad. Un cuerpo es elástico si recupera su forma original después de su deformación.

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59


El texto responde a la pregunta del título. Muestra cómo las primeras explicaciones incluían ideas básicas que fueron retomadas en las explicaciones posteriores. Estas primeras aportaciones permitieron la evolución del pensamiento y el descubrimiento de nuevas técnicas para profundizar en el estudio de la materia. 1 2 Permanezca atento a la expresión de las ideas de sus alumnos. Aclare desde el inicio que en este tema sólo hay una hipótesis, por lo que no está definida completamente la estructura de la materia. Es conveniente que cada alumno aprenda a externar y fundamentar su opinión. Recuerde motivar a los estudiantes para la lectura. Por ejemplo, pídales que lean en voz alta y que intercambien sus puntos de vista o que compartan lo que han escuchado de otras personas sobre la estructura de la materia.

secuencia 16 Lean el texto. v Durante la lectura, pongan especial atención en las teorías sobre la estructura de la materia. Texto de información inicial

¿De qué está hecha la materia? Para explicar los fenómenos de la Naturaleza, cinco siglos a. C. los filósofos griegos los comparaban con

situaciones cotidianas, como si se tratara de objetos animados. Para los griegos, la filosofía natural estaba estrechamente vinculada al cambio continuo. Por ejemplo, para Tales de Mileto el agua formaba todas las cosas; para Anaxímenes fue el aire lo que dio origen a todo lo que vemos; Heráclito de Éfeso creía que el fuego era la materia y fuerza que daba origen a todo el Universo: “Todo cambia, nada perdura”, decía. En cambio, Empédocles señaló que la tierra, el agua, el fuego y el aire fueron el origen de todo cuanto existe en el Universo. Por su parte, Aristóteles aceptó esta idea de los cuatro elementos y propuso uno más, el éter, que junto con la tierra, el agua, el aire y el fuego constituían todo cuanto existía. Platón, en su obra Timeo, asoció a cada uno de los cuatro elementos un poliedro: al fuego el tetraedro, al aire el octaedro, al agua el icosaedro y a la tierra el hexaedro o cubo. En aquella época se creía posible transformar un elemento en otro, por ejemplo, el plomo en oro, cambiando la cantidad de elemento o calentándolo. En Europa, durante la Edad Media, periodo que abarca del siglo V al siglo XV, prevaleció el pensamiento aristotélico. Ya en el siglo XVII, Newton propuso que todos los objetos en el Universo estaban constituidos por partículas o corpúsculos y por espacio vacío. Era una extensión, como puede apreciarse, del modelo atómico de Demócrito, con la particularidad de que los “átomos” interactúan a distancia, es decir, ejercen fuerzas como la gravitacional, de manera directa e instantánea sobre las demás partículas, contrario a la creencia de que sólo existían fuerzas de o. El modelo corpuscular de Newton prevaleció hasta el siglo XIX. Este científico inglés llegó a considerar incluso que objetos gigantescos como los planetas, objetos pequeños como una pelota y aun los que no podemos ver a simple vista, pueden estudiarse como si fueran partículas o corpúsculos pequeños y compactos. Esta idea de Newton Modelo griego de los cuatro elementos. llevaba implícita su convicción de que todos estos objetos tienen algo en común: los átomos. consulta tu diccionario para encontrar el significado de palabras como corpúsculo.

da la pone que to istóteles: Su o y tierra, y mentos de Ar eg fu ele , ro re ai at , cu Los r agua nción formada po stintos en fu materia está les y sustancias son di eria s. to en m que los mat ele s ción de esto de la propor

38

Después de haber aclarado el significado del término, solicite la relectura del párrafo donde se encuentra.

60


CIENCIAS

II

Las ciencias y la comunidad científica


Solicite a los alumnos que expresen su opinión sobre el pensamiento de estos personajes de la historia y su importancia para el desarrollo de las ciencias.

Le decían el Estagirita por su lugar de origen, Estagira. A los 18 años se fue a Atenas, donde por veinte años estuvo en la Academia de Platón, primero como discípulo y luego enseñando. Fue consejero y guía de Alejandro Magno, a quien no quiso acompañar en su expedición militar hacia Asia. A su regreso a Atenas Aristóteles fundó su escuela, el Liceo, donde daba sus lecciones paseando con sus discípulos y se les puso el nombre de “peripatéticos”. Esta escuela fue uno de los centros de investigación científica más importantes de la antigüedad. Se creó por primera vez una de las más importantes bibliotecas de los más diversos temas: investigación histórica y obras sobre Biología y Física.

1 Para cerrar la sesión, comente con los alumnos acerca de la utilidad de las teorías y los modelos para explicar fenómenos naturales. Aristóteles (Estagira, 384-Calcis 322 a. de C.)

S esión 2 3 Antes de iniciar la sesión, promueva la participación del grupo para retomar lo aprendido durante la sesión anterior. Puede pedir que respondan algunas preguntas como éstas:

El emperador Alejandro Magno conservó siempre un gran respeto por su maestro incluso, lo apoyó económicamente y le mandó ejemplares de la fauna y la flora de su imperio para que el maestro los estudiara. También trató temas de política. Aseguraba que para el buen funcionamiento de una ciudad-estado no sólo es necesario unificar voluntades hacia un mismo fin; se requiere de leyes sensatas y apropiadas que respeten las diferencias y eduquen a los ciudadanos en la responsabilidad dentro de la libertad. La filosofía de Aristóteles, junto a la de Platón, constituye el legado más importante del pensamiento de la Grecia antigua.

Actividad DOS

1. ¿Cuál es el problema que se quiere resolver? 2. ¿Qué aspectos hay que considerar para encontrar un buen modelo científico?

SESIÓN 2

Aristóteles 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.

Actividad DOS

1. Escriban alguna posible explicación sobre las propiedades de la materia según el modelo griego de los cuatro elementos. Propiedad

El interactivo permite ejemplificar dos puntos de vista sobre la constitución de la materia y cómo se construye el conocimiento científico.

Según el modelo griego de los cuatro elementos

Dureza

RL Por ejemplo: Es la manifestación de un objeto compuesto de tierra.

Porosidad

RL Por ejemplo: Un objeto sería poroso en razón de la cantidad del elemento “aire” que contiene.

Divisibilidad

RL Por ejemplo: El elemento “aire” que conforma un objeto debe ser la razón de su divisibilidad.

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Identifiquen las similitudes y diferencias de su propia explicación sobre las propiedades de la materia con el modelo griego de los cuatro elementos. 1. RL En la tabla.

4 Además, fomenta la participación y el debate en el aula con la oportunidad de que los alumnos integren sus conocimientos y expresen sus ideas sobre el fenómeno observado. El recurso cuenta con instrucciones y sugerencia didáctica que se propone revisar antes de utilizarlo para un mejor aprovechamiento.

Puede utilizar el interactivo como complemento de la actividad. El propósito de esta actividad es que los alumnos expliquen ciertas propiedades de los cuerpos teniendo como base a los cuatro elementos del concepto filosófico griego sobre la estructura de la materia. En este ejercicio no puede haber errores ni aciertos, pues es un ejercicio lúdico de imaginación sobre un modelo que bien podía estar equivocado, pero que en su tiempo servía para dar algunas explicaciones lógicas.


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2. RL En la tabla.

secuencia 16 2. Expliquen según sus propias palabras las siguientes propiedades de la materia.

Elaboren un modelo o representación gráfica de las propiedades de la materia. Haga énfasis en recordar a sus alumnos que un modelo es una representación abstracta de una realidad. La teoría científica incluye explicaciones y motiva observaciones y experimentos. Un modelo ayuda a construir una teoría, pero no representa necesariamente todos los aspectos de una teoría.


Propiedad

Propiedad

1 Antes de iniciar la lectura, recuerde lo aprendido sobre los modelos conocidos. Puede pedir a los alumnos que contesten lo siguiente: ¿Cuáles son las diferencias entre los modelos de Aristóteles y Newton?

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Porosidad

RL Por ejemplo: Propiedad que tienen algunos objetos de permitir el pasaje de sustancias como agua o aceite a través de ellos.

Divisibilidad

RL Por ejemplo: Propiedad que tienen algunos objetos de partirse con facilidad en pedazos muy pequeños.

semejanzas

Diferencias

Dureza

RL Por ejemplo: No hay semejanza en la descripción de esta propiedad.

RL Por ejemplo: El modelo griego de los cuatro elementos sostiene que la dureza es consecuencia de la composición.

Porosidad

RL Por ejemplo: El elemento “aire” de los griegos sería la porción de vacío en un material poroso.

RM En la explicación de los griegos se trata de “aire”, en la visión moderna se sabe que es espacio vacío, sin materia.

Divisibilidad

RL Por ejemplo: Ambas explicaciones no aclaran por qué se puede dividir.

RM En el modelo de los cuatro elementos se considera que el “aire” constituye al objeto, mientras que en el modelo actual, la divisibilidad es consecuencia de los átomos constituyentes.

elaboren un modelo o representación gráfica de las propiedades de la materia.

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Para terminar Lean el texto. v Identifiquen las aportaciones de Dalton para explicar la estructura de la materia.

Para terminar El texto proporciona información sobre el modelo atómico de Dalton y algunos elementos conceptuales que sustentan las teorías actuales.

RL Por ejemplo: Propiedad que tienen algunos objetos de ser resistentes a ser rayados o pulidos.

3. Comparen las explicaciones en cada propiedad. Identifiquen las semejanzas y las diferencias que hay entre ambas.

Los estudiantes deben utilizar las ideas y sugerencias que proporcionan los modelos vistos. Pida que algunos de sus alumnos nombren los elementos seleccionados personalmente para realizar su modelo de materia. RL Por ejemplo, tomaría en cuenta el modelo de Newton para explicar que la materia tiene dureza al estar formada por corpúsculos.


según sus propias palabras

Dureza


¿Y después del modelo griego? Demócrito y Leucipo propusieron la primera teoría atómica llamada “Discontinuidad de la Materia”. Esta

consistía en que la materia se puede dividir en trozos, como una piedra que se rompe, y luego cada trozo partirse otra vez y así, sucesivamente, hasta obtener unas diminutas e indivisibles, a las que Demócrito llamó átomos, las cuales constituyen a la materia. Así, había átomos de hierro, de agua, aire, rocas, etcétera. 40

CIENCIAS

II

Comenten:

Esta primera aproximación no se considera una teoría científica tal y Hidrógeno Hierro como la entendemos hoy en día, ya que no se apoyaba en experimentos rigurosos. La primera prueba sobre la existencia del átomo fue encontrada Azogue Zinc por John Dalton a principios del siglo XIX, y a partir de ahí se fueron Carbono Cobre proponiendo diversos modelos para explicar la estructura de la materia. Actualmente resultaría casi imposible avanzar en el conocimiento de los Oxígeno Plomo fenómenos naturales sin reconocer a los átomos o corpúsculos como Fósforo Plata constituyentes de la materia. Básicamente, el modelo atómico de Dalton Azufre Oro puede resumirse en los siguientes postulados: v Los elementos están constituidos por átomos que son partículas Magnesio Platino básicas de la materia. Son indivisibles y no pueden ser creados ni Estroncio Mercurio destruidos. v Los átomos de un mismo elemento son idénticos, tienen el mismo peso Algunos símbolos usados por Dalton para identificar los elementos conocidos hasta y las mismas propiedades. entonces. v Los átomos de diferentes elementos se combinan entre sí integrando moléculas que forman compuestos. v Los átomos de los elementos pueden combinarse para formar más de un compuesto, dependiendo la cantidad de cada uno. v Cada átomo se comporta como una unidad independiente de las otras. De este modo, la lluvia, las piedras, la tierra, nosotros mismos y las estrellas más lejanas estamos formados por pequeñas partículas llamadas átomos. De hecho, cada elemento, por ejemplo, zinc, sodio o hidrógeno, está formado por átomos de una sola especie.

1. En la actualidad se conoce parte de esta teoría, pero no se puede decir que el conocimiento acerca de ella está terminado, por lo que esta pregunta no tiene una respuesta concluyente. Guíe a sus alumnos a considerar si existen o no partículas elementales o indivisibles. Hasta la fecha, el constituyente más pequeño de la materia conocido es el quark. RL Por ejemplo: Que está formada por átomos bajo ciertas reglas. El átomo es la partícula mínima que conserva todas las propiedades del elemento.

Comenten:

2. RM Resulta indispensable. No existe otra forma de entender la estructura de la materia.

1. ¿Qué nuevos elementos aporta el modelo de Dalton para explicar la estructura de la materia?


2. ¿Cuál es la importancia actual de reconocer los átomos como los constituyentes básicos de la materia?

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Recuerde que es importante que los estudiantes comparen los cambios en sus conocimientos, ya que esto permite reafirmar aquellos que no están claros. RL Por ejemplo: El modelo de Dalton.

Vínculo entre Secuencias Recuerda las características de los modelos que se revisaron en la Secuencia 15: ¿Para qué sirven los modelos?

Lo que aprendimos

Lo que aprendimos


Resuelvo el problema “Tienes que elaborar para la feria de ciencias de tu escuela un modelo de la materia que permita explicar las propiedades de masa y volumen. Para ello deberás definir: 1. El tipo de modelo que elaborarás. 2. Las características de la materia que representará tu modelo y que permiten explicar las propiedades de masa y volumen.” 41

✓ Resuelvo el problema: El alumno da una solución al problema; emplea para ello los conceptos y las destrezas aprendidas. ✓ Para qué me sirve lo que aprendí: El alumno transfiere los nuevos aprendizajes a situaciones y contextos diferentes a los estudiados. ✓ Ahora opino que…: Se plantea una nueva situación problemática relacionada con los contenidos, ante la cual el alumno manifiesta una opinión informada.

Resuelvo el problema


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Para resolver el problema responde en tu cuaderno:

secuencia 16 Para resolver el problema responde en tu cuaderno: 1. De los modelos revisados durante la secuencia, ¿a qué modelo se parece más el tuyo?

1. RL Por ejemplo:

2. Describe cómo explica tu modelo las propiedades escogidas. comenten:

a) Al de Aristóteles, porque hay pocos elementos necesarios para formar todos los materiales que hay en la Naturaleza.

1. Las diferencias y similitudes entre sus propios modelos y los modelos griego y de Newton. 2. Mencionen un ejemplo de una propiedad de la materia que no se explique mediante el modelo de Aristóteles.

b) Al de Newton, porque la materia puede tener una variedad inmensa de materiales, pero su estructura mínima son corpúsculos pequeños similares.

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2. RL Por ejemplo:

a) Si dibujo pocas partículas significa que tiene poca masa. Si dibujo muchas partículas, es que tiene más masa.

b) Si dibujo unas partículas muy juntas, represento poco volumen. Si las separo ocupan más volumen. Comenten:

Es natural que a los alumnos les cueste trabajo comparar los modelos y obtener conclusiones. Puede apoyarlos para que logren llegar a este punto. Una forma sencilla es hacerles preguntas como éstas: ¿Qué propiedades de la materia se pueden explicar con cada representación? ¿Cuáles propiedades se repiten en dos o tres modelos? Después pida que hagan una lista de las propiedades comunes y las propiedades diferentes y anoten el modelo usado. Una vez realizado esto podrán definir algunas de las diferencias y similitudes entre ambos modelos. RL

Reflexión sobre lo aprendido Se espera que el alumno valore las aportaciones de distintas ideas para la conformación de un modelo a lo largo del tiempo. De cualquier manera, es importante que les recuerde que los modelos son representaciones inacabadas. RL Por ejemplo: Antes pensaba que existían tantas partículas constituyentes de la materia como diferentes materiales se pueden encontrar; ahora sé que en realidad los constituyentes básicos no son tan numerosos y que la diversidad de propiedades específicas de ellos se debe a que estos constituyentes fundamentales se recombinan de múltiples formas.

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Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: La estructura de la materia en la programación de la red satelital edusat.

¿Para qué me sirve lo que aprendí? escribe las respuestas en tu cuaderno: • ¿Cómo imaginas que está formado un grano de arena por dentro?

Ahora opino que… explica en tu cuaderno: 1. ¿Cómo fue el proceso de cambio en las explicaciones sobre la estructura de la materia? 2. ¿Este proceso será similar en el desarrollo de otras ideas científicas? ¿Por qué?

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El programa permite reconocer los componentes de la materia y valorar la importancia del avance científico en las teorías que se han realizado al respecto. 4 Puede aprovechar el recurso para sintetizar con sus alumnos los conocimientos construidos a lo largo de la secuencia. El recurso tecnológico integra el contenido de la secuencia.

¿Para qué me sirve lo que aprendí? • RM De átomos de diferentes elementos que dan forma al compuesto que observamos como arena.

Ahora opino que… Esta actividad permite al alumno valorar la paciencia para construir una idea o una teoría científica. Haga énfasis que hoy las ciencias avanzan a una velocidad superior a la de un siglo atrás. Gracias a esos descubrimientos originales hoy se puede avanzar más rápido. Explica en tu cuaderno: 1. RL Por ejemplo: Fue evolucionando, algunos griegos como pensaban que la materia estaba asociada al cambio continuo y formada por aire, tierra, viento y fuego y otros pensaban que estaba hecha de una sola partícula. 2. RL Por ejemplo: Sí, por ejemplo, la evolución de las ideas sobre el Sistema Solar o sobre la caída de los cuerpos.

CIENCIAS

II

Para saber más…

Para saber más…

La consulta de los textos y páginas electrónicas recomendadas en esta sección contribuye a que los alumnos puedan profundizar y ampliar sus conocimientos acerca del tema revisado en la secuencia.

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. Tesis doctoral. Universidad Autónoma de México. 3. Kuhn, T.S. (1971). La estructura de las revoluciones científicas. Fondo de Cultura Económica. México. 1. Aguilar Sahagún, Guillermo et al. La teoría cinética de los gases. 1 de julio de 2007. 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

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¿Cómo se organiza la materia? Propósito y perspectiva Esta secuencia describe la estructura general de la materia y sus estados de agregación, a partir de la teoría cinética de las moléculas. Desde una perspectiva histórica, se valoran las principales contribuciones que a esta teoría realizaron físicos como Bernoulli, Boltzmann y Maxwell, considerando el carácter inacabado de las ciencias. Desde la perspectiva de CTS, se aprecia la importancia práctica del conocimiento de los estados de agregación de los materiales que empleamos a diario.

Plan de trabajo En el plan de trabajo se incluye la siguiente información para cada actividad: • Los contenidos conceptuales, en negritas. • Las destrezas en rojo. • Las actitudes en morado. • El trabajo que el alumno desarrolla en la actividad, en azul. El alumno decide cuál o cuáles trabajos incluye en su portafolio. Usted puede sugerir aquellos que considere representativos de la secuencia. • Los recursos multimedia con los que se trabaja en cada actividad. • Los materiales que deben llevarse de casa o el trabajo realizado previamente.

SESIÓN 1



Texto introductorio

Mostrar variedad de formas y características de la materia y establecer propiedades generales como masa, volumen y densidad.


UNO Describir el fenómeno de difusión en un líquido. Apreciar la importancia de los estados de agregación en la difusión de sustancias de uso cotidiano. Cuestionario.

Identificar las características de los estados de agregación sólido, líquido y gaseoso, y definir a la molécula como la Texto de información inicial partícula constituyente de la materia. Cuestionario.

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DOS Construir un modelo de los estados de agregación de la materia. Reporte de práctica.


Valorar las contribuciones de Newton a Boltzmann a la teoría cinética, explicando el papel que desempeña la velocidad de las partículas.


Por equipo: Vaso con agua, gotero y un poco de tinta, colorante vegetal o esencia de vainilla.

Las mil formas de la materia

Las moléculas se organizan Por equipo: 30 pelotitas de unicel de 1 a 2 cm de diámetro, 50 palillos de madera, recipiente de plástico de 3 a 4 litros de capacidad, cubeta de plástico de 10 a 20 litros, 2 bolsas de plástico de distintos tamaños, hilo, cordel o alambre para amarrar bolsas.


¿Para qué me sirve lo que aprendí? Ahora opino que… L i b r o p a ra e l m a e s t r o

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secuencia 17

¿Cómo se organiza la materia?


S esión 1 Antes de iniciar la sesión, comente con los estudiantes que el estudio de la estructura y el comportamiento de la materia se relaciona con todos los campos de las ciencias naturales y de la tecnología; por ejemplo, en la constante investigación de materiales que hacen nuestra vida cotidiana más cómoda, divertida y segura. 1 En esta sesión se revisan los estados de agregación de la materia más usuales, a partir de propiedades generales como masa, volumen y densidad. Se presentan características básicas de la teoría cinética de partículas para explicar los estados de agregación de la materia.


El texto muestra la variedad de formas en que se presenta la materia, y establece sus propiedades generales en cuanto a masa, volumen y densidad. 3 Pida a los alumnos que mencionen diferentes materiales como aire, madera, plástico, agua, etcétera. Escríbanlos en el pizarrón y ordénenlos de menor a mayor densidad. Si lo considera conveniente, puede consultar la tabla de densidades de la Secuencia 14.

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sesión 1

Para empezar Lee el texto. • Antes de comenzar la lectura, responde: ¿Por qué existen tantos materiales distintos?

Texto introductorio

La materia… no hay manera de no verla, palparla, sentirla, olerla. Estamos hechos, a fin de cuentas, de materia. Todo lo que nos rodea es, en última instancia, materia. Hay tantas clases de materia, con tantas características diferentes, que pareciera imposible describirlas todas. Desde pequeños descubrimos algunas propiedades comunes a toda la materia, como la masa y el volumen. La densidad es la relación entre ambas. Por ejemplo, la densidad del agua líquida es diferente de la del vapor de agua, ya que la misma masa de agua ocupa volúmenes diferentes. Si bien el concepto de densidad nos da una buena descripción de cómo es cada material, no es suficiente para explicar todas sus propiedades y comportamientos. Para comprender mejor la materia es necesario conocer de qué está hecha, esto es, cuáles son las partículas que la constituyen y cómo se organizan.

La materia en sus diferentes formas constituye el mundo que nos rodea.

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CIENCIAS

II

Consideremos lo siguiente… No espere que sus alumnos resuelvan el problema que presentamos abajo; deje que imaginen posibles soluciones. La respuesta que damos le permitirá guiar a los alumnos adecuadamente durante las actividades.

Ahora conoces algunos modelos que explican la constitución de la materia. En esta secuencia explicarás algunas características y comportamientos macroscópicos de la materia, como los estados de agregación, a partir de la teoría cinética de partículas. Valorarás la participación de esta teoría en la construcción del conocimiento científico.

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?

Lo que pienso del problema Responde en tu cuaderno: 1. ¿Por qué un poco de talco u otro polvo se mueven en la superficie del agua, aun si está totalmente quieta? 2. ¿Se apreciaría movimiento en un lápiz si lo colocas sobre agua? ¿Por qué? Intercambien sus puntos de vista sobre: • ¿Qué provoca el movimiento de las partículas de talco o polvo espolvoreadas en el agua?


Solución al problema: RM El conocimiento de la estructura de la materia y cómo se organizan sus moléculas permite explicar una variedad de fenómenos, por ejemplo: El movimiento de estos pequeños fragmentos de materia, como polvo o talco, en un fluido es causado por el constante golpeteo de las moléculas del fluido con dichos fragmentos Este fenómeno se llama movimiento browniano.


Recuerda que los conceptos de densidad, volumen y masa se revisaron en la Secuencia 14: ¿Qué percibimos de las cosas?

1. Se sugiere ejemplificar a los alumnos que este fenómeno es similar a cuando, en una habitación cerrada y oscura, entra un rayo de luz solar o de otro tipo a la habitación y, al observar con cuidado, se ve una multitud de fragmentos de polvo moviéndose continuamente. RL Por ejemplo: Tal vez, aun si el agua está quieta, las partículas que la conforman no lo están, y esto puede provocar el movimiento de los fragmentos como el talco o el polvo. 2. RL Por ejemplo: No se apreciaría porque el lápiz es muy grande.

Intercambien sus puntos de vista sobre:

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El volumen y la masa son propiedades generales de la materia. La densidad es la relación entre ambas. Recuerde a sus alumnos no confundir masa con peso, pues todo cuerpo posee necesariamente cierta cantidad de masa; sin embargo, puede tener un peso nulo, si dicho cuerpo estuviese en ausencia de fuerzas gravitacionales.

• Las fuerzas que producen las colisiones entre las moléculas del agua y los fragmentos de polvo o talco son, en realidad, fuerzas de repulsión electromagnética. Desde luego, no se espera que los alumnos consideren esto, por lo que le sugerimos que sólo oriente sus respuestas en el sentido de que necesariamente se dan colisiones. Puntualice que el tamaño de un fragmento de polvo es muy grande comparado con el de una molécula de agua, por lo que en realidad se dan múltiples colisiones para conseguir un desplazamiento de dicho fragmento. RL Por ejemplo: El polvo o talco debe estar sujeto a choques con las partículas del agua. Por eso se mueven.


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Manos a la obra

secuencia 17

Manos a la obra

Nueva destreza empleada Comente con sus alumnos la nueva destreza trabajada en la secuencia. En caso de que se les dificulte, proporcióneles ejemplos de la vida cotidiana que les permitan entender el significado: cuando alguien nos pregunta cómo se puede ir hacia cierto lugar, la respuesta es una descripción de la ruta que debería tomar; asimismo, podemos describir qué tanto se desplaza un coche o cuál es el aspecto de una persona.

empleada nueva destreza ticas, las cer las caracterís ono organismos, Describir: Rec namiento de algo: cio fun el o es propiedad ntíficos. cie os ces pro y s objeto

Actividad UNO Describan el fenómeno de difusión en un líquido. Para ello:

• Realicen la siguiente demostración. 1. Comenten: ¿Por qué la tinta se difunde en el agua? 2. Van a necesitar:

Actividad UNO

a) Vaso con agua

El propósito de la actividad es que los alumnos observen el fenómeno de difusión de la tinta en el agua, y puedan elaborar una descripción que ayude a comprender que tanto el agua y la tinta están formadas de partículas, que más tarde caracterizarán como “moléculas”, y que dichas partículas se entremezclan por sí mismas al estar estas dos sustancias en o, gracias a que están en continuo movimiento.

c) Un poco de tinta, colorante vegetal o esencia de vainilla.

b) Gotero

3. Realicen lo que se indica: a) Pidan a un compañero su participación. b) Solicítenle que agregue dos gotas de tinta, colorante o esencia al agua, sin agitar, y procurando que el agua esté en total reposo. c) Observen detenidamente qué pasa con la tinta al estar en o con el agua. 4. Intercambien sus opiniones: a) ¿Por qué creen que no se requiere agitar para que la tinta se difunda en el agua?

con se combina a sustancia n Difusión: Un s moléculas se dispersa su otra cuando iones, y en cualquier cc r en todas dire do se pueden encontra líqui porción del ancias. st su s ba am moléculas de

Describan el fenómeno de difusión en un líquido. Para ello: • Aquí se exploran de nuevo las ideas previas de los estudiantes. Pídales que lean la definición del término “difusión” en el glosario que está al final de la actividad y, a partir de esto, traten de explicar qué sucede. RL Por ejemplo: Las partículas de la tinta se mueven hasta que se entremezclan por todas partes dentro del agua. 4. a) RM Porque tanto las moléculas que componen la tinta como las del agua están en movimiento. De esta manera, las moléculas de la tinta se van esparciendo por todo el volumen de agua. b) RM Primero, que la materia está formada de partículas y, segundo, que éstas se mueven. c) RM Sí, llegará un momento en el que las partículas de tinta estén en cualquier parte o porción del agua, lo que puede observarse cuando el agua queda teñida uniformemente con el color de la tinta.

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b) ¿Qué indica este fenómeno en cuanto a la estructura de la materia? c) Si dejan pasar suficiente tiempo, ¿la tinta se difundirá por completo en el agua?

CIENCIAS

II

El recurso muestra ejemplos de la vida cotidiana, de los distintos estados de agregación de la materia: sólido, líquido y gaseoso.

Las mil formas de la materia Lean el texto. • Pongan especial atención en los estados de agregación que se describen en la lectura.

4 El recurso tecnológico complementa la información del texto. Puede aprovechar el recurso para reflexionar sobre situaciones cotidianas en las que les es más fácil a sus alumnos observar los estados de agregación.


¿Un mundo de moléculas? Dentro de las muchas diferencias y semejanzas que los materiales y sustancias pueden tener entre sí, hay un aspecto evidente: cuando aplicamos una fuerza deformante a un cuerpo, se deforma en mayor o menor grado. Hay materiales que resisten bien a estas fuerzas. A otros, en cambio, es fácil comprimirlos. La respuesta de los materiales ante las fuerzas deformantes y las fuerzas que los comprimen permite clasificarlos en grandes grupos, llamados estados de agregación.


El texto define los tres estados de agregación de la materia más comunes, a partir del hecho de que todo cuerpo está constituido por partículas con espacios vacíos entre ellas; y que, según estén agregadas, presentarán distintos comportamientos en cuanto a conservar o no la forma o el volumen.

Tabla 1. Algunos estados de agregación de la materia Respuesta ante la compresión

Ante la compresión, qué pasa con el volumen

Conserva la forma

Incompresible

Conserva el volumen

Deformable

Toma la forma del recipiente que lo contiene

Incompresible

Conserva el volumen

Muy deformable

Toma la forma del recipiente que lo contiene

Muy compresible

El volumen disminuye pero siempre ocupa todo el espacio disponible

Estado de agregación

Respuesta ante la deformación

Sólido

Poco deformable

Líquido

Gaseoso

Ante la fuerza de deformación, qué pasa con la forma

Ejemplo

3 Revise con sus alumnos el contenido de la tabla, pues su comprensión es importante para el desarrollo de la secuencia.

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En su cuaderno: 1. a) R L Por ejemplo: Arena, madera, aluminio, rocas y hielo. b) RL Por ejemplo: Agua, leche, mercurio, miel y gasolina. c) RL Por ejemplo: Vapor de agua, helio, dióxido de carbono, oxígeno e hidrógeno. 2. RL Por ejemplo: Los sólidos mencionados no son deformables ni compresibles, los líquidos se deforman fácilmente pero no son compresibles, mientras que los gases se deforman y comprimen con mucha facilidad.

secuencia 17 Los estados sólido, líquido y gaseoso son los tres estados de agregación de la materia más comunes y fáciles de identificar a nuestro alrededor. Los líquidos y los gases tienen la propiedad de fluir, es decir, ante una mínima fuerza que se les aplique, porciones de ellos se desplazan sobre las porciones restantes del material. Por ello se les llama genéricamente fluidos. La explicación para estos fenómenos es que la materia debe estar formada de pequeñas fracciones, secciones o partículas, ya que si fuese algo continuo, no sería posible deformarla ni comprimirla, por muy grande que fuese la fuerza aplicada. Sólo considerando partículas materiales y espacios vacíos podemos explicar este comportamiento. La partícula material más pequeña que define las características de ciertas sustancias es la molécula. Las moléculas se componen de otras partículas aún más pequeñas: los átomos. Podemos darnos una idea de su tamaño considerando que hay billones de ellos en una sola partícula de polvo. Nuestro mundo es, en efecto, un mundo de partículas –átomos o moléculas– que se organizan de muchas maneras, produciendo como resultado la asombrosa variedad de la materia, así sea en nuestro organismo o en la galaxia más remota. njunto de regación: Co Estado de ag de la materia s s ica íst caracter era en que su s con la man as o relacionada ad od om ac tán partículas es agregadas. en su cuaderno: 1. Mencionen cinco ejemplos de: a) Sólidos

Comenten:

b) Líquidos c) Gases

1. RM Porque prácticamente no hay fuerzas de cohesión entre sus moléculas.

2. Para cada ejemplo, describan qué tan deformable y compresible es. comenten:

2. RL Por ejemplo: Las moléculas de los materiales en estado gaseoso están muy separadas entre sí; por ello es posible comprimir un gas. En los líquidos y los sólidos están más juntas, sólo que en estos últimos, están además unidas, por lo que los materiales sólidos son difíciles de deformar. Si la silla o los cimientos de un edificio no fuesen sólidos, se deformarían y no tendrían la rigidez suficiente para cumplir su función adecuadamente.

1. ¿Por qué un gas no conserva su forma? 2. ¿Qué pasaría si una silla o los cimientos de un edificio no fueran sólidos?

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CIENCIAS

II

Actividad DOS

Actividad DOS

El interactivo incluye representaciones de los tres principales estados de agregación de la materia: líquido, gaseoso y sólido.

Las moléculas se organizan Construyan un modelo de los estados de agregación de la materia. • Realicen la práctica. Para ello:

4 Además, fomenta la participación y el debate en el aula con la oportunidad de que los alumnos integren sus conocimientos y expresen sus ideas sobre el fenómeno observado. El recurso cuenta con instrucciones y sugerencia didáctica que se propone revisar antes de utilizarlo para un mejor aprovechamiento.

i. Formen tres equipos. ii. Cada uno realizará una experiencia. 1. Material a) 27 pelotitas de unicel de 1 a 2 cm de diámetro. b) Paquete de 50 palillos de madera. c) Recipiente de plástico de 3 a 4 litros de capacidad. d) Recipiente de plástico de 10 a 20 litros de capacidad. e) Dos bolsas de plástico transparente de diferente tamaño. f) Cordel, hilo o alambre delgado para amarrar las bolsas. g) Globo grande.

Puede utilizar el interactivo como complemento de la actividad.

2. Procedimiento Experiencia A: El comportamiento de las moléculas en los gases a) Inflen el globo ligeramente.

Construyan un modelo de los estados de agregación de la materia.

b) Observen la forma que adopta el aire en el interior del globo. c) Opriman el globo con las manos. d) Observen si el aire que contiene cambia de forma.

El propósito de la actividad es que los alumnos construyan un modelo que caracterice el comportamiento de las moléculas en cada estado de agregación. En este modelo, la molécula se representa por una pelotita de unicel.

e) Vacíen todas las pelotitas de unicel en la bolsa de menor tamaño. f) Inflen la bolsa con las pelotitas de la misma manera que lo harían con un globo. g) Amarren la bolsa. h) Agítenla enérgicamente. i) Observen cómo se mueven las pelotitas y qué tanto espacio ocupan. j) Repitan los pasos e a i con la bolsa grande. k) Anoten sus observaciones.

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Experiencia C: El comportamiento de las moléculas en los sólidos Recomiende a los estudiantes perforar cada pelotita de tal manera que la punta del palillo quede lo más cerca del centro de la misma, para que al armar la estructura no se zafen fácilmente. Además, pídales que no usen palillos astillados o que puedan quebrarse, para evitar lastimaduras.

secuencia 17 experiencia B: el comportamiento de las moléculas en los líquidos a) Vacíen todas la pelotitas de unicel en el recipiente de 3 a 4 litros. b) Muevan con suavidad y en círculos el recipiente o palangana. c) Observen cómo se mueven las pelotitas. d) Vacíen las pelotitas en la cubeta y repitan el paso b. experiencia c: el comportamiento de las moléculas en los sólidos a) Poniendo mucho cuidado de no herirse, unan con los palillos 9 pelotitas de unicel, de tal manera que puedan armar un cuadrado con 3 pelotitas por lado, como el que se muestra en la figura. b) Armen otros dos cuadrados de 3 x 3. c) Tomen cada cuadrado de pelotitas y únanlos con palillos con los otros cuadrados, de modo que puedan armar un cubo con las 27 pelotitas, como se muestra en la figura. d) Metan el bloque de pelotitas en la palangana o recipiente. e) Agiten el recipiente de varias maneras. f) Observen atentamente cómo se mueven las pelotitas unidas por palillos. g) Coloquen el bloque de pelotitas en la cubeta y repitan el paso f.

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74


CIENCIAS

II

3. Resultados

3. Resultados

b) RM En la tabla.

a) Registren sus observaciones al completar una tabla como la que se muestra.


b) Llamaremos contenedor a aquello que contuvo las pelotitas en cualquiera de los casos, ya sean las bolsas, el recipiente, palangana o cubeta. ¿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?

RM Totalmente desordenado, la distancia entre las pelotitas cambia continuamente. RM Desordenado, pero las pelotas conservaron su cercanía.

RM La forma cambia, de hecho, toma la forma del contenedor.

RM Se movieron todas juntas. Conservaron la misma distancia entre una y otra.

RM La forma se conserva, sin importar las dimensiones del contenedor.

RM El volumen cambia y las pelotitas están en todo el interior del contenedor, es decir, ocupan todo el espacio disponible. RM El volumen se conserva; las pelotitas conservan su cercanía, pero cambian las posiciones de unas respecto a otras. RM El volumen se conserva; las pelotitas no cambian de posición unas respecto a otras y conservan la misma distancia entre ellas.

Experiencia

A

B

C

RM La forma cambia, de hecho, toma la forma del contenedor.

c) Tomen nota de los resultados obtenidos por los demás equipos.

b) RM La forma cambió; de hecho, el aire que contiene el globo adopta la forma del mismo, y si dicho globo cambia de forma, también lo hace el aire que contiene. c) RM En la Experiencia C.

4. Análisis de resultados • Contesten las siguientes preguntas:

d) RM En la Experiencia C.

a) ¿En cuál caso el conjunto de pelotitas modificó tanto su forma como su volumen al pasar de un contenedor a otro? Expliquen.

e) Comente a los alumnos que, en cada experiencia, deben prestar atención a la separación de las pelotitas cuando están en el contenedor, y luego ver si esta separación cambió apreciablemente al pasar al otro contenedor. Así es como podrán determinar si hubo o no cambio en el volumen. RM En las Experiencias B y C.

b) ¿Qué pasó con la forma del aire dentro del globo cuando lo oprimieron? c) ¿En cuál caso el conjunto de pelotitas conservó tanto su forma como su volumen al pasar de un recipiente a otro? d) ¿En cuál conservó sólo la forma? e) ¿En cuál conservó sólo su volumen? f) ¿Qué estado de agregación de la materia se estaría representando en cada caso? g) ¿En cuál de los casos podríamos meter a todas las pelotitas en un contenedor cada vez más y más pequeño? h) Cuando las pelotitas se pasan a un contenedor de diferente tamaño, ¿cómo cambia la densidad del material? Fundamenten su respuesta. 5. Comunicación

f) RM La Experiencia A corresponde al estado gaseoso, la Experiencia B representa el estado líquido y la Experiencia C, el estado sólido.

• Elaboren un reporte de la práctica en sus cuadernos. Hagan en el pizarrón un mapa conceptual de las características de los tres estados principales de agregación de la materia. • Comenten la utilidad de los modelos para representar los estados de agregación de la materia. 51

Hagan en el pizarrón, un mapa conceptual de las características de los tres estados principales de agregación de la materia. RL

a) RM En la Experiencia A, al no tener palillos que conserven su distancia relativa y permanecer en constante agitación, pueden estar en cualquier lugar del interior de la bolsa, y ocupan todo el volumen de la misma. No mantienen una forma definida.

g) Se sugiere comentar a los alumnos que al estar pasando las pelotitas a contenedores cada vez más pequeños, desde luego se llegaría a un límite en las dimensiones del recipiente. RM En las Experiencias A y B. h) Recuerde a los estudiantes que la densidad es el cociente entre la masa y el volumen. En todas las experiencias de esta actividad la masa no ha variado, pues se tiene el mismo número de pelotitas. Entonces, habrá variación en la densidad cuando cambie el volumen, que es el espacio que ocupan las pelotitas. RM Como la masa es constante por usar la misma cantidad de pelotitas, la densidad sólo cambia cuando cambia el volumen, lo cual sólo sucede en la Experiencia A. Cuando pasamos las pelotitas de la bolsa pequeña a la grande, el volumen aumenta y la densidad disminuye. L i b r o p a ra e l m a e s t r o

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1 Para cerrar la sesión, se recomienda que algunos alumnos lean en voz alta la Reflexión sobre lo aprendido que escribieron en sus cuadernos y, a continuación, el resto del grupo comente la utilidad que tiene este conocimiento para la vida cotidiana.

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S esión 2 3 Antes de iniciar la sesión, pida la participación del grupo para retomar lo aprendido durante la sesión anterior. Puede pedir que respondan algunas preguntas como éstas:

1. ¿Cuál es el problema que se quiere resolver? 2. ¿Cómo se comporta la materia en los diferentes estados de agregación?

Para terminar Texto de formalización

El texto muestra una revisión histórica de las principales contribuciones a la teoría cinética molecular, y postula el movimiento de las moléculas como aspecto fundamental en la explicación de los estados de agregación de la materia y de fenómenos como el movimiento browniano. 2 Mencione a los alumnos que la teoría cinética de las partículas permite explicar fenómenos macroscópicos, como los estados de agregación de la materia, a través de variables microscópicas, por ejemplo, la velocidad o la energía cinética de cada molécula. Asimismo, puntualice que el movimiento browniano es perceptible a escala macroscópica, al ser el resultado de una multitud de colisiones con las moléculas del fluido. Es más visible en un gas, ya que sus moléculas tienen mayor energía cinética.

Haga énfasis en que esta teoría ha tenido gran importancia en crear un puente entre el mundo microscópico y el macroscópico, por lo que representó un avance significativo en el conocimiento científico.

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sesión 2

Para terminar Lean el texto.


• Pongan atención en los efectos de la energía cinética en los distintos estados de la materia.

¿Muchas moléculas y muy movidas? Las moléculas, que son como los ladrillos que conforman todas las cosas, se mueven continuamente. A esta conclusión llegamos necesariamente cuando observamos fenómenos como los siguientes: • Si dejamos guayabas, mangos o plátanos en una habitación cerrada durante algún tiempo, al regresar notaremos el olor característico de esa fruta esparcido en el aire. • Si agregamos, sin agitar, unas gotas de esencia de vainilla a un vaso de leche, después de un rato veremos que la leche adquirió un tono ligeramente amarillo, además del olor y sabor de la vainilla. Nada de esto ocurriría si las moléculas permanecieran quietas. Aunque pequeñísimas, no podemos olvidar que son, a fin de cuentas, materia, y como tal están sujetas a las leyes de Newton del movimiento. Llevan asociada cierta cantidad de energía mecánica. La energía mecánica es la suma de la energía cinética y la potencial. Todas las moléculas tienen, por el sólo hecho de moverse, cierta energía cinética. La energía cinética está relacionada estrechamente con la velocidad de las moléculas; a mayor velocidad, mucho mayor energía cinética. La energía potencial de las moléculas proviene de la interacción con las moléculas vecinas.

52

CIENCIAS

II

Sin las técnicas estadísticas, no hubiese sido posible establecer y, sobre todo, formalizar la teoría cinética de la materia.

Si las moléculas de un cuerpo tienen más energía potencial que cinética, su movimiento será muy limitado, y sólo vibran en torno a una posición de equilibrio. En ese caso, formarán un cuerpo sólido. Si la energía cinética es más o menos la misma que la potencial, hablaremos de un líquido. Cuando la energía cinética es mucho mayor que la potencial, se tratará de un gas. La teoría cinética explica los estados de agregación de la materia.

La cantidad relativa de una u otra forma de energía está muy relacionada con el estado de agregación. La teoría cinética molecular se basa en las leyes de Newton del movimiento. Fue desarrollada por varios científicos, como el suizo Daniel Bernoulli, quien postuló que los gases son partículas que se mueven en todas direcciones. Posteriormente, el físico austriaco Ludwig Boltzmann explicó las propiedades macroscópicas de los gases a partir de una descripción estadística del movimiento de las partículas. Uno de los efectos sorprendentes de este movimiento molecular perpetuo es el movimiento browniano, llamado así en honor del botánico escocés Robert Brown, quien descubrió que pequeños fragmentos de materia, perceptibles a simple vista, como partículas de polvo o polen, se mueven continuamente en direcciones aleatorias cuando están inmersos en un líquido o gas, debido a que son golpeados incesantemente por las moléculas del fluido.

4 Se sugiere que ejemplifique esta noción pidiendo a los alumnos que calculen su estatura promedio. Luego, que observen que esta cantidad se correlaciona con el grado escolar que cursan a lo largo del ciclo de educación básica, pues conforme se avanza en grado, el promedio de estatura se incrementa. Si nos dicen que cierto grupo de estudiantes cursa el segundo año de secundaria, por ejemplo, es posible inferir que su estatura promedio es de determinado valor, sin que por eso debamos medir a cada uno de los alumnos de ese grupo. Algo semejante ocurre cuando, en vez de hablar de la energía cinética de cada molécula, lo que prácticamente sería imposible, nos referimos a la temperatura del material.

ceso o Aleatorio: Su cierto, resultado in al azar. que ocurre

Consulta tu diccionario para encontrar el significado de palabras como estadística.

La teoría cinética explica el movimiento browniano de una partícula ligera, como polvo, polen o talco, cuando, a causa de los choques con las moléculas del fluido en el que está inmersa, recorre trayectorias zigzagueantes.

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77


secuencia 17 contesten en su cuaderno:

1. RM En el estado sólido, porque hay mayor fuerza de cohesión que en los otros, y las moléculas están más cercanas unas de otras.

1. En un volumen dado, ¿en cuál de los tres estados de agregación habrá más moléculas? ¿Por qué? 2. ¿Existe un estado de agregación en el que las moléculas estén en reposo? Argumenten su respuesta.

2. RM No hay ningún caso en el que las moléculas no se muevan, pues aún en los sólidos, que es donde tienen menor libertad de movimiento, las moléculas vibran. Comenten:

comenten: • Desde el punto de vista de la teoría cinética molecular, ¿cómo explican el movimiento de las partículas de polvo en el aire?

El aire que compone la atmósfera terrestre contiene moléculas de varios gases, y todas ellas se mueven constantemente.

• RM Los frecuentes choques con las moléculas del gas les confieren a los fragmentos de polvo energía de movimiento o cinética, y por ello se mueven continuamente en direcciones aleatorias.

Lo que aprendimos Vínculo entre secuencias

Lo que aprendimos Resuelvo el problema

Recuerda que las fuerzas electromagnéticas se mencionan en la secuencia 6: ¿Por qué cambia el movimiento?

“Cuando añadimos ciertos materiales al agua notamos fenómenos sorprendentes, como que cantidades mínimas de talco, canela o pimienta en polvo, al espolvorearse sobre un poco de agua en total reposo, se mueven apreciablemente.

Los choques elásticos se analizaron en la secuencia 8: ¿Cuáles son las causas del movimiento?

¿Cómo explicas este hecho desde el punto de vista de la estructura de la materia?”.

Para recordar los conceptos de energía cinética y potencial, revisa la secuencia 11: ¿Quién inventó la Montaña Rusa?

escribe la solución al problema en tu cuaderno.

Escribe la solución al problema en tu cuaderno. • RM Las moléculas de un líquido están en movimiento y, eventualmente, colisionan con los fragmentos espolvoreados en él, ocasionándoles movimientos en todas direcciones, fenómeno llamado movimiento browniano.

Reflexión sobre lo aprendido RL Por ejemplo: Antes pensaba que las partículas que forman la materia no estaban necesariamente en movimiento. Ahora sé que en cualquier estado de agregación esas partículas, llamadas moléculas, se mueven en mayor o menor grado, pero siempre se mueven.

El programa permite reconocer los estados de agregación de la materia y su utilidad en la vida cotidiana y las ciencias. 4 Puede aprovechar el recurso para sintetizar con sus alumnos los conocimientos construidos a lo largo de la secuencia. El recurso tecnológico integra el contenido de la secuencia.

78



Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: ¿Cómo se organiza la materia? en la programación de la red satelital edusat.

• Toma en cuenta el siguiente aspecto: ¿Qué relación tiene el movimiento de las moléculas de un fluido con el movimiento observado en las partículas espolvoreadas en el agua?

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En el Texto de formalización de la Secuencia 6 se describen las fuerzas electromagnéticas como interacciones a distancia (ya sean atractivas o repulsivas), y a escala molecular estas fuerzas prevalecen sobre cualquier otra. Recuerde a sus alumnos que cuando las moléculas, animadas de movimiento, colisionan unas con otras, los choques tienen las características de los choques elásticos, es decir, se preserva la energía cinética. Comente con los estudiantes que la energía cinética de un móvil depende de su velocidad y la potencial, de lo que podría moverse en función de su posición.

CIENCIAS

II



1. RL Por ejemplo: La leche, los lápices, el agua, el gas que se usa para cocinar.

El conocimiento de los estados de agregación de la materia es fundamental para la fabricación y empleo de muchos materiales que utilizamos con frecuencia.

2. RL Por ejemplo: Sería muy complicado beber la leche si no fuese líquida, o lavarme la cara con agua en forma de hielo, que el gas se expandiera por las tuberías para llegar a las hornillas de la estufa si fuera líquido, o escribir con un lápiz líquido o gaseoso.

1. Elabora una lista de cuatro objetos y sustancias que suelas utilizar en un día. 2. ¿Qué pasaría si todos ellos estuvieran en un estado de agregación diferente?

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.

Ahora opino que…

1. ¿Cómo explicarías la transferencia de carga eléctrica de un cuerpo a otro a partir de la teoría cinética?

1. Recuerde a los alumnos que la teoría cinética postula que toda la materia está formada por partículas, llamadas moléculas, y que éstas se encuentran en continuo movimiento; sin embargo, no todas las propiedades macroscópicas de la materia pueden ser explicadas con esta teoría. RL Por ejemplo: La teoría cinética no permite explicar la transferencia de carga eléctrica, pues sólo considera el movimiento de las moléculas, pero no si éstas tienen, adquieren o transfieren carga.

2. ¿Qué limitaciones consideras que tiene la teoría cinética? 3. ¿Los modelos y las teorías científicas son explicaciones definitivas de los fenómenos naturales? Argumenta tu respuesta.

Para saber más… 1. Diccionario de Física (2004). Madrid: Oxford-Complutense. 2. Allier, Rosalía A. et al. (2005). La Magia de la Física. Tercer Grado. México: McGraw-Hill. 3. Félix, Alejandro et al. (2001). Lecciones de Física. México: CECSA. 1. García-Colín, Leopoldo. Y sin embargo se mueven. ILCE. 7 de marzo de 2007. http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/36/htm/ysin.html 2. Morcillo, Juan G. Imágenes de rocas en la Tierra. Portal de Ciencias Experimentales. Universidad Complutense de Madrid. 5 de marzo de 2007. http://www.ucm.es/info/ diciex/programas/index.htm

2. RL Por ejemplo: No explica todos los comportamientos de la materia, como carga eléctrica, campo magnético, transparencia u opacidad de un material, etcétera.

3. M. A. Gómez. Movimiento browniano. El rincón de la ciencia. IES. Victoria Kent. Madrid, España. 5 de junio de 2007. 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. 7 de junio de 2007. http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/13/htm/sec_4.html

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2. En esta página electrónica se encuentra una variedad de imágenes de rocas y paisajes, donde se pueden observar materiales en los estados de agregación sólido, líquido y gaseoso, tal como se presentan en la Naturaleza. 3. Esta página narra cómo se descubrió este tipo de movimiento y por qué este fenómeno fundamentó el modelo cinético de partículas y contribuyó a su aceptación en la comunidad científica. Si se quiere profundizar acerca de la trascendencia de este descubrimiento, puede verse el vínculo que tiene esta página con el artículo denominado Einstein y el movimiento browniano. 4. Esta página expone el fenómeno del movimiento browniano de manera sencilla y elocuente.

2. En la parte destinada a tratar la caracterización de líquidos y gases, el libro ofrece una buena descripción de semejanzas y diferencias entre éstos, basadas en la teoría cinética. 3. Este texto amplía la caracterización de los estados de agregación, y contiene ejemplos variados.

1. Esta página electrónica contiene una extensa discusión de la teoría cinética de la materia. Se sugiere, en particular, consultar la parte I ¿Qué vamos a estudiar?, donde se amplía la historia de este modelo tan importante para comprender los estados de agregación y el comportamiento de los materiales.

3. RL Por ejemplo: Los modelos y teorías científicos son representaciones y explicaciones de fenómenos naturales que han tenido, hasta la fecha, mucha utilidad y aplicaciones en la vida cotidiana y la tecnología; pero la ciencia es una disciplina de constante búsqueda y perfeccionamiento, por lo que no se puede hablar de algo acabado o definitivo.

Para saber más… La consulta de los textos y las páginas electrónicas recomendadas en esta sección, contribuye a que los alumnos puedan profundizar y ampliar sus conocimientos acerca del tema revisado en la secuencia. 1. En este diccionario se encuentran explicados con mayor amplitud términos como los que aparecen en los glosarios de esta secuencia.


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80



¿Hace calor? Propósito y perspectiva En esta secuencia los alumnos explicarán los fenómenos relacionados con el calor y la temperatura, basándose en el modelo cinético. Desde una perspectiva CTS, los alumnos valorarán la importancia de medir con precisión la temperatura tanto en el contexto científico como en la vida diaria.


SESIÓN 1



Texto introductorio

Valorar la importancia de medir con precisión la temperatura.


UNO Comparar mediciones de temperatura. Cuestionario.

Explicar que los termómetros están basados en la Texto de información inicial dilatación térmica e introducir algunas escalas termométricas. 2

DOS Relacionar la temperatura con el movimiento de partículas. Cuestionario.


3



Por equipo: Tres recipientes como vasos u ollas pequeñas, termómetro de mercurio, clínico o científico, agua caliente, tibia y fría.

Termómetro

Movimiento de las moléculas

TRES Identificar el sentido de la transferencia de calor. Tabla de datos.

Por equipo: Tres recipientes como vasos u ollas pequeñas, termómetro de mercurio, clínico o científico, 250 ml o taza grande de agua caliente, 250 ml o taza grande de agua fría.

CUATRO Describir formas de aumentar la temperatura de un sistema. Cuestionario.

Por equipo: Botella de plástico de 500 ml con tapa, 300 ml de agua, termómetro de mercurio, trapo.

Explicar las diferencias entre calor y temperatura.

¿Es lo mismo calor que temperatura?



81


secuencia 18

¿Hace calor?


S esión 1 5 Antes de iniciar la sesión, mencione a sus alumnos que compararán distintas mediciones de temperatura. Conocerán las diferentes escalas que se utilizan para medir la temperatura y el fenómeno de dilatación térmica con el que funcionan la mayoría de los termómetros. Valorarán la importancia de medir con precisión la temperatura.

sesión 1

Para empezar Lean el texto. • Antes de la lectura, respondan: ¿En qué ocasiones se requiere medir la temperatura?

Texto introductorio

En el siglo XVI, se podía sentir que un día era más caluroso que el anterior, pero nadie era capaz de precisar

qué tanto más. Lo mismo ocurría cuando un médico quería saber si el paciente tenía fiebre; se limitaba a palpar su propia frente y la del enfermo. La temperatura se definía exclusivamente como la sensación de frío o caliente según se percibe con los sentidos. Nuestra vida diaria no sería la misma si no fuéramos capaces de medir con precisión la temperatura. Por ejemplo, la industria farmacéutica necesita controlar los procesos que se llevan a cabo para la creación de las medicinas, y para esto, saber a qué temperatura hay que calentar una sustancia para que tenga determinadas propiedades. Lo mismo ocurre con la cría de pollos: es conveniente que estén en un lugar con una temperatura controlada para que crezcan de la mejor manera. También es importante medir la temperatura para saber cómo conservar mejor los alimentos; entender mejor los procesos biológicos, físicos o químicos que ocurren en la naturaleza; activar los mecanismos de enfriamiento en un motor al llegar a cierta temperatura, etcétera. En fin, son muchas las situaciones en las que la medición de la temperatura es fundamental. En un hospital es necesario medir la temperatura pues para que la sangre se conserve en buenas condiciones debe mantenerse a 4°C.

Ahora sabes cómo está formada la materia de acuerdo con la teoría cinética. En esta secuencia relacionarás el movimiento de las moléculas con la temperatura y valorarás la importancia de medirla con precisión.


Cuando hace mucho frío en la noche necesitas cubrirte con más cobijas. ¿Por qué? ¿Las cobijas nos dan calor? Justifica tu respuesta.


En el texto se explica la importancia de medir con precisión la temperatura y algunos ejemplos cotidianos en que requerimos medirla. 2 Utilice diferentes estrategias de lectura: en pequeños grupos o en voz alta, con el fin de fomentar la participación de los alumnos y que comenten distintas situaciones en las que sea necesario medir la temperatura.

Comente con sus alumnos algunos ejemplos en los que puede ser de utilidad medir con precisión la temperatura como cuando se cocina un pastel; también hay que saber la temperatura a la que debe activarse el sistema de enfriamiento de un motor de automóvil, o bien, poder controlar las condiciones de temperatura adecuadas para cultivar ciertas plantas. También pueden comentar la importancia que tiene para un médico el uso del termómetro para medir la temperatura corporal de sus pacientes. 82


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Consideremos lo siguiente… Recuerde no pedir a los alumnos la respuesta al problema en este momento; deje que ellos imaginen posibles soluciones. La solución que damos a usted le permite guiar adecuadamente a los alumnos durante las actividades.

Solución al problema: RM La cobija y el aire frío, por estar en o, alcanzaron el equilibrio térmico. Tienen, pues, la misma temperatura. El cuerpo humano tiene una mayor temperatura así que la transferencia de calor ocurre de nuestro cuerpo a la cobija. En todo caso, fuimos nosotros quienes le dimos calor a la cobija y no al revés. El calor puede transferirse por conducción o convección. Cuando sentimos frío es porque se está transfiriendo calor de nuestro cuerpo al exterior. Al taparnos con la cobija, aunque inicialmente le hayamos cedido un poco de calor, conseguimos aislarnos térmicamente del aire exterior: la cobija dificulta la transferencia de calor, al ser un buen aislante térmico. Si no fuera por la cobija, nuestro cuerpo estaría constantemente transfiriendo calor al aire.

CIENCIAS

II



En esta sección es importante que los alumnos expresen libremente lo que piensan, basados en sus conocimientos previos, por lo que las respuestas pueden ser muy variadas. Después de que los estudiantes tuvieron tiempo de responder las preguntas de manera individual, es recomendable que comenten sus respuestas con el resto del grupo.

Resuelve en tu cuaderno: 1. Cuando tienes fiebre, la temperatura de tu cuerpo aumenta. ¿Siempre “tienes temperatura” o sólo cuando estás enfermo? 2. En una noche fría, ¿es mayor la temperatura de tu cuerpo o la de una cobija? 3. ¿Las cobijas nos dan calor? ¿Por qué? 4. ¿Existe diferencia entre calor y temperatura? Explica.

Manos a la obra Actividad UNO

1 Muchas veces las preguntas no tienen una sola respuesta. Es importante valorar respuestas diferentes y no obligar a todos a llegar a una solución única.

Comparen mediciones de temperatura. Para ello: 1. Comenten: ¿Podemos usar nuestros sentidos para saber si algo está caliente? 2. Van a necesitar:

Resuelve en tu cuaderno:

a) Tres recipientes (pueden ser vasos, ollas pequeñas u otros). b) Termómetro

1. Algunos estudiantes suelen pensar que los objetos que ellos identifican como fríos no tienen temperatura, por ejemplo un hielo. También que una persona sólo tiene temperatura cuando está enfermo. Recuerde que es importante identificar estas ideas para trabajarlas a lo largo de la secuencia. RL Por ejemplo: Sólo tengo temperatura cuando estoy enfermo.

3. Realicen lo siguiente: a) Llenen uno de los recipientes con agua caliente, otro con agua fría y otro con agua tibia. b) Coloquen una de sus manos en el agua caliente y la otra en el agua fría. c) Dejen las manos sumergidas dentro de los recipientes al menos un minuto. d) Introduzcan después las dos manos en el agua templada. e) Midan con un termómetro la temperatura del agua tibia. 4. Contesten en su cuaderno: a) ¿A qué temperatura se encontraba el agua tibia?

2. Recuerde que al estar en o con el aire la cobija alcanza el equilibrio térmico e iguala su temperatura con la de éste, así que la temperatura de la cobija es menor que la nuestra. Sin embargo, como las cobijas se usan para protegernos del frío, es posible que los alumnos piensen (equivocadamente) que tienen una temperatura alta sin importar las condiciones ambientales. RL Por ejemplo: La cobija, por eso la utilizamos para taparnos cuando hace frío.

b) ¿Sintieron el agua templada a la misma temperatura con las dos manos? Describan lo que sintieron. Intercambien sus opiniones sobre: 1. ¿Por qué el agua templada se siente más caliente en una mano que en otra? 2. ¿Nuestros sentidos miden con precisión la temperatura? Expliquen.

57

4. a) RM Por ejemplo: el agua fría a 10 ºC, el agua tibia a 20 ºC y el agua caliente a 30 ºC. b) RM No. La mano que estuvo en agua fría siente caliente el agua tibia, y la otra la siente fría. Intercambien sus opiniones sobre: 1. RM La mano que estuvo en agua fría recibe calor del agua templada, por eso la siente caliente. La mano que estuvo en agua caliente cede calor al agua templada, de modo que la percibe fría. 2. RM No, porque el agua templada que está a una temperatura específica se siente distinta dependiendo de si la mano estuvo antes en agua caliente o en agua fría.

Se recomienda que cada equipo cuente con un termómetro, pero la experiencia también puede hacerse sin termómetro alguno. Es importante que los recipientes sean lo suficientemente grandes para sumergir en ellos la mano.

1 Es importante que todos los estudiantes sumerjan las manos en el agua y pongan atención a qué tan caliente sienten el agua en cada caso. Comparen mediciones de temperatura. Para ello: 1. Los alumnos harán un experimento en el que el agua tibia se puede sentir más caliente o más fría aunque en realidad está siempre a la misma temperatura. Esto es para que observen que nuestros sentidos no son parámetros fijos que podamos utilizar para medir la temperatura. RM Sí, cuando tocamos algo lo sentimos caliente o frío.

3. Una idea previa muy arraigada en los estudiantes es que el calor es algo que fluye, incluso existe la creencia de que frío y calor son dos fluidos opuestos. Recuerde que en el pasado los científicos pensaban que el calor era un fluido llamado calórico, así que al calentarse los objetos se llenaba con este material. RL Por ejemplo: Sí, cuando me tapo con una cobija ésta me pasa parte de su calor. 4. RL No, es lo mismo porque cuando algo está caliente tiene mayor temperatura.

Manos a la obra

Actividad UNO El propósito de esta actividad es que los estudiantes realicen algunas mediciones de temperatura y reconozcan la percepción de la temperatura a través de los sentidos es imprecisa y subjetiva y que un instrumento como el termómetro proporciona un punto de referencia externo e invariable.


83

El recurso expone la invención y funcionamiento del termómetro, así como las distintas escalas termométricas: grados Celsius, Fahrenheit y Kelvin. 4 El recurso tecnológico fortalece la información del texto. Puede aprovechar el video para reflexionar sobre la utilidad de estos conocimientos en la vida cotidiana. Texto de información inicial

En el texto se explica la dilatación térmica del mercurio y su relación con los termómetros, así como las diferentes escalas termométricas. De ser posible, se recomienda hacer un experimento demostrativo: verter un poco de leche en una cacerola y calentarla en una estufa o parrilla eléctrica. De esta manera, es posible observar el fenómeno de dilatación térmica. La leche, al recibir calor, se expande, es decir, aumenta el volumen que ocupa.

secuencia 18 Termómetro Lean el texto. • Durante la lectura, pongan atención a las diferentes escalas que se utilizan para medir la temperatura. Texto de información inicial

¿Cómo se mide la temperatura? Para medir la temperatura se usa un termómetro. Este instrumento de medición se basa en la dilatación térmica: cuando los materiales se calientan, se incrementa el volumen que ocupan. Una situación cotidiana en la que es posible observar la dilatación térmica es cuando ponemos la leche a calentar; al recibir calor, aumenta el volumen que ocupa, por eso sube el nivel de la leche en la cacerola, e incluso puede llegar a derramarse. Casi todos los materiales se expanden al calentarse. El mercurio, cambia apreciablemente su volumen con pequeñas variaciones en la temperatura y por este motivo se utiliza en los termómetros. Para elaborar un termómetro, se encierra una pequeña cantidad de mercurio en un tubo capilar de vidrio. Al poner en o el termómetro con un cuerpo a mayor temperatura, la dilatación del mercurio provoca que suba la columna del líquido. La longitud de la columna se puede entonces relacionar con la temperatura. Para ello se asignan valores numéricos arbitrarios a distintas longitudes del capilar de mercurio. Existen varias escalas para medir la temperatura, como la Celsius, la Fahrenheit y la Kelvin. En la escala Celsius, el número cero se le asigna a la temperatura en la que el agua se congela y el 100 a la temperatura de ebullición del agua. Se llama así en honor a Anders Celsius, el astrónomo sueco que propuso esta escala. La escala Fahrenheit asigna el valor de 32 a la temperatura a la que se congela el agua y 212 a la temperatura a la que hierve. Se le dio ese nombre en honor al creador de los termómetros, Daniel Gabriel Fahrenheit. En las Ciencias se usa la escala absoluta o de Kelvin.

En un termómetro de mercurio también es posible observar la dilatación térmica: al recibir calor el mercurio ocupa un volumen mayor. Recuerde que el propósito de la secuencia es construir una explicación a fenómenos macroscópicos a partir del movimiento de las moléculas, por lo que se recomienda, después de realizar la Actividad DOS, preguntar a sus estudiantes: ¿por qué los materiales se expanden al calentarse? ¿Qué ocurre con las moléculas que lo forman? La respuesta es que con el calor aumenta la energía cinética de las moléculas, por lo que se mueven más ocupando mayor espacio. Esto se ejemplifica claramente en el interactivo. 2 Invite a los alumnos a leer con cuidado la tabla en la que se muestran diferentes escalas para medir la temperatura. En México utilizamos más frecuentemente la escala Celsius o grados centígrados. En otros países se utiliza más la escala Fahrenheit. La escala absoluta o grados Kelvin se usa en las ciencias. Puede preguntar a sus alumnos cuál es la temperatura promedio de una persona, con buen estado de salud y en reposo, en las diferentes escalas.

84


373.15 K

100˚ C

212˚ F

353.15 K

80˚ C

176˚ F

333.15 K

60˚ C

140˚ F

313.15 K

40˚ C

104˚ F

293.15 K

200˚ C

68˚ F

273.15 K

0˚ C

32˚ F

253.15 K

- 20˚ C

- 4˚ F

233.15 K

- 40˚ C

- 40˚ F

213.15 K

- 60˚ C

- 76˚ F

193.15 K

- 80˚ C

- 112˚ F

173.15 K

- 100˚ C

- 148˚ F

Escala Kelvin

Escala Celsius

Escala Fahrenheit

Diferentes escalas para medir la temperatura. 58

Temperatura de evaporación del agua

Temperatura de solidificación del agua

CIENCIAS Respondan es sus cuadernos: 1. ¿Cuál es la ventaja de utilizar mercurio en los termómetros? 2. De acuerdo con la figura ¿a cuánto equivalen 200°C en K?

II

Respondan es sus cuadernos: 1. RM Que con pequeñas variaciones en la temperatura cambia mucho el volumen que ocupa y se puede apreciar claramente la variación en la altura de la columna.

empleada Nueva destreza lazos entre ablecer vínculos o Est ar: ion lac Re aciones, os, conceptos, situ objetos, organism nto que se mie oci con del ciones. etcétera; a partir piedades, usos y fun posee sobre sus pro

Actividad DOS

2. RM 293.15 k Para cerrar la sesión puede utilizar la pregunta 2 del intercambio de opiniones de la Actividad UNO, y luego comentar la necesidad de utilizar termómetros en diferentes situaciones.

SESIÓN 2

Movimiento de las moléculas Relacionen la temperatura con el movimiento de las moléculas.

3 Es importante escuchar las respuestas de varios estudiantes y fomentar el intercambio de ideas entre todos.

1. Observen con atención la siguiente figura que representa las moléculas de un gas a diferentes temperaturas y separadas por una barrera.

Sesión 2 Antes de iniciar la sesión, recuerde a sus alumnos brevemente cuál es el problema que están resolviendo. Gas a temperatura baja, con una energía cinética media reducida.

Barrera

Gas a temperatura alta, con una energía cinética media elevada.

Mencione que durante ella relacionarán la temperatura con el movimiento de las moléculas e identificarán el sentido de la transferencia de calor.

Se retira la barrera

Actividad DOS El interactivo permite la simulación del movimiento de las moléculas y la manipulación de variables como temperatura, con el fin de observar que al aumentar la temperatura, aumentará el movimiento de las moléculas.

Los gases se mezclan: ahora ambos tienen la misma energía cinética media y están a la misma temperatura (temperatura de equilibrio). El cuadro con fondo rosa representa un gas a mayor temperatura y el fondo azul representa un gas a temperatura menor. Cuando se quita la barrera que los separa, los gases se mezclan.

2. Comenten: a) ¿Qué representan las flechas a un lado de cada una de las moléculas?

Vínculo entre Secuencias Para recordar el concepto de vector revisa la Secuencia 7: ¿Por qué se mueven las cosas?

b) ¿Qué forma de energía está relacionada con la rapidez de una molécula? c) ¿En qué caso las moléculas se mueven más rápido o tienen más energía cinética: cuando el gas está a mayor o a menor temperatura?

Puede utilizar el interactivo como complemento a la actividad.

d) Imaginen que las moléculas son como pelotas de tenis rebotando de un lado a otro. Cuando se quita la barrera, una pelota que va muy rápido choca con una que va más lento. ¿Qué pasaría con la rapidez de cada una de las pelotas?

El propósito de esta actividad es que los estudiantes utilicen la teoría cinética para explicar el concepto de temperatura.

e) ¿Qué pasa cuando las moléculas del gas que están a mayor temperatura empiezan a chocar con las que están a una temperatura menor? f) ¿Qué ocurre con la temperatura de la mezcla de gases después de quitar la barrera? Expliquen lo sucedido en términos de los choques de las moléculas y la energía cinética. 59

otra molécula, reduce su rapidez. La molécula con la que choca aumenta su rapidez.

e) RM Transfieren parte de su energía cinética, así que disminuyen su rapidez y la de las moléculas con las que chocaron aumenta. f) RM Las moléculas con mayor rapidez, y por lo tanto mayor energía cinética, van a comenzar a chocar con las otras moléculas. Al chocar van a transmitir parte de su energía cinética, por lo tanto, van a disminuir su rapidez. A cambio de esto las demás moléculas aumentarán su rapidez, de tal manera, que después de cierto tiempo, y varios choques, todas las moléculas tendrán, en promedio, la misma rapidez y la misma energía cinética. Cuando eso pasa se dice que los gases llegan a un equilibrio térmico, es decir, que igualan sus temperaturas.

Es importante que los alumnos recuerden la representación vectorial. La velocidad es un vector y la rapidez es la magnitud del vector velocidad.

4 Además, fomenta la participación y el debate en el aula con la oportunidad de que los alumnos integren sus conocimientos y expresen sus ideas sobre el fenómeno observado. El recurso cuenta con instrucciones y sugerencia didáctica que se recomienda revisar antes de utilizarlo para un mejor aprovechamiento.

El dibujo con el fondo morado representa la situación en la que la barrera que separa los dos gases se retira. Las moléculas con mayor rapidez, van a comenzar a chocar con las otras. En cada choque, una molécula rápida transmite parte de su energía cinética a una lenta. En consecuencia, mientras se reduce la rapidez de la primera, aumenta la de la segunda. Después de cierto tiempo, y varios choques, todas las moléculas tendrán, en promedio, la misma velocidad. Cuando eso pasa se dice que los gases llegan a un equilibrio térmico, es decir, que igualan sus temperaturas.

2. a) RM Representan la velocidad de las partículas: la magnitud, la dirección y el sentido. Una flecha más grande representa una rapidez mayor.

b) RM La energía cinética.

c) RM Cuando está a mayor temperatura.

d) Puede ilustrar esto con un ejemplo sencillo. Coloque un balón en el suelo, éste tendrá rapidez cero. Si patea otro balón que choque con éste, el balón quieto comenzará a moverse, es decir aumenta su rapidez, mientras que la rapidez del balón que estaba inicialmente en movimiento disminuye. RM La que va más rápido al chocar con

La temperatura suele ser un concepto abstracto y difícil de entender. Incluso históricamente no fue comprendido del todo hasta la creación de esta teoría que aporta una visión más cercana e intuitiva a este concepto. Los estudiantes podrán relacionar la temperatura con la energía cinética de las moléculas que forman la materia.

4 Invite a los estudiantes a observar con atención la imagen. 1. El papel del profesor es de vital importancia en esta parte, especialmente si no fue posible utilizar el interactivo. Se recomienda que pregunte a los estudiantes qué es lo que observan en el esquema y los guíe a una descripción como la que se muestra a continuación: En el esquema pueden observarse las moléculas de un gas a baja temperatura, (fondo azul), y a una temperatura más alta (fondo rosa). Las flechas representan la velocidad de las partículas, con magnitud dirección, y sentido. Una flecha más grande representa una rapidez mayor. Es importante que los estudiantes observen que las moléculas se mueven en distintas direcciones y van a chocar unas con otras. En el gas que está a una temperatura más alta, las moléculas se mueven a una rapidez mucho mayor, así que van a chocar con más frecuencia.


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Actividad TRES

secuencia 18

Identifiquen el sentido de la transferencia de calor. Para ello:

ido ovimiento bre lo aprend da con el m tá relaciona Reflexión so s mperatura es rá el movimiento de la ando te la e qu s be ómo se será cu Ahora ya sa un cuerpo. ¿C ratura es baja, y cómo de as ul éc la tempe de las mol l aire cuando spuesta. moléculas de es alta? Justifica tu re problema. ra tu ra pe a resolver el la tem á ar ud ay a te st ue sp re e tu Recuerda qu

El propósito de esta actividad es que los estudiantes, mediante una sencilla experiencia, observen que al mezclar dos líquidos a diferentes temperaturas, el que está a una temperatura menor se calienta y el otro se enfría. Esto para que identifiquen el sentido en el que ocurre la transferencia de energía.

Actividad TRES identifiquen el sentido de la transferencia de calor. Para ello: • Antes de la actividad, comenten lo siguiente: ¿El calor se transfiere de un cuerpo caliente a uno frío o, por el contrario, de uno frío a uno caliente? 1. Material

1 Mientras los alumnos trabajan en grupos, el maestro debe estar atento a qué ocurre en los equipos. Puede registrar frases o palabras de los alumnos para retomarlas en las discusiones generales. Además, en algunos momentos, puede guiar el diálogo de los alumnos si considera pertinente para destacar algún contenido conceptual.

a) Tres recipientes (como vasos u ollas pequeñas). b) Termómetro de mercurio, clínico o científico. c) 250 ml de agua caliente. d) 250 ml de agua fría. 2. Procedimiento a) Viertan 250 ml de agua en la olla. b) Caliéntenla hasta que alcance una temperatura de 35°C. ¡Tengan mucho cuidado al manipular el termómetro y los recipientes calientes! c) Viertan 250 ml de agua fría en un vaso. d) Midan la temperatura del agua fría.

1. Material

e) Mezclen el agua caliente y el agua fría en el tercer recipiente. f) Midan la temperatura de la mezcla.

Si no cuentan con termómetro, guíe a los estudiantes a que observen que, después de mezclar el agua caliente y el agua fría, la temperatura de la mezcla es mayor que la del agua fría.

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Reflexión sobre lo aprendido RM Cuando la temperatura es más alta, las moléculas se mueven más rápido porque la temperatura es proporcional a la energía cinética.

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CIENCIAS

II

3. Resultados

3. Resultados

RM En la tabla.

v Completen la tabla en su cuaderno: Temperatura Inicial: Ti

Agua caliente

RM 35 ºC

a) RM 10 ºC.

RM 15 ºC

b) Si no cuentan con termómetro comente que si la temperatura final es menor que la inicial la resta daría como resultado una cantidad negativa. RM –10 ºC.

RM 25º C

Final (mezcla): Tf Cambio de temperatura: Tf -Ti


Agua fría

RM (25 ºC – 35 ºC) = –10 ºC RM (25 ºC – 15 ºC) = 10 ºC


Comenten:

a) ¿Cuál fue el cambio de temperatura para el agua fría? Hagan la resta de la temperatura final menos la inicial.

1. RM Porque estuvo en o con el agua caliente, que estaba a mayor temperatura. El agua caliente cedió calor al agua fría.

b) ¿Cuál fue el cambio de temperatura para el agua caliente? 5. Comunicación v Elaboren un reporte de la práctica en sus cuadernos.

2. Escuche las respuestas de los estudiantes; después puede comentar que el signo negativo significa que el cuerpo cede calor y el signo positivo refleja una situación en la que el cuerpo recibe calor. RM Que el agua caliente perdió calor al cederlo al agua fría y por eso se enfrió.

Comenten: 1. ¿Por qué aumentó la temperatura del agua fría? Explíquenlo en términos de la teoría cinética. 2. ¿Cómo interpretan el signo negativo en el valor del cambio de temperatura del agua caliente? 3. ¿El calor se transfiere de un cuerpo caliente a uno frío, o viceversa?

ido a l a la energí bre lo aprend proporciona Reflexión so r mperatura es mprobaste que el calo te la e qu s co be bién lor Ahora ya sa sistema. Tam . En consecuencia, el ca l de as ul éc un cuerpo de las mol nocimiento iliza este co mperatura de cambia la te rma más de energía. Ut energía entre tu cuerpo fo de a ia un nc r re se debe transfe r cómo es la para explica e fría. oblema. en una noch o, nt sponder el pr vie el y rvirá para re spuesta te se re tu e qu Recuerda


3. RM Del cuerpo caliente al frío, por lo cual el agua caliente se enfrió después de mezclarlas.

Para revisar las formas en las que se manifiesta la energía revisa la Secuencia 10: ¿Cómo se utiliza la energía?

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Es importante que los estudiantes recuerden que el calor es una forma de energía y por lo tanto la transferencia de calor es en realidad transferencia de energía de un cuerpo que está a mayor temperatura a uno que está a menor temperatura.

Para cerrar la sesión se recomienda utilizar la Reflexión sobre lo aprendido para que los estudiantes comprendan que si la temperatura es una medida de la energía cinética de las moléculas, entonces, para aumentar la temperatura, es necesario aumentar la energía de alguna forma. Una manera es calentando, ya que el calor es una forma de energía. Puede preguntar entonces qué diferencia identifican entre el calor y la temperatura. La respuesta es que el calor es una forma de energía que se transfiere entre dos sistemas, mientras que la temperatura es una medida de la energía cinética de las moléculas del sistema.

Reflexión sobre lo aprendido RM En una noche fría el aire está a una temperatura menor que mi cuerpo, por lo que la transferencia de energía en forma de calor ocurre de mi cuerpo al aire.


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S esión 3 5 Antes de iniciar la sesión, recuerde a sus alumnos brevemente cuál es el problema que están resolviendo.

secuencia 18 SESIÓN 3

Describan formas de aumentar la temperatura de un sistema.

1. Contesten: ¿Qué sucede con la temperatura del agua fría si se agita la botella que la contiene?

Mencione a sus alumnos que describirán transformaciones de energía. Estudiarán las diferencias entre los conceptos de calor y temperatura.

2. Van a necesitar: a) Botella de plástico de 500 ml con tapa b) 300 ml de agua c) Termómetro de mercurio

Actividad CUATRO

d) Trapo

El propósito de esta actividad es que los estudiantes noten que a partir del movimiento es posible aumentar la temperatura de un sistema. Realizarán una sencilla experiencia que les permitirá contrastar sus ideas previas relacionadas con el calor como un fluido y relacionarlo con el movimiento. 1 Al final de la experiencia puede preguntar a los alumnos por qué se calienta el agua si, efectivamente, se “llena” de calor, y cuestionarlos al respecto.

3. Realicen lo siguiente: a) Coloquen 300 ml de agua fría en la botella. b) Midan la temperatura del agua y ajusten la tapa. c) Cubran completamente la botella con un trapo. d) Agítenla vigorosamente durante 10 minutos. e) Midan la temperatura del agua. 4. Comenten: a) ¿Ocurrió lo que pensaban con la temperatura del agua? Expliquen. b) ¿Qué forma de energía está relacionada con el movimiento?

Describan formas de aumentar la temperatura de un sistema.

intercambien sus opiniones: v ¿Con qué mecanismos se puede aumentar la temperatura de un sistema?

1. Probablemente los estudiantes piensen que no cambia la temperatura del agua. RL Por ejemplo: No cambia la temperatura. 2. Si no cuentan con un termómetro, pida a varios estudiantes que toquen el agua antes y después de agitarla y comenten en qué caso la temperatura es mayor. 62

4. a) RL Por ejemplo: No, porque la temperatura del agua aumentó después de agitarla. b) RM La energía cinética. Intercambien sus opiniones: • RM Al calentarlo y también al moverlo. En la experiencia se transfiere energía cinética de la botella (pues la movemos con el brazo) a energía cinética de las moléculas del agua y se aumenta la temperatura.

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Actividad CUATRO

CIENCIAS

II

Para terminar

Para terminar…

El video permite identificar la diferencia entre calor y temperatura, por medio de diversas demostraciones.

¿Es lo mismo calor que temperatura? Lean el texto. v Durante la lectura subrayen las ideas principales. Texto de formalización

¿Es lo mismo calor que temperatura? La teoría cinética molecular explicó lo

que significa la temperatura de un sistema. En un sistema con temperatura alta, las moléculas se están moviendo rápidamente al azar en diferentes direcciones, mientras que a baja -20°C calor 80°C calor 0°C temperatura las moléculas lo hacen más lentamente. La temperatura refleja el promedio de la energía cinética de las moléculas de un cuerpo. Si la temperatura es alta, las moléculas, en promedio, se mueven más rápido. Se ha diseñado una escala para medir Siempre que existe una diferencia de temperatura entre objetos, va a existir una temperatura, la escala absoluta o Kelvin, transferencia de energía en forma de calor. en la que el cero absoluto corresponde a una situación en la que las moléculas estarían completamente quietas. Esto no es posible en ningún lugar del Universo: se considera que el espacio exterior tiene una temperatura aproximada de 3 K por encima del cero absoluto, lo que corresponde a una temperatura de -270ºC. Entonces, si la temperatura es proporcional a la energía de las moléculas y sabemos que el calor cambia la temperatura, en consecuencia, el calor debe ser una forma más de energía: la energía transferida entre dos cuerpos debido a que están a diferentes temperaturas. La teoría cinética ilustró el proceso de transferencia de calor: cuando se ponen dos sistemas con diferente temperatura en o, las moléculas del sistema que tiene mayor temperatura transfieren energía cinética al chocar con las moléculas del sistema cuya temperatura es menor. Cuando, en promedio, las moléculas de los dos sistemas tienen una energía similar, se dice que alcanzaron el equilibrio térmico y, por definición, la misma temperatura. Puesto que el calor es una forma de energía, debe cumplirse también el Principio de Conservación de la Energía. Si existe transferencia de energía entre dos cuerpos, el calor que recibe un cuerpo es el mismo que cede el otro. Aunque en el lenguaje cotidiano suele decirse “¡tengo calor!”, es incorrecto desde el punto de vista de la Física: el calor es energía en tránsito, así que no puede “poseerse”. En un día caluroso, deberíamos exclamar: “¡Qué temperatura ambiental tan alta!”.



Para recordar el Principio de Conservación de la Energía, revisa la Secuencia 10: ¿Cómo se utiliza la energía?

Para recordar en qué unidades se mide la energía, repasa la Secuencia 11: ¿Quién inventó la montaña rusa?

4 El recurso tecnológico complementa la información del texto. Puede aprovechar el recurso para reflexionar con sus alumnos en cuáles situaciones de la vida cotidiana emplearían el concepto calor y en cuáles, temperatura. Texto de formalización

El texto formaliza los principales conceptos que se abordan en esta secuencia: calor y temperatura. Además, destaca las diferencias entre el significado de ambos conceptos. 5 Se sugiere colgar los cuadros sinópticos de los diferentes equipos para la consulta continua.

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El calor es una forma de energía y por lo tanto cumple también el Principio de Conservación, si un objeto se calienta es porque otro se enfría, de tal forma que el calor que uno recibe es igual al que el otro pierde. El propósito de este vínculo es que los estudiantes observen que el calor, al ser una forma de energía, se mide en las mismas unidades.


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Comenten:

secuencia 18 comenten:

1. RM La temperatura es proporcional al promedio de la energía cinética de las moléculas de un cuerpo.

1. ¿Qué es la temperatura? 2. Si dos cuerpos están a la misma temperatura, ¿existe intercambio de calor? ¿Por qué? 3. Si el calor es una forma de energía, ¿en qué unidades se mide?

2. RM No, porque ya están equilibrio y todas las partículas se mueven en promedio con la misma velocidad.

4. En el experimento de la Actividad TRES, ¿se cumple el Principio de Conservación de la Energía? Expliquen.

Sabías que…

3. RM En calorías o joules.

La conducción es la transferencia de calor que existe entre dos cuerpos que están en o y que se encuentran a diferentes temperaturas. Un ejemplo es cuando sirves el café caliente en una taza: al tocarla, se siente caliente.

4. Recuerde a sus estudiantes que en la Actividad TRES el agua caliente se enfría y el agua fría se calienta. Estrictamente hablando, el agua caliente cede una pequeña parte del calor al aire. Esto puede reflejarse en que el cambio de temperatura del agua caliente sea ligeramente distinto (en magnitud) al cambio de temperatura del agua fría. Sin embargo, podemos considerar que la energía se conserva, así que el calor que cede el agua caliente es el que recibe el agua fría. RM Sí, porque la energía en forma de calor que cede el agua caliente es la que se transmite al agua fría.

Otra forma de transferir el calor es por convección. Cuando enciendes una vela, por ejemplo, el aire alrededor de la flama se calienta, y se expande al igual que el mercurio; por lo tanto, su densidad disminuye y, como el aire caliente asciende, obliga al aire frío a bajar, el cual, a su vez, al estar más cerca de la flama, se calienta. Este ciclo da lugar a una continua circulación de aire en la que se transfiere el calor a las regiones frías. Todos los materiales oponen resistencia, en mayor o menor medida, a la transferencia de calor. Los materiales que presentan una resistencia alta son llamados aislantes térmicos. Un ejemplo de este tipo de materiales es el aire. Sin embargo, debido al fenómeno de convección, el aire puede transferir calor con facilidad. Por esta razón se suelen usar como aislantes térmicos materiales porosos o fibrosos, que son capaces de inmovilizar el aire confinado en su interior. De esta manera se dificulta la transferencia por convección, además de la transferencia por conducción.

Como el calor se transfiere debido al choque de moléculas, el mejor aislante térmico es el vacío, es decir, un medio que prácticamente no tenga moléculas y que por lo tanto no transfiera el calor ni por conducción ni por convección. Así funcionan los termos, por eso pueden mantener el café caliente por mucho tiempo.

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Sabías que… Se recomienda preguntar a los alumnos de qué forma podrían explicar la transferencia de calor utilizando la teoría cinética. Pida que recuerden la Actividad DOS en la que se estudia el choque de las moléculas y su relación con la transferencia de calor por conducción. En la convección, en un inicio, ocurre algo similar: el calor se transmite cuando moléculas con mucha energía cinética chocan con otras, estos choques se dan en cierta región de aire. Lo que provoca que aumente el volumen en esa región y el aire ocupe un mayor espacio, como consecuencia, disminuye la densidad y la masa de aire se eleva. Puede guiarlos a una explicación similar a partir de preguntas como: ¿qué pasa cuando

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las moléculas que tienen más energía cinética chocan con otras con menor energía cinética? ¿Qué sucedería con el volumen de una región de aire si las moléculas se movieran más rápido? ¿Si un cuerpo ocupa más volumen con la misma masa, qué ocurre con su densidad? ¿Qué sucede con una porción del aire si su densidad es menor que la del resto?, etcétera. 4 Esta sección es importante ya que permite a los estudiantes conocer las formas en las que se transmite el calor, lo cual es necesario para resolver el problema. Si la escuela cuenta con Internet se recomienda revisar la página: ¿Cómo viaja el calor?, la dirección completa se muestra en el recuadro de Para saber más…

CIENCIAS

II

Lo que aprendimos En la sección Lo que aprendimos, se presentan las siguientes actividades de evaluación de los contenidos de la secuencia: ✓ Resuelvo el problema: El alumno da una solución al problema; emplea para ello los conceptos y las destrezas aprendidas. ✓ Para qué me sirve lo que aprendí: El alumno transfiere los nuevos aprendizajes a situaciones y contextos diferentes a los estudiados.

Lo que aprendimos


Resuelvo el problema “Cuando hace mucho frío en la noche necesitas cubrirte con más cobijas. ¿Por qué? ¿Las cobijas nos ‘dan’ calor? Justifica tu respuesta.” Responde el problema en tu cuaderno. Para ello: 1. Reflexiona: Cuando acabas de tomar una cobija o cuando te metes a la cama, ¿en ese momento la sientes caliente o hasta que llevas un ratito adentro y tapado?

El maestro puede, si así lo desea, emplear algunas actividades de la secuencia, para realizar la evaluación diaria del trabajo en clase (evaluación formativa), como las que se sugieren en los cierres de sesión.

2. La temperatura de tu cuerpo es aproximadamente de 36°C. ¿Qué temperatura tendrá la cobija si el aire de la habitación está a 15°C? Explica. 3. Recuerda que hay transferencia de calor cuando existe una diferencia entre las temperaturas de dos cuerpos. Entonces, si al acostarte tu temperatura es mayor que la de la cobija, ¿en qué sentido se produce la transferencia de calor cuando te tapas con ella?


4. ¿Si no te taparas con la cobija transmitirías más o menos calor al aire? Explica. 5. Menciona las formas en que tu cuerpo transmite calor en una noche fría. Justifica tu respuesta 6. ¿Es correcto desde el punto de vista físico decir que las cobijas nos “dan” calor? Explica. 7. ¿Qué material utilizarías para taparte, un edredón de plumas o una bolsa de plástico? ¿Por qué?

Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: Calor y temperatura en la programación de la red satelital Edusat.

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El programa permite reconocer las nociones de calor y temperatura, así como los fenómenos relacionados con éstos. Muestra también la utilidad del termómetro como avance tecnológico en las ciencias y la vida cotidiana. 4 Puede aprovechar el recurso para sintetizar con sus alumnos los conocimientos construidos a lo largo de la secuencia. El recurso tecnológico integra el contenido de la secuencia.

6. RM Es incorrecto decir que una cobija “da” calor. Es importante recordar que el calor es energía en tránsito entre cuerpos que están a diferentes temperaturas, así que no puede “poseerse”. 7. RM Un edredón de plumas porque es más poroso y por lo tanto un mejor aislante térmico.

Reflexión sobre lo aprendido RL Por ejemplo: Sí, porque antes pensaba que la cobija me daba calor, cuando en realidad la cobija no “tiene” calor ni lo ”da”. Es energía en tránsito y no puede poseerse. Mi cuerpo, aunque le transmite algo de calor a la cobija, su efecto principal es dificultar el tránsito de calor entre mi cuerpo y el aire.

Responde el problema en tu cuaderno. Para ello: 1. RL Por ejemplo: Al principio las sábanas se sienten frías. Es hasta después de unos minutos de taparnos que las sentimos calientes. 2. RM La cobija está a la misma temperatura que el ambiente: 15 º C, ya que están en o todo el tiempo y llegan a un equilibrio térmico en donde se igualan las temperaturas. 3. RM El cuerpo humano calienta a la cobija hasta que ambos llegan aproximadamente a la misma temperatura. 4. RM Más, puesto que la cobija me aísla impidiendo que mi cuerpo transmita calor al aire. 5. RM Por conducción, al estar en o con el aire; por convección, cuando el aire a mi alrededor se calienta y asciende provocando que el aire frío baje y se caliente al estar cerca de mi cuerpo y el ciclo se repita. Este proceso provoca, como resultado, que mi cuerpo vaya cediendo calor al aire.


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secuencia 18 ¿Para qué me sirve lo que aprendí?

Aquí se recomienda evaluar si los alumnos relacionan la temperatura de un objeto, con la rapidez de las moléculas que lo componen.

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?

Vas a ir a una fiesta y quieres pintar tus pantalones favoritos de negro. Si el tinte que usas es en polvo, ¿qué harías para que se disolviera más rápido en agua? Utilizarías agua caliente o fría? Después de que los estudiantes respondan pueden realizar la experiencia para aclarar dudas sobre lo que ocurriría. En un vaso con agua muy caliente pongan una gota de colorante, puede ser violeta de genciana. Hagan lo mismo en un vaso con agua fría y observen lo que sucede. RM La pondría en agua caliente, porque las moléculas se mueven más rápido, así que chocan más entre sí con las moléculas de la medicina disolviéndola en menor tiempo.

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. • Contesta en tu cuaderno: 1. ¿Crees que exista vida en Mercurio? ¿Por qué? Justifica tu respuesta utilizando la idea de temperatura. 2. ¿Qué puede pasar con la vida en la Tierra si continúa el calentamiento global? ¿Por qué?

Ahora opino que… Se recomienda apreciar si los estudiantes valoran el papel que juega la temperatura para que exista vida en la Tierra, así como las consecuencias funestas que tiene el calentamiento global. La temperatura a nuestro alrededor hace posible la vida en la Tierra. En otros lugares como en Mercurio las temperaturas varían entre 180 º C y 427 º C. 1. RM No, porque está muy cerca del Sol y las temperaturas son demasiado altas para que exista vida. 2. RM La temperatura podría aumentar tanto que desaparecerían muchas especies y a los humanos no les iría mucho mejor.

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CIENCIAS

II

Para saber más…

Para saber más…

En este libro puede encontrarse más información sobre el calor y la temperatura.

1. Gasca, Joaquín (2003). Fuerzas físicas. México: SEP/Ediciones Culturales Internacionales.

En el diccionario pueden buscarse términos físicos como calor, energia y temperatura.

1. Biblioteca de la ciencia ilustrada (2002). México: Fernández Editores. 2. Diccionario de física (2004). Madrid: Oxford-Complutense. 1. Hermans-Killam, Linda y Doris Dau. 14 de octubre de 2001. ¿Cómo viaja el calor? IPAC/NASA. 5 de marzo de 2007. http://www.spitzer.caltech.edu/espanol/edu/thermal/transfer_sp13oct01.html

En las páginas de internet pueden conocer más sobre el calor y cómo se transmite.

2. Hermans-Killam, Linda y Doris Dau. 8 de septiembre de 2001. ¿Qué es el calor y cómo se produce? IPAC/NASA. 5 de marzo de 2007. http://www.spitzer.caltech.edu/espanol/edu/thermal/heat_sp_06sep01.html

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¿Puede inflarse un globo sin soplarle? Propósito y perspectiva En esta secuencia se construye una explicación del concepto de presión basada en el modelo cinético. Los contenidos se abordan en esta secuencia desde una perspectiva CTS al valorar algunos avances tecnológicos, como la prensa hidráulica.


SESIÓN 1

Momento de la secuencia Texto introductorio


Texto de información inicial 2

Propósitos (conceptos, destrezas y actitudes) Valorar las explicaciones científicas y apreciar lo asombroso que pueden ser algunos avances tecnológicos. UNO Identificar los cambios en los resultados de aplicar una fuerza al cambiar el área de o. Cuestionario. DOS Identificar las diferencias entre los conceptos de fuerza y presión. Cuestionario. Introducir la expresión matemática que relaciona la presión con la fuerza y el área. TRES Relacionar el movimiento de las moléculas con la presión Modelo y cuestionario.

Actividades de desarrollo CUATRO Observar una consecuencia del principio de Pascal. Cuestionario. 3



Explicar el principio de Pascal y el funcionaminto de la prensa hidráulica.

Presión Por equipo: Jeringa desechable de 5 ml sin aguja, jeringa desechable de 20 ml sin aguja, agua, manguera de equipo para venoclisis.

Prensa hidráulica



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secuencia 19

¿Puede inflarse un globo sin soplarle?


sesión 1

Para empezar Lean el texto. • Antes de la lectura, respondan: ¿El aire ejerce presión sobre nosotros?

Texto introductorio

Cada día de nuestra vida respiramos aire y el oxígeno que éste

contiene nos mantiene vivos. Lo curioso es que la mayoría del tiempo ni siquiera somos conscientes del aire que nos rodea, que, aunque no nos demos cuenta, ejerce una presión sobre nosotros que llamamos presión atmosférica. Sin importar el lugar en el que vivimos, siempre está presente la presión atmosférica. Pero debes saber que el valor de esta presión no es el mismo a nivel del mar que en lo alto de una montaña. Para entender por qué pasa esto, imagina una columna de aire por encima de tu cabeza; el peso de todo ese aire es lo que origina la presión. Si te encuentras en lo alto de una montaña, la altura de esa columna es menor que si estás a nivel del mar, es decir, hay menos aire sobre tu cabeza, por lo tanto hay menos peso y menos presión.

S esión 1 5 Antes de iniciar la sesión, mencione a sus alumnos que identificarán las diferencias en los conceptos de fuerza y presión.

Valorarán las explicaciones científicas y apreciarán lo asombrosos que pueden ser algunos avances tecnológicos.

Al nivel del mar, la altura de la columna de aire es mayor; por lo tanto, la presión también es más grande.

Ahora ya sabes cómo está formada la materia y puedes distinguir la diferencia entre calor y temperatura. En esta secuencia utilizarás la teoría cinética para entender el concepto de presión. Valorarás las aplicaciones que tiene el conocimiento científico y la tecnología en situaciones cotidianas.


El texto introduce la idea de presión a partir de la presión atmosférica. Se recomienda realizar de manera demostrativa el experimento que se muestra en la figura. Es necesario llenar un vaso hasta el borde, taparlo con una hoja de papel y darle media vuelta. El agua no se derrama debido a la presión atmosférica. 3 Comente con sus estudiantes qué fenómenos naturales o qué situaciones que ocurren a su alrededor están relacionadas con la presión. Por ejemplo, puede preguntar por qué pica una aguja.

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El vaso está lleno de agua; sin embargo, al voltearlo ¡el agua no se cae! Esto se debe a la presión atmosférica. Las moléculas del aire que están en constante movimiento chocan con la hoja de papel por debajo impidiendo que el agua caiga.

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CIENCIAS

II



1 Recuerde no pedir a los alumnos la respuesta al problema en este momento; deje que imaginen posibles soluciones. La solución que damos a usted le permite guiar adecuadamente a los alumnos durante las actividades.

A continuación se presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante esta secuencia.

El circo ambulante llegó a tu comunidad el fin de semana pasado y hay un mago que puede inflar un globo sin soplarle. Para realizar su truco, el mago utiliza los elementos que ves en la ilustración. ¿Cómo hace el truco? Argumenta tu respuesta empleando el concepto de presión.

Solución al problema: RM El mago debe conectar el globo a la boca de la botella y calentarlo a baño maría. De esta forma se calienta el aire que está dentro de la botella. Las moléculas se mueven con mayor rapidez, por lo que aumenta la presión. Las moléculas chocan con mayor frecuencia contra las paredes del globo, empujándolas y provocando que se infle.

Lo que pienso del problema Contesta en tu cuaderno: 1. ¿Por qué se infla un globo cuando le soplas? 2. ¿El aire pesa? Explica. 3. El aire dentro del globo, ¿se mueve o está quieto? Explica. 4. ¿Es lo mismo presión que fuerza? Explica. 5. ¿Para qué utiliza el mago la hornilla eléctrica?


Manos a la obra

En esta sección los alumnos expresan libremente lo que piensan, por lo que las respuestas pueden ser muy variadas. Es importante detectar las ideas previas para poder trabajarlas a lo largo de la secuencia.

Actividad UNO Identifiquen los cambios en los resultados de aplicar una fuerza al cambiar el área de o. • Para ello: 1. Respondan: ¿Por qué los cuchillos deben estar afilados para poder partir los alimentos?


2. Van a necesitar:

1. RL Por ejemplo: Porque se llena de aire.

a) Papa o zanahoria b) Cuchillo 3. Intenten cortar la papa con el lado del cuchillo que no tiene filo y luego con el lado filoso. Realicen lo anterior con mucho cuidado. 4. Respondan: ¿De qué forma pudieron partir suavemente la papa o la zanahoria? Comenten: 1. ¿En qué caso necesitaron aplicar más fuerza? 2. ¿Cuál es la diferencia en el área de o entre los dos lados del cuchillo? 3. Si el área de o es mayor, la fuerza necesaria para partir la papa, ¿es mayor o menor? 69

comprenderá la relación de la presión con la fuerza y el área de o analizando situaciones cercanas a su experiencia. Esto será necesario posteriormente para comprender el origen de la presión en los fluidos a partir del choque de las moléculas con las paredes del recipiente que los contienen. 1. RL Por ejemplo: Para que pueda atravesar fácilmente los alimentos. 4. RM Al utilizar la parte filosa del cuchillo. Comenten: 1. RM Al utilizar la parte del cuchillo que no tiene filo. 2. RM El lado filoso es más delgado, por lo que el área de o es menor. 3. RM Mayor.

5. Los estudiantes no relacionan la presión con el movimiento de las moléculas, por lo que pueden pensar que el globo se infla porque se llena de vapor de agua. Sin embargo, la botella no tiene agua, así que el vapor no puede entrar dentro del globo. RL Por ejemplo: Para calentar el agua hasta que hierva, de manera que el globo se llene de vapor y se infle.

Manos a la obra Actividad UNO El propósito de la actividad es que los estudiantes identifiquen que si aumenta el área de o es necesario aumentar la fuerza para lograr los mismos resultados, en este caso, partir una papa o una zanahoria. A lo largo de estas dos primeras actividades y del texto de información inicial, el alumno

2. Los alumnos suelen pensar equivocadamente, que el aire no pesa. Si es así puede realizar un sencillo experimento en el que se construye un balanza utilizando un lápiz; en uno de los extremos se amarra un globo inflado y en el otro un globo desinflado. Se puede observar que la balanza se inclina del lado del globo inflado. Si no cuenta con el tiempo suficiente para realizar el experimento, se recomienda generar preguntas que lleven a sus alumnos a reflexionar al respecto, por ejemplo: ¿el aire está formado por moléculas?, ¿esas moléculas pesan? RL Por ejemplo: No, porque el aire es muy ligero. 3. Los estudiantes suelen pensar que el aire sólo se mueve cuando existe viento y que de lo contrario está quieto. Sin embargo recuerde que ya estudiaron la teoría cinética, así que podrían responder que las moléculas que forman el aire están en constante movimiento. Si lo considera necesario pueden repasar la Secuencia 17: ¿Cómo se organiza la materia? RL Por ejemplo: Están quietas porque no hay viento ni corrientes de aire. 4. En el lenguaje cotidiano se utiliza la palabra presionar como sinónimo de empujar. Esto puede llevar a los estudiantes a confundir la fuerza con la presión. Si es así, es importante detectar estas ideas previas y trabajarlas a lo largo de la secuencia. RL Por ejemplo: Sí, porque al empujar algo también lo presiono. L i b r o p a ra e l m a e s t r o

97

secuencia 19

Actividad DOS

Actividad DOS

El propósito de esta actividad es que los estudiantes relacionen la presión con la fuerza y el área e identifiquen que son conceptos diferentes.

identifiquen la diferencia entre los conceptos de fuerza y presión. v Para ello, realicen en sus cuadernos lo siguiente: 1. Observen las siguientes imágenes:

2 Invite a los alumnos a observar con cuidado las imágenes ya que representan un buen ejemplo de la diferencia entre presión y fuerza. Puede preguntarles ¿cuál es el área de o en cada caso y en qué caso es mayor? (con las sandalias), ¿qué pasa con la presión en cada caso? (es mayor haciendo punta), ¿cómo lo saben? (porque las huellas son más profundas).

Puede guiar a los estudiantes a que utilicen la palabra proporcional que se ha manejado a lo largo del curso. Así, la presión es proporcional a la fuerza. Analizando el caso de la bailarina puede preguntar cómo es la relación entre el área y la presión (la presión es inversamente proporcional al área).

Huellas que deja una bailarina en la arena utilizando sandalias.

2. Respondan en el pizarrón: a) ¿En qué caso es menor el área de o entre la bailarina y la arena?

Identifiquen las diferencias entre los conceptos de fuerza y presión.

b) Si el peso de la bailarina es el mismo, ¿cómo explican que sus huellas son mucho más profundas cuando camina apoyándo sólo las puntas de los pies? c) Si aumenta el área, ¿qué pasa con la presión que ejerce la bailarina sobre la arena? ¿Aumenta o disminuye?

Es importante que los alumnos identifiquen la relación entre estas variables, de esta manera podrán comprender que en los fluidos, las moléculas, al chocar con las paredes del recipiente que los contienen, ejercen una fuerza, que al estar distribuida en determinada área da como resultado la presión. 2. a) RM Cuando la bailarina camina en puntas.

b) RM Porque el área en la que se aplica esa fuerza es menor cuando camina en puntas.

c) RM Disminuye, por eso cuando camina con toda la planta del pie las huellas son menos profundas.

d) RM Que la presión está relacionada con el área en la que se aplica determinada fuerza. Da una idea de cómo se distribuye la fuerza en un área específica.

e) Promueva que sus estudiantes propongan una relación matemática entre estas variables que representa lo observado hasta ahora. RM p= F A

98


Huellas que deja una bailarina en la arena caminando de puntas con zapatillas de ballet.

d) ¿Cuál es la diferencia entre el concepto de fuerza y el de presión? e) ¿Cómo sería la fórmula que representa la presión? ido bre lo aprend recostamos Reflexión so cuando nos ás l m os am cans términos de en n ue iq ¿Por qué de pl sentados? Ex y la fuerza. que estando n ió acto, la pres área de cont 70

Reflexión sobre lo aprendido Los estudiantes deben utilizar las ideas de fuerza, presión y área para explicar por qué es más cómodo recostarse que permanecer sentado. RM Al recostarse, el área de o en la que se reparte la fuerza es mayor, por lo que la presión disminuye y resulta más cómodo.

CIENCIAS

II


Lean el texto.

En el texto se introduce la relación matemática de la presión con la fuerza y el área. Se ejemplifica mediante la cama de clavos, explicando por qué es posible acostarse en ella sin lastimarse.

v Antes de iniciar la lectura comenten dos ejemplos de la vida diaria donde se aplique la noción de presión. Texto de información inicial

¿Una cama de clavos para descansar? ¿Por qué no nos lastimamos al acostarnos en una

cama de clavos? En cambio, si por accidente llegarámos a pisar un solo clavo, por supuesto que nos dolería. Lo que ocurre es que, si bien la fuerza que ejercemos sobre la cama de clavos, es decir el peso de nuestro cuerpo, es el mismo en ambos casos, el área de o con un solo clavo es muy pequeña por lo que la presión que ejercemos aumenta. Por el contrario, en la cama de clavos, el área sobre la que esa fuerza se reparte es mucho mayor, así que la presión disminuye y no nos lastimamos. Al aplicar una fuerza mayor, mayor es la presión y mientras menos fuerza, menor es la presión, lo que significa que la fuerza es proporcional a la presión. Por otro lado, si la fuerza se aplica sobre un área más grande, la presión es menor y si el área es más pequeña Cama de clavos. la presión es mayor, lo cual significa que la presión es inversamente proporcional al área. Esto puede escribirse matemáticamente con la siguiente ecuación:

Se recomienda introducir las unidades de medición de la presión. Comente las diferencias y similitudes entre la expresión matemática que se presenta en el texto y la que los alumnos propusieron en la actividad anterior.

p= AF Las unidades en las que se mide la presión son llamadas pascales (Pa), en honor a Blaise Pascal quien dedicó su vida a investigar la presión en los fluidos. También se utilizan frecuentemente las atmósferas (atm) y los milímetros de mercurio (mmhg), entre otras unidades. Hasta ahora hemos estudiado la presión en los sólidos, lo que será de utilidad para comprender la presión en los fluidos. En nuestra vida diaria existen muchas situaciones que están relacionadas con la presión en líquidos y gases. Un ejemplo es lo que ocurre con la pasta de dientes cuando apretamos el tubo por la parte de abajo: la presión se transmite a toda la pasta y provoca su expulsión por el orificio. Al salir a la carretera debemos revisar la presión de las llantas para evitar algún accidente. Inclusive en la cocina existen fenómenos relacionados con la presión, como el funcionamiento de la olla exprés. En ella se hace aumentar la presión dentro de la olla, permitiendo que la temperatura del agua se incremente a más de 100ºC y que los alimentos se cuezan más rápido.

Respondan en su cuaderno:

1 Durante la lectura, recuerde con sus estudiantes a qué variable es proporcional la presión (la fuerza), y a qué variable es inversamente proporcional (el área), y si esto se refleja en la expresión matemática que se muestra en el texto.

Respondan en su cuaderno: 1. RM Aunque el peso es el mismo que si el niño se sentara en un solo clavo, en una cama no se lastima porque el área de o es mucho mayor y la presión disminuye. 2. RM La presión aumenta porque el adulto pesa más y ejerce mayor fuerza sobre los clavos.

1. ¿Cómo explicar científicamente que un niño se acueste en una cama de clavos sin sufrir daño? 2. Si en lugar de un niño, se acuesta en la cama de clavos un adulto más pesado, de manera que la fuerza aumente, ¿la presión aumentará o disminuirá? ¿Por qué? 3. Si la fuerza se mide en N y el área en m2, ¿a qué unidades es equivalente el Pa?

71

3. Pregunte a los alumnos en qué unidades se mide la fuerza (N) y el área (m2). Hágales notar que entonces las unidades de presión serían mN2 . RM Newton sobre metro cuadrado ( N2 ) m

2 Para cerrar la sesión, pregunte a los estudiantes qué es lo que han aprendido acerca de la presión. Puede utilizar este momento para retomar las ideas previas y ver si se han modificado. Pregunte nuevamente si presión es lo mismo que fuerza. Recuerde que se han analizado varios casos (las huellas de la bailarina, la cama de clavos, la distribución de masa de un edificio), en los cuales, aunque la fuerza es siempre el peso, al variar el área de o la presión cambia y se observan diferentes consecuencias. 3 Es importante escuchar las respuestas de varios estudiantes y fomentar la discusión entre todos.


99

S esión 2

secuencia 19

5 Antes de iniciar la sesión, recuerde a sus alumnos brevemente cuál es el problema que están resolviendo. Comente con los alumnos que en la sesión anterior estudiaron la relación de la presión con la fuerza y el área. En esta sesión podrán relacionar la presión con el movimiento de las moléculas.

SESIÓN 2

Actividad TRES Presión Relacionen el movimiento de las moléculas con la presión en los fluidos. Para ello:

1. Contesten: ¿El aire ejerce presión sobre nosotros? 2. Necesitan: a) Frasco transparente con tapa. b) 10 bolitas de unicel o canicas pequeñas. 3. Realicen lo que se indica:

Actividad TRES

a) Coloquen las bolitas de unicel o canicas en el frasco.

El interactivo permite que los alumnos comprendan que la presión se origina a partir del choque de las moléculas. Lo anterior se logra a través de la manipulación de las variables: número de moléculas y volumen.

c) Agiten con fuerza el frasco.

b) Tapen el frasco. d) Observen el movimiento de las bolitas o canicas. 4. Respondan en su cuaderno: a) ¿Qué representan las canicas o pelotitas? b) ¿Qué sucede entre las canicas o pelotitas y las paredes del frasco cuando éste se agita? c) ¿Las moléculas ejercen alguna fuerza sobre las paredes del recipiente al chocar con ellas? ¿Por qué?

4 Además, fomenta la participación y el debate en el aula con la oportunidad de que los alumnos integren sus conocimientos y expresen sus ideas sobre el fenómeno observado.

d) ¿Cuál será el área de o en la que se aplica esa fuerza? e) Si agitan el frasco con mayor intensidad, ¿las pelotas chocan con mayor o menor frecuencia contra las paredes del frasco? f) Entonces, ¿la presión aumenta o disminuye? g) Una mayor agitación de las moléculas dentro del frasco, ¿sería también equivalente a aumentar la temperatura? Basen su respuesta en la teoría cinética.

El propósito de esta actividad es que los estudiantes comprendan el concepto de presión desde el punto de vista de la teoría cinética y lo relacionen con el choque de las moléculas con las paredes.

comenten: 1. Las moléculas del aire que nos rodea, ¿ejercen alguna fuerza sobre nosotros? 2. ¿Cuál sería el área de o sobre la que se aplica esa fuerza?

1 Pregunte a sus estudiantes qué relación existe entre la presión y el movimiento de las moléculas para detectar lo que piensan y trabajarlo a lo largo de la actividad.

3. ¿Cuál es el origen de la presión atmosférica?

Aire encerrado en un frasco. Las pelotas representan las moléculas del aire y las flechas son vectores que representan la magnitud y la dirección de la velocidad de las moléculas.

Relacionen el movimiento de las moléculas con la presión. Para ello: 1. Puede ser común que los estudiantes piensen que el aire no ejerce presión. Recuerde con ellos que el aire pesa y que el peso es una fuerza que al repartirse en determinada área, genera una presión. RL Por ejemplo: No, porque si ejerciera alguna presión podríamos sentirlo.

72

relación hay entre la fuerza y la aceleración? RM Al chocar con la pared, la molécula cambia su velocidad en sentido y en dirección. Y, si hay un cambio en la velocidad, ocurre una aceleración; por lo tanto, una fuerza.

4. a) RM Las moléculas del aire.

b) RM Chocan entre sí y con las paredes del recipiente.

d) RM El área de las paredes del recipiente.

e) RM Con mayor frecuencia.

c) Solicite a sus estudiantes que imaginen que su mano es la pared del frasco, y pregúnteles si sentirían los choques. Si es necesario, haga preguntas que los lleven a construir una respuesta como la que se muestra a continuación. Por ejemplo: ¿qué pasa con la velocidad de las moléculas cuando chocan con las paredes?, ¿cambia, se queda igual? Cuando la velocidad cambia, ¿existe aceleración? De acuerdo con la Segunda Ley de Newton, ¿qué

f) RM Aumenta.

g) RM Sí, porque al aumentar la agitación de las moléculas se mueven cada vez más rápido y su energía cinética aumenta. La temperatura, proporcional a la energía cinética, debe aumentar en consecuencia.

100


Comenten:

1. Es importante comentar con los alumnos que en los fluidos se establece una unidad de área como el área de o, por ejemplo cm2. La presión es originada debido al promedio de los choques de las moléculas en esa superficie. Para reforzar esta idea puede revisar las unidades en las que se mide la presión. RM El aire está formado por moléculas en constante movimiento, esas moléculas chocan entre sí y con las cosas que están a su alrededor como nuestro cuerpo. Al chocar ejercen una fuerza. La presión es directamente proporcional a esa fuerza.

2. RM El área de nuestro cuerpo. 3. RM El choque de las moléculas del aire con todo lo que las rodea.

CIENCIAS s ido aire que no bre lo aprend ido, como el Reflexión so oques de ión de un flu es pr e la ntidad de ch qu ca s e be m sa or za er en ya fu Ahora ia de una ejercen una consecuenc , al chocar, obo si rodea, es la s moléculas pared del gl la ya que esta n , co as ía ul s ía rir éc ol dr m ocur o po de área. ¿Qué re que contiene? ¿Cóm las por unidad imiento de del ai ov n m ió el es r pr ta la , aumen aumentara ión, es decir paredes? s es la pr n la r co s ta incremen o. los choque infla un glob por lo tanto r por qué se moléculas y lema. ob para explica pr to el r ien lve cim cono ra reso Utiliza este a servirá pa e tu respuest Recuerda qu

II


Vínculo entre Secuencias La teoría cinética de la materia se estudió en la Secuencia 17: ¿Cómo se organiza la materia?

Vínculo entre Secuencias Lo que ocurre con el movimiento de las moléculas al aumentar la temperatura se revisó en la Secuencia 18: ¿Hace calor?

empleada Nueva destreza sentidos o más de nuestros Observar: Usar uno to o gusto–para reunir tac , ato –vista, oído, olf s. objetos o evento información sobre

Actividad CUATRO

Actividad CUATRO Observen una consecuencia del principio de Pascal:

1. Observen la figura. 2. Van a observar una consecuencia del principio de Pascal en una guerra de pulgares. Para esto necesitan: a) Jeringa desechable de 5 ml sin aguja b) Jeringa desechable de 20 ml sin aguja c) Agua. d) Manguera de equipo para venoclisis.

Al apretar uno de los émbolos la presión se transmite de la misma forma a todos los puntos del fluido, por esto, todos los émbolos son empujados por el agua de la misma manera. A este dispositivo se le llama jeringa de Pascal y a esta propiedad de los fluidos se le conoce como Principio de Pascal.

a) Corten un pedazo de la manguera de aproximadamente 10 cm de largo. b) Conecten la jeringa de 20 ml a uno de los extremos de la manguera con el émbolo presionado hasta el fondo. c) Conecten la jeringa de 5 ml sin émbolo en el extremo opuesto de la manguera. d) Llenen con agua la jeringa de 5 ml hasta el borde y coloquen el émbolo. e) Presionen un poco para que parte del agua se pase a la otra jeringa. 73

Este conocimiento es muy importante para resolver el problema y, en general, para que los estudiantes relacionen un aumento en la temperatura con un aumento en la presión en un gas, si se mantiene constante el volumen.

El propósito de esta actividad es que los alumnos realicen un sencillo experimento en el que observen el funcionamiento de una prensa hidráulica, basada en el principio de Pascal. Pida a varios estudiantes que pasen al frente e intenten presionar al mismo tiempo uno de los émbolos de las jeringas. Siempre ganará el que presione el émbolo más pequeño, la razón de esto la estudiarán en el texto de formalización. Observen el principio de Pascal:

3. Realicen lo que se indica:

4 En esta secuencia se explica cómo se mueven las moléculas en los gases, lo cual es importante recordar antes de realizar la actividad.

3 Puede generar un debate entre sus alumnos, ayudándoles en la recuperación de conocimientos. RM Si aumenta la presión, las moléculas chocarían más con las paredes del globo empujándolas hacia afuera y provocando que el globo se infle. Una forma de aumentar el movimiento de las moléculas, y por lo tanto la presión, es aumentar la temperatura del aire que está dentro del globo.

1. Analicen con cuidado la figura, comente con sus estudiantes que en la jeringa de Pascal, al empujar uno de los émbolos, la presión se transmite por el fluido de la misma forma en todos lados; esto provoca que los demás émbolos se eleven de la misma forma. Se recomienda preguntar cómo se moverían los émbolos si la presión no se transmitiera de esta manera. 2. El material puede conseguirse en cualquier farmacia. Es importante que las jeringas queden muy bien conectadas a la manguera; de esta manera, al presionar los émbolos, el dispositivo no se desarmará.


101

f) Se recomienda, antes de empezar el juego de la guerra de pulgares, preguntar al resto del grupo quién creen que gane.

secuencia 19 f) Dos personas deben intentar presionar el émbolo de cada una de las jeringas al mismo tiempo para ver quien logra presionarla hasta el fondo y ganar la guerra de pulgares.

4. Es importante que comenten las respuestas entre todo el grupo antes de escribirlas en el cuaderno.

g) Repitan varias veces con personas distintas 4. Contesten en su cuaderno: a) ¿Qué jeringa presionaron las personas que ganaron la guerra de pulgares?

a) RM La jeringa más pequeña. b) Las prensas hidráulicas funcionan de la misma manera; el principio de Pascal resulta ser, en este caso, un multiplicador de fuerzas. Esto se estudiará más detenidamente en el texto de formalización. Un ejercicio interesante que se puede realizar después de leer el texto, es calcular las áreas de los dos émbolos para saber cuánto se amplifica la fuerza que se aplica al presionar el émbolo chico. Por ahora escuche las distintas ideas. RL Por ejemplo: porque el émbolo es más pequeño y pesa menos. c) RM Para levantar cosas pesadas. 2 Para cerrar la sesión, se recomienda que retome la pregunta 2 de la sección Lo que pienso del problema y pida a sus alumnos que comparen lo que pensaban antes y ahora.

b) ¿Por qué es más fácil ganar si se escoge la jeringa más pequeña? c) ¿De qué forma podrían aplicar lo que observaron en el experimento?

en reposo, ido encerrado y bre lo aprend en un fluido n ió es pr Reflexión so ejerce cierta del fluido. bes que si se ente a todas las partes ua. Ahora ya sa forman el ag ite íntegram éculas que m ol ns m s tra la se de ue ésta oq ch l de r rti e sucede a pa Explica lo qu SESIÓN 3

Prensa hidráulica Lean el texto. v Pongan especial atención al principio de Pascal. Texto de formalización

¿Cómo funciona la silla del dentista? ¿Alguna vez se han preguntado cómo funcionan la silla del dentista o un

gato hidráulico? ¿Es posible que una niña pequeña levante un burro? La respuesta a esta última pregunta es sorprendente: ¡sí!, si aprovechamos el principio de Pascal, que indica que si se ejerce cierta presión a un líquido encerrado y en reposo, la presión se transmite a todas las partes del fluido y a las paredes del recipiente que lo contiene. Examinemos el problema de la niña y el burro. El peso de la niña ejerce una fuerza sobre el pistón 1 y, por lo tanto, una presión que llamaremos p1. El principio de Pascal establece que esta presión se transmite al otro pistón con el mismo valor, por lo que la presión que la niña ejerce en el émbolo uno se transmite al émbolo dos. Esto lo podemos representar en una ecuación:

p1 = p2

S esión 3 5 Antes de iniciar la sesión, recuerde a sus alumnos brevemente cuál es el problema que están resolviendo.

Comente con los alumnos que en la sesión anterior estudiaron la relación de la presión con la fuerza y el área. Además, relacionaron la presión con el movimiento de las moléculas. En esta sesión estudiarán el principio de Pascal y su relación con el modelo cinético.

Para terminar… El video muestra el funcionamiento de un gato hidráulico bajo el principio de Pascal. 4 El recurso tecnológico complementa la información del texto. Puede aprovechar el recurso para acercar gráficamente la explicación del movimiento de las moléculas de un líquido que produce la presión y su relación con avances tecnológicos como la prensa hidráulica.

102


Para terminar…

Donde p2 es la presión sobre el pistón 2. Ahora utilizamos la definición de la presión y la sustituimos en la anterior. F1 F2 = A1 A2

Algunas aplicaciones del principio de Pascal.

74


El texto presenta el principio de Pascal y su relación con la teoría cinética. 5 Los diferentes equipos pueden hacer cuadros sinópticos y pegarlos en las paredes del salón para consulta continua.

Reflexión sobre lo aprendido 3 Puede generar un debate entre sus alumnos, ayudándoles en la recuperación de conocimientos. RM Al empujar el émbolo, aumenta el número de choques con las moléculas de agua que están cerca del émbolo; la mayor frecuencia de choques se trasmite a capas sucesivas y finalmente por todo el fluido.

CIENCIAS Como queremos encontrar la fuerza sobre el pistón 2, la que hace que se levante el burro, la despejamos y obtenemos: F2 =

F1 × A2 A1

Si el área del pistón 2 es 10 veces mayor que el área del pistón 1, la niña puede levantar ¡10 veces su peso! El principio de Pascal también puede verse como un multiplicador de fuerzas y esa es la razón por la cual la niña puede levantar al burro. ¿Cómo puede entenderse el principio de Pascal a partir de que el líquido está formado por moléculas? En la prensa hidráulica, al empujar el émbolo aumenta el número de choques con las moléculas del agua en la vecindad del émbolo. La mayor frecuencia de choques se transmite a capas sucesivas de líquido, hasta que la presión hace que el émbolo 2 se eleve.

II

F2 =

F1 =

Comenten: 1. La prensa hidráulica puede entenderse como un multiplicador de fuerzas. RM Para que la niña pueda levantar 30 veces su peso, el área del pistón sobre el que se encuentra el coche debe ser 30 veces mayor que el área del pistón sobre el que se encuentra la niña.

P2 a2

P1 a1

2. RL

Lo que aprendimos En la sección Lo que aprendimos, se presentan las siguientes actividades de evaluación de los contenidos de la secuencia:

La prensa hidráulica está formada por dos pistones de distintos diámetros, los cuales están intercomunicados por un tubo lleno de agua o de otro fluido.


Comenten: 1 ¿Cómo tendría que ser una prensa hidráulica para que la niña pudiera levantar un coche que pesa 30 veces más que ella?


2. Revisen la respuesta que dieron en la reflexión sobre lo aprendido de la Actividad CUATRO, ¿qué diferencias hay entre la respuesta que dieron y lo mencionado en el texto?



“El circo ambulante llegó a tu comunidad el fin de semana pasado y hay un mago que puede inflar un globo sin soplarle. Para realizar su truco, el mago utiliza los elementos que ves en la ilustración. ¿Cómo hace el truco? Argumenta tu respuesta empleando el concepto de presión”. Resuelve el problema en tu cuaderno. Para ello, haz lo que se pide:

Al final de cada bloque se presenta:

1. ¿El aire de la atmósfera que se encuentra fuera del globo choca contra las paredes de éste? Justifica tu respuesta.

• Un ejemplo de evaluación individual de Lo que aprendimos, así como un Ejemplo de evaluación sumativa de un bloque.

2. ¿Cómo es posible hacer que las moléculas del aire que están dentro del globo se muevan más rápido para que choquen con mayor frecuencia con la pared del globo y la empujen hacia fuera? ¿Qué elemento de la mesa del mago utilizarías para lograrlo? 3. Explica qué pasa con las moléculas del aire cuando se calienta la botella de la figura. ¿Se infla el globo? ¿Por qué?

La botella se calienta “a baño maría”: ¿se inflará el globo?

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1. RM Sí, porque las moléculas del aire están en constante movimiento y chocan con todo lo que las rodea, incluyendo el globo. 2. RM Al calentar el aire que está dentro del globo las moléculas se van a mover más rápido. Para eso usaría la hornilla eléctrica. 3. RM Al calentar el aire que está dentro del globo las moléculas se van a mover más rápido que las moléculas de aire que chocan con el globo por fuera. Si la cantidad de choques es mayor dentro del globo que fuera, éste se infla.

• Una Lista de cotejo de destrezas y actitudes, en la que se presentan las destrezas y las actitudes que se trabajan en cada secuencia.

Resuelvo el problema Resuelve el problema en tu cuaderno. Para ello, haz lo que se pide: 4 Cuando los alumnos terminen de responder de manera individual, se recomienda que intercambien opiniones con el resto del grupo. Pida la participación de dos o tres alumnos, dando la palabra a los que levantan la mano y a otros que no. Pueden comentar cómo creen que hace el truco el mago y por qué. Se recomienda realizar el truco. Para esto es necesario poner el globo en la boca de la botella y calentarlo a baño maría. De esta forma, el aire dentro de la botella se calienta y hace que el globo se infle.


103

El programa permite identificar la relación entre la presión, el movimiento de partículas de la materia y la fuerza, así como valorar estos conocimientos para su aplicación en avances tecnológicos. la explicación científica de los fenómenos que nos rodean, frente una explicación mágica. Se destaca el carácter asombroso de algunos avances tecnológicos.

secuencia 19 Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: Partículas, presión y fuerza en la programación de la red satelital edusat.

é ido sobre por qu bre lo aprend la secuencia Reflexión so s entre lo al inicio de ta e no st s di ia e nc qu ué difere spuesta Revisa la re le soplas. ¿Q obo cuando s ahora? se infla un gl y lo que sabe es nc to en e que escribist

¿Para qué me sirve lo que aprendí? De qué forma construirías una escuela utilizando la misma cantidad de material: verticalmente, como en un edificio alto o torre, o de forma extendida en una sola planta.


1. ¿En qué caso es mayor la presión que ejerce la construcción sobre la tierra? Explica. 2. ¿En qué caso se necesita reforzar más los cimientos? ¿Por qué?

Ahora opino que… explica qué le pasaría a un globo inflado si se suelta en el espacio exterior. 1. se desinfla.


2. se infla cada vez más hasta que explota. 3. Queda igual.

De que forma construirías una escuela utilizando la misma cantidad de materiales: verticalmente, como en un edificio alto o torre, o de forma extendida en una sola planta.

• Explica lo anterior en función del choque de las moléculas con las paredes del globo; recuerda que en el espacio exterior prácticamente no hay moléculas.

1. RL La presión es mayor si se construye como un edificio porque el área de o con la tierra es menor. 2. RL Cuando se construye como edificio porque la presión es mayor.

Ahora opino que… ¿Qué le pasaría a un globo si lo sueltas en el espacio exterior? 3 Comente con sus estudiantes que en el espacio exterior prácticamente no hay partículas. De este modo, el choque de las moléculas de aire que están dentro del globo no se contrarresta con choques de las moléculas que están afuera de él. Imaginar y contextualizar situaciones en el espacio exterior puede resultar interesante para los alumnos. Pueden comentar qué le pasaría a una persona en condiciones similares a las del globo, si han visto esto en alguna película y la importancia de los trajes espaciales.

• Explica lo anterior en términos del choque de las partículas con la pared del globo; recuerda que en el espacio exterior prácticamente no hay moléculas. RM Las moléculas de aire dentro del globo chocan y empujan la pared del globo. Al no haber choques de moléculas por afuera del globo que contrarresten los choques de adentro, éste se infla cada vez más hasta que estalla. 104


76

Reflexión sobre lo aprendido Después de realizar la actividad de manera individual, puede organizar un diálogo grupal, en el que intercambien sus opiniones acerca de si hubo cambios en sus conocimientos y las razones de ello. RL Por ejemplo: Antes pensaba que el globo se llenaba de aire y ahora pienso que al soplar dentro del globo aumenta la presión y las moléculas del aire chocan con las paredes del globo, empujándolas y provocando que éste se infle.

CIENCIAS

II

Para saber más…

Para saber más… 1. Gran Atlas Visual. Del Cosmos, La Tierra y México (2003). México: SEP/ Euroméxico, Libros del Rincón.

1. En el atlas pueden consultar más sobre la composición de la atmósfera.

2. Gasca, Joaquín (2003). Fuerzas físicas. México: SEP/ Ediciones Culturales Internacionales, Libros del Rincón.

2. En este libro pueden estudiar más acerca de la presión y su explicación a partir de la teoría cinética.

1. Diccionario de Física (2004). Madrid: Oxford-Complutense. 2. Bouillot-Jaugey, Isabelle (2001). La Tierra. Larousse Dokéo. México: Larousse.

1. Talavera, Laura y Mario Farías. El vacío y sus aplicaciones. ILCE. 7 de marzo de 2007. http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/131/htm/elvacio. htm

1. En el diccionario pueden consultar el significado de términos físicos como presión. 2. En este libro pueden aprender más sobre la atmósfera de la Tierra. 1. En esta página puede consultarse más acerca del vacío y sus aplicaciones.

77


105

106



¿Por qué cambia de estado el agua? Propósito y perspectiva En esta secuencia se analizan los cambios en el estado de agregación de la materia mediante procesos llamados transiciones de fase, caracterizados por una presión y una temperatura específicas. Desde una perspectiva CTS, se relacionan fenómenos cotidianos con las transiciones de fase destacando, entre otras, las transiciones de fase hielo-agua líquida y agua líquida-vapor. Estas transiciones de fase se describen con base en la teoría cinética molecular de la materia.


SESIÓN

1


Propósitos (conceptos, destrezas y actitudes) Mostrar la percepción de los estados de agregación y las transiciones de fase desde la Antigüedad.


¿Qué ocurre cuando hierve el agua?

Describir los estados de agregación de la Texto de información inicial materia y las transiciones de fase, con base en la teoría cinética molecular de la materia. UNO Identificar algunos cambios en el estado de agregación de la materia. Apreciar la validez de la teoría cinética molecular de la materia, al explicar fenómenos de la vida cotidiana, relacionados con las transiciones de fase. Reporte de práctica. Actividades de desarrollo

2


Cambios de estado Por equipo: Cacerola, parrilla eléctrica, termómetro y 10 cubitos de hielo.

DOS Analizar la gráfica de temperatura contra energía para obtener datos concernientes a las transiciones de fase del agua a una atmósfera de presión. Apreciar la importancia de la segunda ley de Newton, en la descripción y predicción de cualquier tipo de movimiento. Reporte de práctica. Caracterizar los puntos de condensación, solidificación, fusión, ebullición y sublimación para un sistema material.



107


secuencia 20

¿Por qué cambia de estado el agua?


sesión 1

¿Qué ocurre cuando hierve el agua? Lee el texto. • Antes de la lectura, recuerda lo que ocurre cuando hierve el agua. Texto introductorio

3. Las sugerencias específicas para la actividad. 4. Las respuestas esperadas se marcan como RM: Respuesta modelo. Cuando la pregunta es abierta y acepta más de una respuesta se marca como RL: Respuesta libre. En este caso se ofrecen ejemplos de posibles respuestas o criterios que el alumno debe tomar en cuenta al dar su respuesta.

consulta tu diccionario para encontrar el significado de palabras como sustancia.

Para empezar El recurso tecnológico fortalece la información del texto. El video presenta los estados de agregación de la materia; sólido, líquido y gaseoso y las transiciones de fase del agua, así como su relación con la temperatura y la presión. 4 El recurso tecnológico fortalece la información del texto. Puede aprovechar el recurso para identificar la formación de burbujas y su relación con la falta de incremento de la temperatura mientras una transición de fase se está llevando a cabo a presión constante. 108


Los diferentes estados en los que se presenta la materia en la naturaleza han confundido a la humanidad durante mucho tiempo. El filósofo Tales de Mileto (624-545 a. de C.) sugirió que, si el agua existía en condiciones naturales en tres estados diferentes –sólido, líquido y gaseoso–, debía ser considerada como el elemento principal del Universo. Según él este elemento, podía dar origen al resto de las sustancias que conforman todas las cosas. Hoy sabemos que el agua no es la sustancia fundamental del Universo y que, en realidad, no es ni siquiera un elemento sino un compuesto, es decir, que está formado por dos elementos distintos.

Para que el agua hierva es necesario incrementar su temperatura hasta 100°C a nivel del mar.

Ahora ya sabes de qué manera se relacionan algunos fenómenos cotidianos con el comportamiento de los gases. En esta secuencia, analizarás el origen de los cambios de estado de agregación de la materia con base en la teoría cinética de la materia. Estos conocimientos te permitirán comprender qué sucede cuando varían la temperatura y la presión de sólidos, líquidos y gases.

S esión 1 Para el inicio de sesión se le sugiere preguntar: ¿Qué se necesita para hacer pasar a un metal del estado sólido al líquido y poder darle forma? ¿Sólo la temperatura está involucrada en los cambios de estado de agregación de la materia? En esta sesión describirán cómo se produce el cambio en el estado de agregación de la materia del agua al variar su temperatura, manteniendo la presión externa constante. Apreciarán la importancia que ha tenido para la humanidad el conocimiento de las transiciones de fase de algunos materiales y sustancias. Valorarán cómo este conocimiento ha impactado en la sociedad, por ejemplo para cocinar y elaborar artesanías o la elaboración de materiales de alta tecnología.

Para empezar

Consideremos lo siguiente… a continuación se te presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante esta secuencia.

Antes, durante y después de la preparación de un caldo con pollo y verduras, ¿cuántos estados de agregación de la materia se pueden identificar? ¿Qué sucedería si se dejara hervir el caldo por mucho tiempo en una olla destapada? ¿Qué harías para que el caldo hirviera en el menor tiempo posible? Explica tus respuestas.

78

Texto introductorio

El texto menciona que desde la antigüedad el ser humano ha tenido conocimiento acerca de los estados de agregación de la materia, en particular del agua. Sugiera que los alumnos proporcionen algunos ejemplos de fenómenos cotidianos relacionados con los cambios de estado de agregación de la materia, como cuando el hielo se derrite o cuando se produce vapor de agua en la regadera o al cocinar.

Consideremos lo siguiente… Recuerde no pedir a los alumnos la respuesta al problema en este momento; deje que ellos imaginen posibles soluciones. La solución que damos a usted le permite guiar adecuadamente a los alumnos durante las actividades.

Solución al problema: RM Tres. Sólido, líquido y gaseoso. Las verduras y el pollo, aunque blandos, se encuentran en estado sólido; el agua del caldo se encuentra en estado líquido y gaseoso. Si se deja hirviendo por mucho tiempo el caldo, toda el agua se evaporará, lo que podría ocasionar que las verduras se quemaran. Para que el caldo hierva en el menor tiempo posible, podemos tapar la olla. Esto aumentará tanto la presión del vapor de agua que se comienza a formar como la del aire que quedó atrapado en la olla y, en consecuencia, aumentará mucho más la temperatura dentro de la olla.

CIENCIAS Lo que pienso del problema

II

Lo que pienso del problema Contesta en tu cuaderno:


1. RL Por ejemplo: Burbujea y constantemente sale vapor.

1. ¿Qué sucede con el agua cuando el caldo hierve? 2. ¿Qué sucede cuando el caldo se enfría? Intercambien sus puntos de vista sobre lo que sucede cuando se incrementa la temperatura al elaborar caldo con pollo y verduras.

2. RL Por ejemplo: Parte del vapor se condensa en las paredes del recipiente. Al pasar un intervalo suficiente de tiempo, la grasa se solidifica y, al ser ésta menos densa que el agua, flota en ella. La carne del pollo y las verduras adquieren de nuevo cierta dureza.

Manos a la obra Actividad UNO Cambios de estado Identifiquen algunos cambios en el estado de agregación de la materia. i. Realicen la práctica. ii. Antes de comenzar, contesten: ¿Qué magnitud se tiene que variar para cambiar el estado de agregación de la materia?

Intercambien sus puntos de vista:

1. Material

Se espera que los alumnos tengan claro que va a aumentar la energía de las moléculas que componen todas las partes del caldo y entiendan que el calor es una forma de transferencia de energía.

a) Una cacerola b) Termómetro c) Parrilla eléctrica d) 10 cubitos de hielo e) Cronómetro o reloj

Manos a la obra Actividad UNO El interactivo permite la simulación del movimiento de las partículas en los distintos estados de la materia y la forma en la que incrementan su energía cinética a través de la manipulación de la variable: temperatura.

79

Identifiquen algunos cambios en el estado de agregación de la materia. ii. Aproveche esta actividad introductoria y diagnóstica para averiguar el grado de conocimientos que tienen los alumnos acerca de las propiedades de la materia. Recuerde que los conceptos de presión y temperatura ya fueron abordados en secuencias previas. RL Por ejemplo: Cambiar la temperatura o la presión.

4 Además, fomenta la participación y el debate en el aula con la oportunidad de que los alumnos integren sus conocimientos y expresen sus ideas sobre el fenómeno observado. El recurso cuenta con instrucciones y sugerencia didáctica que se sugiere revisar antes de utilizarlo para un mejor aprovechamiento.

Puede utilizar el interactivo como complemento a la actividad. El propósito de la actividad es que los alumnos observen que para propiciar una transición de fase es necesario cambiar la temperatura, la presión o ambas. Una vez que se ha llegado a cierta temperatura y presión, éstas no cambian hasta que se complete la transición de fase. Todo el calor agregado es energía que el sistema aprovecha para realizar el cambio de estado de agregación. En el nivel molecular, se requiere de energía para vencer las fuerzas de cohesión. Permita que los alumnos se den cuenta de que la temperatura no varía cuando el agua está hirviendo.


109

3. Resultados

secuencia 20 2. Procedimiento

a) RM En la tabla.

a) Armen un dispositivo como el que se muestra en la imagen anterior. Procuren que la punta del termómetro toque solamente uno de los cubitos de hielo.

b) RM Aproximadamente a 0 ˚C.

b) Midan la temperatura del hielo.

c) La temperatura a la que hierve el agua es la máxima temperatura posible que puede alcanzar el agua líquida, mientras coexista con su vapor.

c) Enciendan la parrilla. d) Calienten el hielo hasta que comience a convertirse en líquido. Registren la temperatura cada medio minuto. e) Esperen otros 30 segundos. Observen lo que ocurre con la temperatura. f) Continúen calentando el agua hasta que hierva. g) Esperen 30 segundos. Observen lo que ocurre con la temperatura.

d) El comportamiento de la curva de la gráfica es aproximado al que se muestra aquí. Es una curva creciente que va de 0 ˚C, hasta la temperatura de ebullición y, una vez alcanzada esta temperatura, se mantiene constante. RM En la gráfica.

h) Apaguen la parrilla y dejen enfriar el dispositivo. i) Observen lo que ocurre en las paredes de la cacerola. 3. Resultados a) Registren en una tabla las temperaturas que obtuvieron durante la práctica en función del tiempo. Agreguen a la tabla las filas que sean necesarias hasta que lleguen a la temperatura más alta alcanzada. Tiempo (minutos)

Temperatura (°c)

0

RL Por ejemplo: 25

0.5

RL Por ejemplo: 40

1.0

RL Por ejemplo: 75

1.5

RL Por ejemplo: 83

b) Identifiquen la temperatura a la que el hielo se convierte en líquido. c) Identifiquen la temperatura a la que hierve el agua. d) Elaboren una gráfica de temperatura T contra tiempo t, con los datos que registraron en la tabla. T(°C) 100 80 60 40 20

0 80

110


0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

t (minutos)

CIENCIAS 4. Análisis de resultados

II

4. Análisis de resultados b) i. RM Porque se ponen en o dos sistemas que están a diferente temperatura y se transfiere energía del sistema de mayor temperatura al otro. La flama se encuentra a una temperatura mucho mayor que la del agua con verduras y pollo. Esta energía transferida como calor aumenta la cantidad de energía interna del agua; las moléculas de agua que conforman el caldo aumentan su energía cinética y, por lo tanto, incrementa su temperatura.

a) Contrasten los resultados obtenidos con los de otros equipos. b) Contesten: i. ¿Por qué aumenta la temperatura del agua? ii. ¿Qué ocurre con la temperatura del hielo cuando se convierte en agua líquida y cuando ésta comienza a convertirse en vapor? iii. ¿Qué ocurre con el vapor de agua cuando se apaga la parrilla y el vapor comienza a enfriarse? 5. Comunicación • Elaboren un reporte de la práctica en sus cuadernos. Intercambien sus opiniones sobre: 1. Los resultados obtenidos. 2. Los estados de la materia que se pudieron observar. 3. Lo que sucede con la temperatura cuando hay un cambio de estado de la materia. • Argumenten sus respuestas. Lean el texto. • Antes de leer, comenten sobre los estados de la materia que pueden encontrar en su propio cuerpo. Texto de información inicial

¿Por qué hay varios estados de agregación de la materia? Seguramente han visto que cuando baja mucho la temperatura del lugar donde viven, los vidrios,

principalmente los de las recámaras o la cocina, se empañan por dentro. ¿Por qué ocurre esto? ¿Qué se adhiere a los vidrios empañados? Como consecuencia de la respiración, las personas Sólido Líquido Gas Plasma exhalamos vapor de agua que se puede condensar sobre Ejemplo Ejemplo Ejemplo Ejemplo los vidrios fríos, formando agua líquida. Las fuerzas de cohesión entre moléculas semejantes son las responsables Gas Ionizado Hielo Agua Vapor de la condensación. Los cambios de presión o temperatura en el ambiente provocan que el estado de agregación de la materia pase, por ejemplo, del estado líquido al gaseoso. Así, un litro de agua a 25°C y a presión atmosférica al nivel del mar está en fase líquida o estado líquido. Sin embargo, si mantenemos constante la presión y aumentamos la temperatura hasta 100°C, el agua comenzará a transformarse en vapor sin que varíe más la temperatura, moléculas Moléculas en Moléculas en Iones y fijas en libre libre electrones con hasta que toda el agua líquida se haya evaporado. En la una movimiento movimiento movimiento Ciudad de México, por existir menor presión atmosférica, estructura y espaciadas independiente esta transformación ocurre a 92°C. Al proceso mediante y espaciadas el cual una sustancia o material pasa de un estado de Disposición de las moléculas en los diferentes estados de agregación a otro se le llama transición de fase. la materia.

81

ii. RM Aumenta un poco hasta llegar a 0 ˚C y se mantiene constante hasta que todo el hielo se convierte en líquido. Cuando el agua comienza a convertirse en vapor aumenta un poco la temperatura hasta que llega a su valor límite (92 ˚C para la Ciudad de México o 100 ˚C en algún poblado a nivel del mar) si se mantiene el recipiente abierto. iii. RM La mayor parte del vapor se expande libremente hacia la atmósfera. Algo del vapor que queda cerca de la superficie del agua líquida se condensa sobre las paredes del recipiente. Intercambien sus opiniones sobre: Los estados que se van a observar son líquido y gaseoso. Este intercambio permite evaluar si todos los estudiantes han comprendido qué es una transición de fase. Texto de información inicial

El texto describe las fuerzas de cohesión y los procesos de transición de fase. Se explican brevemente algunas transiciones de fase con base en la teoría cinética de la materia. 1 Antes de leer el texto anote en el pizarrón algunas ideas de los alumnos con respecto a los estados de agregación de la materia.


111

Sabías que…

secuencia 20

En este caso, es importante que los alumnos recuerden que se cumplen estas tres condiciones en la mayoría de las transiciones de fase que ellos conocen. Si lo considera pertinente, vuelva a revisar los resultados de la Actividad UNO.

Las transiciones de fase pueden explicarse a partir de la teoría cinética de la materia. Por ejemplo, si se mantiene constante la presión y se incrementa la temperatura, aumentará directamente la energía cinética de las moléculas que conforman el sistema y en consecuencia se debilitarán las fuerzas de cohesión. Este debilitamiento va dando origen a los otros dos estados de agregación de la materia: líquido y gaseoso. Por el contrario, si se incrementan las fuerzas de cohesión, se puede llevar un sistema de fase líquida o gaseosa a la fase sólida; esto es, se producirá una condensación. Vapor Hielo

Agua

Actividad DOS El propósito de esta actividad es que los alumnos obtengan información acerca de un ejemplo de transiciones de fase mediante la interpretación de una gráfica. 2 En este caso los datos se presentan en una gráfica de temperatura contra energía. La energía que se grafica es aquella que se necesita para elevar la temperatura del agua desde los 0 °C hasta cualquier otra temperatura. Se encuentran marcadas en la gráfica las regiones para cada una de las fases. La caloría es la energía necesaria para aumentar la temperatura de un gramo de agua, en un grado centígrado. Una kilocaloría equivale a mil calorías.

Las moléculas de un gas se distribuyen o reparten por todo el espacio disponible, mientras que en un sólido permanecen unidas.

Condensar: vapor Convertir un . en un líquido tir un er nv Licuar: Co uido. gas en un líq

b) i. RM 0 °C.

ii. RM 100 °C.

Cuando se produce una transición de fase, generalmente: 1. Se puede invertir. Por ejemplo, el aluminio se puede transformar en líquido a cierta temperatura y luego retornar al estado sólido. 2. Ocurre una transferencia de energía, es decir la materia absorbe o pierde energía. 3. Se conserva la masa. Por ejemplo, un kilo de hielo se transforma en un kilo de agua.

Recuerda que estudiaste las calorías en la Secuencia 11: ¿Quién inventó la montaña rusa?

Describan los cambios de estado de la materia a partir de una representación gráfica. Para ello: 1. a) RM 20 kilocalorías.

Sabías que…

Actividad DOS Describan los cambios de estado de la materia a partir de una representación gráfica. Para ello:

1. Con base en la gráfica Temperatura contra energía de la siguiente página: Vínculo entre secuencias Recuerda que estudiaste las fuerzas de cohesión y los estados de agregación de la materia en la Secuencia 17: ¿Cómo se organiza la materia?

a) Identifiquen cuánta energía en kilocalorías se le debe agregar a un trozo de hielo a -20°C para que pase al estado líquido. b) A qué temperaturas ocurren las siguientes transiciones de fase: i. Hielo-agua líquida ii. Agua líquida-vapor

82

Este vínculo permite recordar y reafirmar el concepto de caloría como unidad de energía. Este vínculo permite recordar y reafirmar el concepto de estado de agregación, además de puntualizar que las propiedades de la materia se pueden describir utilizando la teoría cinética de partículas. Estas partículas son moléculas y, en esta secuencia, se profundiza sobre este concepto.

112


CIENCIAS

II

c) RM No, se mantiene constante.

c) ¿Cambia la temperatura mientras se tiene la coexistencia de las fases hielo-agua líquida y agua líquida-vapor?

d) RM Cuando todo el hielo se derrite y sólo se tiene agua líquida. En la gráfica corresponde a la línea ascendente que va de los 0 °C a 100 °C y abarca un intervalo de energía que va de 100 a 200 kilocalorías.

d) ¿A partir de qué momento aumenta la temperatura del hielo con agua líquida? Temperatura del agua contra energía agregada (a presión atmosférica a nivel del mar).

T(°C) 100

Intercambien sus opiniones:

80

• RM 100 kilocalorías.

60 Mezcla de agua líquida y vapor

40 20

-20


Agua líquida

0 Hielo 0

20

Oriente a sus alumnos para que infieran la proporción directa que existe entre presión y temperatura de un gas; desde la perspectiva de la teoría cinética de la materia. RM El tiempo disminuiría, porque al tapar la olla se aumenta la presión del vapor de agua y del aire atrapado encima del caldo. Si la olla se mantiene tapada y dado que no varía el volumen que ocupa el vapor, el aumento de presión es proporcional al aumento de la velocidad promedio de las moléculas o partículas. Al aumentar la velocidad aumenta directamente la energía cinética promedio de las moléculas, por lo que se incrementa la temperatura de todo el sistema. En resumen, a volumen constante, un incremento de presión implica un aumento de temperatura.

Mezcla de agua líquida y vapor 40

60

80

100 120 140 160 180 200 220 240

Calor agregado medido en kilocalorías

Intercambien sus opiniones: • Según la gráfica, para transformar una mezcla de hielo y agua líquida completamente en agua líquida, se requieren 80 kilocalorías. ¿Cuánta energía es necesaria para llevar al agua líquida desde 0°C hasta 100°C y tener la mezcla de agua líquida y vapor?

ido bre lo aprend oblema Reflexión so l caldo del pr te la olla de tiempo en en m ica ét rm sminuiría el he di s o ra ría pa ta ta Si umen ¿a a, nt lie ca mientras se que hierve?

Vínculo entre Secuencias Recuerda que la estructura de la materia y la Teoría cinética de la materia las revisaste en las Secuencias: 14: ¿Qué percibimos de las cosas?, 17: ¿Cómo se organiza la materia? y 19:¿Puede inflarse un globo sin soplarle?

83

Estos vínculos permiten recordar y ratificar conceptos como estados de agregación: Secuencia 14. Moléculas y fuerzas de cohesión desde la perspectiva que brinda la teoría cinética de la materia: Secuencia 17. La presión y su relación con la teoría cinética de partículas: Secuencia 18.

Para el cierre de sesión recuerde con sus alumnos que una transición de fase está controlada por la temperatura y la presión. A partir del momento en que comienza una transición de fase la temperatura y la presión no cambian, hasta que se haya completado la transición. Para evaluar el trabajo de la sesión puede pedir el reporte de la Actividad UNO y las preguntas resueltas de la Actividad DOS. Este material puede incorporarse al portafolio del alumno.


113

S esión 2 Para iniciar la sesión y recordar lo aprendido, puede preguntar, por ejemplo: ¿Por qué hierve el agua a diferente temperatura en la Ciudad de México que en Acapulco? Porque las ciudades están a diferente presión atmosférica. En esta sesión se darán los elementos para que los alumnos describan las transiciones de fase con base en la teoría cinética molecular de la materia. Al final de la sesión los alumnos podrán explicar por qué la temperatura y la presión no cambian durante la transición.

Para terminar • Comenten el cambio que ocurre en un caldo cuando se refrigera. RL Por ejemplo: La grasa se solidifica.

secuencia 20 SESIÓN 2

Para terminar Lean el texto. • Comenten el cambio de fase que ocurre en un caldo cuando se refrigera.


¿Por qué suceden las transiciones de fase? En un gas la rapidez de sus moléculas es alta y, por más que se acerquen, no logran unirse. Sin embargo, cuando la temperatura disminuye tal rapidez se reduce y, si las moléculas se acercan lo suficiente, pueden quedar unidas o cohesionadas. A esta transición de fase, en la que la materia pasa de estado gaseoso a líquido, se le llama condensación. Si la temperatura disminuye aún más, la cohesión global de las partículas aumenta. La transición de fase de líquido a sólido se llama solidificación. En sentido inverso, cuando la temperatura aumenta, la distancia de separación entre moléculas crece y la fuerza de cohesión puede disminuir parcialmente. Entonces, ocurre una transición de fase de sólido a líquido, llamada fusión. La temperatura que debe alcanzar una sustancia para fundirse se denomina punto de fusión. En el agua, por ejemplo, el punto de fusión es a los 0ºC cuando la presión atmosférica está en el nivel del mar. Lo mismo sucede con la transición de líquido a gas. El aumento de la temperatura confiere todavía mayor rapidez a las moléculas y, en consecuencia, las fuerzas de cohesión entre ellas pueden disminuir o, incluso, eliminarse. Cuando se han liberado totalmente las moléculas, la materia se convierte en un gas. A la transición de fase de líquido a gas se llama evaporación o vaporización. Cada sustancia tiene una determinada temperatura para evaporarse o punto de ebullición; por ejemplo, en el agua es de 100ºC a la presión atmosférica del nivel del mar. También puede ocurrir que las moléculas pasen directamente de la fase sólida a la gaseosa. En este caso las moléculas fijas del sólido se subliman.


El texto define y formaliza los estados en los cuales comienzan las transiciones de fase: punto de solidificación, punto de fusión, punto de ebullición y punto de sublimación. Caracteriza las transiciones de fase: de vapor a líquido: condensación; de líquido a sólido: solidificación; de sólido a líquido: fusión; y de líquido a gas: ebullición. Para que el agua en estado sólido cambie a fase líquida, es necesario calentarla para aumentar su temperatura. En el caso contrario, para que un gas se transforme en un líquido y éste en un sólido se requiere enfriarlo para disminuir su temperatura.

84

114


CIENCIAS

II

Sabías que…

En el siguiente esquema se pueden analizar las transiciones de fase cuando un sistema absorbe o cede energía. Absorción de energía térmica

Gas

Vaporización

Sublimación

Condensación

Líquido

Fusión

Condensación a sólido

Solidificación

Sólido Cesión de energía térmica

Las ollas de presión tienen una tapa hermética que evita que se escape el vapor que se va formando mientras el agua hierve. Por lo tanto, el volumen del agua líquida más su vapor permanece constante durante todo el proceso. De este modo al calentar el agua, se aumenta directamente su temperatura y su presión. La temperatura aumenta porque aumenta la energía cinética de las partículas, tanto del agua líquida como del vapor. La presión aumenta, porque aumenta el número de choques que tienen, sobre todo, las partículas de vapor con las paredes del recipiente. De este modo, se alcanza el punto de ebullición en menos tiempo que calentando el agua en un recipiente abierto.

Para conocer más sobre los modelos, puedes consultar el libro Fuerzas físicas de las Bibliotecas Escolares y de Aula

Sabías que… Durante una transición de fase, la temperatura y la presión atmosférica se mantienen constantes. La gráfica muestra el estado de agregación en que se encuentra el agua a una temperatura y presión determinadas. Por ejemplo, a dos atmósferas de presión y 450°C de temperatura, el agua toma forma de vapor. La atmósfera (atm) es la unidad en la que se mide la presión y equivale a 100 000 Pa.

Se sugiere que realice un ejemplo: Vaya al eje de temperatura y localice el 100. Suba verticalmente hasta encontrar la recta y “muévase” o proyecte hacia la izquierda cruzando el eje de presión. Para el caso de Veracruz la presión es de 1 atmósfera. Haciendo lo mismo con Toluca, la presión razonable está entre 0.85 y 0.87 atmósferas. Comente con sus alumnos que lo que han hecho es una aproximación. Para un cálculo más preciso se requiere el conocimiento de la curva o de la gráfica, que se marca con línea punteada. A una gráfica de este tipo se la llama diagrama de fases. • RM En la gráfica.

• Si el agua hierve en Veracruz a 100°C y en Toluca a 93°C, determina en la gráfica a qué presión atmosférica se encuentran cada una de estas ciudades.

Veracruz

P(atm) 2.0 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7

Aproximación lineal (la presión aumenta proporcionalmente con la temperatura y viceversa)

Líquido

Vapor

0

50

Curva de coexistencia Líquido — vapor para el agua

100 150 200 250 300 350 400 T(ºC) 85


115

Lo que aprendimos

secuencia 20

Lo que aprendimos


Resuelvo el problema “Antes, durante y después de la preparación de un caldo con pollo y verduras, ¿cuántos estados de agregación de la materia se pueden identificar? ¿Qué sucedería si se dejara hervir el caldo por mucho tiempo en una olla destapada? ¿Qué harías para que el caldo hirviera en el menor tiempo posible? Explica tus respuestas”.


Para resolver el problema, contesta en tu cuaderno: 1. ¿Qué estados de agregación de la materia puedes identificar en el caldo durante su preparación?


2. ¿Qué tipos de transiciones de fase identificas durante el calentamiento del caldo? Explica. 3. ¿Qué sucede si se deja hervir el caldo por mucho tiempo? Explica con base en la Teoría cinética de la materia. 4. ¿Qué pasaría si tapas la olla que contiene al caldo mientras hierve? Explica con base en la Teoría cinética de la materia.

✓ Ahora opino que…: Se plantea una nueva situación problemática relacionada con los contenidos, ante la cual el alumno manifiesta una opinión informada. ✓ Lo que podría hacer hoy: Se explora el componente conductual (tendencia a la acción) de las actitudes trabajadas durante la secuencia. Esta sección promueve la participación responsable e informada ante un problema o situación cotidiana.

5. ¿Qué tipos de transiciones de fase identificas durante el enfriamiento del caldo? Explica. comenten: 1. ¿Cuáles son los indicadores observables de que el agua cambia de estado cuando hierve? 2. ¿Cómo pueden elevar la temperatura del caldo para que su preparación sea más rápida? Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: Transiciones de fase en la programación de la red satelital edusat.

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¿Para qué me sirve lo que aprendí? Observen la imagen.

El maestro puede, si así lo desea, emplear algunas actividades de la secuencia, para realizar la evaluación diaria del trabajo en clase (evaluación formativa), como las que se sugieren en los cierres de sesión.

Nubes y vapor de agua

Hielo y agua

Precipitación

Al final de cada bloque se presenta:

Lago

• Un ejemplo de evaluación individual de Lo que aprendimos, así como un Ejemplo de evaluación sumativa de un bloque. • Una Lista de cotejo de destrezas y actitudes, en la que se presentan las destrezas y las actitudes que se trabajan en cada secuencia.

Resuelvo el problema Para resolver el problema, contesta en tu cuaderno: 1. RM El pollo y las verduras se encuentran en estado sólido; en el caldo: la grasa y las sales están en estado sólido y el agua en estados líquido y gaseoso. 2. RM La transición de fase de líquido a vapor, o ebullición. 3. RM Se consume; ebulle por completo, es decir, todo el caldo se convierte en vapor. Las verduras y el pollo se ablandan demasiado. Si se continúa el calentamiento en seco se quemarán inevitablemente el pollo y las verduras. 4. RM Se aumenta la presión y aumenta la 116


Calor Transporte

Transpiración

Evaporación

Océano

Filtración Desembocadura del río Flujo de agua 86

temperatura del vapor; el pollo y las verduras se cuecen más rápido. 5. RM Se pueden identificar dos transiciones de fase: el vapor se convierte en líquido, ya que se condensa sobre las paredes laterales de la olla. Además, si se deja enfriar más tiempo el caldo, la grasa se solidifica y flota. Comenten: 1. RL Por ejemplo: Cuando presenta abundante burbujeo y deja de subir la temperatura. 2. RM Aumentando la flama y tapando la olla.

Reflexión sobre lo aprendido Pida a sus alumnos que contrasten sus ideas iniciales con las nuevas. De esta manera, lograrán identificar las diferencias, y así reconocerán el avance en su comprensión de los temas de la secuencia. El programa permite identificar las transiciones de fase que ocurren con los cambios del estado de agregación de la materia, a través de distintos ejemplos. 4 Puede aprovechar el recurso para sintetizar con sus alumnos los conocimientos construidos a lo largo de la secuencia. El recurso tecnológico integra el contenido de la secuencia.

¿Para qué me sirve lo que aprendí? Observen la imagen.

CIENCIAS • Comenten:

II

• Comenten: 1. RL Por ejemplo: Por evaporación del agua.

1. ¿Por qué se forman las nubes? 2. ¿Cómo se origina la lluvia?

2. RM Cuando se tienen las condiciones de presión y temperatura adecuadas; según la región, el vapor se condensa y el líquido se precipita.

3. ¿Qué le pasa al agua del océano cuando absorbe calor? ¿Por qué? 4. ¿Cómo se lleva a cabo la transferencia de agua desde la superficie de la Tierra hacia la atmósfera? 5. Si aumenta la temperatura de la atmósfera, ¿será posible que crezca el nivel de los océanos? ¿Por qué?

3. RL Por ejemplo: Se evapora, ya que el calor es energía que puede aumentar la temperatura localmente sobre la superficie del agua.

Lo que podría hacer hoy… El 70% de la superficie de la Tierra está cubierta por agua. De ese porcentaje, sólo 2.5% es dulce, mientras que 97.5% es salada. El ser humano dispone de menos del 1% del agua dulce para su consumo.

4. RM Por evaporación.

• ¿Qué se podría hacer para obtener agua sin sales a partir del agua salada del mar?

5. RL Por ejemplo: Sí, porque se va perdiendo hielo de los polos ya que éste se funde.

Para saber más… 1. Martín, Antonia y Marisela Flores (2002). Relación entre materia y energía. México: SEP/ Santillana.

Lo que podría hacer hoy…

2. Noreña, Francisco y Juan Tonda (2002). La energía. México: SEP/Santillana. 3. Pogan, A. (2003). Fuerzas físicas. México: SEP/Ediciones Culturales Internacionales.

• ¿Qué se podría hacer para obtener agua sin sales a partir del agua salada del mar?

1. Diccionario de Física (2004). Madrid: Oxford-Complutense. 2. Aguilar S. G. et al (1995). Una ojeada a la materia. México: FCE. 3. Hewitt, P. (2004). Física conceptual. México: Pearson Educación.

RL Por ejemplo: Evaporando el agua, la sal se precipita.

1. Córdoba F. J. La química y la cocina. ILCE. 13 de octubre 2006. http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/093/html/sec_6. html

Para saber más… La consulta de los textos y páginas electrónicas recomendadas en esta sección contribuye a que los alumnos puedan profundizar y ampliar sus conocimientos acerca del tema revisado en la secuencia. 87

Estos libros abordan la teoría cinética de partículas y lo aplican a diferentes ámbitos de la termodinámica.

Este vínculo explica varios procesos termodinámicos que se dan en la cocina.


117

118


P r o y e c to d e i n v e s t i g a c i ó n 3

Un modelo de barco de vapor Propósito y perspectiva Mediante la construcción de un modelo de barco de vapor, los alumnos integran sus conocimientos sobre las propiedades de la materia, la teoría cinética de partículas, así como la relación del movimiento de las moléculas con la temperatura y con la presión. Desde una perspectiva CTS se elabora un modelo de máquina de vapor y se analiza, el impacto social y ecológico que esta tecnología ha tenido desde su descubrimiento hasta la actualidad.


SESIÓN


1

2

Texto introductorio

Identificar algunas formas de aprovechamiento de la energía producida por el vapor.

Fase I. Investiguemos conocimientos útiles

Identificar los principios en los que se basan las máquinas de vapor. Síntesis de información.

Fase II. Exploremos para definir el problema

Obtener información directa sobre los usos que se da al vapor en la comunidad. Valorar la utilidad del vapor en la vida cotidiana. Síntesis de información.

3

4


Fase III. ¿Cómo contribuimos a la solución del problema?

Construir un modelo de barco de vapor. Modelo de barco de vapor.


Por equipo: Bitácora o grabadora, cámara fotográfica (opcional). Por equipo: Materiales sencillos de fácil para elaborar una maqueta.


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Proyecto de investigación 3

Un modelo de barco de vapor


SESIÓN 1 En esta sesión se identifican las formas de aprovechamiento de la energía del vapor. Se trabajan los conceptos de presión, densidad, calor y temperatura.

Para empezar E l S o l D o r ado El texto describe la forma en que influyó la máquina de vapor en las comunicaciones. Se valora su utilización en barcos y locomotoras para aumentar su potencia y disminuir la duración de sus recorridos.

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sesión 1

Para empezar Lean el texto. • Antes de la lectura, reflexionen sobre qué medios de transporte usamos para viajar en la actualidad. el sol DoraDo. Lunes 20 de noviembre de 2006

¿Cómo se viajaba hace un siglo? La energía que generaba el movimiento de las máquinas de vapor fue aplicada a los medios de transporte, por lo que viajar y conocer mejor el mundo resultó un pasatiempo común y no un lujo reservado para unos cuantos, como lo había sido por años. Los barcos y las locomotoras, cada vez más grandes y veloces, recorrían el mundo buscando lugares remotos. Uno de estos barcos, el más lujoso y potente de esa época, fue el Titanic, destinado a transportar pasajeros y carga. Su diseño original de tres chimeneas fue cambiado por cuatro para que se viera mejor y diera la sensación de viajar con mayor velocidad. El Titanic tenía dimensiones impresionantes: una longitud de 267 m y una altura de 53 m desde la quilla a las chimeneas, 29 calderas para mover tres hélices: una central y dos exteriores de tres En un intento de batir el récord de tiempo en cruzar el Atlántico, el palas, con un diámetro de siete metros. Nadie imaginaba Titanic partió desde Inglaterra hacia Nueva York el 10 de abril de 1912, en el que sería su primer y último viaje. que el “barco que nunca se hundiría” tendría una vida tan corta. En aguas del Atlántico Norte, a las 11:40 horas de la noche del 14 de abril de 1912 el Titanic chocó contra un iceberg, y a las 2:20 horas del día siguiente se hundió. De las 1522 personas a bordo sólo hubo 705 sobrevivientes. En México, algunos barcos y locomotoras se hicieron famosos y por algún hecho especial han quedado en la historia, como el Ipiranga y la “Máquina 501/ la que corrió por Sonora/ por eso los garroteros/ el que no suspira, llora”, como dice el texto del corrido. La Revolución Mexicana inició en 1910 y dependió básicamente de los trenes. Los vagones se habían convertido en cuarteles móviles donde igual se planeaba, se luchaba o se vivía. El tren era el único medio de transporte rápido para tropas, caballos, municiones y alimentos. Su valor estratégico estaba fuera de cualquier duda. La Revolución Mexicana no sólo puso fin a una dictadura de casi 30 años, sino también a la etapa histórica del porfiriato, señalada como la gran época de expansión ferroviaria.

Transporte de tropas en la Revolución Mexicana.

88

CIENCIAS

II

4 Comente con sus alumnos la utilidad de la tecnología aplicada en los transportes, así como los cambios que originaron en la sociedad, al unir a los pueblos y mantenerlos en comunicación constante.

Compartan en su salón las anécdotas que sus abuelos u otros familiares les han contado sobre la manera en que se viajaba cuando ellos eran niños. ¿Qué diferencias encuentran en la forma de viajar de entonces y las de ahora?

Ahora ya sabes en qué consiste y cómo se pueden explicar algunos procesos físicos con base en la teoría cinética molecular. En este proyecto identificarás el papel que juegan variables como presión y temperatura en la generación de vapor y reconocerás la fuerza motriz que se puede obtener a partir del mismo. Con esta información, construirás un modelo de una máquina de vapor para explicar cómo se transforma la energía térmica en energía mecánica útil. También valorarás las implicaciones que esta tecnología tuvo en el ambiente.

Consideremos lo siguiente… No pida a los alumnos la respuesta al problema en este momento; deje que ellos expresen lo que saben al respecto.

Consideremos lo siguiente… Lean con atención el problema que se plantea. Con el trabajo que realicen en este proyecto podrán diseñar una propuesta concreta de solución.

3 No hay una solución única ni particular al problema que se plantea. La respuesta debe incluir el uso de conceptos de temperatura y presión y su relación con la energía cinética de las moléculas del gas. Oriente a sus alumnos para que identifiquen y manejen con propiedad los términos de energía cinética y energía térmica.

¿Cómo se puede producir el movimiento de trenes y barcos mediante el uso del vapor? ¿Qué impacto ambiental ha producido este tipo de desarrollo tecnológico en tu comunidad o en alguna comunidad cercana?

Lo que pensamos del problema En tu bitácora: 1. Haz una lista de lugares o situaciones donde hayas visto que se genere vapor. 2. ¿Qué tiene que ver el vapor con el movimiento? 3. ¿Cómo se puede explicar el funcionamiento de una máquina de vapor con la teoría cinética?

Solución al problema: RM 1) El calor transmitido al agua transfiere energía cinética en las moléculas y aumenta su presión. La presión se regula y se transmite a varios dispositivos para transformarla en energía mecánica. 2) El humo que producía la quema del combustible contaminaba el aire, los árboles y las plantas cercanos a la vía del tren. Ahora, con los motores de diesel, los derrames contaminan el suelo y lo dejan estéril.

4. ¿Se genera contaminación al producir vapor? Explica tu respuesta. Compartan sus respuestas. • Anoten las diferencias y semejanzas en el pizarrón.

Lo que pensamos del problema 89

4. RL Por ejemplo: El vapor de agua no contamina el ambiente pero si puede provocar daños a los vegetales que se encuentran cerca. La combustión del carbón, leña o diesel para producir vapor sí contamina la atmósfera. Para cerrar la sesión, pida a los alumnos que expliquen la relación que existe entre presión y aumento de temperatura de los cuerpos.

1. RL Por ejemplo: En una cocina, al momento de preparar los alimentos; en las tintorerías, al planchar, en tintorerías, en baños públicos. 2. RL Por ejemplo: En la cocina, cuando empieza a hervir una olla, la tapa se empieza a mover o se cae. Al planchar, el vapor se escapa con fuerza. El vapor puede producir movimiento si se utiliza un dispositivo apropiado. 3. RL Por ejemplo: En la cámara de combustión, donde arde el carbón o la leña, el agua recibe calor que aumenta la energía cinética de sus moléculas. Esta energía cinética se traduce en un aumento de presión del vapor, lo que provoca el movimiento de un émbolo que, finalmente, moverá las ruedas de la máquina.


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SESIÓN 2 Antes de iniciar la sesión, pida a sus estudiantes que expliquen la diferencia entre temperatura y calor.

Proyecto de investigación 3 SESIÓN 2

Plan de trabajo Fase i: investigamos conocimientos útiles Para obtener información acerca de los principios de funcionamiento de las máquinas de vapor y de cómo éstas contaminan el ambiente, revisarán algunas secuencias que trabajaron a lo largo del bloque, así como otros textos y páginas electrónicas.

Manos a la obra

Fase ii: exploremos para definir el problema

Recuerde a sus alumnos la importancia de organizar un calendario de trabajo y seguirlo de manera ordenada; en él distribuirán adecuadamente las actividades entre los integrantes del equipo. Procure fomentar y valorar su creatividad e iniciativa para resolver el problema.

Para obtener datos directos sobre los usos que se dan al vapor en su comunidad realizarán entrevistas y reflexionarán sobre el impacto ambiental que tiene la generación de vapor. Fase iii: ¿cómo contribuimos a la solución del problema? Apoyados en los resultados de su investigación y luego de analizar algunos diseños, elaborarán un modelo de barco de vapor con materiales de fácil .

Calendario de actividades

Fase I: Investigamos conocimientos útiles

Una buena forma de empezar el trabajo en equipo es organizar las actividades que se realizarán en cada fase y designar a los responsables de cada una de ellas. Consulten con su maestro la fecha final de entrega, para que distribuyan mejor su tiempo. Si el formato siguiente les resulta útil, cópienlo en su cuaderno; si no, diseñen su propio calendario.

5 Sugiera a sus alumnos que, para responder las preguntas, organicen y clasifiquen los textos por temas. Por ejemplo, los temas generales pueden ser: a) Energía cinética, b) Energía mecánica, c) Presión de gases y d) Calor y temperatura.

cronograMa de actividades resPonsaBLes Fase ii Fase iii

Fase I. Investiguemos conocimientos útiles identifiquen los principios de funcionamiento de las máquinas de vapor. 1. Respondan: a) ¿Qué lecturas y actividades del bloque nos pueden servir para identificar cómo se genera el vapor de agua?

1. Respondan:

b) i. RL Por ejemplo: En las referencias de interés pueden consultarse los libros de Física Conceptual; también puede buscarse algo en internet sobre las máquinas de vapor. ii. RL Por ejemplo: En los textos citados. iii. RL Por ejemplo: En los textos citados. iv. RL Por ejemplo: En los textos citados.

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FecHa

Fase i

Identifiquen los principios de funcionamiento de las máquinas de vapor.

a) RL Por ejemplo: Texto de información inicial y Actividad DOS de la Secuencia 17; Texto de información inicial, Texto de formalización y Actividad CUATRO de la Secuencia 18; Actividad UNO y Texto de formalización de la Secuencia 19.

Manos a la obra

b) ¿Qué otras fuentes podemos consultar para ampliar la información sobre los siguientes aspectos? i. La participación de la presión y la temperatura para producir vapor de agua. ii. Los diferentes tipos de máquinas generadoras de vapor. iii. La relación que existe entre la teoría cinética y una máquina de vapor. iv. El tipo de contaminación que generan las máquinas de vapor. 90

CIENCIAS

II

2.

2. Consulten las referencias que consideren necesarias para identificar la participación de la temperatura y de la presión en la generación de vapor de agua. Pueden apoyarse con las referencias que se listan abajo. Para ello: a) Dividan las lecturas entre todos los equipos. b) Cada equipo busque y sintetice en su bitácora los textos revisados. c) Expongan una síntesis de la información consultada al resto del grupo.

Algunas referencias de interés Ciencias II. Énfasis en Física: 1. Secuencia 14: ¿Qué percibimos de las cosas? 2. Secuencia 15: ¿Para qué sirven los modelos? 3. Secuencia 17: ¿Cómo se organiza la materia?

2 Para ayudar a organizar a los alumnos y optimizar su trabajo puede sugerirles que cada equipo trabaje un aspecto de los cuatro que se proponen en la sección anterior. Por ejemplo: a) Presión y temperatura, b) Tipos de máquinas de vapor, c) La maquina de vapor y la energía cinética de las moléculas y d) Contaminación producida por las máquinas de vapor que usan carbón y diesel como combustible.

4. Secuencia 18: ¿Hace calor?

Algunas referencias de interés

5. Secuencia 19: ¿Puede inflarse un globo sin soplarle? 6. Secuencia 20: ¿Por qué cambia de estado el agua?

2 Para apoyar a los alumnos en la comprensión y uso correcto de los conceptos de energía cinética, energía mecánica, densidad, temperatura y otros, puede pedir que consulten estas definiciones y las escriban en sus cuadernos.

1. La máquina de vapor 1. Diccionario de Física (2004). Madrid: Oxford-Complutense. 2. Hewitt, Paul G. (2004). Física conceptual. México: Pearson Educación. 1. Cifuentes, Juan Luis. Los Barcos de Vapor. ILCE. 6 de marzo de 2007. http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/067/htm/oceano8. htm

En estas secuencias el alumno podrá retomar los conceptos de energía, calor, temperatura y modelos que le permitan desarrollar adecuadamente el proyecto.

2. Geotermoeléctrica. CFE. 6 de marzo de 2007. http://saladeprensa.cfe.gob.mx/banco/index.alia?banco=5&PHPSESSID=da2d897c45 e067966718a7ab8299b05a 3. Maldonado Fuentes, Alejandro. 1 de noviembre de 2006. La máquina del vapor. 6 de marzo de 2007. http://www.cienciasmisticas.com.ar/tecnologia/inventos/mvapor/index.php

6. Es importante que los alumnos consulten la Secuencia 20 para reafirmar sus conocimientos sobre la relación que existe entre temperatura y energía cinética.

3. Analicen la evolución de la máquina de vapor a través del tiempo. • Para ello, observen las imágenes de las páginas 88 y 89. Intercambien la información que cada equipo sintetizó. Para ello: 1. Escuchen con atención las exposiciones de sus compañeros. 2. Completen su bitácora con la información que ellos aporten.

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El video describe el funcionamiento de la máquina de vapor. El recurso tecnológico aporta información de interés para el desarrollo del proyecto. 4 Puede aprovechar el recurso como fuente de información sobre las transformaciones de energía y la relación existente entre temperatura, energía cinética y presión.

Estas lecturas presentan información referente a los conceptos relacionados con las máquinas de vapor. Para cerrar la sesión, asegúrese que sus alumnos tengan claro cuál es la relación existente entre temperatura y presión. Para ello puede elegir por sorteo a varios alumnos para que expongan con sus palabras esta relación.


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SESIÓN 3

Proyecto de investigación 3 La eolípila está considerada como el primer intento de utilizar el vapor para obtener energía mecánica. Durante mucho tiempo no fue científicamente estudiada pues se le consideró sólo como un juguete para entretenimiento.

Antes de iniciar esta sesión, comente con los alumnos los conocimientos que poseen acerca de la contaminación producida por una máquina de vapor y sus efectos en el ambiente. Inicie a sus alumnos en la reflexión acerca de las ventajas y desventajas de las nuevas tecnologías.

En 1690 Denis Papin sugirió usar la expansión y contracción del vapor para formar un vacío y producir movimiento de un pistón. Papin fue el primero en hacer una máquina que usaba un cilindro y un pistón. En 1712 Thomas Newcomen, con su socio Thomas Savery, construyó una máquina de vapor para bombear agua fuera de las minas. Esta máquina quedó obsoleta a finales de ese mismo siglo y fue sustituida por la máquina de vapor de James Watt en 1784.

Fase II. Exploremos para definir el problema A partir de aquí los alumnos tendrán que hacer una serie de actividades extra clase. Revise los lugares que los alumnos visitarán (pueden ser tintorerías o sitios naturales de producción de vapor) y las preguntas que van a formular al hacer sus entrevistas.

La Eolípila de Herón sirvió como fundamento para la construcción de los motores de vapor.

Máquina de Papin: Su importancia consistió en establecer que se podía utilizar el vapor para mover un émbolo dentro de un cilindro.

4 Al finalizar esta etapa de trabajo es importante una puesta en común para la presentación de avances en el grupo. Procure guiar a sus alumnos durante la organización de esta puesta en común.

Obtengan información directa acerca de los usos que se da al vapor en su comunidad. Para ello: Es recomendable que antes de visitar alguno de estos lugares, un representante de la escuela haga o con las personas con quien acudirán los alumnos. Solicíteles la ayuda necesaria para que sus estudiantes puedan realizar su trabajo de la mejor manera. Apoye a sus alumnos cuando vayan a realizar entrevistas en instituciones, como parte de su trabajo de campo. Recuérdeles que no olviden presentar alguna identificación en el lugar que visiten. La dirección de la escuela puede expedirles alguna carta o credencial para que se identifiquen.

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Máquina de Newcomen: Fue utilizada casi durante un siglo para sacar el agua de las minas.

SESIÓN 3

Máquina de Watt: A una máquina de Newcomen se le hicieron varias modificaciones en el ahorro de combustible y en el condensador.

Fase II: Exploremos para definir el problema empleada ación textual, ntificar inform fenómeno. rmación: Ide obtener info una cosa, situación, hecho o de oral o gráfica

a nueva destrez

obtengan información directa acerca de los usos que se da al vapor en su comunidad. Para ello:

1. Investiguen dónde se encuentra una planchaduría, un carrito de camotes, una tintorería u otro establecimiento comercial o fábrica que utilice el vapor. 92

CIENCIAS 2. Realicen una entrevista para indagar:

II

2. a) RL Por ejemplo: En los carritos de elotes o de camotes, en una fábrica productora de conservas o enlatados.

a) ¿En qué actividad productiva se utiliza el vapor? b) ¿Cómo funciona el dispositivo que produce el vapor?

b) RL Por ejemplo: Un depósito de agua con una salida pequeña y regulada para el vapor.

c) ¿Dónde se ubica la salida del vapor de la máquina? d) ¿Qué transformaciones de energía se realizan en el dispositivo? e) ¿Qué es lo que contamina: el vapor o el combustible que calienta el agua? 3. Pregunten a sus familiares:

c) RL Por ejemplo: En el carrito de camotes en la parte alta; en la planchaduría se encuentra un lado del local.

a) ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de cocinar en un recipiente con tapa y sin tapa? b) ¿Cuánto tiempo se tardan en cocer los frijoles en una olla de barro y cuánto en una de presión? c) ¿Se cocina en el mismo tiempo en un recipiente metálico que en uno de cerámica? ¿Por qué?

d) RL Por ejemplo: La energía térmica del fuego aumenta la energía cinética de las moléculas de agua.

d) ¿Qué ventajas tiene una plancha de vapor sobre una tradicional? Expliquen. e) ¿Qué cuidados se debe tener al utilizar agua hirviendo o vapor?

Vínculo con otros proyectos Recuerden que las sugerencias para aplicar entrevistas se encuentran en varios proyectos, tanto en el libro de Ciencias I como en el de Ciencias II. Si lo consideran conveniente, pueden elaborar sus propias preguntas sin seguir al pie de la letra las que se sugieren.

Sinteticen información obtenida durante las entrevistas:

e) RM Los residuos de la quema del combustible que calienta el agua son tóxicos. 3. a) RL Por ejemplo: En un recipiente con tapa se cocinan más rápido los alimentos que en uno sin tapa. La desventaja de cocinar en un recipiente con tapa es que puede derramarse fácilmente lo que se cocina. b) RL Por ejemplo: Un kilogramo de frijoles se cuece en una olla de barro tapada en una hora y media aproximadamente; en una olla de presión se tarda, aproximadamente, 50 minutos.

1. Reúnan las entrevistas de todos los equipos. 2. Elaboren en su cuaderno un resumen sobre los usos del vapor en su comunidad. Una tabla de datos puede ser de gran ayuda. Incluyan: a) Procesos en los que se emplea vapor. b) Dispositivos para generar vapor y su funcionamiento. c) Aumento de la presión para cocinar. d) Uso del vapor para planchar. e) Riesgos al utilizar vapor. f) Contaminación que se genera al producir vapor. 93

Sinteticen información obtenida durante las entrevistas: Ayude a sus estudiantes a recopilar y compartir la información obtenida por todos los equipos. Sugiera a sus alumnos la siguiente actividad: primero, los integrantes de cada equipo se enumeran; después, se reúnen todos los alumnos a quienes les tocó el número uno en un equipo, los números dos en otro y así sucesivamente. De esta manera todos conocerán la información de los demás.

c) RM En un recipiente metálico se cocina más rápido que en uno de barro porque el primero conduce mejor el calor. d) RL Por ejemplo: Las planchas que se calentaban al fuego tenían un inconveniente: podían ensuciar la ropa. Una ventaja de la plancha de vapor es que su mecanismo permite regular la salida de vapor que ayuda a dejar sin arrugas la ropa. e) RL Por ejemplo: Mucho cuidado en su manejo para evitar quemaduras. Evitar el o directo utilizando algo que proteja, como un guante de cocina.


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Para cerrar la sesión, pida a sus alumnos que expliquen algunas de las medidas preventivas para el uso de vapor, agua caliente u objetos calientes en casa.

Proyecto de investigación 3 entrada de vapor

empuje sobre el émbolo producido por la expansión del vapor

expulsión del vapor y el émbolo regresa a su posición original

SESIÓN 4 Antes de iniciar la sesión, compruebe que sus alumnos utilicen los conceptos de energía térmica, energía cinética, presión y densidad en todas sus explicaciones. Promueva el diálogo y la participación de sus alumnos para que expongan sus ideas acerca de la transformación de energía.

La máquina de vapor transforma la energía térmica del vapor en energía mecánica. Esta máquina se considera un motor de combustión externa, ya que el combustible se quema fuera del cilindro donde ser realiza el trabajo. El vapor de la caldera llega a un cilindro con un émbolo, donde al expandirse cede su energía al émbolo, produciendo que éste se desplace. Cuando el vapor se enfría, se expulsa a la atmósfera o puede condensarse nuevamente para comenzar otro ciclo.

SESIÓN 4

Fase III. ¿Cómo podemos contribuir a la solución del problema? construyan un modelo de barco de vapor.

2 En esta sesión los alumnos construirán un barco de vapor y valorarán el interés de los científicos por diseñar dispositivos que nos ayudan realizar trabajos pesados, haciendo la vida cotidiana más fácil. Recuerde a sus alumnos que ahora tendrán que diseñar su barco de vapor y probarán su funcionamiento para comprobar las transformaciones de energía.

1. Tomen en cuenta los principios en los que se basan las máquinas de vapor. 2. Lleven a cabo el procedimiento sugerido: a) Necesitan: i. Trozo de tubo de metal ligero, cobre o aluminio de preferencia, de 1 cm de diámetro y 10 cm de longitud; cerrado o soldado por uno de sus extremos ii. Dos trozos de alambre grueso de unos 50 cm de longitud iii. Corcho o tapón de plástico que se ajuste al extremo abierto del tubo iv. Dos velas pequeñas v. Trozo de madera o de unicel con la forma de una balsa vi. Agua caliente para llenar el tubo vii. Caja de cerillos viii. Martillo

Fase III. ¿Cómo podemos contribuir a la solución del problema?

ix. Varios clavos b) Realicen lo siguiente:

Construyan un modelo de barco de vapor.

i. Hagan un agujero con un clavo pequeño en el corcho, cerca de la orilla.

Colabore con sus alumnos en la construcción de su barco de vapor. Los barcos se moverán a distintas velocidades dependiendo de varios aspectos por cuidar. Aquí se nombran algunos que pueden influir en un mejor funcionamiento del dispositivo:

iii. Fijen los alambres sobre la madera para que el tubo quede a una altura sobre la lancha, de modo que puedan colocar las velas debajo del tubo.

b) i. El agujero en el corcho debe ser muy pequeño pero sin obstrucción y estará colocado en la orilla del tapón. iv. Para obtener mayor calentamiento de las velas, el tubo de cobre debe colocarse en el extremo de la flama. v. El material base del barco debe ser ligero. De esta forma será menor la masa que mueve la fuerza provocada por el escape del vapor.

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ii. Enrollen el alambre en los extremos del tubo para afianzarlo a la base, evitando que el tubo se deslice.

iv. Claven, en ambas orillas laterales de la barca, unos cuantos clavos para ayudar a que tenga estabilidad. v. Llenen de agua caliente unas tres cuartas partes de la capacidad del tubo. 94

CIENCIAS vi. Coloquen el corcho en el extremo del tubo, cuidando que el agujero quede hacia arriba.

II

c) i. RM Para que salga el vapor a presión. ii. RM Habría poca presión, porque se escaparían constantemente las moléculas con mayor energía cinética y no se acumularía la presión necesaria.

vii. Enciendan las velas. viii. Esperen a que se caliente el tubo. ix. Coloquen su modelo de barco de vapor sobre el agua. x. Observen lo que sucede.

iii. RL Por ejemplo: Porque el vapor sale con fuerza.

c) Respondan en su cuaderno: i. ¿Cuál es la razón por la que se hace un agujero al corcho?

iv. RM La Tercera Ley de Newton dice: “A toda acción corresponde una reacción igual y en sentido contrario”. El vapor sale porque experimenta una fuerza por parte del recipiente. Acorde con dicha ley, el vapor ejerce una fuerza sobre el recipiente en sentido contrario y el barco se mueve hacia adelante.

ii. ¿Cómo sería la presión dentro del tubo si el agujero fuera más grande? iii. ¿Por qué se mueve el barco? iv. ¿Qué tiene que ver la dirección del movimiento del barco con la Tercera Ley de Newton? Comenten: 1. ¿En qué se transforma la energía cinética de las moléculas del vapor en su modelo de barco? 2. ¿En qué se transforma la energía cinética de las moléculas del vapor en un ferrocarril? 3. ¿Se genera algún tipo de contaminación con su modelo de barco de vapor? Justifiquen su respuesta.

Comenten: 1. RM En la energía cinética del barco al moverse. 2. RM En la energía cinética del ferrocarril al moverse. 3. RM El humo liberado, producto de la combustión de la cera es tan escaso que no puede considerarse como un contaminante.

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127

4.

2 Ayude a sus alumnos con sugerencias y comentarios cuando elaboren el escrito que se les pide. Los dos esquemas representan una máquina de vapor. En ella se notan varios tiempos en el movimiento de los émbolos que por presión del vapor hacen girar una rueda.

Proyecto de investigación 3 4. Redacten un breve escrito para describir el proceso, usando los siguientes esquemas.

Vapor entrante Empuje

Manivela Cilindro

Para cerrar la sesión, pida a sus alumnos que muestren a sus compañeros cómo funciona su dispositivo. Esto les servirá para corregir cualquier detalle antes de la presentación de los proyectos en público. 2 A los alumnos cuyo dispositivo no funciona correctamente exhórtelos para que observen cuidadosamente los dispositivos que sí funcionan y comparen cada parte de su máquina de vapor, con el fin de que descubran si hay alguna variación o diferencia que provoque su mal funcionamiento.

Vapor entrante Vapor saliendo Empuje

Vapor entrante Vapor saliendo Empuje

Para terminar la a empleada obtenidas de nueva destrez e información s y gráficas. mpartir ideas bla Co ta , r: es ica en un ág com tos, im empleando tex investigación

Para terminar Pida a sus alumnos que en la presentación pública den a conocer los problemas que tuvieron durante la realización del proyecto y las soluciones encontradas. Además, que comenten las formas de aprovechamiento del vapor y si es posible que propongan alguna más, a partir de los conocimientos adquiridos en sus investigaciones. Comuniquen los resultados que obtuvieron. Para ello: En esta sesión los alumnos comunicarán sus conclusiones al presentar su máquina de vapor y comentar la influencia que este mecanismo ha tenido en el progreso de la humanidad. Colabore con sus alumnos en la organización de la presentación pública de sus barcos de vapor.

comuniquen los resultados que obtuvieron. Para ello: 1. Elaboren un reporte de investigación que contenga: a) Introducción: Expliquen el propósito del proyecto. b) Desarrollo: Describan el procedimiento que siguieron para elaborar su modelo. c) Conclusiones: i. Mencionen la importancia del vapor en la vida diaria. ii. Después de haber realizado su proyecto, contesten: • ¿Cómo se obtiene vapor de agua? Expliquen en términos físicos. • ¿Cuál será la fuerza que puede tener el vapor en una cámara cerrada? • ¿Qué semejanzas y diferencias encuentran entre su modelo de barco de vapor y el esquema de la parte superior? 96

ii. • RM Aumentando la energía cinética de las moléculas puede ocurrir un cambio de estado de agregación. En este caso, de estado líquido a estado gaseoso. • RL Por ejemplo: No se puede definir sin datos precisos, pero puede generarse una gran presión que ejerza una fuerza también elevada. • RL Por ejemplo: Las semejanzas son que en los dos es el vapor el que produce el movimiento. Se necesita que haya vapor constante para mantener el movimiento. La diferencia es que el esquema tiene una máquina con pistón, la cual no tiene el barco de vapor.

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Volante

CIENCIAS

II

SESIÓN 5 Lo que aprendimos

iii. Valoren el impacto ecológico que ha tenido la máquina de vapor, en el ambiente.

En esta etapa finaliza el trabajo con los contenidos del Bloque III. Verifique que sus alumnos hayan incorporado correctamente la información revisada en las secuencias. Guíelos para que reflexionen acerca de los logros alcanzados, el grado de aprendizaje de los contenidos del proyecto, las dificultades con las que se enfrentaron y la manera en la que las resolvieron. Esta reflexión les permitirá mejorar su desempeño en futuros proyectos.

iv. Enumeren algunas consecuencias de la industrialización, como las condiciones de vida de los trabajadores, el crecimiento de las ciudades y la necesidad de conseguir materias primas. 2. Organicen la presentación pública de sus modelos en la escuela. 3. Realicen un intercambio de opiniones con los asistentes acerca de los beneficios del uso del vapor en la comunidad.

Lo que aprendimos Evalúen lo aprendido durante el proyecto. • Respondan:

a empleada Nueva destrez zar los ali Evaluar: An n y la organizació componentes decisiones. r ma to ra pa de algo

SESIÓN 5

1. Sobre las máquinas de vapor: a) ¿Cómo se puede explicar su funcionamiento con base en la Teoría Cinética Molecular? b) ¿Cómo se puede aumentar o disminuir la velocidad de un barco de vapor? Considera los conceptos de presión y temperatura.

Evalúen lo aprendido durante el proyecto.

c) ¿Cuáles son los usos del vapor en la vida diaria? 2. Sobre el trabajo realizado: a) ¿Qué logros y qué dificultades tuvieron al hacer las entrevistas?

1 Pida a sus estudiantes que expliquen otros fenómenos donde la energía cinética alta de un gas puede ser una ayuda o un peligro para las personas y la naturaleza. Puede sugerir ejemplos sencillos con preguntas como éstas: ¿Por qué los tanques de gas deben estar lejos del fuego o de lugares calientes? ¿Por qué una bala explota si se calienta? Pida a los alumnos que expresen ejemplos donde el calor aumenta la energía cinética de las moléculas y de los efectos que pueden provocar estos fenómenos.

b) ¿Cómo resolvieron las dificultades? c) ¿Qué fue lo que más les gustó al hacer el proyecto? d) ¿Qué saben ahora que al inicio del proyecto desconocían? e) ¿Qué harían para que su barco fuera más veloz?

1. Sobre las máquinas de vapor:

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2. Sobre el trabajo realizado: a) RL Por ejemplo: La gente no sabía explicar cómo funciona el vapor para hacer un trabajo. b) RL Por ejemplo: Dependiendo de la dificultad que se presentara pedimos ayuda a los compañeros, al maestro o familiares para solucionarla. c) RL Por ejemplo: Ver cómo avanzaba el modelo de barco de vapor.

a) RM La energía térmica se transfiere a las moléculas del agua y aumenta su energía cinética, por lo que los choques entre las moléculas generan mayor presión en el recipiente. b) RM Si se aumenta la temperatura, aumentará la energía cinética de las moléculas, y por consecuencia, aumentará la presión. Aumentando la presión, se incrementa la velocidad del barco y viceversa. c) RL Por ejemplo: Para el planchado de ropa, para efectuar vaporizaciones y para trabajos de limpieza.

d) RL Por ejemplo: Que la energía se transforma y el calor puede provocar movimiento. e) RL Por ejemplo: Poner más velas, agrandar el deposito de agua, hacer más ligero el barco.


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evaluación bloque 3 Las actividades que se presentan al final de cada bloque le permitirán evaluar de manera integral los conocimientos generales trabajados. Esta evaluación posibilita medir los logros individuales de sus alumnos y, con ello, asignar una calificación parcial que, junto con las evaluaciones y observaciones que usted realizó a lo largo del bloque, le permitirán obtener una calificación bimestral.

EVALUACIÓN BLOQUE 3

Las interacciones de la materia.

Un modelo para describir lo que percibimos Revisión de secuencias I. Coloca dentro del paréntesis el número que relacione cada concepto con su descripción.

Revisión de secuencias Las actividades de esta sesión de evaluación (100 minutos) inician con la sección Revisión de secuencias, donde se presenta una propuesta de examen bimestral integrado por una cantidad variable de reactivos, que se pueden contestar en 50 o 60 minutos. Usted puede pedir a los alumnos que contesten la totalidad de los reactivos o seleccionar los que considere más relevantes. Se sugiere que la calificación obtenida en el examen constituya el 20% de la calificación del bimestre. Al final de esta secuencia se presenta un ejemplo de ponderación de los diferentes elementos de evaluación considerados. Durante el tiempo restante de la sesión se puede calificar el examen; para ello puede propiciar una autoevaluación. Una estrategia es la siguiente: organice que entre todo el grupo se resuelva el examen, argumentando cada respuesta con base en los textos y actividades de las secuencias revisadas. Solicite a los alumnos que tuvieron respuestas erróneas, que analicen el origen de su error. Para realizar el ejercicio de evaluación, cuenta usted con una sesión. También puede solicitar una coevaluación, es decir, que por parejas o equipos identifiquen las respuestas correctas así como las erróneas, las argumenten y se asignen una calificación. Para ello, usted cuenta con las respuestas de cada reactivo. Comente con sus alumnos las dudas que surjan durante la resolución del examen.

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1. Propiedad de algunos materiales que permite hacer láminas delgadas con ellos. ( 2 ) Indivisibilidad 2. Propiedad que se refiere al significado de la palabra griega átomo.

( 9 ) Fusión

3. Propiedad que permite explicar por qué un litro de agua y uno de aceite tienen ( 7 ) Elasticidad diferente masa. 4. Medida de la energía media de las moléculas que constituyen un sistema.

( 8 ) Capilaridad

5. Propiedad de la materia que explica que el volumen de una tina con agua aumente al introducir otro objeto dentro de ella.

( 10 ) Presión

6. Se define como una medida de la inercia.

( 3 ) Densidad

7. Es la propiedad de los materiales de estirarse al aplicarles una fuerza y recobrar ( 5 ) Impenetrabilidad su forma original. 8. Es la adherencia entre las moléculas de un líquido y las del recipiente.

( 1 ) Maleabilidad

9. Proceso mediante el cual un sólido se convierte en líquido.

( 6 ) Masa

10. Es el número promedio de choques por unidad de tiempo que tienen las partículas de un gas con las paredes del recipiente que las contiene.

( 4 ) Temperatura

98

Este es el momento adecuado para pedir que evalúen de manera individual o en pares el portafolio que cada alumno integró con los trabajos realizados en cada secuencia y que le parecieron más relevantes. Pida que se asignen una calificación entre 1 y 10, de acuerdo con la calidad de los trabajos realizados. Se sugiere que esta calificación represente un 5% de la calificación del bimestre. La sección Autoevaluación se presenta únicamente en los bloques I, III y V. No tiene una calificación numérica y su función es que los alumnos constaten el progreso experimentado en el trabajo en equipo a lo largo del año. Para ello, los alumnos comparan su desempeño en tareas que requieren de la colaboración con sus pares, al inicio, a la mitad y al final del año escolar.

CIENCIA S II

II

CIENCIAS II. Observa los figuras y marca la respuesta correcta.

III. Responde en tu cuaderno: 13. RM (b) El alcohol flota porque es menos denso que el agua.

a) El aceite flota sobre el alcohol etílico.

14. RM (d) Esta figura representa las características esenciales del ciclo del carbono: cómo fluye, cuáles son sus fuentes, quiénes lo utilizan, etcétera.

b) El alcohol etílico flota sobre el aceite. 11. En una mezcla de alcohol etílico y aceite:

c) Se forman burbujas de alcohol etílico suspendidas entre el aceite.

d) El aceite y el alcohol etílico se mezclan. a)

b)

Lisosomas

Retículo endoplásmico rugoso Núcleo

12. ¿Cuál de las siguientes figuras representa el modelo de un proceso?

Aparato de Golgi

c)

Mitocondrias

d) Dióxido de carbono

CO2 luz solar

O2

Los organismos descomponedores degradan el cuerpo de los organismos muertos e incorporan el carbono a la atmósfera

Las plantas incorporan Al comer plantas, carbono de la atmós- los animales asimilan azúcares fera para fabricar azúcares

Las industrias y las erupciones volcánicas emiten CO2 a la atmósfera

III. Responde en tu cuaderno: 13. En la pregunta 11 identificaste lo que sucede con el alcohol y con el aceite cuando se mezclan. Explica por qué sucede eso. 14. En la pregunta 12 identificaste el modelo de un proceso. Argumenta por qué consideras que la figura es un proceso. 99


131

evaluación bloque 3

EVALUACIÓN BLOQUE 3 IV Subraya la palabra o el enunciado que complete adecuadamente la oración. 15. La porción más pequeña de una sustancia que conserva todas las propiedades del mismo se llama: a) Partícula elemental b) Electrón c) Molécula d) Núcleo 16. Las siguientes afirmaciones representan características propias de un modelo científico, excepto: a) “Es una representación esquemática de un objeto, proceso o fenómeno” b) “Toma en cuenta las características esenciales de aquello que se representa” c) “Es una copia exacta de la realidad” d) “Permite hacer comparaciones y predicciones” 17. La teoría cinética molecular establece, entre otras cosas, que: a) Las moléculas de los sólidos interactúan aleatoriamente. b) Las moléculas de cualquier sistema se mantienen en movimiento constante. c) La energía mecánica de las moléculas se compone únicamente de energía potencial. d) Los gases tienen moléculas más pequeñas que los sólidos. 18. Si se ejerce un pequeño cambio de presión en una región de un fluido, sucede que: a) La presión genera un cambio de estado. b) La presión genera un cambio de temperatura. c) La presión se transmite en la misma región del fluido d) La presión se distribuye en toda la región del fluido 19. Al proceso mediante el cual una sustancia o material pasa de un estado de agregación a otro se llama: a) Condensación b) Sublimación c) Transición de fase d) Ebullición 20. Mientras el agua hierve y se está convirtiendo el líquido en vapor, sucede que: a) La temperatura y la presión del agua líquida varían y la del vapor no. b) La temperatura y la presión del líquido y del vapor permanecen constantes. c) Sólo la presión permanece constante, la temperatura varía en el líquido y en el vapor. d) Sólo la temperatura permanece constante, la presión varía en el líquido y el vapor.

100

132


CIENCIA S II

CIENCIAS V. Emplea tus conocimientos para subrayar la respuesta correcta.

II

VI. Responde en tu cuaderno: 24. RM Para que un submarino funcione como tal, es necesario que pueda sumergirse. En las cámaras de inmersión se controla precisamente el peso del volumen que hace que se sumerja y cumpla su función.

21. ¿Cuál es la característica esencial que se tomaría en cuenta para hacer un modelo del funcionamiento de un submarino?: a) La forma de la escalera que conduce al cuarto del capitán b) El volumen de las cámaras de inmersión c) El color del casco y de los interiores d) El tamaño del timón 22. Si quisieras atravesar un lago congelado, ¿qué harías para que no se rompa el hielo y caigas al agua?

25. RM Al atravesar a rastras, la presión sobre el hielo se distribuye en la zona del cuerpo de la persona y no en un solo punto que pueda romper el hielo.

a) Atravesar a gatas. b) Atravesar a rastras. c) Atravesar a pie. d) Atravesar de “puntitas”. 23. ¿Por qué hierve el agua a 92 °C en la ciudad de México y a nivel del mar a 100 °C? a) Porque hace más calor a nivel del mar que en la Ciudad de México. b) Porque la presión atmosférica en la Ciudad de México es mayor que a nivel del mar. c) Porque el factor de humedad atmosférico a nivel del mar influye en la ebullición del agua. d) Porque la presión atmosférica en la Ciudad de México es menor que a nivel del mar. VI. Responde en tu cuaderno: 24. En la pregunta 21 identificaste la característica esencial que se tomaría en cuenta para hacer un modelo del funcionamiento de un submarino. Explica tu elección. 25. En la pregunta 22 identificaste lo que harías para atravesar un lago congelado para que no se rompa el hielo. Explica tu respuesta.

101


133


Autoevaluación Se propone un instrumento cualitativo que usted puede utilizar para que el alumno reflexione sobre su forma de trabajo en equipo al término de un bloque. Guíe a sus alumnos para que evalúen si presentan actitudes favorables o poco favorables hacia este tipo de trabajo.


Autoevaluación • Sigue las instrucciones: 1. Escribe en la columna de la derecha el número que describa mejor tu actitud personal frente al trabajo en equipo. Emplea la siguiente escala: 1 = nunca, 2 = pocas veces, 3 = con frecuencia, 4 = siempre. ¿Cómo trabajo en equipo? Actitud

Valoración

a) Cuando trabajamos en equipo, espero a que uno de mis compañeros nos organice. b) Cuando dividimos las tareas y termino primero, ayudo a mis compañeros. c) Mis compañeros de equipo me toman en cuenta.

a) Actitudes favorables al trabajo en equipo Si la suma de las preguntas: b, c, d, f, g, h, i está entre 21 y 28 puntos Si la suma de las preguntas: a, e, j está entre 3 y 6 puntos

b) Actitudes poco favorables al trabajo en quipo Si la suma de las preguntas: a, e, j está entre 9 y 12 puntos

d) Si uno de mis compañeros hace un buen trabajo, se lo digo. e) Si los demás no hacen lo que les toca, yo tampoco cumplo con mi tarea. f) Durante una actividad, escucho y respeto la opinión de los demás. g) Me gusta aportar ideas para realizar una actividad grupal. h) Cuando algo me sale mal, reconozco mi error. i)

2. Responde: a) ¿Qué afirmaciones favorecen el trabajo en equipo? b) ¿Cuáles de estas actitudes manifiestas cuando trabajas con tus compañeros de equipo?

Si la suma de las preguntas: b, c, d, f, g, h, i está entre 7 y 14 puntos

3. Es recomendable que guardes una copia de este cuestionario en el portafolio, para que lo compares con los que harás al final de otros bloques.

Orientaciones: La columna I presenta las calificaciones de los indicadores que evidencian actitudes favorables para el trabajo en equipo. La columna II presenta las calificaciones de los indicadores que evidencian actitudes desfavorables para el trabajo en equipo. Es conveniente que el alumno guarde sus resultados en el portafolio para poder compararlos con las autoevaluaciones que haga en otros momentos del curso. De este modo resultará muy formativo que el alumno observe la evolución de sus actitudes en el transcurso del tiempo. En la página siguiente se incluye una propuesta de Lista de cotejo, para que usted evalúe en forma cualitativa las destrezas y actitudes desarrolladas por cada alumno en cada una de las secuencias del bloque. Este instrumento de evaluación se puede utilizar en forma cotidiana. Las destrezas y actitudes de cada secuencia se presentan en el cuadro, en el orden en que se trabajan.

134


Considero que el trabajo en equipo contribuye a mi aprendizaje.

j) Cuando trabajamos en equipo, nos resulta muy difícil ponernos de acuerdo.

102

CIENCIA S II

CIENCIAS

Integra tu portafolio

Reflexiona acerca de las actividades del Bloque 3 que te parecieron más importantes para tu aprendizaje, y guarda en tu portafolio algunas de esas actividades; por ejemplo, ejercicios, fotografías, dibujos, tablas o autoevaluaciones. Escribe en una tarjeta, por qué guardas cada una de ellas.

II

Integra tu portafolio. Este instrumento cualitativo constituye una evidencia del progreso del alumno a lo largo del curso, que estimula positivamente el proceso de aprendizaje individual. Se le sugiere que solicite a los alumnos la construcción individual de sus portafolios al inicio del curso, de manera que éstos contengan los productos que cada alumno decida conservar en el transcurso de cada bloque. Recuerde a los alumnos que guarden en el portafolio productos elaborados en cada secuencia.

o el o, com na u rtafoli Un po uestra, es m que se hecha de s ta carpe teriale tela os ma , divers artón, yute e c qu como Utiliza lo r l. e p brica fa o pa ra s pa quiera o. el tuy

103


135

evaluación bloque 3 Nombre del alumno

Construye un modelo

SecUENCIA 14

Analiza

Compara

SecUENCIA 15

Elabora diagrama

Identifica

Identifica

Construye un modelo

Relaciona Identifica

SecUENCIA 18

Compara

SecUENCIA 17

Describe

SecUENCIA 16

Analiza

Describe

Relaciona Observa

Describe

SecUENCIA 20

Identifica

SecUENCIA 19

Identifica

Identifica

Construye un modelo

proyecto 3

Obtiene información

Comunica Evalúa TOTAL

136


Lista de cotejo de destrezas y actitudes del Bloque 3

Aplica tecnología

CIENCIA S II

Ejemplo de evaluación individual de Lo que aprendimos Cada actividad de esta sección es un instrumento cualitativo de evaluación continua. A continuación le sugerimos una forma para evaluar las secciones Resuelvo el problema, ¿Para qué me sirve lo aprendí?, Ahora opino que… y Lo que podría hacer hoy…: EVALUACIÓN FORMATIVA: Secuencia No. ____

Logrado

No logrado


Da solución a la situación problemática Tiene un manejo superior de conceptos con respecto al diagnóstico Sus habilidades han evolucionado favorablemente hacia el propósito de la secuencia

1.____ 2.____ 3.____

1.____ 2.____ 3.____


Transfiere los contenidos de la secuencia a nuevas situaciones Identifica nuevas relaciones y escenarios posibles

4.____ 5.____

4.____ 5.____

Ahora opino que…

Emite opiniones fundamentadas Desarrolla su pensamiento crítico

6.____ 7.____

6.____ 7.____


Reconoce la necesidad planteada en la nueva situación Muestra disposición a la acción Sus actitudes han evolucionado favorablemente hacia el propósito de la secuencia

8. ____ 9.____ 10.____

8. ____ 9.____ 10.____

CALIFICACIÓN

Para obtener la calificación de una secuencia sume los logros de cada alumno.


137


Ejemplo de evaluación sumativa de un bloque A continuación se proporciona un ejemplo de cómo evaluar los distintos aspectos de un bloque. Puede incluir la evaluación que realice al término de cada sesión de aprendizaje. Esta sugerencia no descarta otras posibilidades que usted considere más apropiadas de acuerdo con las características de sus alumnos. En todos los casos, se redondean los decimales. 1. Secuencias. Esta sección puede dividirse en dos partes: la obtenida a partir de la Lista de cotejo de destrezas y actitudes, y la obtenida a partir de las secciones de Lo que aprendimos de todo el bloque. a) Lista de cotejo de destrezas y actitudes: Supongamos que el alumno Carlos Álvarez ha logrado 30 de las 33 destrezas y actitudes esperadas en el conjunto de secuencias de un bloque. Al dividir estas cifras y multiplicar por 10 se obtiene una calificación de: 30 X (10) = 9 33

b) Para que el alumno obtenga el promedio de las calificaciones, obtenidas en la sección Lo que aprendimos se le proporciona una sugerencia en la parte baja de la página. Supongamos que el mismo alumno obtuvo 8 en este rubro de la calificación. 25 X (10) = 8.0 31

c) Obtenga el promedio de a) y b), que en este ejemplo sería: 9+8 2

= 8.5

El resultado se multiplica por 0.5 ya que las secuencias constituyen 50% de la evaluación del bloque. En este ejemplo del alumno, sería (8.5 ) X (0.5) = 4.3

138


CIENCIA S II

2. Examen bimestral. El examen bimestral de la sección Revisión de secuencias de la evaluación es un instrumento cuya ponderación es 20% de la evaluación de un bloque. Si el alumno en cuestión obtiene un 8 como producto de los aciertos de su examen, entonces la puntuación que tendría por este concepto sería: (8) x (0.2) = 1.6 puntos 3. Proyecto. Se sugiere una ponderación del 25%. El maestro tiene la libertad de evaluar el proyecto como considere conveniente. Puede evaluar, por ejemplo, el análisis de la información recopilada, la calidad del producto obtenido en la fase de comunicación, el reporte de investigación, el trabajo del equipo, etcétera. Si los criterios seleccionados dan como resultado una calificación de 9, entonces la puntuación obtenida por este concepto sería de (9) x (0.25) = 2.3. 4. Portafolio. Se sugiere una ponderación del 5% para esta sección de la evaluación. Los criterios se pueden establecer junto con los alumnos para que sean ellos los que decidan el porcentaje. Pueden evaluar, por ejemplo, si las evidencias seleccionadas representan lo aprendido, si el texto de la tarjeta que las identifica está bien escrito, si lo han hecho con orden, etcétera. Si los alumnos se otorgan un 10 en el portafolio, entonces éste se multiplica por .05, de manera que (10) x (.05) = 0.5 Finalmente, las puntuaciones obtenidas por cada uno de los rubros de la evaluación se suman: PUNTUACIÓN POR ASPECTO

SUMA

Nombre de alumno

a) Secuencias (50%)

b) Examen (20%)

c) Proyecto (25%)

d) Portafolio (5%)

Calificación bimestral

1. Álvarez Carlos

4.3

1.6

2.3

0.5

8.7

2. Beltrán Ana


139

BLOQUE 4

Manifestaciones de la estructura interna de la materia

142



¿De qué están hechas las moléculas? Propósito y perspectiva En esta secuencia se analizan dos casos que no pueden explicarse utilizando la teoría cinética y que son manifestaciones de la estructura interna de la materia: a) el que algunos materiales sean conductores de electricidad y otros aislantes; b) que la luz del Sol se descomponga en los colores del arco iris. Desde una perspectiva histórica se estudian las algunas explicaciones de los fenómenos eléctricos, así como la necesidad de crear nuevos modelos para avanzar en el conocimiento de la estructura interna de la materia.


SESIÓN 1

2

3



Texto introductorio

Plantear el experimento de la rana de Galvani y su explicación de los fenómenos eléctricos.


UNO Clasificar materiales según su capacidad para conducir corriente eléctrica Tabla de clasificación.


Conductores

Mencionar que la facilidad o la dificultad con la que los Texto de información inicial materiales conducen corriente eléctrica no podía explicarse utilizando el modelo de partículas. Actividad de desarrollo

DOS Identificar los colores que componen la luz blanca. Cuestionario.


Mencionar que la luz es una onda y los diferentes colores corresponden a distintas longitudes de onda.

Mezclando colores




143


secuencia 21

¿De qué están hechas las moléculas?


sesión 1

Lean el texto. • Comenten: ¿Cómo están formadas las moléculas? Texto introductorio

En 1780, el médico Luigi Galvani disecaba una pata de rana cuando su bisturí tocó accidentalmente un gancho de bronce del que ésta colgaba. Lo que produjo una pequeña descarga, y la pata se movió. Tal fenómeno lo llevó a realizar más experimentos en los que aplicaba una pequeña corriente eléctrica a una rana muerta; las descargas podían lograr que las patas (incluso separadas del cuerpo) saltaran igual que cuando el animal estaba vivo. Galvani pensaba que la electricidad necesaria para mover la pata de la rana no provenía del exterior, sino que era generada dentro del organismo vivo, que, una vez muerto, seguía conservando cierta cantidad de electricidad, a la que le llamó electricidad animal. Este tipo de electricidad se sumó a los dos que se consideraban en esa época: la electricidad vítrea, que era la electricidad con la que se carga el vidrio al frotarlo con lana, y la resinosa, al frotar resina con lana. Dos trozos de vidrio frotados con lana se repelen; dos trozos de resina frotados con lana también se repelen; un trozo de vidrio y otro de resina frotados con lana se atraen.

5 Antes de iniciar la sesión, mencione a sus alumnos que clasificarán distintos materiales según su capacidad para conducir corriente eléctrica. Valorarán, la necesidad de crear una teoría nueva sobre la estructura interna de la materia.

Consideremos lo siguiente… a continuación se presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante esta secuencia.

¿Cuáles de los siguientes fenómenos se pueden explicar con la teoría cinética y cuáles no? Explica por qué.

>>> Para empezar

1. El café caliente se enfría cuando se le agrega leche fría. 2. Algunos materiales conducen la electricidad y otros no.

Texto introductorio

3 Comentar el texto con los estudiantes puede resultar útil para detectar algunas ideas previas; para esto se sugiere preguntar: ¿La rana muerta almacena electricidad? ¿A qué cargas están asociadas la electricidad vítrea y la resinosa? (a las cargas positivas y negativas). Para guiarlos en la respuesta, recuerde los experimentos de inducción eléctrica realizados en la Secuencia 17: ¿Cómo se organiza la materia?

Propicie que sus estudiantes comenten lo que recuerden de la teoría cinética y su utilidad para explicar la temperatura y la presión.

144


La corriente eléctrica que circula por las patas de una rana muerta ocasiona movimiento. Esto creó la fantasía de generar vida a partir de la electricidad, lo cuál quedó claramente plasmado en la novela de Mary Shelley: Frankenstein.

Hasta ahora has estudiado la teoría cinética y su utilidad para explicar algunos fenómenos a partir de la interacción entre las moléculas. En esta secuencia estudiarás otros fenómenos, como la conductividad eléctrica y la luz. Valorarás la necesidad de crear nuevos modelos.

SESIÓN 1

El texto menciona el experimento de la rana de Galvani y su correspondiente explicación mediante la electricidad “animal”.

Para empezar

3. Un globo se infla al calentar el aire que contiene. 106

Consideremos lo siguiente… Recuerde no pedir a los alumnos la respuesta al problema en este momento; deje que ellos imaginen posibles soluciones. La solución que damos a usted le permite guiar adecuadamente a los alumnos durante las actividades. Solución al problema: RM Que el café caliente se enfríe al agregar leche fría, puede explicarse con la teoría cinética. Como el café está a una temperatura mayor, las moléculas que lo forman se están moviendo más rápido que las de la leche. Cuando se le agrega la leche fría, las moléculas del café comienzan a chocar con las de la leche transfiriendo parte de su energía cinética, por eso se enfría el café. Un globo se infla al calentar el aire que

contiene, porque las moléculas del aire al calentarse se mueven más rápido, chocando con mayor frecuencia con la pared del globo y, en consecuencia, empujándola hacia afuera. La teoría cinética no permite explicar que algunos materiales conducen la electricidad y otros no. De acuerdo con el modelo de partículas, todos los materiales están formados por moléculas o átomos sin carga eléctrica con masa definida, de los cuales no se detalla ninguna estructura interna. Entonces, dos materiales diferentes en el mismo estado de agregación deberían comportarse de la misma forma. Esto no ocurre, por lo que debe existir una diferencia en la estructura interna de estas moléculas que explique por qué algunos materiales conducen la electricidad y otros no.

CIENCIAS

II


Lo que pienso del problema Contesta en tu cuaderno: 1. De acuerdo con el modelo de partículas, ¿cómo está formada la materia? 2. ¿Qué otras ideas de cómo está formada la materia recuerdas? 3. ¿De qué están formadas las moléculas? 4. ¿Las moléculas tienen carga? Explica 5. Los cables con los que conectas la televisión, ¿tienen almacenada electricidad o ésta únicamente pasa a través de ellos? Intercambien sus respuestas • Comenten las diferencias y similitudes.


a Nueva destreza emplead par los objetos Clasificar: Arreglar o agru unes o as com según sus característic diferencias

Conductores Clasifiquen algunos materiales según su capacidad para conducir corriente eléctrica. Para ello:

• Comenten: ¿Qué materiales son buenos conductores de electricidad? 1. Material a) Pinza para tender ropa, de madera o plástico b) Pila tamaño D c) Una hoja de papel de aluminio de 60 x 30 cm d) Foquito de linterna de mano e) Cinta adhesiva f) Tijeras g) Varios objetos hechos de distintos materiales como liga de hule, papel, moneda de metal, alambre de cobre y regla de madera.

107

Clasifiquen algunos materiales según su capacidad para conducir corriente eléctrica. Para ello: El propósito de esta actividad es que los alumnos se percaten de que la propagación de la corriente eléctrica depende del tipo de material que se utilice. • Comenten: ¿Qué materiales son buenos conductores de electricidad? Preste atención a lo que piensan los estudiantes para contrastarlo con lo que observen en el experimento. En general los materiales que conducen la electricidad son los metales. RL Por ejemplo: Los metales. 1. Material Es importante utilizar el alambre de cobre o las monedas porque son materiales conductores.

Manos a la obra Actividad UNO El interactivo permite la simulación del fenómeno de conductividad eléctrica, con el fin de que observen diversos materiales que conducen electricidad.

Recuerde que estas preguntas sirven para identificar las ideas que tienen los alumnos y no para evaluarlos. 1 Después de que los estudiantes tuvieron tiempo de responder las preguntas de manera individual, es recomendable que comenten sus respuestas con el resto del grupo. 1. RL Por ejemplo: Por partículas y espacio vacío entre ellas. 2. RL Por ejemplo: Aristóteles pensaba que toda la materia era continua y estaba formada por los cuatro elementos: tierra, agua, aire y fuego. Demócrito pensaba que la materia estaba formada por pequeños pedazos que ya no podían dividirse más y que llamó átomos. 3. Utilice esta pregunta para detectar si los estudiantes tienen alguna idea previa sobre el átomo, o los elementos que la componen: protones, neutrones y electrones. RL Son como "esferas" sólidas de la materia. 4. Si los estudiantes contestaron que si se recomienda preguntar: ¿qué tipo de carga, positiva o negativa? Si todas las moléculas tuvieran la misma carga, ¿qué pasaría? ¿Podrían chocar? Y si tuvieran cargas distintas ¿qué pasaría? Es importante que los estudiantes identifiquen que hasta ahora la interacción que han estudiado es entre moléculas sin carga eléctrica. RL Por ejemplo: tienen carga positiva. 5. Con esta pregunta puede detectar si los alumnos comparten ideas previas parecidas a las de Galvani y trabajarlas a lo largo de la secuencia. RL Por ejemplo: almacenan electricidad.

4 Además, fomenta la participación y el debate en el aula con la oportunidad de que los alumnos integren sus conocimientos y expresen sus ideas sobre el fenómeno observado. El recurso cuenta con instrucciones y sugerencias didácticas que usted puede revisar antes de utilizarlo para un mejor aprovechamiento. Puede utilizar el interactivo como complemento a la actividad.


145

2. Procedimiento

secuencia 21

Cerciórese de que los estudiantes armen correctamente el dispositivo. En particular, es importante que las tiras de aluminio hagan buen o con las terminales de la pila.

2. Procedimiento a) Para armar el dispositivo: i. Corten un rectángulo de papel aluminio de 60 x 30 cm. ii. Doblen hasta cinco veces el rectángulo de aluminio a lo largo para formar una tira delgada de 60 cm. iii. Corten la tira a la mitad para tener dos tiras de 30 cm. iv. Sujeten con la cinta adhesiva una de las puntas de cada tira a los extremos de la pila. v. Enrollen el extremo libre de una de las tiras de aluminio a la base del foquito. vi. Sujeten la cinta de aluminio al foco utilizando la pinza para ropa. vii. El dispositivo debe quedar armado como se muestra en la figura. b) Para probar si los materiales conducen la electricidad y por lo tanto se enciende: i. Coloquen uno de los materiales que quieran probar, de tal manera que por un lado toque la punta metálica del foco y por otro la tira de aluminio que quedó libre. ii. Tomen nota si el material permitió que prendiera el foco o no. iii. Repitan los incisos i a ii para cada uno de los objetos que van a probar.

108

146


CIENCIAS

II

3. Resultados

3. Resultados

• En su cuaderno elaboren una tabla como la que se muestra para ordenar sus observaciones.

Material

¿Se prende el foco?

4. Análisis de resultados a) RM Los metales.

¿Conduce la electricidad?

Liga de hule

RM No

RM No

Regla de madera

RM No

RM No

Papel

RM No

RM No

Moneda

RM Sí

RM Sí

Grafito de un lápiz

RM Sí

RM Sí

• RM En la tabla.

b) RM A que conducen electricidad, es decir, que pasa a través de ellos. c) RM La madera y el plástico. d) RM A que aíslan la electricidad, es decir, que no la dejan pasar. Intercambien ideas al responder: 1. RM Porque el cobre es un buen conductor de electricidad. Están forrados de plástico para cubrir el cobre y aislarlo. De esta manera es posible manipular los cables sin riesgo.


2. Esta es una buena oportunidad para trabajar las ideas previas similares a las de Galvani, por ejemplo, que el cobre es un material que guarda electricidad. RM Tiene que ver con

a) ¿Qué materiales son conductores? b) ¿A qué se refiere la palabra conductor? c) ¿Qué materiales son aislantes? d) ¿A qué se refiere la palabra aislante?

procesos al interior de la materia.

5. Comunicación • Elaboren un reporte de práctica en sus cuadernos.

3. Todos los materiales utilizados se encuentran en estado sólido, así que es probable que los alumnos los dibujen de la misma forma. De acuerdo con la teoría cinética, en los sólidos existe menor espacio entre las moléculas que en los fluidos. Cuestione a los alumnos sobre qué diferencia puede existir en los materiales para que unos conduzcan la electricidad y otros no. Esa diferencia, ¿estará en la estructura interna de las moléculas? RL

Intercambien ideas al responder: 1. ¿Por qué los cables que se usan para conectar los aparatos eléctricos están hechos de hilos de cobre y forrados con plástico? 2. Que el cobre conduzca electricidad, ¿es debido a una propiedad específica del cobre o tiene que ver con procesos que se generan dentro de la materia? 3. Dibujen el acomodo de las moléculas de cada uno de los materiales utilizados. ¿Son distintas entre sí? 4. El aumento en la frecuencia de las colisiones entre partículas, ¿será la causa de la carga positiva, y si fuera así cuál sería la de la carga negativa? ctricidad y tores de ele ido enos conduc ar que las bre lo aprend iales son bu in er ag at m im s Reflexión so rio que no bes que algu fenómeno, ¿será necesa s? ¿Cómo propondrías Ahora ya sa partícula icar este s pl ra ex ot r ra Pa po . otros no formadas su vez están moléculas a ulas? as las moléc ad rm fo n está 109

Para cerrar la sesión. se recomienda utilizar la última Reflexión sobre lo aprendido. Recuerde que el propósito de la secuencia es mostrar la necesidad de crear nuevas teorías sobre la estructura de la materia y presentar fenómenos que no podían ser explicados con esta teoría, sin embargo, no se pretende explicar ahora estos fenómenos, ya que para esto es necesario comprender algunos modelos atómicos y la existencia de los electrones, lo que se estudiará en secuencias posteriores.

4. El propósito de esta pregunta es cuestionar acerca de la explicación de los fenómenos eléctricos a partir de la teoría cinética. RM

No, porque el choque de moléculas no va a generar carga eléctrica.

Reflexión sobre lo aprendido Comente con sus alumnos que con la teoría cinética es posible, por ejemplo, describir a grandes rasgos los estados de agregación: las moléculas se acomodan de distintas formas en los sólidos, los líquidos y los gases. Sin embargo el por qué diferentes materiales conducen o no la electricidad no puede explicarse con esta teoría. RM Todos los materiales están formados por moléculas, pero es necesario que exista una diferencia en la estructura interna de las moléculas que forman a los conductores y a los aislantes para poder explicar que se comporten de formas distintas. RL Por ejemplo: Las moléculas están formadas por partículas con carga eléctrica. En los materiales conductores, las moléculas están formadas por una mayor cantidad de partículas cargadas que las moléculas de los materiales aislantes. L i b r o p a ra e l m a e s t r o

147

SESIÓN 2

secuencia 21

3 Comente con los alumnos que hasta ahora han clasificado los materiales según su capacidad de conducir corriente eléctrica. En esta sesión estudiarán otro fenómeno que tampoco pudo ser explicado pensando a la materia como formada únicamente por moléculas. Este fenómeno es la luz. Identificarán los colores que componen la luz blanca.

SESIÓN 2


El texto explica la diferencia entre conductores eléctricos y aislantes; y cómo con la teoría cinética no se puede explicar que los materiales se comporten de distinta manera al estar sujetos a una corriente eléctrica. También se menciona que la luz es una onda electromagnética. 4 Recuerde a los alumnos que las características de las ondas se estudiaron en el Bloque 1.

Respondan en su cuaderno: 1. RM Materiales que casi no oponen resistencia al paso de la corriente eléctrica.

• Pongan especial atención en la clasificación de los materiales a partir de su capacidad para conducir corriente eléctrica Texto de información inicial

¿Qué pasa cuando las cargas eléctricas se mueven? Existen algunos materiales, como los metales,

que conducen fácilmente la electricidad, y el cobre es un ejemplo de ello; estos materiales son llamados conductores. También hay materiales que oponen mucha mayor resistencia al paso de la corriente eléctrica; son los que llamamos aislantes y entre ellos están los plásticos. La teoría cinética no fue suficiente para entender por qué unos materiales conducen la electricidad y otros no. De acuerdo con esta teoría, las moléculas no tienen carga, y en todos los materiales sólidos, como el cobre o la madera, se encuentran vibrando alrededor de una posición de equilibrio. Así que fue necesario preguntarse: ¿qué diferencia tiene que existir en el interior de las moléculas de cada uno de estos materiales para que se comporten de distinta manera cuando por ellos circula una corriente eléctrica? Para comprender esto se construyeron modelos que ayudan a conocer la estructura interna de las moléculas. Ahora sabemos que están formadas por átomos que, a su vez, están formados por protones, neutrones y electrones. La diferencia entre Las ondas electromagnéticas viajan a través del vacío. De esta forma las conductores y aislantes radica en la estructura de naves espaciales y los satélites envían información que puede detectarse en la Tierra. sus átomos, es decir, en cómo se acomodan las partículas que lo forman. Existen otros fenómenos, como la luz, que tampoco podían explicarse del todo utilizando la teoría cinética. En realidad la luz, así como las ondas de radio, son ondas eletromagnéticas. Esto lo estudiarán más a fondo en las siguientes secuencias. Imagina que en un estanque de agua tranquila agitas un palo de un lado otro: esto produce ondas. Si agitaras una varilla de fierro cargada eléctricamente en el vacío se producirían ondas electromagnéticas.

2. RM Los metales son conductores y los plásticos, por lo general, son aislantes.

Respondan en su cuaderno: 1. ¿Qué son los conductores?

3. RL Por otras partículas como protones, electrones y neutrones.

2. ¿Conocen materiales que sean conductores o aislantes? ¿Cuáles? 3. ¿Las moléculas están formadas por algo más? Expliquen.

110

148


Lean el texto.

CIENCIAS

II

Actividad DOS

Actividad DOS

El video presenta una demostración de la experiencia Mezclando colores.

Mezclando colores Identifiquen los colores que componen la

Puede aprovechar el recurso para verificar los resultados de esta actividad y reflexionar de manera grupal sobre ellos.

luz blanca.

1. Comenten y respondan en su cuaderno: ¿De qué color es la luz del Sol? 2. Elijan una de las experiencias para averiguarlo:

El propósito de esta actividad es que los estudiantes identifiquen que la luz blanca está compuesta por luz de distintos colores.

Experiencia A: El arco iris a) Necesitan: i. Espejo cuadrado ii. Plato hondo con agua

4 Se recomienda dividir al grupo en dos partes, que la mitad de los equipos realice uno de los experimentos y la otra mitad el otro; así, al final de la clase podrán intercambiar lo que observaron con el resto del grupo.

iii. Hoja blanca

Identifiquen los colores que componen a la luz blanca.

En esta imagen se muestra cómo colocar el espejo dentro del plato.

b) Realicen lo que se indica: i. Coloquen el espejo dentro del plato hondo de modo que la mitad quede dentro del agua. Coloquen el dispositivo en algún lugar donde el Sol se refleje directamente en el espejo.

1. En general, los estudiantes no suelen pensar que la luz blanca está formada por luz de otros colores. Deje que contesten libremente ya que la respuesta quedará clara al realizar cualquiera de los experimentos. RL Por ejemplo: Blanca.

ii. Sostengan enfrente del espejo la hoja de papel y muévanla hasta que aparezcan los colores del arco iris. Es posible que tengan que mover también la posición del espejo. En la siguiente figura pueden observar el arreglo del dispositivo. iii. Registren sus observaciones en el cuaderno.

Experiencia A: El arco iris

111

b) En esta experiencia es necesario cambiar poco a poco el ángulo de inclinación del espejo, de tal manera que la luz del Sol incida directamente sobre este y, finalmente, buscar que el reflejo del espejo incida sobre la hoja de papel o sobre la mano de los alumnos.


149

Intercambien sus ideas sobre:

secuencia 21 experiencia B: Mezclando colores

1. RM Blanca.

a) Necesitan:

2. RM De todos los colores del arco iris.

i. Cartoncillo o cartulina blanca

3. RM El blanco.

iii. Compás

ii. Tijeras iv. Transportador


v. Lápiz corto vi. Plumones o lápices de color: rojo, naranja, amarillo, verde, azul y morado.

RL Por ejemplo: Por partículas más pequeñas de distintos colores.

b) Realicen lo que se indica: i. Dibujen un círculo de 10 cm de diámetro en la cartulina.

Para cerrar la sesión, se recomienda relacionar esta actividad con el texto anterior, recordando que la luz es una onda electromagnética. Haga notar a sus estudiantes que esta onda puede viajar a través del vacío, por eso es posible que veamos la luz del Sol. Esto les ayudará a identificar que la información puede mandarse en forma de ondas electromagnéticas por el espacio vacío y así recorrer distancias muy grandes.

ii. Recorten el círculo. iii. Dividan el círculo en seis secciones iguales. Para ello, usen el transportador y tracen una línea recta del centro al perímetro del círculo cada 60°. En esta imagen se muestra cómo se debe iluminar el círculo.

iv. Iluminen cada una de las partes de uno de los colores en el siguiente orden: rojo, naranja, amarillo, verde, azul y morado. Fíjense en la figura. v. Atraviesen el círculo por el centro con el lápiz. vi. Hagan girar al círculo. vii. Registren sus observaciones en el cuaderno. 3. Muestren al resto del grupo su experiencia. intercambien sus ideas sobre: 1. ¿De qué color es la luz del Sol? 2. ¿De qué colores está formada la luz blanca? 3. ¿Qué observan cuando mezclan todos los colores?

ido bre lo aprend l Sol se puede Reflexión so e la luz de qu s be iris. sa ya Ahora res del arco r r en los colo rían que esta descompone nd te e qu as agin este ¿Cómo te im oléculas para explicar m s a te formadas la e tu respuest Recuerda qu fenómeno? el problema. r lve so re a ayudará 112

150


CIENCIAS

II

Lean el texto.

SESIÓN 3 Comente con los alumnos que en esta sesión estudiarán la naturaleza ondulatoria de la luz, además de las limitaciones de la teoría cinética.

SESIÓN 3

• Pongan especial atención en el espectro de la luz visible. Texto de formalización

¿La luz es una onda? En el siglo XVII, Isaac Newton pudo reproducir, con un prisma de cristal, un arco iris en miniatura. Asimismo, la luz del Sol, se descompone en muchos colores fenómeno también conocido como espectro de la luz visible. Hoy se conoce que la luz es una onda, más concretamente es una onda electromagnética y cada uno de los colores que componen la luz del Sol tiene una longitud de onda distinta.


El texto menciona que la luz es una onda y que a cada color le corresponde una longitud de onda distinta. También se presenta, a manera de conclusión, las limitaciones de la teoría cinética y la necesidad de conocer más acerca de la estructura interna de las moléculas. Se recomienda consultar la enciclopedia que se menciona en la sección Para saber más… ya que muestra el espectro completo de la luz, que incluye rayos X, rayos gamma y ondas de radio que se estudiarán en secuencias posteriores. Responde en tu cuaderno.

Espectro de la luz visible. Las frecuencias bajas, de mayor longitud de onda, corresponden al color rojo y las frecuencias altas, con longitud de onda corta, corresponden al color violeta.

1. RM El amarillo.

La teoría cinética molecular, que logró explicar satisfactoriamente fenómenos macroscópicos como las transiciones de fase, la presión o la temperatura a partir de la interacción entre las moléculas, dejó de ser suficiente para explicar algunos fenómenos, como la luz y, en general, las manifestaciones eléctricas y magnéticas de la materia que tienen un origen más profundo y para lo cuál es necesario contar con modelos de la estructura de la materia en un nivel más pequeño.

2. RM Sí, para poder explicar otros fenómenos.

Responde en tu cuaderno. 1. ¿Qué color tiene una mayor longitud de onda, el verde o el amarillo? 2. ¿Será necesario replantear la manera en la que están formadas las moléculas? ¿Por qué? 113


151

Lo que aprendimos

secuencia 21

Responde el problema en tu cuaderno.

Lo que aprendimos


“¿Cuáles de los siguientes fenómenos se pueden explicar con la teoría cinética y cuáles no? Explica por qué.

Solución al problema: RM Como el café está a una temperatura mayor, las moléculas que lo forman se están moviendo más rápido que las de la leche. Cuando se le agrega la leche fría, las moléculas del café comienzan a chocar con las de la leche transfiriendo parte de su energía cinética, por eso se enfría el café.

1. El café caliente se enfría cuando se le agrega leche fría.


2. Algunos materiales conducen la electricidad y otros no. 3. Un globo que se infla al calentar el aire que contiene.” Responde el problema en tu cuaderno. Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: Electricidad: luces, corrientes y espectros en la programación de la red satelital edusat.

Un globo se infla al calentar el aire que contiene, porque las moléculas del aire al calentarse se mueven más rápido, chocando con mayor frecuencia con la pared del globo y, en consecuencia, empujándola hacia afuera. Ambos fenómenos pueden explicarse con el modelo de partículas.

ido bre lo aprend al Reflexión so e pensabas s entre lo qu ia nc re fe di s ahora. be sa e Revisa las qu lo secuencia y inicio de la rencias? ¿Existen dife

¿Para qué me sirve lo que aprendí? como medida de seguridad, al manipular corriente eléctrica se recomienda el uso de guantes. • Comenten: ¿De qué material recomendarían que estuvieran hechos? ¿Por qué?

Lo que podría hacer hoy. Los arco iris se forman cuando, después de llover, el cielo se despeja y puede verse claramente el sol. Respondan: • ¿Qué sucede con la luz del Sol cuando atraviesa las gotas de agua suspendidas en la atmósfera?

Este modelo no permite explicar que algunos materiales conduzcan la electricidad y otros no. De acuerdo con el modelo de partículas, todos los materiales están formados por moléculas sin carga eléctrica. Entonces, dos materiales diferentes en el mismo estado de agregación deberían comportarse de la misma forma. Esto no ocurre, por lo que debe existir una diferencia en la misma estructura interna de estas moléculas que explique por qué algunos materiales conducen la electricidad y otros no. 114

El programa permite identificar características de la materia como la conductibilidad, los espectros luminosos, etc. Se enfatiza la necesidad del avance científico para explicar estos fenómenos mediante nuevas teorías.

¿Para que me sirve lo que aprendí?

Ahora opino que…


Como medida de seguridad al manipular corriente eléctrica se recomienda el uso de guantes. RM Recomendaríamos que estuvieran hechos de plástico, porque este material no conduce fácilmente la electricidad.

Los arco iris se forman cuando, después de llover, el cielo se despeja y puede verse claramente el Sol. Responde:

152


• RM Cuando la luz del Sol pasa a través de las gotas de agua, ocurre algo similar a lo que observamos en la experiencia (El arco iris): la luz se separa y se forma el arco iris.

CIENCIAS

II

Para saber más…

Para saber más…

La siguiente fuente amplía la información sobre materiales conductores y ondas electromagnéticas.

1. Gasca, Joaquín (2003). Fuerzas físicas. México: SEP/ Ediciones Culturales Internacionales, Libros del Rincón. 1. Biblioteca de la ciencia ilustrada (2002). México: Fernández Editores.

En los siguientes libros puede encontrar más información sobre el espectro de la luz.

2. Bouillot-Jaugey, Isabelle (2001). Ciencia y Tecnología. Larousse Dokéo. México: Larousse. 1. Cetto, Ana María. La Luz en la naturaleza y el laboratorio. ILCE. 7 de marzo de 2007.

http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/32/html/laluz. html

1. En esta página encontrará más información sobre la luz.

2. Magaña, Luis Fernando. Los superconductores. ILCE. 7 de marzo de 2007.

http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/064/htm/ lossuper.htm

2. Este vínculo sirve para consultar sobre otro tipo de materiales: los superconductores, así como algunas de sus aplicaciones.

115


153

154



¿Qué hay en el átomo? Propósito y perspectiva En esta secuencia los alumnos analizan cómo es la estructura interna del átomo de acuerdo con diferentes teorías. Bajo una perspectiva de Historia de la Ciencia, los alumnos valoran cómo distintas teorías atómicas y sus modelos han permitido avanzar en la comprensión de la estructura de la materia y en la explicación de fenómenos.


SESIÓN



Texto introductorio

Presentar a partir de un pasaje de la vida de Alva Edison, un primer acercamiento hacia la idea de que distintos materiales están formados de partículas pequeñas relacionadas con fenómenos físicos como la electricidad.


UNO Identificar los conocimientos previos sobre la estructura de la materia. Lista de palabras clave.


Mostrar algunas de las ideas generales que llevaron a Dalton a inferir que el átomo es una partícula rígida indivisible presente en toda la materia.

¿Cuál es el primer modelo atómico moderno?


DOS Ilustrar con ejemplos las ideas sobre la estructura atómica de tres objetos distintos. Dibujos.

Por equipo: Lápiz, pluma, goma.


Describir la transformación de las ideas sobre el átomo después del modelo de Dalton. Valorar el papel de los modelos atómicos para comprender la estructura de la materia

1

2


TRES Identificar las ideas esenciales sobre los átomos con base en el texto de formalización. Línea del tiempo y cuestionario. Actividades de desarrollo

CUATRO Construir distintos modelos atómicos a partir de la información disponible. Modelos atómicos.

Construyendo un átomo Por equipo: Cinta adhesiva; compás; plastilina de colores rojo, verde, azul y negro; tarjetas de cartulina de 5 x 8 cm, plumones, cartulina de 30 x 30 cm.




155


secuencia 22

¿Qué hay en el átomo?


SESIÓN 1 1 Antes de iniciar la sesión, mencione a los alumnos que en esta sesión recordarán sus conocimientos sobre la estructura de la materia mediante la identificación de ideas clave sobre las teorías estudiadas en la Secuencia 16. Asimismo, elaborarán sus propias representaciones al ilustrar la estructura de tres objetos distintos de uso cotidiano. Pregunte a sus alumnos qué es lo que recuerdan sobre la estructura de la materia.

sesión 1

Para empezar Lee el texto. • Antes de leer, responde: ¿Por qué los cables son buenos conductores de la electricidad?

Texto introductorio

Thomas Alva Edison era un hombre tenaz y paciente. Se cuenta que después de experimentar durante mucho tiempo con una de sus bombillas, le pidió al muchacho que le asistía en su laboratorio que la dejara en la habitación del piso de arriba. El entusiasta joven subió la escalera y, accidentalmente, dejó caer la bombilla. Mientras observaba los pedazos esparcidos, Edison pidió a sus colaboradores ponerse inmediatamente a trabajar en la construcción de otra bombilla y tardaron veinticuatro horas en tenerla lista. Entonces, Edison pidió al muchacho que la subiera nuevamente. El joven, sorprendido por la petición, tomó cuidadosamente la bombilla y la llevó hasta su sitio, intacta. Ese día, Edison le enseñó al muchacho la tenacidad y la confianza características de las personas que se dedican al trabajo científico y a sus aplicaciones tecnológicas. El chico continuó trabajando en el laboratorio y aprendió que la electricidad viaja por cables y que ésta causa que las bombillas se iluminen. Jamás imaginó que dentro de la frágil esfera de cristal, en los cables y en toda la materia que existe, hay un mundo extraordinariamente pequeño de partículas y de fenómenos que ocurren entre ellas, que explica diversos cambios físicos, como la transformación de la electricidad en calor y en luz. El estudio de las características de estas partículas nos ha permitido explicar una variedad de fenómenos físicos, como la conducción de la electricidad en un metal o las propiedades magnéticas de la materia.

Edison nació en Ohio, EU en 1847 y murió en 1931. Ésta es una de sus bombillas.

Ahora conoces los alcances de la teoría cinética de partículas para explicar algunos comportamientos de la materia. En esta secuencia identificarás la estructura interna de las partículas que constituyen la materia, a partir del análisis de algunos modelos que a lo largo del tiempo se han empleado para explicar qué hay en un átomo. Apreciarás cómo los modelos atómicos han permitido avanzar en la comprensión de la estructura de la materia. 116

Para empezar • Antes de leer, responde: ¿Por qué los cables son buenos conductores de la electricidad? RL Por ejemplo: Porque son de metal y los metales son buenos conductores. Texto introductorio

El texto presenta cómo distintos materiales, como los usados por Thomas Alva Edison para probar sus bombillas, están formados de pequeñas partículas que están relacionadas con fenómenos físicos como la electricidad. El texto pone de manifiesto la importancia de tener confianza en uno mismo para realizar una tarea asignada. En el caso de la actividad científica, ser tenaz y paciente son actitudes deseables en el trabajo pues no siempre se obtienen los resultados esperados. 156


1 Pregunte a sus alumnos si conocen algo sobre la vida de Edison, cuyos inventos siguen siendo la base de muchos aparatos que forman parte de la vida cotidiana. 2 Pregunte a sus alumnos si pueden expresar lo que creen que pudo haber sentido el asistente de Edison al tirar la bombilla y luego al depositarla con éxito en su sitio. Realicen comentarios sobre la importancia sentir confianza en uno mismo.

Puede preguntar a sus alumnos si alguna vez han visto ilustraciones sobre el átomo en la televisión, en revistas o anuncios publicitarios. La secuencia permitirá a los alumnos tener un panorama de cómo surgieron estas teorías y qué es lo que representan para las ciencias. Puede comentarles que las ciencias actuales se basan en gran medida en la búsqueda de explicaciones sobre la estructura de la materia.

CIENCIAS

II



Recuerde no pedir a los alumnos la respuesta al problema en este momento; deje que ellos imaginen posibles soluciones. La que le damos a usted le permitirá guiarlos adecuadamente durante las actividades.


¿Cómo están formados el vidrio de las bombillas o focos, los cables y toda la materia que conoces? Elabora un modelo que represente su estructura interna, y que explique las siguientes cuestiones:

Solución al problema: RM 1. Los distintos objetos están formados por átomos que, a su vez, están formados por las mismas tres partículas, aunque en distinta proporción. Los protones, de carga positiva; los neutrones, que carecen de carga, y los electrones, cuya carga es negativa. Las dos primeras partículas se encuentran en el núcleo y tienen una masa similar. Los electrones son mucho más ligeros y se mueven alrededor del núcleo.

1. ¿Distintos objetos están formados por partículas diferentes? 2. ¿Cómo ha cambiado el conocimiento sobre la estructura de la materia a lo largo del tiempo?

Lo que pienso del problema Contesta en tu cuaderno: 1. ¿Un cable y un pedazo de vidrio están hechos de las mismas partículas? ¿De cuáles? 2. ¿Cuál es la parte más pequeña de estos cuerpos? 3. ¿Se pueden dividir las partículas más pequeñas con las que está formada la materia?

Manos a la obra Actividad UNO Identifica lo que sabes acerca de la estructura de la materia.

2. El conocimiento sobre la estructura de la materia ha cambiado a lo largo del tiempo. Mientras Dalton concibe al átomo como una esfera rígida e indivisible, Thompson aporta la idea de partículas más pequeñas que el átomo con carga negativa, llamadas electrones. Rutherford identificó al protón como una partícula de carga positiva. Bohr introdujo la idea de órbitas circulares alrededor del núcleo y Chadwick descubrió al neutrón. Todos estos aportes dieron lugar al modelo atómico actual, que seguirá modificándose conforme se obtengan más evidencias experimentales.

• Elabora una lista de palabras clave que explican los planteamientos de Aristóteles, Newton y Dalton acerca de la estructura de la materia. Palabras clave sobre la estructura de la materia Aristóteles

RM Cuatro elementos Agua Aire Tierra Fuego

Newton

Dalton

RM Corpúsculos Partículas

RM Esfera rígida Indivisible Sólido

Realicen lo siguiente: 1. Intercambien sus listas de palabras


2. ¿Qué semejanzas encuentran entre ellas? Escríbanlas en el pizarrón

Recuerda que estudiaste los modelos de Aristóteles y de Newton en la Secuencia 16: ¿Cómo está formada la materia?

3. Comenten: ¿Cómo es posible saber algo de los átomos si no se pueden ver?

117

Realicen lo siguiente: 2. RM Todas pensaron que la materia se forma de cosas pequeñas. Dalton pudo haber retomado la idea corpuscular de Newton. 3. RL Por ejemplo: Se han inferido debido a ciertas propiedades de la materia. Es conveniente recordar lo abordado en el Texto de formalización de la Secuencia 16.

3. RL Por ejemplo: No, porque átomo quiere decir sin división.

Manos a la obra Actividad UNO El propósito de esta actividad es identificar los conocimientos que poseen los alumnos sobre la estructura de la materia, dado el antecedente que tienen sobre esto en la Secuencia 16 con las teorías de Demócrito-Leucipo, Newton y Dalton. • Elabora una lista de palabras clave que explican los planteamientos de Aristóteles, Newton y Dalton acerca de la estructura de la materia. Para obtener las palabras clave, pídales hacer un listado de las diferencias entre estas teorías. RM En la tabla.

Lo que pienso del problema 1 Recuerde que en esta sección es importante que los alumnos expresen libremente sus conocimientos previos. Ellos podrán contrastar sus respuestas iniciales con las representanciones que elaboren y los cuestionamientos al final de la secuencia. Pregunte a los alumnos si creen que la materia es continua o discontinua y retome al final de la secuencia.

1. Algunos alumnos pueden pensar que existe un átomo distinto para cada sustancia, como si hubiera partículas para cada material. Así pueden creer que hay átomos de plástico o de agua. RL Por ejemplo: No, porque son distintos materiales. 2. Los alumnos ya tienen antecedentes sobre la idea de átomo, ya que se trabajó en la Secuencia 16. RL Por ejemplo: El átomo. L i b r o p a ra e l m a e s t r o

157

El video describe cómo los experimentos meteorológicos de Dalton sobre la presión atmosférica le llevaron a suponer que los gases se combinan en proporciones definidas para formar compuestos. 3 El recurso tecnológico fortalece la información del texto. Puede aprovechar el recurso para presentar la información a sus alumnos de manera atractiva.

• Respondan la pregunta del título. Deje que los alumnos expresen libremente sus opiniones sobre la posible respuesta del título.

secuencia 22 ¿Cuál es el primer modelo atómico moderno? Lean el texto. • Respondan la pregunta del título. Texto de información inicial

¿Es invisible el átomo? Pensar que la materia está formada por átomos esféricos e indivisibles, como propuso Dalton, era algo difícil

de aceptar a principios del siglo XIX; ya que si los átomos son los fragmentos más pequeños de la materia, entonces no se pueden ver, y si no se ven, entonces es impensable hacer experimentos directamente con ellos para comprobar su existencia. Sin embargo, Dalton conformó su modelo atómico revisando algunas teorías conocidas en su época y combinando sustancias diferentes. Sospechó, con acierto, que el agua está formada por una combinación de los gases hidrógeno y oxígeno; incluso encontró que el hidrógeno y el oxígeno tienen diferente masa; el hidrógeno es más ligero que el oxígeno. De esta manera pudo concluir que así como el agua, las sustancias combinadas están formadas por partículas con apariencia similar, pero de distinta masa, que se llaman átomos y que conforman toda la materia. Si bien no todas las suposiciones de Dalton fueron correctas, su modelo de constitución de la materia reforzó la teoría atomista que habían postulado Demócrito y Leucipo 2000 años antes. El que la materia está formada por átomos sigue siendo una afirmación aceptada en la teoría atómica actual, y con ello, el trabajo y el pensamiento de Dalton se han colocado en la historia de los modelos atómicos.


El texto muestra algunas de las ideas generales que llevaron a Dalton a inferir que el átomo es una partícula rígida indivisible presente en toda la materia.

ido bre lo aprend as Reflexión so ra que pued pa o este text ¿Qué aporta lema? ¿Son diferentes ob omos resolver el pr bre a los át de un alam los átomos ? lla bi m bo a un del vidrio de


nueva destreza

empleada r : Apoyar o aclara

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enunci los específico ficar o dar ejemp les. apropiados; identi conceptos genera de nto mie oci para ilustrar el con

Actividad DOS

Comente con sus alumnos la nueva destreza trabajada en la secuencia. 5 Pida a los alumnos que mencionen alguna cosa, hecho o fenómeno que hayan explicado con un ejemplo, así como la utilidad de los ejemplos para explicar y entender algo

ilustren con ejemplos cómo se imaginan la estructura de la materia. 1. Observen tres objetos que tengan a la mano, como lápiz, goma, pluma. 2. En el cuaderno, expliquen cómo creen que están formados. 3. Ilustren con un dibujo sus explicaciones. Realicen lo que se indica: 1. Intercambien sus dibujos.

Actividad DOS

2. Comparen las semejanzas y las diferencias entre sus ilustraciones.

El propósito de esta actividad es que los alumnos se imaginen cómo son tres objetos distintos y los ilustren con dibujos. De esta manera queda implícita su idea sobre la estructura de la materia.

3. Comenten: ¿Qué hay en un átomo?

3 Permita que ellos expresen cuál de las ilustraciones puede representar mejor la idea de átomo.

Ilustren con ejemplos lo que se imaginaron sobre la estructura de la materia. 2. Quizás algunos alumnos confundan moléculas con átomos. Mencione a sus alumnos que las moléculas están formadas por átomos. RM De átomos.

158


118

Realicen lo que se indica: 2. Con la información que tienen los alumnos hasta ahora, se espera que visualicen al átomo tal y como lo hizo Dalton. 5 Si alguno de ellos dibujara un átomo estereotipado como el modelo de Bohr o de Rutherford, que suelen aparecer en diversos medios masivos y marcas comerciales, pregúnteles sobre su significado. Quizás por los medios masivos de comunicación o las películas, algunos de sus estudiantes relacionen la palabra átomo con otras palabras como protones, neutrones, núcleo o electrones. Sin embargo no comprenden que son partículas subatómicas. Otros alumnos tendrán una idea como la de Dalton.

5 Para cerrar la sesión, y para su evaluación se recomienda colocar en un lugar visible los dibujos de los alumnos. De esta manera podrán comparar sus ideas del átomo con las que identifiquen posteriormente.

CIENCIAS

II

SESIÓN 2

Para terminar

sesión 2

Lean el texto. • Durante la lectura pongan atención en las diferencias entre los modelos atómicos. Texto de formalización

¿Cómo son los átomos?

-

Mientras la teoría de Dalton fue bien recibida por los químicos, los

3 Antes de iniciar la sesión, pida la participación del grupo para retomar lo aprendido durante la sesión anterior. Puede pedir que respondan algunas preguntas como éstas:

1. ¿Cuál es el problema que se quiere resolver?

experimentos con electricidad y magnetismo ocupaban a los físicos de finales del siglo XIX. Algunos de ellos habían comprobado que si se establece un campo eléctrico suficientemente intenso a través de los extremos de un tubo de cristal al vacío, se produce un rayo resplandeciente. Nadie podía explicar por qué sucedía esto. En 1897, Joseph J. Thomson (1856-1940) descubrió que el misterioso rayo se tuerce en presencia de imanes, lo que lo llevó a pensar que el rayo está formado de pequeñas partículas con carga negativa. Al poco tiempo, se le llamó electrón a esta partícula que desde luego no es visible. Thomson El modelo atómico de Rutherford tenía supuso que el electrón tenía que ser más pequeño que el átomo y parte electrones con carga negativa que se constitutiva de su estructura. En consecuencia, propuso un modelo atómico movían alrededor de un pequeño núcleo de gran masa con carga positiva. como una esfera sólida con carga positiva, en la que los electrones están en reposo y se disponen sobre él como las pasas de un panqué. Según este modelo, el número de electrones debe ser tal que equilibre la carga positiva que existe en el átomo. Así se obtiene un átomo con carga eléctrica neutra. Faltaba encontrar, acaso, las partículas de carga positiva, si es que las había. Por fin, el físico nacido en Nueva Zelanda Ernest Rutherford (1871-1937) postuló en 1911 que la carga positiva del átomo se encuentra concentrada dentro de una zona a la que llamó núcleo, alrededor de la cual giran los electrones. En 1917 Rutherford identificó al protón como una partícula con carga eléctrica positiva que forma parte del núcleo atómico. En 1913, el danés Niels Bohr (1885-1962) buscó explicar la estructura del átomo más simple: el hidrógeno. Propuso que el electrón gira alrededor del núcleo en órbitas, cada una con una distancia definida al núcleo y con una cantidad de energía asociada. Según Bohr, el átomo es como un sistema En 1932 James Chadwick (1891-1974) supuso que en el núcleo del solar en miniatura, en cuyas órbitas giran los electrones. átomo había otra partícula que llamó neutrón, por carecer de carga eléctrica y con una masa de valor muy similar a la del protón. Con todo lo estudiado hasta entonces, se supo que los átomos consisten en un núcleo muy pequeño que concentra la mayor parte de la masa, constituida por neutrones (sin carga eléctrica) y protones (de carga positiva) y, alrededor del núcleo se mueven electrones (con carga negativa) y que en número son igual + al de los protones, con lo que el átomo se mantiene eléctricamente neutro. La disposición de los electrones implica que el átomo es más grande que el núcleo. Si el núcleo fuera un balín esférico de 1 cm de diámetro, el átomo completo tendría ¡1 km de diámetro! La mayor parte del volumen atómico está dada, pues, por el volumen de la región que ocupan los electrones. En el modelo actual se reconoce un núcleo atómico y electrones alrededor como enjambre de abejas distribuidos según la energía que poseen En el modelo actual se reconoce un por la fuerza de atracción que ejerce el núcleo sobre ellos. núcleo atómico y electrones alrededor,

- +

2. ¿En qué se parecen sus ilustraciones al modelo de Dalton?

-

Mencione a sus alumnos que en esta sesión darán respuesta al problema mediante la identificación de las ideas centrales sobre la estructura del átomo que se dieron a finales del siglo XIX y a lo largo del Siglo XX. Con esta información construirán modelos de plastilina para representar y explicar los diferentes modelos atómicos.

+

-

Para terminar Texto de formalización

El texto describe la transformación de las ideas sobre el átomo después de la teoría de Dalton. Enfatice la evolución de las ideas sobre el átomo para que los alumnos valoren el papel de las teorías atómicas, para comprender poco a poco la estructura de la materia.

-

-

distribuidos según sus niveles de energía.

119

1 Pregunte a sus alumnos sobre el tipo de modelo que es cada uno de los que se mencionan en el Texto de formalización. Escriban sus características en el pizarrón. Evidentemente, se trata de modelos científicos.


159

Intercambien sus opiniones sobre: Los experimentos con electricidad aportaron muchos datos sobre el comportamiento de la materia a nivel atómico. Por ejemplo, un rayo producido por un campo eléctrico tenía un comportamiento distinto en presencia de un campo magnético. De alguna manera, la evidencia de esta desviación fue el criterio que llevó a Thomson a pensar en la existencia de una partícula subatómica con carga negativa. Rutherford, identificó al núcleo atómico y Bohr propuso la idea de un electrón orbitando al núcleo. Posteriormente, como constituyentes del núcleo, Rutherford descubrió el protón y Chadwick el neutrón. Si bien la teoría atómica actual considera que los electrones no se mueven alrededor del núcleo en órbitas definidas, estos científicos sentaron las bases de las teorías atómicas actuales. En nuestros días se conoce una gran cantidad de partículas subatómicas y subnucleares. Los quarks son hasta ahora las partículas más pequeñas que las personas dedicadas a la física han propuesto para explicar la estructura de la materia.

secuencia 22 intercambien sus opiniones sobre: Vínculo entre secuencias

Comente con sus alumnos cómo el interés por los fenómenos naturales es una actitud deseable en las personas que se dedican a las ciencias, aunque no es exclusiva de ellas. Cualquier persona puede tener este interés, pero requiere de cierta práctica en la actividad científica. Por ejemplo, relacionar que la película fotográfica se había velado con la presencia de sales de uranio en un cajón junto a las placas fotográficas, fue un hecho que pudo haber pasado desapercibido para otras personas sin los conocimientos necesarios para interpretar lo sucedido. Pero no para Becquerel, que observó el evento y siguió con sus experimentos. Sus conocimientos sobre la estructura del átomo hasta ese momento, sus observaciones y su capacidad de razonamiento le llevaron a descubrir la radioactividad y mostrar la utilidad de la idea de que el átomo está formado por partículas subatómicas. 160


3. La utilidad que tiene para la ciencia saber que la materia está compuesta por átomos y diversas partículas.

En 1896, el físico francés Henri Becquerel (1852 -1908) experimentaba con sales de uranio, un metal pesado. Una noche, dejó en un cajón las sales junto a una película fotográfica sin usar. Al día siguiente y para su gran sorpresa, encontró que la película se había puesto toda negra, aun en la oscuridad. Evidentemente, el uranio tenía que ser el responsable. Becquerel observó qué, sin importar su estado de agregación ni tampoco si estaban combinadas o puras, las sales seguían dejando impresiones en una película fotográfica aun cuando ésta se envolviera en un grueso papel negro. Todo esto le hizo pensar que el uranio tenía la propiedad de emitir radiación desde el interior del átomo con la propiedad de atravesar materiales opacos.

Henri Becquerel descubrió la radiactividad.

Fue así como descubrió la radioactividad, que es la capacidad de algunos elementos de emitir radiación de manera espontánea. Con este descubrimiento se tuvo una evidencia contundente: si el átomo puede emitir partículas subatómicas, entonces es divisible.

Actividad TRES identifiquen las ideas esenciales sobre los átomos. 1. Escriban una línea del tiempo en donde se aprecien las ideas más importantes sobre el átomo en forma cronológica. 2. Consideren los siguientes aspectos para su línea del tiempo: a) Partículas que considera, es decir, protones, electrones y neutrones. b) Forma del átomo. c) Distribución de las partículas.

2. RL Por ejemplo: Después de Dalton, cada teoría fue aportando elementos que completaron el rompecabezas de la explicación moderna sobre la estructura de la materia. Cada explicación tomó en consideración las teorías anteriores.


2. El proceso de desarrollo de los modelos atómicos.


1. RL Por ejemplo: La desviación de un rayo fue el hecho que le sugirió a Thomson la existencia del electrón.

3. RL Por ejemplo: Para elaborar materiales; para fabricar compuestos.

1. Los criterios que se tomaron en cuenta para definir los modelos atómicos.

Las características de los modelos las revisaste en la Secuencia 15: ¿Para qué sirven los modelos?

3. Utilicen colores para resaltar las diferencias entre la forma del átomo y las partículas detectadas por los autores señalados en el texto. identifiquen los modelos atómicos que comparten características. • Elaboren una clasificación de los modelos según su parecido.

120

Comente con sus alumno si las inferencias de Thomson, Rutherford, Chadwick y Bohr pueden considerarse modelos científicos. Desde luego que sí. Tienen capacidad explicativa y pueden predecir fenómenos electromagnéticos entre sí.

Actividad TRES El propósito de esta actividad es que los alumnos identifiquen las ideas esenciales sobre los átomos con base en el texto de formalización. 1. Se sugiere que esta línea del tiempo, que comienza con Dalton y termina con Chadwick se exponga con tiras de papel pegadas en la pared del salón. RM En la línea del tiempo que se muestra en página siguiente. 2. Consideren los siguientes aspectos para su línea del tiempo: b) RM Esférica, circular, elíptica.

c) RM Protones y neutrones en el núcleo. Electrones fuera de éste, girando alrededor. 3. Es conveniente que, aunque los modelos atómicos sean diferentes, los electrones siempre tengan el mismo color para poder identificarlos como tales en ambos modelos. • Elaboren una clasificación de los modelos según sus semejanzas. Sugiera a sus alumnos integrar su línea del tiempo al portafolio. RL Por ejemplo, los modelos de Dalton y de Thomson podrían clasificarse como estáticos, aunque el primero considere al átomo como indivisible y el segundo contemple una estructura, con electrones como pasas pegadas dentro de una zona de carga positiva. La otra clasificación en la que se encuentran Bohr, Rutherford y Chadwick puede ser la de modelos no estáticos en donde los electrones se están moviendo constantemente.

CIENCIAS

II

Sabías que...

Sabías que… La fuerza de atracción que mantiene unidos protones y electrones es una interacción a distancia pues es de naturaleza electromagnética.

Para elaborar una línea del tiempo: Identifiquen las características esenciales del objeto, proceso o fenómeno que se quiere representar. Decidan los materiales que van a usar. Puede ser un pliego de cartulina, cartoncillo, o papel, que tengan al menos 120 cm de largo y 80 cm de ancho. Se recomienda que cuenten con una regla de 1 m y plumones de colores. Tracen una línea horizontal como a 30 cm arriba del borde inferior, que comience a 1 cm del borde izquierdo y termine 1 cm antes del borde derecho y remarquen la línea con plumón de color oscuro.

Comente con sus alumnos las diferencias entre la fuerza de atracción gravitacional debida a las masas, con la fuerza electromagnética debida a las cargas. El modelo de Bohr podría sugerir a los alumnos que los electrones se mantienen girando en sus órbitas circulares por una atracción gravitatoria, lo cual es una apreciación incorrecta, pero frecuente.

Marquen con una pequeña línea vertical el comienzo y el fin de esa línea. Esas marcas representan el primer y último suceso que se registrará.

Actividad CUATRO

Dividan la línea en el número de segmentos iguales que se necesiten para representar el tiempo requerido, marcando cada uno con una pequeña línea vertical. Su línea tendrá el aspecto de una recta numérica.

El interactivo presenta diferentes animaciones tridimensionales de los modelos atómicos, así como los tipos de partículas que contemplan: electrón, protón y neutrón. 4 Además, fomenta la participación y el

Por último, ubiquen y rotulen cada uno de los sucesos que van a incluir.

Actividad CUATRO

debate en el aula con la oportunidad de que los alumnos integren sus conocimientos y expresen sus ideas sobre el fenómeno observado. El recurso cuenta con instrucciones y sugerencias didácticas que se debe revisar antes de utilizarlo para un mejor aprovechamiento.

Construyendo un átomo Construyan modelos atómicos. 1. Organícense en equipos. 2. Cada equipo elaborará un modelo diferente de átomo. a) Necesitan: i. Cinta adhesiva ii. Compás iii. Plastilina de colores rojo, verde, azul y negro. iv. Tarjetas de cartulina de 5 x 8 cm v. Plumones vi. Cartulina de 30 x 30 cm

Puede utilizar el interactivo como complemento a la actividad. El propósito de esta actividad es que los alumnos construyan distintos modelos atómicos a partir de la información que han estudiado utilizando materiales sencillos.

b) Realicen lo siguiente: i. Elaboren sobre la cartulina sus modelos. ii. Utilicen plastilina roja para representar el núcleo de los átomos, verde para los protones, azul para los neutrones y negra para los electrones. iii. Elaboren con las tarjetas letreros para señalar los componentes de cada modelo así como el científico que lo propuso. iv. Péguenlos en el lugar correspondiente. v. En el modelo actual del átomo representen un átomo de carbono que tiene 6 electrones, 6 protones y 6 neutrones.

121

MODELOS ATÓMICOS

Dalton

Thomson

Rutherford

Bohr

Chadwick

1808

1897

1911

1913

1932

Esfera rígida

Descubre el electrón

Descubre el núcleo

Átomo de hidrógeno

Descubre neutrones

Panqué de pasas

Órbitas circulares


161

c) i. RM La fuerza electrostática, que es un caso particular de la fuerza electromagnética. ii. RM El núcleo, pues contiene protones y neutrones, que son miles de veces más masivos que el electrón.

Lo que aprendimos

secuencia 22 c) Contesten en sus cuadernos: i. Si los electrones giran alrededor del núcleo, ¿qué evita que salgan disparados? ii. ¿Cuál es la parte con mayor masa en los átomos? ¿Por qué? Presenten sus modelos. • Expliquen las características de cada uno. Para saber más sobre el átomo puedes consultar el libro Dentro del átomo de las Bibliotecas escolares y de aula.


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✓ Resuelvo el problema: El alumno da una solución al problema; emplea para ello, los conceptos y las destrezas aprendidas.

"¿Cómo están formados el vidrio de las bombillas o focos, los cables y toda la materia que conoces? Elabora un modelo que represente su estructura interna y que explique las siguientes cuestiones: 1. ¿Distintos objetos están formados por partículas diferentes?


2. ¿Cómo ha cambiado el conocimiento sobre la estructura de la materia a lo largo del tiempo?” Para resolver el problema, toma en cuenta los siguientes aspectos: 1. ¿De qué están formadas las cosas? 2. ¿Cuál es la parte más pequeña de la materia?


comenten cómo ha cambiado el conocimiento de la estructura de la materia, a partir de nuevas evidencias.

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✓ Lo que podría hacer hoy: Se explora el componente conductual (tendencia a la acción) de las actitudes trabajadas durante la secuencia. Esta sección promueve la participación responsable e informada ante un problema o situación cotidiana. El maestro puede, si así lo desea, emplear algunas actividades de la secuencia, para realizar la evaluación diaria del trabajo en clase (evaluación formativa), como las que se sugieren en los cierres de sesión. Al final de cada bloque se presenta: • Un ejemplo de evaluación individual de Lo que aprendimos, así como un Ejemplo de evaluación sumativa de un bloque. • Una Lista de cotejo de destrezas y actitudes, en la que se presentan las destrezas y las actitudes que se trabajan en cada secuencia.

122

Resuelvo el problema Para resolver el problema, toma en cuenta los siguientes aspectos: 1. RM De átomos que están a su vez formados por partículas subatómicas. 2. En la actualidad el quark y el electrón son dos de las partículas verdaderamente elementales. RM En los modelos atómicos expuestos en las secuencia, el electrón. Comenten cómo ha cambiado el conocimiento de la estructura de la materia. RM El conocimiento sobre la estructura de la materia ha cambiado a lo largo del tiempo. Mientras Dalton concibe al átomo como una

162


esfera rígida e indivisible, Thompson aporta la idea de partículas más pequeñas que el átomo con carga negativa, llamadas electrones. Rutherford identificó que el protón tiene carga positiva. Bohr introdujo la idea de órbitas circulares alrededor del núcleo y Chadwick descubrió al neutrón. Todos estos aportes dieron lugar al modelo atómico actual.

Reflexión sobre lo aprendido RL Por ejemplo: Sí hay diferencia. Yo creía que la forma de los átomos era como la que proponía Dalton y que además cada uno tenía partículas diferentes.

CIENCIAS

II

¿Para qué me sirve lo que aprendí? ¿Cómo explican que un cuerpo sea eléctricamente neutro?

Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: La teoría atómica en la programación de la red satelital Edusat.

1. Utilicen alguno de los modelos atómicos para explicarlo. 2. Argumenten las respuestas en sus cuadernos.

Ahora opino que… La palabra átomo significa indivisible. 1. ¿Creen que este nombre es apropiado para referirse a la estructura de la materia? ¿Por qué? 2. Justifiquen su respuesta de acuerdo con los modelos atómicos posteriores a Dalton.

El programa permite identificar y valorar distintas teorías científicas que explican la estructura interna del átomo. 4 Puede aprovechar el recurso para sintetizar con sus alumnos los conocimientos construidos a lo largo de la secuencia. El recurso tecnológico integra el contenido de la secuencia.


3. Escriban en su cuaderno qué nombre le darían ustedes al átomo.

Para saber más…

¿Cómo explicas que un cuerpo sea eléctricamente neutro? Utiliza alguno de los modelos atómicos para explicarlo.

1. Beltrán, Faustino (2007). La culpa es de las moléculas. México: SEP/Lumen. Libros del Rincón. 2. García, Horacio (2002). La naturaleza discontinua de la materia. México: SEP/ Santillana. Libros del Rincón.

1. RM a) En el modelo de Thomson la carga de los electrones que se disponen como pasas en un panqué, debe ser numéricamente igual que la carga de la esfera sólida que los contiene.

3. García, Horacio (2002). Del átomo al hombre. México: SEP/Santillana. Libros del Rincón. 4. Herrera, Miguel Ángel (1992). Átomos y moléculas. México: SITESA. Serie Nuestro Mundo. 5. Morrison, Ian (2004). ¡La materia se rompe! México: SEP/ Libros del Rincón. 6. Noreña, Francisco (2004). Dentro del átomo. México: SEP/Libros del escarabajo. Libros del Rincón.

7. Parisi, Anna et al. (2006). El hilo conductor. La antesala del átomo. México: SEP/ Paidós. Libros del Rincón. 1. De la Peña, Luis (2005). ¿Qué es un átomo? México: DGDC, UNAM.

b) En el modelo de Bohr, se tiene un objeto neutro cuando el número de protones en el núcleo y el de electrones en las órbitas es el mismo.

1. Bosch, Pedro, et al. Pioneros de las ciencias nucleares. ILCE. 6 de marzo de 2007. http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/120/htm/_5.sechtm

Ahora opino que…

2. Bulbulian, Silvia. La radiactividad. ILCE. 2 de marzo de 2007. http://omega.ilce.edu. mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/120/htm/sec_4.htm

La palabra átomo significa indivisible.

3. Menchaca, R. Arturo. El discreto encanto de las partículas elementales. ILCE. 2 de marzo de 2007. http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/068/ htm/discreto.htm

1. RM No, porque el átomo a su vez está formado de partículas subatómicas.

123

Para saber más La consulta de los textos y páginas electrónicas recomendadas en esta sección contribuye a que los alumnos puedan profundizar y ampliar sus conocimientos acerca del tema revisado en la secuencia.

2. RM Desde el descubrimiento de Thomson al de Chadwick, se fueron incorporando nuevas partículas constituyentes del átomo: Electrones, protones y neutrones. 3. Será interesante ver los nombres que proponen. En cualquier caso deben apelar a la idea de una partícula divisible. RL

1. Este texto explica cómo los átomos forman moléculas. 2. Se recomienda para abordar la idea de discontinuidad o divisibilidad del átomo. 4. Aborda de manera sencilla las ideas antiguas y modernas sobre el átomo. 6. Aborda las partículas subatómicas. 7. Visión histórica del átomo.

1. Presenta en forma sencilla los fundamentos de la teoría atómica. L i b r o p a ra e l m a e s t r o

163

164



¿Por qué enciende un foco? Propósito y perspectiva En esta secuencia se analiza la corriente eléctrica en fenómenos cotidianos. Desde una perspectiva de historia de las ciencias se analiza el desarrollo de las ideas sobre la corriente eléctrica.


SESIÓN 1

2




Texto introductorio

Valorar el impacto familiar y social de algunos inventos como la radio y la televisión.

Después de la electricidad: Radio y televisión


UNO Observar los efectos de la corriente eléctrica al pasar por un material. Cuestionario.

Por grupo: Lámpara de mesa con foco de 100 watt.


Reconocer al electrón como la unidad eléctrica y su interacción en la corriente eléctrica.


DOS Construir un modelo de un conductor eléctrico y observar los obstáculos que impiden el libre tránsito de los electrones. Cuestionario.


Mostrar la resistencia eléctrica de un material y conocer los factores que lo determinan.

Por equipo: 2 rampas de unicel de 40 cm x 10 cm, 70 alfileres, 20 canicas, cronómetro.

Resistencia eléctrica




165


secuencia 23

¿Por qué enciende un foco?


SESIÓN 1 5 Antes de iniciar la sesión, pida a sus alumnos que mencionen todos los aparatos que funcionan con energía eléctrica. También pida a sus alumnos que expresen las diferencias que se viven en casa entre un día con electricidad y otro día sin ella.

Para empezar El video describe el avance en la tecnología de los medios de comunicación: radio y televisión y cómo intervienen en ellos fenómenos eléctricos. 4 El recurso tecnológico complementa la información del texto. Puede aprovechar el video para reflexionar sobre las ventajas que tenían estos medios de comunicación sobre los tradicionales como el correo y el periódico.

• Antes de la lectura, responde: ¿Qué significa la expresión “en vivo” al momento de una transmisión por televisión o radio? RL Por ejemplo: Que ocurre en el mismo instante en que se transmite.

166


sesión 1

Para empezar Después de la electricidad: radio y televisión Lee el texto. • Antes de la lectura, responde: ¿Qué significa la expresión “en vivo” al momento de una transmisión por televisión o radio?

Texto introductorio

Mi abuelo me contó que cuando él era joven, una de sus diversiones era escuchar la radio por la noche. Por fin oían las canciones que durante mucho tiempo habían esperado pero también las noticias, las radionovelas, los programas de aficionados y el box. Un día me dijo: “La primera televisión en el pueblo la tuvo don Jesús en 1955. Me acuerdo que la trajeron en una camioneta un miércoles en la tarde y mi compadre Ismael y yo le ayudamos a poner la antena en el techo de su casa y nos invitó a ver las imágenes ése y muchos días más. Éramos felices con la novedad de ver algo que nos parecía de otro mundo, no parpadeábamos viendo todo lo que pasaban aunque sólo hubiera dos horas de programación al día. Ya no teníamos que imaginar lo que antes el locutor de radio quería hacernos ver en la mente con sus palabras. Las imágenes eran en blanco y negro, pero de Televisor blanco y negro de 1957. todas formas no había comparación con el radio que sólo oíamos. Todas las tardes nos juntábamos en la casa de Don Jesús para ver las noticias, una función de box o conocer al fin a los artistas que a diario oíamos en el radio cuando estábamos en el campo o en la casa. Al fin pudimos verle la cara a Jorge Negrete, a José Alfredo Jiménez y a Ninón Sevilla. ¡Esa rumbera sí que era guapa!” El invento que ha causado más revuelo y sensación no sólo en México sino en todo el mundo ha sido la televisión. Pero, sin suministro eléctrico se convierte en una caja completamente inútil, al igual que la mayoría de las máquinas que nos ayudan en nuestra vida cotidiana. Aunque los modelos han cambiado, la televisión sigue siendo el medio de comunicación de mayor alcance.

Ahora conoces algunos aspectos de la electricidad. En esta secuencia comprenderás cómo y por qué la corriente eléctrica puede encender un foco o producir calor. Valorarás la importancia de la resistividad de los materiales para producir diferentes efectos físicos. 124

Texto introductorio

El texto describe un aspecto de la influencia que tuvo la televisión en la vida familiar cuando se hizo un artículo de uso cotidiano. 4 Se sugiere comentar con los alumnos si la historia del texto tiene algún parecido con situaciones personales, familiares, de amigos o vecinos de la comunidad. Podrían preguntar en algún momento a sus abuelos u otras personas mayores.

1 Propicie que los alumnos comenten acerca de los costos del servicio de energía eléctrica en su casa. Haga que sus alumnos comenten acerca de los aparatos que “gastan más luz” y se pregunten ¿a qué se debe esto?

CIENCIAS

II



No espere que sus alumnos resuelvan al problema que presentamos. Deje que ellos imaginen posibles soluciones. La respuesta que le damos a usted le permitirá guiar a los alumnos adecuadamente durante las actividades.


Vas a elaborar una extensión eléctrica para iluminar el patio de tu casa con un foco de 200 watt. Puedes elaborar una extensión larga de 20 m con cable delgado de cobre, o una corta de 3 m con cable grueso del mismo material. ¿Cuál de las dos extensiones ofrece menor resistencia al flujo de electrones? Argumenta tus respuestas en términos físicos.

Se propone esa situación problemática para iniciar al alumno en el conocimiento de los conductores y aislantes eléctricos. Se conocerán más tarde los factores que influyen en el libre flujo de electrones.

Lo que pienso del problema Contesta en tu cuaderno: 1. ¿Por qué brilla el filamento de un foco? 2. Los cables que se usan para conectar una pila con un foco generalmente son de cobre, ¿conducirá igual la electricidad un cable hecho de aluminio? ¿Por qué?

Solución al problema: RM El cable corto, el de 3m y de mayor grosor. Se emplea cobre porque es un material que presenta poca oposición al flujo de electrones.

3. Si tenemos dos cables eléctricos, uno delgado y largo y otro ancho y corto, ¿por cuál de ellos el flujo de electrones será mayor?



Observen los efectos del paso de una corriente eléctrica por un material. 1. Comenten: ¿Por qué prende un foco?

Recuerde que en esta sección se pretende que los alumnos elaboren sus primeras aproximaciones al problema. Anime a los estudiantes a participar reconociendo sus intervenciones, sin calificarlas como falsas o verdaderas, sino como una forma distinta de ver las cosas.

2. Van a necesitar una lámpara de escritorio con un foco de 100 watt. 3. Realicen lo siguiente: a) Conecten la clavija de la lámpara a la toma de corriente. b) Enciendan la lámpara. c) Describan en sus cuadernos lo que sucede con el foco. d) Pidan a un compañero que acerque su mano al foco encendido sin tocarlo. e) Permitan al compañero describir lo que sintió. f) Apaguen la lámpara. 4. Comenten: a) ¿Qué causó que el foco prendiera? b) ¿Por qué se apagó el foco? c) ¿Qué efectos detectaron en el foco cuando se encendió y apagó la lámpara? d) ¿Cómo llamarían a aquello que causó los efectos observados?

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Contesta en tu cuaderno: 1. RL Por ejemplo: Porque está hecho de un material que al o de la electricidad se calienta mucho y emite luz. 125

Reflexión sobre lo aprendido Puede pedir a sus alumnos que nombren situaciones cotidianas en las que se utiliza la electricidad. También puede aprovechar para indicarles que de las formas de energía, la eléctrica es una de las más versátiles: se puede transformar en luz, calor, sonido, etcétera. RL

Manos a la obra Actividad UNO El propósito de esta actividad es que los alumnos expresen sus conocimientos previos sobre el funcionamiento de los aparatos eléctricos mediante una corriente eléctrica.

2. RL Por ejemplo: Tal vez, pero eso se sabría haciendo pruebas con varios aparatos que midan si conduce mejor o no la corriente o haciendo experimentos para ver si encienden mejor los focos o funcionan mejor los aparatos conectados a la energía eléctrica. 3. RL Por ejemplo: Por el cable ancho puede haber mayor flujo de electrones, pero entre el corto y el largo desconozco la diferencia.

Observen los efectos del paso de una corriente eléctrica por un material. 1. RL Por ejemplo: Porque la electricidad fluye por el filamento. 4. a) RL Por ejemplo: El flujo de la corriente.

b) RL Por ejemplo: Porque dejó de fluir la corriente. c) RL Por ejemplo: Cuando enciende, emite luz y calor. d) RL Por ejemplo: Corriente eléctrica. L i b r o p a ra e l m a e s t r o

167


secuencia 23 Lean el texto.

El texto explica la participación del electrón en la corriente eléctrica. 3 Al final de la lectura, propicie que los alumnos expresen ideas claras de lo que han leído.

• Antes de la lectura, comenten: ¿Qué es una corriente electrica?


¿De qué está hecha la corriente eléctrica? A lo largo del siglo XIX se afianzó el conocimiento de la electricidad y el magnetismo. En ese entonces se estableció que la corriente eléctrica es la cantidad de carga eléctrica que atraviesa una superficie, por unidad de tiempo. A la unidad de corriente eléctrica se le llamó ampère en honor del científico francés André Ampère. La cuestión de la naturaleza de la carga o de la corriente eléctrica no se planteó hasta que se aceptó plenamente, a fines del siglo XIX, que la materia está hecha de átomos. G. John Stoney postuló la existencia de una unidad fundamental de carga eléctrica, lo que quiere decir que cualquier cuerpo electrificado o cargado eléctricamente debe poseer una cantidad de carga que sea múltiplo entero de esta unidad fundamental. Thomson identificó la unidad fundamental de carga como la carga de la partícula que descubrió en 1897 y que llamaron electrón. En 1917 Robert Andrews Millikan consiguió medir la carga eléctrica del electrón. Hoy sabemos que la corriente eléctrica es un flujo de electrones.

Ampolla de vidrio Filamento Soportes Corriente eléctrica

Gas inerte

Fuente de electricidad

Circuito Circuito Flujo de la corriente eléctrica a través de una resistencia incandescente.

126

168


CIENCIAS

II

Comenten:

Comenten:

1. RM Como un flujo de carga eléctrica.

1. ¿Cómo se define la corriente eléctrica? 2. ¿Qué partícula subatómica es responsable de la corriente eléctrica?

2. RM El electrón.

3. ¿Qué instrumentos o aparatos del salón de clase emplean corriente eléctrica?

3. RL Por ejemplo: Lámparas o focos, televisión, grabadora, computadora, proyector.

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Reflexión sobre lo aprendido En este momento es pertinente recordar a los alumnos que la teoría cinética no explica por qué algunos materiales conducen la electricidad y otros no. Por lo tanto, en esta secuencia conocerán los factores por los cuales un material puede conducir mejor la corriente o puede servir como un aislante. RL Por ejemplo: Me sirve para saber que no todos los materiales dejan pasar la carga eléctrica de la misma forma.

Sabías que… Los materiales en los cuales los electrones se pueden mover con facilidad se llaman conductores, y por el contrario, si los electrones tienen dificultad para moverse, al material se le llama aislante. La mayoría de los metales son buenos conductores y algunos buenos aislantes son la madera, el vidrio, los plásticos, la lana y la seda. No existen materiales que sean totalmente aislantes ni totalmente conductores. Los primeros se aprovechan para evitar descargas o controlar el flujo de electrones a través de los conductores. Los materiales aislantes que se utilizan con mayor frecuencia son los plásticos y las cerámicas.

Actividad DOS Construyan un modelo de la conducción eléctrica. Para ello: 1. Contesten: ¿Qué características de un material influyen en el libre tránsito de los electrones?

Sabías que…

2. Necesitan:

Se recomienda que aproveche este momento para fomentar que sus alumnos comenten las experiencias personales o familiares acerca de “toques”. Indique que el nombre “toque” se puede cambiar por el término de “descarga eléctrica”.

a) Dos rampas de unicel aproximadamente de 40 cm × 10 cm b) 70 alfileres c) 20 canicas d) Cronómetro

Vínculo entre Secuencias Recuerda que el concepto de carga eléctrica se revisó en la Secuencia 12: ¿Qué rayos sucede aquí?

127

Este vínculo permite valorar la importancia de cuidarse de las descargas eléctricas, ya sean naturales como los rayos, o artificiales como de la electricidad que usamos todos los días en casa.

Actividad DOS El propósito de la actividad es que los alumnos observen por medio de un modelo, los factores que influyen en el libre tránsito de los electrones.

Como inicio para comentar el fenómeno, realice preguntas como ¿qué circunstancias había alrededor cuando se dieron el “toque”? ¿Había agua cerca? ¿Cuál fue la fuente de energía de donde salió la descarga? ¿Qué se siente? ¿Hubo o con alguna sustancia o material? Traten de deducir las causas por las cuales se originó esta descarga y propongan algunas precauciones para evitar estos fenómenos. Para ello, haga notar el uso correcto de los aislantes.

Elaboren un modelo de la conducción eléctrica. 1. RL Por ejemplo: El tipo de material, y su grosor.


169

3. a) Impida que sus alumnos jueguen con los alfileres.

secuencia 23 3. Realicen lo que se indica: a) Claven 20 alfileres en la superficie de una de las rampas, de manera uniforme. Es importante que la distancia entre los alfileres sea siempre mayor al diámetro de las canicas para impedir que estas queden atrapadas.

Respondan: 1. a) RM Los electrones en el alambre.

b) RM Los obstáculos que impiden el libre flujo de los electrones que pueden ser los núcleos atómicos u otros electrones.

b) Claven 50 alfileres en la superficie de la otra rampa de manera similar. c) Coloquen cada una de las rampas de tal forma que tengan una inclinación de 15° aproximadamente. d) Dejen correr las 20 canicas desde la parte alta de cada una de las rampas.

2. RM La rampa que tiene 50 alfileres. 3. RM La rampa que tiene 50 alfileres.


e) Midan el tiempo que tardan en pasar todas las canicas en cada una de las rampas.

Puede aprovechar este momento para hacer un repaso y reafirmar algunas de las ideas que se han comentado durante la secuencia, al hacer preguntas como: ¿Qué relación existe entre la resistividad de un material con los aislantes eléctricos? ¿Qué importancia tiene el que haya aislantes y conductores eléctricos? RL Por ejemplo: Ahora sé que hay materiales que permiten un mayor flujo de electrones que otros.

1 Para cerrar la sesión, se recomienda que revise rápidamente lo que los alumnos saben hasta este momento acerca de los conceptos y definiciones que tienen que ver con la electricidad. Una lluvia de ideas es recomendable para hacer este repaso de manera sencilla y rápida. Puede emplear esta actividad para evaluar la sesión.

170


Respondan: 1. Si la rampa representa un cable conductor: a) ¿Qué representan las canicas? b) ¿Qué representan los alfileres? 2. ¿Cuál de las dos rampas representa un alambre donde se obstaculiza en mayor medida el libre tránsito de electrones? Coloquen los alfileres de forma similar a la que se muestra en la fotografía.

3. ¿Cuál de las dos rampas representa un alambre que ofrece mayor oposición al paso de la corriente eléctrica?

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128

CIENCIAS

II

Para terminar

SESIÓN 2 3 Antes de iniciar la sesión, haga un breve recordatorio sobre lo visto en la sesión pasada. Para ello, puede formular algunas preguntas como las siguientes:

SESIÓN 2

Resistencia eléctrica Lean el texto. • Durante la lectura, pongan atención en los factores que influyen en la oposición al flujo de la electricidad. Texto de formalización

¿Cómo influye el tipo de material para conducir la corriente?

2. ¿Cuál es la diferencia entre un conductor eléctrico y un aislante eléctrico?

La resistencia eléctrica es la oposición

al paso de una corriente eléctrica. A mayor resistencia, la corriente eléctrica disminuye. La resistencia de un alambre depende de su longitud y de su grosor. A mayor longitud del alambre la resistencia aumenta pues el camino que tienen que atravesar los electrones es mayor. En cambio, a mayor grosor la resistencia disminuye, ya que aumenta el espacio del que pueden disponer los electrones para recorrer su camino de un extremo al otro del alambre. La resistencia de un conductor se mide en ohm cuyo símbolo es la letra griega omega mayúscula: .

longitud

grosor

a carga eléctric ovimiento de tor, rica: Es el m ión de área del conduc ct elé te en Corri a secc través de un que pasa a a de tiempo. en el Sistem por unidad ia eléctrica de resistenc ad id un la Ohm: Es es. l de Unidad ente Internaciona entra la corri ón que encu erial conductor. ici os op la at : Es m ia nc un te en sis do Re rri rante su reco ades de ohm ( ). eléctrica du id dado en un Su valor está

Material

Longitud

Grosor

Coeficiente de resistividad · mm2 / m (a 20°C )

Para terminar El interactivo permite la simulación de la resistencia eléctrica de varios alambres cilíndricos en función de sus dimensiones y de la resistividad de los materiales.

Resistencia del cable

Plata

1m

1 mm 2

0.0159

0. 0159

Cobre

1m

1 mm 2

0.0172

0. 0172

Aluminio

1m

1 mm 2

0.028

0. 028

Tungsteno

1m

1 mm 2

0.0549

Carbón

1m

1 mm 2

40.0

1. ¿Cuál es el problema que hay que resolver?

0. 0549 40. 0

Tabla comparativa de resistencias de algunos materiales con la misma longitud, mismo grosor pero diferente coeficiente de resistividad. La resistividad es específica para cada material.

4 Además, fomenta la participación y el debate en el aula con la oportunidad de que los alumnos integren sus conocimientos y expresen sus ideas sobre el fenómeno observado. El recurso cuenta con instrucciones y sugerencia didáctica que se debe revisar antes de utilizarlo para un mejor aprovechamiento.

Puede utilizar el interactivo como complemento a la lectura.

Responde en tu cuaderno:


• ¿De qué manera influyen la longitud y el grosor en el flujo de la corriente eléctrica por un conductor?

El texto define la resistencia eléctrica y expone los factores que la determinan. 129

Responde en tu cuaderno: • RM A mayor longitud, mayor resistencia y viceversa. A mayor área o grosor, menor resistencia al paso de la corriente.


171

Lo que aprendimos En la sección Lo que aprendimos, se presentan las siguientes actividades de evaluación de los contenidos de la secuencia: ✓ Resuelvo el problema: El alumno da una solución al problema; emplea para ello, los conceptos y las destrezas aprendidas. ✓ Para qué me sirve lo que aprendí: El alumno transfiere los nuevos aprendizajes a situaciones y contextos diferentes a los estudiados.

secuencia 23 Sabías que… Existen algunos materiales que prácticamente no presentan resistencia al paso de la corriente, llamados superconductores. Éstos se han utilizado para fabricar electroimanes que generan campos magnéticos intensos sin pérdidas de energía. La gama de aplicaciones de los superconductores es inmensa: computadoras más rápidas, desarrollo de trenes de alta velocidad que pueden desplazarse en levitación y que evitan toda pérdida de energía por frotamiento. En la tecnología del futuro los superconductores tendrán un papel especial y predominante. El desplazamiento de un tren de alta velocidad que usa electroimanes, se lograría al cambiar rápidamente el sentido de los polos magnéticos de los imanes. Al no tocar el riel, no habría fricción ni desgaste.


Lo que aprendimos Resuelvo el problema “Vas a elaborar una extensión eléctrica para iluminar el patio de tu casa con un foco de 200 watt. Puedes elaborar una extensión larga de 20 m con cable delgado de cobre, o una corta de 3 m con cable grueso del mismo material. ¿Cuál de las dos extensiones ofrece menor resistencia al flujo de electrones? Argumenta tus respuestas en términos físicos.”

✓ Lo que podría hacer hoy: Se explora el componente conductual (tendencia a la acción) de las actitudes trabajadas durante la secuencia. Esta sección promueve la participación responsable e informada ante un problema o situación cotidiana. El maestro puede, si así lo desea, emplear algunas actividades de la secuencia, para realizar la evaluación diaria del trabajo en clase (evaluación formativa), como las que se sugieren en los cierres de sesión.

Para resolver el problema, haz lo que se te pide: 1. ¿Cuáles son los factores que influyen en la resistencia eléctrica de un material? 2. ¿Cuál de las dos extensiones ofrece menor resistencia? 3. ¿Por qué se eleva la temperatura en un cable que conduce corriente? 4. ¿Por qué los filamentos de un foco son de tungsteno y no de cobre?

Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: Cargas y corrientes eléctricas en la programación de la red satelital edusat.

Al final de cada bloque se presenta: • Un ejemplo de evaluación individual de Lo que aprendimos, así como un Ejemplo de evaluación sumativa de un bloque. • Una Lista de cotejo de destrezas y actitudes, en la que se presentan las destrezas y las actitudes que se trabajan en cada secuencia.

Resuelvo el problema Para resolver el problema, haz lo que se te pide: 1. RM El grosor, la longitud y el tipo de material. 2. RM La extensión de menor longitud y de mayor grosor. 3. RM Porque los choques de los electrones con los átomos del material les transfiere energía y se ponen vibrar. 4. RM Porque el tungsteno se vuelve incandescente a esa temperatura y el cobre no. 172


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130

Reflexión sobre lo aprendido Los estudiantes deben utilizar los nuevos conocimientos para explicar la importancia de los materiales con alta y baja resistividad en la vida diaria. RL Por ejemplo: Creía que los focos producían luz usando cualquier material, pero desconocía que esto es efecto de la resistividad del material.

El programa permite identificar los conceptos de energía eléctrica, corriente y carga eléctrica, así somo sus formas de medición. 4 Puede aprovechar el recurso para sintetizar con sus alumnos los conocimientos construidos a lo largo de la secuencia. El recurso tecnológico integra el contenido de la secuencia.

CIENCIAS

II



Comparen el flujo eléctrico que corre por un cable con el flujo de agua que corre por una tubería.

Comparen el flujo eléctrico que corre por un cable con el flujo de agua que corre por una tubería. 1. Utilicen para ello los términos resistividad, resistencia eléctrica, corriente eléctrica y ohm.

1. RL Por ejemplo: El agua que fluye por un tubo de mucho diámetro tiene pocos o ningún problema para desaguar con facilidad. Todo lo contrario pasará con un tubo delgado que además pueda tener dentro sarro o se hayan quedado objetos atorados, lo que hace que el agua se estanque y no fluya. También influye la longitud del tubo: es más fácil que fluya por uno corto que por uno largo. La corriente eléctrica se compararía con el agua; los factores que impiden el flujo continuo del agua se compararían con la resistencia eléctrica de los materiales. Y la cantidad de obstáculos dentro de los tubos, el material, el grosor se compararía con la medida de resistencia, que es el ohm.

2. Consideren tubos de agua de diferente longitud y grosor; y si el tubo se encuentra limpio o con depósito de sarro en su interior.

Lo que podría hacer hoy… Algunos aparatos que sirven para producir calor utilizan un dispositivo que se llama resistor, como el filamento de las parrillas eléctricas. • Comenten: 1. Nombren al menos dos dispositivos o aparatos que utilizan resistores. 2. Pregunten en su casa, o con amigos y familiares, si estos aparatos consumen poca o mucha corriente eléctrica. 3. ¿Qué precauciones debemos tener al manejar estos aparatos?

Para saber más… 1. Allier Cruz, Rosalía A. et al (2005). La Magia de la Física. Tercer Grado. México: McGraw-Hill. 2. Herrera, Miguel Ángel (1996). Cargas y Corrientes. México: SITESA. 1. Barry, Patrick. Cumpliendo con las expectativas. Los superconductores. Ciencia NASA. 1 de febrero de 2007. http://ciencia.nasa.gov/headlines/y2003/05feb_superconductor. htm 2. De Buen, Odón. ILUMEX: desarrollo y lecciones del primer proyecto mayor de ahorro de energía en México. INE. 28 de febrero de 2007. http://www.ine.gob.mx/ueajei/ publicaciones/libros/437/odon.html

Lo que podría hacer hoy… Algunos aparatos que sirven para producir calor utilizan un dispositivo que se llama resistor, como el filamento de las parrillas eléctricas. 1. RL Por ejemplo: Las parillas eléctricas para cocinar y calentar alimentos, las bombillas o focos. 131

2. RL Por ejemplo: Generalmente consumen mucha energía. 3. RL Por ejemplo: Como son aparatos que pueden quemar hay que manejarlos con cuidado. No dejar que duren conectados a la corriente más tiempo del necesario. Revisar que los componentes: cable, aislante, resistencia, o, estén en buenas condiciones.

Para saber más… Estos libros amplían la información sobre materiales conductores, corriente eléctrica y carga eléctrica. En las siguientes páginas puede encontrar más información sobre la conductividad y los resistores eléctricos.


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¿Cómo se genera el magnetismo? Propósito y perspectiva En esta secuencia se analizan los experimentos sobre el magnetismo que permitieron el descubrimiento de la inducción electromagnética; para ello se considera que la corriente eléctrica se debe al movimiento de electrones en un conductor. Desde una perspectiva CTS, se relacionan fenómenos cotidianos con el magnetismo y el movimiento de electrones en un conductor. Se reconocen y valoran de manera crítica las aportaciones de las aplicaciones del electromagnetismo al desarrollo social y a las facilidades de la vida actual.


SESIÓN 1


Señalar el uso de las tarjetas con banda magnética en la sociedad moderna. Apreciar la importancia de la inducción electromagnética en la vida cotidiana.


UNO Analizar cómo se genera el magnetismo a partir de la electricidad. Cuestionario.


Describir los experimentos que permitieron el descubrimiento de la inducción electromagnética.


2



DOS Analizar cómo se genera una corriente eléctrica a partir del magnetismo. Reporte de práctica.

Materiales necesarios o trabajo en casa La inducción de Faraday en nuestro siglo Generación de un campo magnético Por equipo: 1m de alambre de cobre esmaltado delgado, calibre 22, batería de 9 o 25 Volts, 2 rectángulos de madera para soporte del clavo, 1 clavo grande de 5 cm de largo, brújula, globo y cinta adhesiva.

Inducción electromagnética Por equipo: 1 imán de barra grande de 10 cm de largo por 5 cm de ancho; 3 m de alambre de cobre esmaltado delgado, calibre 22; cilindro de cartón o trozo de tubo, de entre 8 a 10 cm de diámetro; lija para metal; amperímetro o medidor de corriente.

Explicar cómo se produce la inducción electromagnética y el establecimiento de la ley de inducción de Faraday.


¿Para qué me sirve lo que aprendí? Ahora opino que… Lo que podría hacer hoy… L i b r o p a ra e l m a e s t r o

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secuencia 24

¿Cómo se genera el magnetismo?


sesión 1

La inducción de Faraday en nuestro siglo Lee el texto. • Antes de la lectura, recuerda algunas propiedades de los imanes.


Texto introductorio

Muchas de nuestras actividades cotidiana como encender la luz, ver la televisión o comunicarnos telefónicamente a muy larga distancia, son posibles gracias a la tecnología desarrollada a partir del electromagnetismo. Hoy en día algunas tarjetas telefónicas "prepagadas", las credenciales de identificación en algunas instituciones educativas y empresas privadas, así como las tarjetas de banco, incluyen una banda magnética con información que puede ser leída por una máquina lectora electrónica. Las bandas magnéticas tienen excelentes posibilidades en aplicaciones de corta duración, como boletos de avión y de estacionamiento, donde la utilidad esperada del boleto es del orden de las 24 horas. Las tarjetas con banda magnética nos han permitido la comunicación telefónica, la identificación de personal y los retiros de dinero en cajeros automáticos, con un mínimo de esfuerzo y de consumo de tiempo. La automatización de muchas actividades cotidianas es hoy una realidad.


SESIÓN 1 Para el inicio de sesión, antes de la lectura, se le sugiere repasar brevemente con los alumnos conceptos adquiridos en las secuencias 13 y 21, donde se establece que el magnetismo puede ser generado con una corriente eléctrica. En esta sesión describirán como se produce un campo magnético a partir de una corriente eléctrica, entendida como el movimiento de carga y, en concreto, como un movimiento de electrones dentro de un material conductor. Apreciarán la importancia de un experimento que verifique ese hecho y valorarán posteriormente cómo este conocimiento permitió el descubrimiento de la inducción electromagnética, fundamental para el desarrollo de gran parte de los adelantos tecnológicos de nuestro tiempo.

Para empezar

Ahora conoces algunas características de los imanes y lo que es una corriente eléctrica. En esta secuencia comprenderás que el movimiento de los electrones en un conductor produce efectos magnéticos y que, en determinadas condiciones, el magnetismo puede producir electricidad. Valorarás el fenómeno de la inducción electromagnética como uno de los descubrimientos científicos más importantes de la historia, sin el cual no se hubiera desarrollado gran parte de la tecnología que utilizas en tu vida diaria. 132

Para empezar El video presenta los experimentos que llevaron al descubrimiento de la inducción electromagnética, así como la aplicación de la inducción electromagnética en el uso de las tarjetas de crédito, en el supermercado y otras aplicaciones. 4 El recurso tecnológico complementa la información del texto. Puede aprovechar el recurso para reflexionar con sus alumnos sobre las situaciones u objetos en los que identifican aplicaciones electromagnéticas.

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Texto introductorio

El texto describe el uso común de las tarjetas con banda magnética. La tecnología asociada al funcionamiento de las tarjetas con banda magnética pudo ser desarrollada gracias al conocimiento del fenómeno de la inducción electromagnética, tema que se irá desarrollando durante esta secuencia. Pida a sus alumnos que describan el funcionamiento del electroimán visto en la Secuencia 21.

CIENCIAS

II



Ahora se puede hablar por teléfono o retirar dinero en los cajeros automáticos de los bancos mediante tarjetas de plástico en cuyo reverso tienen una banda magnética. La información del se encuentra grabada allí. ¿Por qué la persona que cobra, desliza la tarjeta en la rendija de un lector electrónico? ¿Qué sucede dentro del lector que permite “leer” la información incluida en la banda magnética? Explica tus respuestas.

Recuerde no pedir a los alumnos la respuesta al problema en este momento; deje que ellos imaginen posibles soluciones. La solución que damos a usted le permite guiar adecuadamente a los alumnos durante las actividades.

Manos a la obra

Solución al problema: RM Cuando se desliza la banda magnética por la rendija del lector electrónico, se está haciendo pasar un imán a través de una bobina, ubicada en la rendija. Con este proceso se induce corriente eléctrica en una bobina, que está conectada a un circuito eléctrico más complejo por medio del cual se interpreta la corriente inducida como una señal, para realizar una llamada telefónica al banco y éste, dependiendo de la situación financiera del tarjetahabiente acepta o no la transacción.

Actividad UNO


Lo que pienso del problema En tu cuaderno: 1. Cita una propiedad de los imanes. 2. Contesta: a) ¿Qué es lo que provoca el movimiento de la aguja de una brújula? b) ¿Cómo participa el magnetismo en la generación de electricidad? c) ¿Cómo se puede “leer” la información que contiene la banda magnética de una tarjeta de teléfono o bancaria?

Generación de un campo magnético

1. RL Por ejemplo: Atraen y repelen a otros imanes y a ciertos objetos.

Analicen cómo se genera el magnetismo a partir de la electricidad. • Respondan: ¿Una corriente eléctrica puede generar un efecto magnético?

2. a) RL Por ejemplo: La presencia de un imán o de cualquier fuente de magnetismo.

1. Van a necesitar: a) 1 m de alambre de cobre esmaltado delgado, calibre 22 b) Batería de 9 volts

b) En este caso, las respuestas pueden ser muy variadas y aproximadas. RL Por ejemplo: Un imán altera el funcionamiento de los aparatos eléctricos o la corriente eléctrica genera magnetismo, parece lógico que se dé el proceso contrario.

c) Clavo grande de 5 cm de largo d) 2 rectángulos de madera para soportar el clavo de 1.5 cm de espesor y 3 cm de altura e) Brújula f) Globo g) 2 trozos de cinta adhesiva 2. Realicen lo que se indica: • Armen un circuito eléctrico con la batería, el alambre y el clavo montado en los bloques de madera, como se muestra en la figura.

Circuito eléctrico. 133

El propósito de esta actividad es que los alumnos observen el fenómeno del magnetismo, reproduciendo aproximadamente el experimento de Oersted. Se verifica que una corriente que circula por un conductor genera magnetismo, que se detecta con el movimiento de la aguja de una brújula. Se hace hincapié en que la corriente se produce con el movimiento de los electrones libres que se encuentran en el metal del cual están hechos los cables. 2 Permita que los alumnos se den cuenta de la presencia de efectos magnéticos en cuanto conecten los cables a la pila. Analicen cómo se genera el magnetismo a partir de la electricidad.

c) RL Por ejemplo: Mediante algún aparato o equipo eléctrico o con una computadora.

Manos a la obra Actividad UNO El interactivo permite la simulación de los experimentos de Oersted y Ampère; mediante la manipulación de un cable conductor con corriente y una brújula se observan los efectos magnéticos con la deflexión de la aguja de una brújula. 4 Además, fomenta la participación y el debate en el aula con la oportunidad de que los alumnos integren sus conocimientos y expresen sus ideas sobre el fenómeno observado. El recurso cuenta con instrucciones y sugerencias didácticas que se deben revisar antes de utilizarlo para un mejor aprovechamiento.

Puede completar la actividad con este interactivo. L i b r o p a ra e l m a e s t r o

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3. Comenten:

secuencia 24 experiencia a

a) RM En la Experiencia A, cuando se conectan los cables a la pila, se produce una corriente eléctrica y entonces se mueve la aguja de la brújula, indicándonos que la corriente produce un efecto magnético. En la experiencia B, el movimiento del globo cargado con respecto a la brújula se puede entender como una corriente eléctrica (pues hay carga en movimiento) y la corriente eléctrica genera un campo magnético.

a) Enrollen el alambre en el clavo dejando dos terminales libres. Dejen un espacio de 2 a 3 mm entre cada vuelta como se muestra en la figura. b) Coloquen la brújula entre los bloques de madera y abajo del clavo, como se muestra en la figura. c) Conecten los extremos libres del alambre a los polos de la batería y fíjenlos con cinta de aislar o adhesiva. d) Observen qué pasa con la aguja imantada de la brújula. experiencia B a) Inflen el globo. b) Carguen eléctricamente el globo frotándolo con su cabello. c) Acerquen la brújula al globo y déjenla quieta.

b) RM En los casos en los que se presentó el efecto, hubo movimiento de carga eléctrica con respecto a la brújula.

d) Observen lo que ocurre. e) Dejen la brújula en un lugar fijo. f) Acerquen y alejen rápidamente el globo cargado a la brújula.

c) RM No. Cuando el globo cargado está frente a la brújula en reposo no se observa ningún efecto magnético.

g) Observen qué ocurre. 3. Comenten: a) ¿En cuáles de las demostraciones observaron efectos magnéticos y cómo los detectaron? b) ¿Qué provocó el efecto magnético? Expliquen. c) ¿Habrá campo magnético si se tiene una carga eléctrica en reposo? Justifiquen.

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CIENCIAS

II


Lean el texto.

El texto describe cómo se genera el magnetismo a partir del movimiento de electrones y menciona algunos aspectos importantes de los experimentos originales de Oersted y Ampère. Con esta lectura se formalizan las conclusiones de la actividad anterior 2 .

• Durante la lectura pongan atención en las características del campo magnético. Texto de información inicial

¿El movimiento de los electrones genera el magnetismo? Sabemos que la corriente

eléctrica es carga eléctrica en movimiento. Los metales son buenos conductores porque cada uno de los átomos que le dan estructura al sólido tiene al menos un electrón débilmente ligado. Por lo tanto, si un cable metálico se conecta a una batería, estos electrones se mueven con facilidad, debido a la energía que ésta les transfiere; en ese momento se produce una corriente eléctrica. Cuando se acerca una brújula a Limadura de hierro alrededor de un alambre un cable metálico por el cual fluye con corriente. una corriente eléctrica, la aguja imantada de la brújula se mueve, orientándose siempre en una dirección particular. La aguja imantada es afectada por la corriente eléctrica tal como si se pusiera cerca de un imán de barra. La conclusión es simple la carga eléctrica en movimiento produce magnetismo. Este efecto fue descubierto por el físico danés Hans Christian Oersted en 1820. El gran físico y matemático francés André Marie Ampère, en esa misma década, perfeccionó los experimentos de Oersted y descubrió también que cuando dos cables paralelos conducen corriente en la misma dirección y sentido se repelen, y cuando conducen en sentidos opuestos, se atraen. iona vo que func un dispositi ctrica, Batería: Es elé a gí er en de rtir como fuente mente a pa permanente realimentada s. ica ím qu s de reaccione

Comenten: Si un electrón se mueve uniformemente, describiendo una trayectoria rectilínea: Vínculo entre Secuencias Recuerda que el concepto de electricidad se revisó en la Secuencia 12: ¿Qué rayos sucede aquí?

• RM Sí, porque un electrón en movimiento constituye una corriente eléctrica, un campo magnético produce una fuerza sobre el electrón, y una fuerza no equilibrada provoca una aceleración capaz de cambiar su trayectoria.

Vínculo entre Secuencias Recuerda que la descripción de un electroimán se revisó en la Secuencia 21: ¿De qué están hechas las moléculas?

Para el cierre de sesión y para la evaluación puede pedir a los alumnos un breve resumen de la Actividad UNO, incluyendo las ideas principales del texto de información inicial. 5

Vínculo entre Secuencias Para recordar el fenómeno del magnetismo revisa la Secuencia 13: ¿Un planeta magnético?

Comenten: Si un electrón se mueve uniformemente, describiendo una trayectoria rectilínea: • ¿Puede cambiar su trayectoria si se aproxima a un imán?

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Estos vínculos permiten recuperar el concepto de carga eléctrica y algunas propiedades de los imanes.


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SESIÓN 2

secuencia 24

Para iniciar la sesión y recordar lo aprendido, se le sugiere reiterar que una corriente eléctrica en un conductor, genera efectos magnéticos a su alrededor. 2 Pregunte si lo contrario es posible: ¿mediante la manipulación de un imán y un conductor es posible generar una corriente eléctrica?

SESIÓN 2

Inducción electromagnética analicen cómo se genera un campo eléctrico a partir de un campo magnético. 1. Material a) 3 imanes de bocina unidos. b) 3 m de alambre de cobre esmaltado delgado, calibre 22. c) Cilindro de cartón o trozo de tubo, de entre 8 a 10 cm de diámetro. d) Pedazo de lija gris, para metal. e) Foco de 1.5 v con su receptáculo. 2. Procedimiento

Actividad DOS

a) Construyan una bobina. Para ello: i. Enrollen el metro de alambre de forma que tenga 10 vueltas de 8 cm de diámetro aproximadamente, como se muestra en la figura. Pueden auxiliarse enrollando el alambre sobre un cilindro de cartón de papel sanitario o un trozo de tubería.

El interactivo permite la simulación de los experimentos de inducción: el porta un imán, lo introduce y lo retira de la espira, y el foco enciende. El puede controlar la velocidad del movimiento del imán. El foco prenderá con diferentes intensidades en función de la velocidad del imán. Una segunda imagen, muestra al imán fijo y se mueve la espira, de igual manera el tendrá control sobre la velocidad de la espira. Se pueden presentar las mismas imágenes variando el número de espiras.

ii. Lijen los extremos del alambre ligeramente. iii. Conecten los extremos del alambre al foco. b) Introduzcan los imanes en la bobina y retírenlos lentamente. c) Observen si el foco enciende. d) Repitan el inciso b pero con mayor rapidez. e) Observen si el foco enciende. f) Introduzcan los imanes a la mitad de la bobina. g) Observen si el foco enciende. Foco

campo Magnético

4 Además, se fomenta la participación y el debate en el aula con la oportunidad de que los alumnos integren sus conocimientos y expresen sus ideas sobre el fenómeno observado. El recurso cuenta con instrucciones y sugerencias didácticas que se sugiere revisar antes de utilizarlo para alcanzar un mejor aprovechamiento.

Puede hacer uso del interactivo como complemento de la actividad. El propósito de esta actividad es verificar que la inducción electromagnética se produce cuando se modifica el flujo magnético en una bobina, e inferir así, la ley de inducción: La cantidad de corriente inducida es directamente proporcional a la rapidez del cambio del flujo magnético en la bobina. Analicen cómo se genera un campo eléctrico a partir de un campo magnético.

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Actividad DOS

Bobina Receptáculo imán

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CIENCIAS

II

3. Resultados

3. Resultados

• RM En la tabla.

• Anoten sus observaciones en la tabla de resultados propuesta.

4. Análisis de resultados Experimento

Detección de corriente

Al retirar lentamente los imanes

RM Prácticamente no se detecta.

Al retirar rápidamente los imanes

RM En esta situación se induce la mayor cantidad posible de corriente.

Al introducir sólo la mitad de los imanes

RM Sí, se induce corriente aunque en una cantidad menor al caso anterior.

Pida a sus alumnos que guarden las preguntas y las respuestas de esta sección en su portafolio. a) RM Se induce mayor cantidad de corriente en cuanto aumenta la rapidez con la que se introduce y se retira el imán. b) RM Únicamente a la rapidez en el cambio del flujo magnético.


Intercambien sus opiniones sobre la naturaleza de la inducción electromagnética.

a) ¿En qué casos detectaron corriente y en cuál de ellos fue mayor? b) ¿A qué se debe la diferencia entre las corrientes? 5. Comunicación • Elaboren un reporte de la práctica en sus cuadernos.

Oriente a sus alumnos para que sus opiniones reconozcan que sólo es posible tener una corriente inducida en una espira o en una bobina si varía el flujo magnético a través de la bobina. Esto se puede lograr de dos formas: poniendo y retirando el imán de las inmediaciones de la bobina o moviendo la bobina con respecto al imán; así cambia el área de la bobina expuesta al imán.

Intercambien sus opiniones sobre la naturaleza de la inducción electromagnética.

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Para terminar

secuencia 24

Para terminar


Lean el texto.

El texto describe cómo se produce la inducción electromagnética y se enuncia la ley de inducción de Faraday. Respondan en su cuaderno: 1. RM Fluye más corriente por la bobina que tiene un mayor número de espiras. La velocidad con la que cambia el flujo es la misma para las dos; entonces, la ley de Faraday establece que la corriente inducida es directamente proporcional al número de espiras. 2. RM No, porque es necesario que el flujo varíe para inducir una corriente; o bien que varíe el campo magnético del área expuesta al imán.


• Durante la lectura pongan atención en cómo se produce una corriente eléctrica. Texto de formalización

¿Cómo se genera electricidad a partir del magnetismo? El físico inglés Michael Faraday sabía que una corriente eléctrica genera un campo magnético y se hizo esta

pregunta: ¿El magnetismo genera, de alguna manera, corriente eléctrica? Para responderla experimentó con imanes y bobinas. Una bobina se compone de varias espiras superpuestas. Una espira es un trozo de alambre que forma un círculo, es decir, sus dos extremos coinciden. Faraday comprobó que si se sitúa un imán en reposo respecto a una espira, no pasa absolutamente nada. No se detecta ningún efecto. Pero, para su sorpresa, descubrió que si se introduce y se saca rápidamente un imán de la espira, se detecta inmediatamente una corriente eléctrica circulando en ésta. A este efecto se le llamó inducción electromagnética. Para que se induzca una corriente eléctrica tiene que haber movimiento relativo entre el imán y la espira, es decir, si se mantiene fijo el imán, hay que mover o rotar la espira con respecto a éste, logrando que cambie el área de la espira a él expuesta. También es posible inducir una corriente, manteniendo la espira fija y moviendo el imán hacia adentro y hacia fuera de ella. En ambos casos, Faraday reconoció que se estaba haciendo variar en el tiempo una cantidad llamada flujo magnético, definida como el producto de la magnitud del campo magnético —generado con un imán permanente o con un alambre que conduce corriente—, por el área de la espira expuesta al campo magnético. Faraday concluyó enunciando la ley de inducción: “La corriente inducida en una bobina, es directamente proporcional a la rapidez con la que cambia el flujo magnético y al número de espiras”. Una aplicación directa de la ley de inducción es la construcción de un generador, que permite convertir energía mecánica en energía Espira con un imán. eléctrica.

Aquí está la clave para resolver el problema: al inducirse una corriente en una bobina, ésta puede transmitirse a un circuito eléctrico complejo para su procesamiento. RM Se induce una corriente eléctrica en la bobina.

Respondan en su cuaderno: 1. Si se hace pasar un imán con la misma velocidad a través de dos bobinas del mismo diámetro, pero con diferente número de espiras, ¿en cuál se inducirá una mayor corriente? ¿Por qué? 2. ¿Se podrá producir una corriente en una espira si se tiene un imán en reposo? ¿Por qué?

ido anes? bre lo aprend entre dos im Reflexión so en el espacio el problema? r una bobina ra lve gi so re se si ra ¿Qué pasa cimiento pa ve este cono ¿De qué te sir 138

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CIENCIAS

II

Las ciencias y la comunidad científica En este apartado, se presentan algunos datos sobre el descubrimiento de Faraday: la inducción electromagnética. Se le sugiere enfatizar que el trabajo de Faraday fue muy importante para las ciencias de su época. La inducción electromagnética mostró la simetría que existe entre la electricidad y el magnetismo, que entonces se consideraban dos disciplinas separadas. Con base en los trabajos de Ampère y Faraday, Maxwell pudo sintetizar teóricamente la electricidad y el magnetismo y descubrir las ondas electromagnéticas, tema de la siguiente secuencia. Con el electromagnetismo como conocimiento fundamental, se ha desarrollado gran parte de la tecnología que se utiliza cotidianamente. Se pueden hallar ejemplos de inducción electromagnética, como la generación de energía eléctrica en una planta hidroeléctrica, los acumuladores de autos, los lectores de discos duros de computadoras, etcétera.

Las ciencias y la comunidad científica Michael Faraday vivió durante el siglo XIX en Inglaterra. Su descubrimiento de la inducción electromagnética abrió la posibilidad de generar electricidad a partir de energía mecánica. Este conocimiento propició el desarrollo de la tecnología de las plantas hidroeléctricas y los transformadores, permitiendo con esto la industrialización de Inglaterra, de otros países europeos y de los Estados Unidos. Si con la máquina de vapor se dio la primera revolución industrial de finales del siglo XVIII, la inducción electromagnética tuvo su Michael Faraday (1791-1867). protagonismo en la segunda revolución industrial que se registró a finales del siglo XIX. Desde un principio, la electricidad fue considerada como la energía panacea, capaz de mejorar la vida de todos. Las exposiciones universales reservaban un lugar de honor a la electricidad, y técnicos e inventores se afanaban en crear aplicaciones prácticas para el nuevo tipo de energía. Faraday fue uno de los autodidactas más extraordinarios de todos los tiempos, demostrando que la falta de recursos económicos no es un impedimento para ingresar en el mundo fascinante de la ciencia. La inducción electromagnética se utiliza hasta nuestros días; se requiere para la generación de electricidad y para el funcionamiento de muchos de los dispositivos electrónicos que utilizamos en el hogar y en la industria.

Lo que aprendimos Resuelvo el problema “Ahora se puede hablar por teléfono o retirar dinero en los cajeros automáticos de los bancos mediante tarjetas de plástico en cuyo reverso tienen una banda magnética. La información del se encuentra grabada allí. ¿Por qué la persona que cobra desliza la tarjeta en la rendija de un lector electrónico? ¿Qué sucede dentro del lector que permite “leer” la información incluida en la banda magnética? Explica tus respuestas”. Para resolver el problema responde: 1. ¿Cómo se puede producir corriente eléctrica en la bobina del lector electrónico a partir del campo magnético de la banda de la tarjeta?

Lo que aprendimos

2. ¿Un campo magnético fijo puede inducir corriente en los circuitos del lector electrónico?


3. ¿Por qué la persona que retira dinero de un cajero automático desliza la tarjeta en la rendija de un lector electrónico? 4. ¿Qué sucede dentro del lector que permite “leer” la información incluida en la banda magnética?


• Explica en términos físicos tu respuesta.

se ido bre por qué bre lo aprend icio de la secuencia so co. ¿Ha in Reflexión so ni ró al ct as ele ab r lecto e pens uesta. Revisa lo qu néticas en un s ahora? Explica tu resp tarjetas mag e sabe deslizan las abas y lo qu ns pe e qu cambiado lo 139

Reflexión sobre lo aprendido RL Por ejemplo: Pensaba que se leían con un dispositivo electrónico, pero sin tener idea de cómo se generaba la señal, que permitiera transmitir los datos del .

• Una Lista de cotejo de destrezas y actitudes, en la que se presentan las destrezas y las actitudes que se trabajan en cada secuencia.

Resuelvo el problema Para resolver el problema responde: 1. RM Deslizándola a través de ella. 2. RM No, a menos que se pudiera mover la bobina interior del lector con respecto al imán. 3. RM Por la misma razón, todos los lectores funcionan con base en la inducción electromagnética. 4. RM Hay una bobina, en la cual se induce corriente. La bobina está conectada a un circuito que se comunica vía telefónica o por cable al banco.

✓ Para qué me sirve lo que aprendí: El alumno transfiere los nuevos aprendizajes a situaciones y contextos diferentes a los estudiados. ✓ Ahora opino que…: Se plantea una nueva situación problemática relacionada con los contenidos, ante la cual el alumno manifiesta una opinión informada. ✓ Lo que podría hacer hoy: Se explora el componente conductual (tendencia a la acción) de las actitudes trabajadas durante la secuencia. Esta sección promueve la participación responsable e informada ante un problema o situación cotidiana. El maestro puede, si así lo desea, emplear algunas actividades de la secuencia, para realizar la evaluación diaria del trabajo en clase (evaluación formativa), como las que se sugieren en los cierres de sesión. Al final de cada bloque se presenta: • Un ejemplo de evaluación individual de Lo que aprendimos, así como un Ejemplo de evaluación sumativa de un bloque.


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El programa describe el proceso científico que llevó al descubrimiento de la inducción electromagnética; se relacionan distintos fenómenos cotidianos con el magnetismo y el movimiento de electrones en un conductor. 4 Puede aprovechar el recurso para sintetizar con sus alumnos los conocimientos construidos a lo largo de la secuencia. El recurso tecnológico integra el contenido de la secuencia.

secuencia 24 ¿Para qué me sirve lo que aprendí? Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: Generando electromagnetismo en la programación de la red satelital edusat.

expliquen por qué se distorsiona la imagen cuando acercan un imán a la pantalla de la televisión. • Utilicen en su argumentación los conceptos de magnetismo y corriente inducida.

¿Para qué me sirve lo que aprendí? Expliquen por qué se distorsiona la imagen cuando acercan un imán a la pantalla de la televisión. RL Porque la imagen es generada por electrones en movimiento chocando con la pantalla. Cualquier imán produce cambios en la trayectoria de los electrones en movimiento.

Ahora opino que… Mencionen dos aparatos que se encuentren en su escuela que empleen la inducción electromagnética. Para ello:

Ahora opino que…

1. RL Por ejemplo: Dispositivos electrónicos como reproductores de cinta, grabadoras, reproductores de video o de discos compactos. 2. RL Por ejemplo: Ni siquiera tendríamos corriente en nuestros os escolares. Cualquier generador eléctrico utiliza el principio de inducción, así que no podríamos leer la información de los discos compactos de las computadoras.

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Mencionen dos aparatos que se encuentren en su escuela, que empleen la inducción electromagnética. 1. Localicen los aparatos donde haya este tipo de corriente. 2. Comenten qué pasaría con sus actividades escolares diarias sin esta tecnología. 140

CIENCIAS

II



Generalmente, se recomienda que no se acerquen las tarjetas con banda magnética ni dispositivos de almacenamiento electrónico de datos a los imanes. Si vieses a uno de tus compañeros jugando con un imán y su tarjeta de teléfono, ¿qué le sugerirías y cuál sería tu argumentación científica al respecto?

Generalmente, se recomienda que no se acerquen las tarjetas telefónicas con banda magnética ni los dispositivos de almacenamiento electrónico de datos a los imanes. Si vieses a uno de tus compañeros jugando con un imán y su tarjeta de teléfono, ¿qué le sugerirías y cuál sería tu argumentación científica al respecto? • Escribe un pequeño texto donde expliques tu argumentación. Elaboren un periódico mural informativo al respecto. Para ello: 1. Compartan sus explicaciones. 2. Elaboren una explicación conjunta en el pizarrón. 3. Copien la explicación en una cartulina.

• RL Por ejemplo: Con su campo magnético, el imán podría borrar la información grabada en la banda al desordenar las cargas, es decir al alterar el campo magnético que produce la banda. Por lo tanto, cuando se use la tarjeta, la corriente inducida que pasa a los lectores tendrá características distintas que el lector no reconocerá y, en consecuencia, la tarjeta ya no funcionará. Le sugeriría no acercar su tarjeta a ningún imán.

4. Agreguen las sugerencias. 5. Coloquen el periódico mural en algún lugar visible de la escuela o la comunidad.

Para saber más… 1. Diccionario de Física (2004). Madrid: Oxford-Complutense. 1. Braun, Eliezer. Faraday. La inducción electromagnética. ILCE. 4 de marzo de 2007. http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/112/htm/sec_7.htm 2. Braun, Eliezer. Faraday. Campo eléctrico y campo magnético. ILCE. 4 de marzo de 2007. http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/112/htm/sec_8.htm

3. Braun, Eliezer. Faraday. El electroimán. Motores y generadores de electricidad. ILCE. 4 de marzo de 2007. http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/112/htm/sec_9.htm

Elaboren un periódico mural informativo al respecto. Para ello:

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Oriente a sus estudiantes para que citen los riesgos de exponer tarjetas con banda magnética a un imán. Sería útil que propusieran títulos como recomendaciones para los s de tarjetas telefónicas. Pueden distribuir la información en dos grandes apartados: uno que explique el fenómeno y otro que proporcione las recomendaciones

Para saber más… Estimule la consulta al diccionario para ampliar la información sobre conceptos como inducción. En estos vínculos se profundiza sobre la ley de inducción de Faraday.


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¿Existe la luz invisible? Propósito y perspectiva En esta secuencia se explora la naturaleza de la luz, así como los fenómenos de refracción, reflexión y absorción de la luz. Se explica el origen de las ondas electromagnéticas con base en el modelo atómico, relacionando sus propiedades con la energía que transportan. Se muestra la descomposición de la luz blanca como superposición de ondas. Se ejemplifican aplicaciones tecnológicas de diversas regiones del espectro electromagnético. Desde una perspectiva de Historia de la ciencia, se exponen las explicaciones sucesivas de la naturaleza de la luz, desde la teoría corpuscular de Newton hasta la teoría electromagnética de Maxwell. Desde la perspectiva CTS, se valora la importancia práctica del conocimiento de las ondas electromagnéticas y sus múltiples aplicaciones, en especial en telecomunicaciones y en la salud.


SESIÓN



Texto introductorio

Presentar la naturaleza de la luz como una pregunta que se ha planteado la humanidad desde siempre y demostrar la universalidad del fenómeno de la radiación.


UNO Identificar el comportamiento de la luz al atravesar ciertos objetos. Cuestionario.

1

Recapitular las diferentes teorías que surgieron para dilucidar la naturaleza y comportamiento de la luz, y probar la validez de las mismas para explicar fenómenos como la Texto de información inicial reflexión y la refracción. Explicar el origen de las ondas electromagnéticas con base en el modelo atómico. Cuestionario.


DOS Observar la reflexión y la refracción de la luz. Reporte de práctica.


Describir la luz blanca como la superposición de los colores del arco iris, y presentar el espectro electromagnético completo, señalando las aplicaciones de cada franja. Valorar la importancia del conocimiento de las ondas electromagnéticas en sus múltiples aplicaciones, como en el área de la salud y las telecomunicaciones.

2

Materiales necesarios o trabajo en casa Un poco de luz… Por equipo: Bolita de algodón o una servilleta desechable, un poco de aceite de cocina. hoja de papel, anillo, moneda, lápiz.

La luz y los cuerpos: rebotes, desviaciones y travesías Por equipo: Espejo plano rectangular, papel aluminio, cuchara sopera, vaso o frasco de vidrio transparente, agua, anillo, moneda, lápiz, mesa.


¿Para qué me sirve lo que aprendí? Lo que podría hacer hoy… L i b r o p a ra e l m a e s t r o

187

secuencia 25


¿Existe la luz invisible?


sesión 1

Un poco de luz… Lee el texto. • Explica con tus palabras qué es la luz.


Texto introductorio

No hay día ni noche en nuestra vida en que no aparezca la luz de

alguna forma y con ella todos los fenómenos a los que da lugar. Es algo tan familiar que por lo general no nos detenemos a pensar en cuál es su naturaleza, por qué somos capaces de verla, y si hay, acaso, tipos de luz no visible a nuestros ojos. Estas preguntas se las han planteado los seres humanos desde tiempos muy remotos. En un principio, las personas dependían básicamente de la luz del Sol y la Luna para realizar sus actividades, conocer el mundo, viajar y crear. Durante las noches estrelladas, nuestros ancestros pasaron largas horas contemplando absortos el firmamento, y le dieron nombre propio a los astros más luminosos como Sol, Luna, Venus o Sirio, la más brillante de las estrellas. Los antiguos pueblos árabes pensaron que la luz era algo que emitían nuestros ojos para ver el mundo a nuestro alrededor. Por supuesto, esta hipótesis no pudo explicar por qué no vemos nada en la oscuridad total. Si observamos el cielo nocturno, notaremos enseguida que no todos los cuerpos celestes brillan con la misma intensidad. ¿Por qué La luz se manifiesta de maneras muy diversas en el ocurre eso? ¿Pueden existir objetos aunque no los podamos ver? mundo que nos rodea. ¿Qué es la luz, cuál es su naturaleza? La cuestión de la luz es en verdad intrigante. En todo el Universo existe lo que se conoce como radiación electromagnética, que puede manifestarse como luz visible. Hay otros tipos de radiación que podemos percibir como calor, y otros más que no percibimos en absoluto, pero son detectables con un dispositivo específico, como las antenas que captan la señal de televisión.


SESIÓN 1 Antes de iniciar la sesión, pida a los alumnos que citen ejemplos de fenómenos luminosos que hayan observado; pudieran ser halos en torno a objetos luminosos, el arco iris, los espejos y las lentes, la coloración del cielo al amanecer o al atardecer, etcétera.

Ahora conoces las interacciones eléctricas y magnéticas. En esta secuencia identificarás a la luz como un fenómeno de naturaleza electromagnética y observarás su comportamiento cuando incide sobre los objetos o cuando atraviesa medios materiales. Valorarás la importancia de las radiaciones electromagnéticas en todos los aspectos de tu vida.

1 Coménteles que en esta sesión se explorará la naturaleza de la luz mediante un recuento de las ideas primordiales que la humanidad ha concebido para ello, con lo cual podrán explicar algunos de estos fenómenos.

Para empezar El recurso muestra una variedad de ejemplos de fenómenos en los que interviene la luz, como: la reflexión de la luz, la refracción y algunos efectos de iluminación y sombras que pueden conseguirse combinando fuentes de luz de diversos colores. 4 El recurso tecnológico complementa la información del texto. Puede aprovechar el recurso para reflexionar sobre situaciones cotidianas en las que les es fácil a sus alumnos observar fenómenos luminosos.

188


Para empezar

142

• Explica con tus palabras qué es la luz.

1 Permita que los estudiantes expresen sus conocimientos acerca de la naturaleza de la luz. RL Por ejemplo: La luz es una forma de energía que se propaga en línea recta. Texto introductorio

El texto muestra la importancia que la luz ha tenido en la vida sobre la Tierra, en particular para la especie humana. Introduce la idea de radiación electromagnética como un fenómeno omnipresente. 3 Pida a los alumnos que mencionen situaciones en las cuales la radiación que proviene del Sol juega un papel fundamental en los eventos biológicos y climáticos que ocurren en nuestro planeta.

CIENCIAS

II

Consideremos lo siguiente… No espere que sus alumnos resuelvan el problema que presentamos abajo; deje que imaginen posibles soluciones. La respuesta que damos le permitirá guiar a los alumnos adecuadamente durante las actividades.


Ya sea que vivas al nivel del mar o en una zona montañosa, ¿qué pasa si te expones a los rayos del Sol por mucho tiempo? ¿Cómo te puedes proteger de las radiaciones que son potencialmente nocivas para tu salud? Fundamenta tu respuesta con base en las características de la luz.

Solución al problema: RM La teoría electromagnética de Maxwell reconoce a la luz como una onda electromagnética que, como toda onda, transporta energía. A partir de sus características, se puede predecir el efecto que dicha radiación electromagnética puede tener en nuestro organismo. Si estamos expuestos a los rayos solares, la componente infrarroja de su radiación nos hará sentir calor en nuestra piel. Si permanecemos expuestos al Sol, nos acaloramos tanto que podemos sufrir una insolación. Por otra parte, los rayos ultravioleta broncean nuestra piel, pero en una exposición prolongada, afectan las células del cuerpo y, a la larga, pueden producir manchas, enrojecimiento y hasta cáncer cutáneo.

Lo que pienso del problema Contesta en tu cuaderno: 1. Explica con tus palabras en qué consisten los rayos solares. 2. ¿Cómo te puede perjudicar una exposición prolongada a los rayos solares? 3. ¿Por qué es importante la luz solar en el desarrollo de la vida en el planeta. Comenten lo siguiente: 1. ¿Cómo definirían la luz? 2. ¿Qué son las radiaciones? 3. ¿La radiación transporta energía? ¿Por qué? • Escriban en sus cuadernos las ideas principales sobre los puntos anteriores.

Manos a la obra Actividad UNO Identifiquen el comportamiento de la luz al atravesar ciertos objetos. • Comenten: ¿Puede la luz atravesar cualquier objeto? 1. Necesitan: a) Bolita de algodón o una servilleta desechable b) Un poco de aceite de cocina c) Hoja de papel

La luz proveniente del Sol es extensamente utilizada como fuente de energía en pequeños dispositivos electrónicos como relojes, calculadoras y teléfonos de emergencia en carreteras.

d) Anillo e) Moneda f) Lápiz g) Cuaderno

Para protegerse de estas radiaciones, en especial de la ultravioleta, debemos cubrirnos con gorras, sombreros, camisas de manga larga o aplicarnos filtros solares que la bloquean. Para protegerse de la luz visible, que puede deslumbrarnos, es conveniente utilizar lentes de Sol que también bloqueen los rayos UV. Para los rayos infrarrojos, se recomienda el uso de sombreros, gorras o sombrillas, así como ropa ligera que cubra lo más posible nuestra piel.

Lo que pienso del problema 1.

1 Permita que los estudiantes expongan sus conocimientos previos. RL Por ejemplo: Los rayos solares consisten en emisión de luz y calor.

2.

3 Invite a los estudiantes a que narren eventos en los que han sabido de efectos perjudiciales de la radiación solar, no sólo en el organismo humano. RL Por ejemplo: Si una persona se expone por demasiado tiempo a los rayos solares puede sufrir quemaduras en su piel, insolación o deshidratación. Muchos materiales como las telas, las pinturas de las fachadas de casas y edificios se decoloran por la acción de los rayos solares. La vegetación que crece normalmente en lugares sombreados puede secarse si se le deja a la luz directa del Sol.

h) Pedazo de mica transparente, vidrio o papel celofán sin color

143


El propósito de la actividad es que los alumnos observen que cuando la luz incide en un objeto, pueden suceder tres eventos: que lo atraviese completamente, en cuyo caso el objeto se dice que es transparente, o que sea absorbida o reflejada, tratándose entonces de un cuerpo opaco. Cuando sucede una situación intermedia, será un objeto translúcido. Identifiquen el comportamiento de la luz al atravesar ciertos objetos. • Comenten: ¿Puede la luz atravesar cualquier objeto? RL Por ejemplo: No, depende del tipo de objeto. Por lo general, la luz no atraviesa objetos sólidos a menos que sean transparentes. La luz del Sol, por ejemplo, sí atraviesa las capas de la atmósfera, pero si hay mucha nubosidad, sólo una parte la atravesará y otra parte de la luz será absorbida por las propias nubes. Igualmente, la luz no atraviesa líquidos como la leche.

Comenten lo siguiente: 1. RL Por ejemplo: La luz es una forma de radiación que emiten algunos cuerpos muy calientes, el Sol, el fuego, los rayos y artefactos fabricados por el ser humano, como los focos. 2. No se requiere que los alumnos proporcionen una lista exhaustiva de todos los tipos de radiación, sino que citen ejemplos de aquellas clases de radiación que conozcan o de las que hayan oído hablar. RL Por ejemplo: Además de la radiación luminosa, hemos oído hablar de los rayos X y los rayos UV o ultravioletas. 3. Sugiera a los estudiantes recordar algunas clases de energía conocidas, y analizar si corresponden a una forma de radiación. Coménteles, si lo considera conveniente, que tengan cuidado en no confundir la noción de “transporte de energía” con la de “transformación de energía” RL Por ejemplo: Sí, la radiación puede transportar energía, de tipo lumínico o térmico, entre otros.

3. Esta pregunta pretende hacer conciencia en los alumnos que la radiación solar no es necesariamente perniciosa, sino que en muchas situaciones, juega un importante papel en los procesos de la naturaleza y de la vida. RL Por ejemplo: La radiación que proviene del Sol es indispensable para la fotosíntesis de las plantas, que son el primer eslabón de las cadenas tróficas. También es un factor decisivo para conservar la temperatura del planeta en rangos adecuados para la vida, y es el factor primordial de los fenómenos climáticos. L i b r o p a ra e l m a e s t r o

189

3. RM En la tabla.

secuencia 25 2. Realicen lo que se pide:

Comenten lo siguiente:

a) Impregnen la bolita de algodón con un poco de aceite.

1. Se sugiere hacer ver a los estudiantes que no existen cuerpos totalmente transparentes, ya que cuando la luz incide en cualquier objeto o medio material, siempre es absorbida, aunque sea en una pequeña fracción. RM Los cuerpos transparentes son aquellos que dejan pasar casi toda la luz que incide en ellos, mientras que los traslúcidos absorben una parte y dejan pasar otra. 2. RM Asolearse por mucho tiempo cerca de una ventana transparente es lo mismo que exponerse directamente a los rayos solares, es decir, podemos sufrir ciertos daños en la piel. Si la ventana es traslúcida, parte de la luz será absorbida, lo que reduciría un poco el posible daño; sin embargo, no es suficiente para evitarlos. 3. RM Los cuerpos traslúcidos se utilizan con frecuencia en ventanas, donde nos interesa que la habitación esté iluminada pero no deseamos que nos vean desde fuera. Los vidrios coloreados se utilizan en los vitrales, arte a la que aún en estos tiempos se dedican muchas personas en nuestro país. Muchas botellas de vidrio y envases de plástico son traslúcidos, con la finalidad de que su contenido no se altere por efecto de la luz directa, pero a la vez podamos ver su contenido. Se usan botellas para medicinas, alimentos, bebidas o polvos.

190


b) Unten la hoja de papel con aceite, con excepción de las esquinas. c) Esperen un poco hasta que todo el aceite sea absorbido por la hoja de papel. d) Coloquen sobre la mesa el anillo, la moneda y el lápiz. e) Cubran dichos objetos con la hoja de papel impregnada de aceite. f) Observen cómo se ven los objetos a través de la hoja. g) Cubran ahora los mismos objetos con el cuaderno. h) Observen cómo se ven los objetos a través del cuaderno. i) Cubran los objetos con la mica, el vidrio o el celofán. j) Observen cómo se ven los objetos a través de la mica, el vidrio o el celofán. 3. Registren sus observaciones en una tabla como la que se muestra: Tipo de material según su capacidad para absorber o dejar pasar la luz

Material con el que se cubrieron los objetos

cómo se observaron los objetos a través del material

Hoja aceitada

RM Se observaron difusos.

RM Traslúcido.

cuaderno

RM No se observaron en absoluto.

RM Opaco.

Mica, vidrio o papel celofán

RM Se observaron bien.

RM Transparente.

comenten lo siguiente: 1. ¿Qué diferencia hay entre un cuerpo transparente y uno traslúcido? 2. ¿Qué pasaría si nos asoleamos mucho tiempo cerca de una ventana transparente? ¿Y si lo hacemos cerca de una ventana traslúcida? 3. Mencionen tres aplicaciones en la vida diaria que tienen los cuerpos traslúcidos.

Cuando la luz puede atravesar un cuerpo o medio sin ser absorbida, se dice que el cuerpo o medio es transparente. Si una parte es absorbida o reflejada y otra parte lo atraviesa, se trata de un cuerpo o medio traslúcido. Cuando toda la luz es absorbida o reflejada, decimos que el cuerpo o medio es opaco. 144

CIENCIAS

II

El interactivo permite la simulación de fenómenos que tienen que ver con la reflexión y la refracción de la luz, así como mostrar cuerpos transparentes, opacos y traslúcidos.

La luz y los cuerpos: rebotes, desviaciones y travesías Lean el texto. • Durante la lectura, pongan especial atención en los diferentes modelos para explicar la naturaleza de la luz. Texto de información inicial

¿Onda o partícula? A finales del siglo XVII, el célebre físico y matemático Isaac Newton realizó una serie de investigaciones en

torno a la cuestión de la luz. Newton propuso la Teoría Corpuscular de la Luz, donde se la concibe como un flujo de partículas pequeñísimas o corpúsculos que viajan juntas formando manojos, o, más propiamente, rayos luminosos. Esta teoría es satisfactoria para explicar la reflexión y la refracción de la luz. En la reflexión las partículas chocan contra la superficie de los objetos y rebotan formando un rayo luminoso reflejado. La refracción ocurre cuando un rayo de luz atraviesa cualquier medio material, ya sea sólido, líquido o gaseoso. En este caso, el haz luminoso cambia la trayectoria con la que incide en un medio, es decir, se desvía o cambia su ángulo de incidencia. La reflexión de la luz en superficies pulidas da lugar a la formación de imágenes definidas, como en los espejos. La refracción, por su parte, se utiliza en lentes de todo tipo. A: Reflexión de la luz

B: Refracción de la luz

Normal

Normal

Rayo incidente

Rayo reflejado

Superficie en la que incide el rayo

4 Además, fomenta la participación y el debate en el aula con la oportunidad de que los alumnos integren sus conocimientos y expresen sus ideas sobre el fenómeno observado. El recurso cuenta con instrucciones y sugerencias didácticas que usted puede revisar antes de utilizarlo para un mejor aprovechamiento.

Puede utilizar el interactivo como complemento de la actividad. Material 1

Rayo incidente

Material 2


Rayo refractado

La luz se caracteriza por viajar en línea recta. A: Cuando un rayo luminoso incide en una superficie, el rayo reflejado sale con el mismo ángulo que el rayo incidente. B: Cuando un rayo luminoso pasa de un medio material a otro, cambia el ángulo de incidencia. Esto se conoce como refracción de la luz. La línea normal es siempre perpendicular a la superficie en la que incide el rayo.

El que la luz esté formada por partículas planteó un nuevo problema, pues si dos rayos luminosos se encuentran, no se observa la desviación en sus trayectorias, lo que podría esperarse para un choque entre partículas. Más o menos por la misma época, el físico holandés Christiaan Huygens elaboró una explicación alterna a la de Newton. Tomando en cuenta que ciertos comportamientos de la luz son parecidos a los de las ondas sonoras, este autor consideró que la luz actúa como una onda longitudinal. Al considerar que la luz se comporta como una onda, este modelo era consistente con las nociones de reflexión y de refracción. Sin embargo, tenía un inconveniente, pues requería de un medio material para la propagación de la onda luminosa, de manera parecida al aire que permite la propagación de las ondas sonoras o el agua en el caso de las olas que se forman al perturbarla. Se llamó éter a este supuesto medio material perturbado por las ondas luminosas, y se pensó que se encontraba en todas partes, llenando el espacio vacío, permitiendo que la luz se propagara a través de ese medio. Poco tiempo después se comprobó que el éter no existe. 145

El texto muestra cuatro teorías que prominentes científicos han plateado para explicar la naturaleza intrínseca de la luz. Se parte de la Teoría Corpuscular de Newton y luego se expone la teoría ondulatoria de Huygens. A continuación se plantean algunos fundamentos de la Teoría Electromagnética de Maxwell, la cual considera a la luz como una onda electromagnética. Por último, se menciona el modelo cuántico, que define al fotón como la partícula fundamental de la luz. Se ilustran de manera muy esquemática la reflexión y la refracción de la luz. 3 Comente a los estudiantes que en la actualidad están vigentes tanto la teoría electromagnética como la cuántica, por lo que se le atribuye una naturaleza dual al fenómeno llamado luz. Cada una de estas teorías es exitosa en explicar determinados fenómenos que involucran a la luz. Los fenómenos luminosos cotidianos suelen quedar suficientemente descritos si se considera a la luz como una onda electromagnética.


191

Sabías que… Comente a los alumnos que el electrón es el que, al regresar a su nivel de energía, emite la radiación electromagnética. Es importante no confundir “radiación”, que equivale a decir “onda electromagnética”, con “radioactividad”, que corresponde a otro fenómeno que se da en el núcleo del átomo, donde éste, bajo ciertas condiciones, emite partículas como los protones.

secuencia 25 En 1865, el físico escocés James C. Maxwell desarrolló la Teoría Electromagnética. La teoría predice que la luz es una perturbación de campos magnéticos y eléctricos que viaja lo mismo en el vacío que en medios materiales, es decir, se trata de una onda electromagnética transversal que, a diferencia del sonido, no precisa de un medio material para propagarse, puesto que los campos eléctricos y magnéticos se extienden a través del vacío. La historia de la naturaleza de la luz no termina aquí. En el despertar del siglo XX, el físico alemán Max Planck publicó que la energía electromagnética que transportan las ondas del mismo nombre se transfiere a la materia, esto es, se emite o se absorbe en forma discontinua, en paquetes que llamó cuantos. El célebre físico de origen alemán Albert Einstein postuló en 1905 que los cuantos eran en sí “partículas” de luz, llamadas fotones. El campo electromagnético adquiría, entonces, una naturaleza dual, pues se comportaba como una onda electromagnética o como una partícula, según el experimento involucrado.

Sabías que… Vínculo entre secuencias

Recuerde a los alumnos que las ondas longitudinales se propagan en la misma dirección en que se origina la perturbación, y que las transversales se propagan perpendicularmente a la dirección de la perturbación. Diga a los alumnos que el modelo atómico considera el átomo formado por un núcleo, donde se encuentran protones y neutrones, en torno al cual giran los electrones, organizados por niveles. Los electrones poseen la carga eléctrica negativa, así que, cuando cambian de nivel, el campo eléctrico asociado a ellos varía, produciendo en consecuencia un campo magnético, también variable. Esto origina las ondas electromagnéticas. También comente a los estudiantes que un campo eléctrico en movimiento da lugar a un campo magnético, y viceversa. Este fenómeno ocurre en la propagación de las ondas electromagnéticas, de ahí su denominación, pues se perturban campos eléctricos y magnéticos.

Las ondas longitudinales y transversales se revisaron en la Secuencia 3: ¿Qué onda con la onda? El modelo atómico se expuso en la Secuencia 22: ¿Qué hay en el átomo? La inducción electromagnética, que vincula la electricidad con el magnetismo, se revisó en la Secuencia 24: ¿Cómo se genera el magnetismo?

Para comprender cómo se produce la luz, es necesario recurrir al modelo atómico de la materia. Los electrones se mueven en torno al núcleo atómico ocupando determinados niveles de energía. Cuando el electrón absorbe energía, por ejemplo, luz o calor, pasa a un nivel superior. Luego, el electrón regresa a su nivel original, y emite la cantidad de energía absorbida en forma de radiación, es decir, origina una perturbación electromagnética que se propaga como onda.

Energía Fase I: Excitación El electrón absorbe energía y sube a un nivel más alto

SESIÓN 2

SESIÓN 2 3 Antes de iniciar la sesión, pida la participación del grupo para retomar lo aprendido durante la sesión anterior. Puede pedir que respondan algunas preguntas como:

1. ¿Cuál es el problema que se quiere resolver? 2. ¿Todas las diferentes clases de radiación son ondas electromagnéticas? 192


Núcleo

Núcleo

Fase II: Decaimiento El electrón emite la energía absorbida y regresa a su nivel

Actividad DOS Observen la reflexión y la refracción de la luz. Para ello: • Contesten: ¿En qué consisten la reflexión y la refracción de la luz? 1. Material a) Espejo plano rectangular b) Papel aluminio c) Cuchara sopera d) Vaso o frasco de vidrio transparente. e) Agua suficiente para llenar el vaso o frasco hasta las dos terceras partes. f) Anillo g) Transportador h) Lápiz

Los halos se deben a la refracción de la luz del Sol, de la Luna o de cualquier fuente luminosa.

i) Mesa j) Regla o escuadra

146

Actividad DOS 1 Para cerrar la sesión, pida a los estudiantes que comenten qué aspectos del comportamiento de la luz no se pueden explicar a partir de las teorías corpuscular y ondulatoria, respectivamente.

Electrón

Energía

El propósito de la actividad es que los alumnos observen la reflexión de la luz en espejos planos y curvos, así como la refracción de la luz al pasar de un medio material a otro, en este caso del aire al agua.

• Contesten: ¿En qué consisten la reflexión y la refracción de la luz? Aquí se exploran de nuevo las ideas previas de los estudiantes. Pídales que ejemplifiquen cómo son las imágenes en los espejos y cómo se forma el arco iris. Permita respuestas un poco vagas o inexactas. Luego de realizar la actividad, se sugiere retomarlas para que los alumnos cotejen en qué se enriqueció su conocimiento previo. RL Por ejemplo: Las imágenes en los espejos se producen a partir de los rayos de luz que “rebotan” de la superficie del espejo. El arco iris se forma porque la luz blanca está compuesta por siete colores.

CIENCIAS

II

Experiencia A

2. Procedimiento

Asegúrese de que los estudiantes realicen correctamente la experiencia; es importante que comparen la imagen reflejada de la mano izquierda (la que tiene el anillo), con la mano derecha real con la palma vuelta hacia el rostro del alumno. Sólo así percibirán cómo la imagen de la mano izquierda corresponde a una mano derecha, pues ambas tienen el pulgar apuntando hacia el mismo lado.

Experiencia A a) Colóquense un anillo en el dedo que prefieran de la mano izquierda. b) Coloquen el espejo en posición vertical, apoyándolo sobre una pila de libros o cuadernos. c) Apoyen el codo izquierdo sobre la mesa y coloquen la mano en posición vertical con la palma hacia el espejo, de manera que se refleje en el espejo. d) Coloquen su mano derecha en posición vertical junto al espejo, con la palma hacia su rostro. e) Ahora comparen la imagen de su mano izquierda reflejada con la mano derecha real. f) Observen si su imagen muestra el anillo en la mano derecha o en la izquierda.

Experiencia B

g) Registren sus observaciones.

Cerciórese de que los alumnos efectúen la experiencia adecuadamente. Para hacer los trazos de los rayos incidentes y reflejados, indíqueles que se guíen con el esquema de la página 147 del libro del alumno. Sus trazos de los rayos incidentes y reflejados deben quedar como se muestra abajo.

Experiencia B a) Elijan a un estudiante que sostenga el espejo en posición vertical a la altura de su rostro. b) Elijan tres estudiantes que se coloquen a dos pasos de distancia frente al espejo plano, dispuestos como se ve en el esquema. c) Pidan al estudiante A que observe cuáles compañeros están reflejados en el espejo. d) En el esquema, tracen con regla o escuadra un rayo de luz incidente en el espejo, para los estudiantes B y C.

Espejo Normal

e) Con el transportador, midan el ángulo que estos rayos forman con la normal. f) Tracen los rayos reflejados correspondientes a los rayos incidentes, considerando que el ángulo de los rayos reflejados respecto a la normal es igual al ángulo de los rayos incidentes, también respecto a la normal.

Estudiante A

Estudiante B

Estudiante C

Experiencia C a) Forren la cuchara con el lado más brillante del papel aluminio hacia fuera; no es necesario forrar el mango. Procuren que quede con la menor cantidad de pliegues o arrugas.

Experiencia C Indique a los alumnos que procuren que el papel aluminio quede lo menos arrugado posible al forrar la cuchara, para que se puedan observar imágenes nítidas, y que usen el lado más brillante del mismo.

b) Observen la imagen de su rostro en la cara interna o cóncava de la cuchara. c) Registren si se ve igual o diferente que en el espejo plano. d) Repitan el inciso anterior pero ahora observen su imagen en la cara externa o convexa de la cuchara. e) Registren sus observaciones. 147

Espejo

Normal

Estudiante A

Estudiante B

Estudiante C


193

Experiencia D

secuencia 25 experiencia D

Esta experiencia es muy sencilla; sólo se requiere que los estudiantes observen atentamente lo que sucede con el aspecto del lápiz en los tres casos. Puede sugerirles que presten atención especialmente en la interfase entre el agua y el aire.

a) Pongan el vaso o frasco sobre la mesa, de manera que quede a la altura de sus ojos. b) Introduzcan el lápiz en el vaso y observen cómo se ve a través de la pared del mismo. c) Ahora llenen el vaso o frasco con agua hasta las dos terceras partes. d) Observen cómo se ve ahora el lápiz a través de la pared del vaso.

3. Resultados

e) Coloquen el lápiz en posición totalmente vertical, aún dentro del agua y observen qué sucede.

RM En la tabla.

3. Resultados • Registren sus resultados en una tabla como la que sigue: experiencia

Lo que observaron

Dibujo de lo observado

a

RM En la imagen reflejada, la mano con el anillo es una mano derecha.

RL

B

RM La imagen reflejada de la moneda se mueve hacia la izquierda.

RL

c

Si la imagen no se viera más pequeña, solicite a los alumnos que se alejen un poco del espejo cóncavo. RM En la cara cóncava, la imagen se ve más pequeña e invertida. En la cara convexa, se ve más pequeña y no invertida.

D

RM El lápiz se ve como si estuviera roto, es decir, su imagen tiene una discontinuidad justo a la altura de la interfase entre el agua y el aire. Solo en el caso de que el lápiz esté vertical, no se observa esta discontinuidad, lo que de debe a que si la luz incide a 90° en la interfase entre dos medios materiales, no hay refracción, es decir, no hay desviación del rayo luminoso.

RL

RL

Según la curvatura de su superficie, hay espejos planos, cóncavos y convexos. 148

194


CIENCIAS

II

4. Análisis de resultados Experiencia A


a) RM Porque si no estuviera lisa, los rayos incidentes se dispersarían en diversas direcciones, y no se formaría una imagen definida.

• De acuerdo con sus observaciones, expliquen en sus cuadernos: Experiencia A a) ¿Por qué los espejos tienen la superficie lisa y pulida? b) ¿Qué características tiene la imagen reflejada en un espejo plano?

b) RM La imagen es del mismo tamaño que el objeto reflejado, pero es invertida en el eje vertical, es decir, la derecha se ve a la izquierda, y viceversa.

Experiencia B a) ¿Por qué el compañero A ve reflejada la imagen del compañero B y no la del compañero C? b) ¿En qué se relaciona esto con el ángulo de incidencia y el de reflexión? Experiencia C

Experiencia B

a) ¿Cómo se refleja la imagen en un espejo cóncavo?

a) RM Porque el ángulo de incidencia de la luz que proviene de cada compañero es diferente, y en el caso del compañero C, el ángulo es bastante mayor que el del compañero B, y dada la posición del compañero A, éste no puede observar al compañero C.

b) ¿Cómo se refleja la imagen en un espejo convexo? Experiencia D a) ¿Cómo se ve el lápiz cuando hay agua en el vaso? ¿Por qué? b) ¿Qué sucede cuando el lápiz se introduce en el agua en posición vertical? 5. Comunicación • Elaboren un reporte de la práctica en sus cuadernos.

b) RM El ángulo de incidencia es igual siempre al ángulo de reflexión, de ahí el efecto de no poder ver la imagen de algo cuyo ángulo de incidencia sea mayor que el ángulo que yo, como observador, formo con la normal al espejo.

Realicen lo siguiente: 1. Comenten: a) ¿Cuáles de las experiencias anteriores están relacionadas con la reflexión de la luz? ¿Por qué? b) ¿Cuáles de las experiencias anteriores están relacionadas con la refracción de la luz? ¿Por qué? 2. Diseñen una experiencia en la que se observen la reflexión o la refracción de la luz.

Experiencia C a) RM La imagen tiene distorsión de tamaño, se ve más pequeña que el original, aunque si me acerco lo suficiente, la imagen es más grande que el objeto reflejado. Además, está invertida en el eje horizontal, es decir, lo que está arriba se ve abajo y viceversa.

La reflexión y la refracción de la luz se aprovechan en una gran variedad de aparatos y dispositivos ópticos, como el telescopio, el microscopio, la cámara fotográfica, los anteojos, los periscopios y los espejos retrovisores.

ido bre lo aprend Reflexión so sobre o id nd re ap has Con lo que escribe z, lu la de a la naturalez ayudan ientos que te los conocim a. lem ob pr el r a resolve 149

agua. La luz que refleja la parte del lápiz bajo el agua tiene cierta trayectoria, la cual cambia su ángulo al pasar del agua al aire, por eso se ve discontinuo.


Puede explicar a los alumnos que nuestro cuerpo tiende a absorber la mayor parte de la luz que incide en él, y refleja otra porción. Si la luz es una onda electromagnética, puede interactuar con los campos eléctricos y magnéticos de los átomos de las moléculas que constituyen nuestras células, en particular las de la piel. Para protegernos de la radiación solar, requerimos interponer un material que absorba estas ondas, es decir, que sea opaco, o que las refleje en la mayor medida posible. RL Por ejemplo: Para evitar que nuestra piel absorba una gran cantidad de radiación proveniente del Sol, debemos cubrirla con algún material que la absorba o la refleje.

2.

4 Guíe a los alumnos en el diseño de la experiencia. Cada equipo puede elegir si diseña la experiencia para reflexión o para refracción. Cerciórese de que se formulan preguntas adecuadas, y que la planteen con el material que tengan disponible. Para la reflexión, pueden intentar combinar dos espejos planos formando un ángulo entre ellos, y aumentar o disminuir dicho ángulo para observar cuántas imágenes del objeto se forman. Puede pedirles que predigan si al reflejarse un objeto primero en un espejo, y luego la imagen del mismo reflejarse en otro espejo, se preservará la inversión en el eje vertical o no será así. Para el caso de refracción, pueden intentar utilizar líquidos diferentes al agua, como alcohol o glicerina. Si es el caso, pregúnteles si la densidad del líquido se relaciona con el ángulo de refracción. RL

b) RM La imagen también tiene distorsión de tamaño, se ve más pequeña que el original En el espejo convexo no hay inversión de la imagen en ningún eje. Experiencia D a) RM El lápiz se ve quebrado. Esto se debe a la refracción de la luz, es decir, muestra que la trayectoria de cada rayo de luz se dobla o desvía de su dirección original. El efecto de discontinuidad siempre se observa justo cuando cambia el medio material, en este caso, cambia de aire a agua. b) Comente a los estudiantes que cuando los rayos viajan por un medio material e inciden en un medio diferente con un ángulo de 90°, no se observa la discontinuidad o “quiebre” que sí sucede cuando inciden en cualquier otro ángulo. RM En este caso, y sólo en este caso, el lápiz se ve continuo. Realicen lo siguiente: 1. Comenten: a) RM Las experiencias A, B y C corresponden a la reflexión de la luz, pues en todos los casos la imagen se forma a partir de los rayos de luz provenientes del objeto que rebotan en la superficie pulida del espejo. b) RM La experiencia D se relaciona con la refracción de la luz, ya que se observa una imagen discontinua del lápiz cuando una parte del mismo está sumergido en L i b r o p a ra e l m a e s t r o

195

Para terminar

secuencia 25

Para terminar

• Antes de la lectura comenten: ¿Qué tipos de ondas electromagnéticas existen? Sugiera a los estudiantes que en adelante, cuando se refieran a la luz, hagan la precisión de luz visible, ya que hay ondas electromagnéticas con longitudes de onda mayores o menores a las de la luz visible, que, si bien tienen esencialmente la misma naturaleza, no son visibles al ojo humano. RL Por ejemplo: La luz visible, los rayos X, la luz ultravioleta, la luz infrarroja, las microondas, las ondas de radio, los rayos gamma.

Lean el texto. • Antes de la lectura comenten: ¿Qué tipos de ondas electromagnéticas existen? Texto de formalización

¿Un espectro luminoso? El cambio en longitud de onda o frecuencia en las ondas sonoras es percibido como un cambio en el tono

del sonido, es decir, se hace más agudo o más grave. ¿Qué ocurre con la luz? En el caso de la luz visible, la longitud de onda se manifiesta como color. La luz blanca está formada por la superposición de ondas de todas las longitudes posibles, es decir, por una superposición de todos los colores que aparecen en el arco iris. La longitud de onda mayor corresponde al color rojo, y va disminuyendo hasta llegar al violeta, el color que tiene la menor longitud de onda y la mayor frecuencia de luz visible.


El texto expone las características que tiene la luz al ser una onda electromagnética, como longitud de onda, frecuencia y amplitud. Se correlaciona la longitud de onda (o la frecuencia) de la onda electromagnética con el color, en el caso de la luz visible. Se muestra toda la gama de longitudes de onda posibles para estas ondas, donde la luz visible es apenas una estrecha franja. 5 Se sugiere elaborar, junto con los alumnos, un esquema o cuadro sinóptico del espectro electromagnético y colocarlo en un lugar visible del aula para consultarlo cuando se requiera.

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La frecuencia de la luz cambia si la fuente luminosa se acerca o aleja.

Más allá del límite superior de longitudes de onda de la luz visible se encuentra la región de luz infrarroja y, por debajo del límite inferior, se ubica la región de la luz ultravioleta. Nuestro ojo es un órgano maravilloso que nos provee de infinidad de imágenes del mundo; sin embargo, las células de su retina no son estimuladas por estos tipos de luz. Esta es, por tanto, luz invisible para nuestros ojos, lo cual no quiere decir que no tenga efecto en nuestro organismo. La luz infrarroja estimula directamente los sensores de calor de la piel y, cuando acercamos una mano a una flama o nos exponemos a la luz del Sol, además de la luz que nuestros ojos ven, sentimos la radiación infrarroja como calor. Debemos tener cuidado, pues este calor puede producirnos insolación y deshidratación. La radiación ultravioleta es potencialmente más dañina que las otras, pues provoca efectos en nuestra piel. En pequeñas dosis, es necesaria para la síntesis de ciertas vitaminas y le da un tono bronceado a la piel, pero si estamos mucho tiempo expuestos a ella podemos quemarnos severamente. Además de la luz infrarroja, la visible y la ultravioleta, existe la radiación electromagnética en otros rangos de frecuencia. Todas las posibles frecuencias integran el llamado espectro electromagnético. De menor a mayor frecuencia, tenemos las siguientes clases de ondas electromagnéticas:

150

CIENCIAS

II

Tabla 1. Ondas electromagnéticas Ondas de radio o hertzianas Onda larga, Radio AM

Radio de onda corta

Televisión y radio FM

Televisión de ultra alta frecuencia y telefonía celular

Microondas Radar, telecomunicaciones satelitales, hornos de microondas.

Infrarrojo Emitidas por sólidos al enfriarse, el Sol, el fuego o los metales al rojo vivo. Lo sentimos como calor radiante.

Luz visible Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Añil Violeta

Ultravioleta

Rayos X

Pueden causar cáncer de piel con exposición prolongada.

Radiografías: aplicaciones médicas, como ver una fractura de huesos, e industriales; por ejemplo, revisar la estructura de un edificio.

Rayos gamma Gammagrafías para aplicaciones médicas, como estudiar la irrigación de un tejido. La explosión de una bomba atómica genera rayos gamma.

Los colores se separan al atravesar un prisma.

Menor frecuencia Mayor longitud de onda

2 Se sugiere revisar detenidamente los esquemas del espectro electromagnético de este texto, y comentar a los estudiantes que la variación de frecuencia y longitud de onda de una franja a otra es paulatina y continua, y que la zonificación del espectro se ha establecido en función de la aplicación que se les da a las ondas en esos rangos de frecuencia.

Mayor frecuencia Menor longitud de onda

La cantidad de energía que transporta la onda es proporcional a su amplitud: a mayor amplitud es mayor la energía y más intensa la luz. Conforme la frecuencia de una onda electromagnética se hace mayor y su longitud de onda, por consiguiente, menor, las radiaciones van siendo progresivamente más penetrantes en nuestro cuerpo y potencialmente más dañinas. Es necesario, por lo tanto, limitar o evitar la exposición a las radiaciones desde rayos ultravioleta hasta rayos gamma, pues estas ondas tienen más posibilidad de afectar las células, las moléculas e incluso los átomos de los que todo está formado. Para proteger a los organismos vivos o a cualquier objeto de las radiaciones dañinas, se requiere resguardarlos con cubiertas capaces de detener esa radiación. Por supuesto, su espesor y el material con lo que estén confeccionadas corresponden a la intensidad y penetración de los rayos. Así, para bloquear los rayos ultravioleta existen cremas con filtros adecuados, además de viseras, gorras, sombreros, sombrillas y camisas de manga larga. En cambio, para protegerse de los rayos X se requieren chalecos de plomo y los rayos Gamma sólo son aislados con gruesas placas de cemento y plomo. El Sol emite radiación electromagnética en las franjas de luz infrarroja, luz visible y luz ultravioleta. La atmósfera de la Tierra absorbe la mayor parte Rayos gamma de la radiación ultravioleta y parte de Rayos X la infrarroja. Sin embargo, en esta era Rayos ultravioleta industrial, debido a la emisión de ciertos gases, nuestra Infrarrojo atmósfera ya no absorbe tanta radiación Microondas ultravioleta como Ondas de televisión antes, y ahora es muy importante protegernos Ondas de radio de estos rayos. ¡Sólo una estrecha franja de todo el espectro electromagnético es visible a nuestros ojos!

151


197

Reflexión sobre lo aprendido RL Por ejemplo: Las diferentes clases de ondas electromagnéticas pueden tener longitudes de onda muy distintas, y aquéllas de menor longitud de onda, como los rayos ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma, interactúan con la materia a nivel molecular o atómico. Por ello, y considerando que el Sol emite ondas en el infrarrojo, el visible y el ultravioleta, es de particular importancia protegernos de estas últimas.

Lo que aprendimos

secuencia 25 Vínculo entre secuencias Recuerda que las características de las ondas, como la longitud de onda, la frecuencia y la amplitud, se mencionaron en la Secuencia 3: ¿Qué onda con la onda? La descomposición de la luz blanca en los colores del arco iris se muestra en la Secuencia 21: ¿De qué están hechas las moléculas?

ido bre lo aprend Reflexión so lo s aría ¿En qué aplic ro bre el espect aprendido so o para tic electromagné lema? ob resolver el pr

✓ Lo que podría hacer hoy: Se explora el componente conductual (tendencia a la acción) de las actitudes trabajadas durante la secuencia. Esta sección promueve la participación responsable e informada ante un problema o situación cotidiana. El maestro puede, si así lo desea, emplear algunas actividades de la secuencia, para realizar la evaluación diaria del trabajo en clase (evaluación formativa), como las que se sugieren en los cierres de sesión. Al final de cada bloque se presenta: • Un ejemplo de evaluación individual de Lo que aprendimos, así como un Ejemplo de evaluación sumativa de un bloque. • Una Lista de cotejo de destrezas y actitudes, en la que se presentan las destrezas y las actitudes que se trabajan en cada secuencia.

198


Las ondas electromagnéticas están presentes en todos y cada uno de los aspectos de nuestra vida. Lo importante es usar esta radiación en nuestro beneficio y evitar sus riesgos.

Resuelvo el problema “Ya sea que vivas al nivel del mar o en una zona montañosa, ¿qué pasa si te expones a los rayos del Sol por mucho tiempo? ¿Cómo te puedes proteger de las radiaciones que son potencialmente nocivas para tu salud? Fundamenta tu respuesta con base en las características de la luz”.



Las ondas electromagnéticas son indispensables: no podríamos vivir sin la luz y el calor del Sol, ni las plantas realizarían la fotosíntesis. Tampoco contaríamos con telecomunicaciones, hornos ni tratamientos basados en radiaciones o instrumentos de detección para ver imágenes del interior de nuestro organismo o de cualquier objeto.

Lo que aprendimos



Sabías que…

Para resolver el problema completa la siguiente tabla en tu cuaderno: • Justifica tu respuesta para cada caso. características de la radiación

Tipo de radiación Rayos infrarrojos

Luz visible intensa Rayos ultravioletas

Riesgo ante exposición prolongada

Medidas de protección

RM Es invisible, pero la percibimos como RM Efecto de acaloramiento o calor. Su longitud de onda es mayor que insolación, deshidratación. la luz visible.

RM No exponerse por mucho tiempo al Sol, usar gorras, sombrillas, sombreros y ropa ligera que nos cubra lo más posible la piel sin bloquear la transpiración. Beber suficiente agua. posible la piel sin bloquear la transpiración. Beber suficiente agua.

RM Es la luz que captamos con las células de la retina de nuestros ojos. Cuando es monocromática, vemos el color correspondiente; si la vemos blanca es que combina todas las longitudes de onda, o colores. RM Es invisible, y no la detectamos como calor. Por su longitud de onda, interactúa con los núcleos de nuestras células, incluso, con el ADN, por lo que puede modificar el código genético y producir cáncer.

RM Deslumbramiento, ceguera temporal

RM Nunca mirar directamente al disco del Sol; usar lentes oscuros en lugares con mucha luz solar o que reflejen mucho su luz, como playas, lugares con agua como albercas o el mar, o bien en terrenos con nieve.

RM Manchas en la piel, oscurecimiento de la piel, cáncer cutáneo.

RM Siempre usar filtros o bloqueadores solares; usar lentes oscuros que bloqueen los rayos UV. El número del filtro solar, y por tanto su factor de protección, debe ser mayor según el tiempo y la cantidad de radiación a la que nos expondremos.

ido bre lo aprend leza Reflexión so de la natura ay abas acerca ns pe e qu agnéticas. ¿H m ro ct Revisa lo ele s las onda as y lo que de la luz y de ia entre lo que pensab renc alguna dife spuesta. Explica tu re sabes ahora? 152

Resuelvo el problema Para resolver el problema completa la siguiente tabla en tu cuaderno: • RM En la tabla. Recuerde a los estudiantes que la velocidad de propagación es constante, la longitud de onda es el inverso del periodo, y por ello, a mayor longitud de onda, menor frecuencia y viceversa. Mencione también la Actividad DOS de la Secuencia 21, donde observaron la descomposición de la luz blanca en colores. Explíqueles que esto se debe a que cada color tiene una longitud de onda específica (en realidad es un rango muy estrecho de valores, pero se puede considerar el valor medio) y que el ángulo de refracción

depende de la longitud de onda, por lo que cada color se desvía o refracta con un ángulo ligeramente diferente.

Reflexión sobre lo aprendido RL Por ejemplo: Antes pensaba que la luz era siempre visible a nuestros ojos, y no consideraba que otras radiaciones, como los rayos X o los Rayos ultravioleta u ondas de radio, eran en esencia lo mismo que la luz visible, pero con longitudes de onda diferentes. Ahora sé que todos estos tipos de luz son ondas electromagnéticas.

CIENCIAS

II

¿Para qué me sirve lo que aprendí? El conocimiento de las ondas electromagnéticas nos ha permitido una mejor comprensión de multitud de fenómenos naturales. Hoy en día, estas radiaciones se aplican en una infinidad de situaciones. Es vital saber protegernos de las que pueden causar daño a nuestra salud. 1. Averigüen qué significa el factor de protección solar (FPS) que ostentan en su etiqueta diversos productos para proteger la piel de los rayos ultravioletas en un laboratorio farmacéutico, fábrica de cosméticos, farmacia, botica, la biblioteca o internet.

Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: ¿Existe la luz invisible? en la programación de la red satelital Edusat.

El programa permite identificar el avance científico en el conocimiento de la electromagnética y demuestra fenómenos relacionados con la luz, como la refracción, reflexión y absorción, así como la descomposición de la luz.



Supongan que por indicación médica deben practicarse una serie de radiografías del tórax.


2. Conforme a lo que averiguaron, ¿qué FPS debe incluir una crema para protegerse cuando se encuentren expuestos mucho tiempo al Sol? 3. ¿Cuál es el FPS recomendable si van de excursión a una montaña de gran altitud?

1. Investiguen en el centro de salud de su localidad cuáles medidas han implementado ahí para resguardar a los pacientes de la radiación, cuando les realizan estudios de gabinete, como radiografías y gammagrafías.

1. RL Por ejemplo: El FPS se relaciona con el tiempo en que podemos permanecer al rayo del sol sin sufrir mayores daños. Para uso diario, o si vivimos en una cuidad, se recomienda usar un FPS mínimo de 15 en el cuerpo y 20 en el rostro.

2. ¿En qué casos no es recomendable tomar placas de rayos X?

Para saber más… 1. Allier Cruz, Rosalía A. et al (2005). La Magia de la Física. Tercer Grado. México: McGraw-Hill. 2. Estrada, Alejandro F. et al (2001). Lecciones de Física. México: CECSA.

2. RL Por ejemplo: Si vamos en una excursión a la playa, podemos usar bloqueadores de FPS por arriba de 45. Si vamos a nadar, hay que cerciorarse de que el bloqueador sea impermeable, es decir, que no se disuelva con el agua. Si trabajamos bajo el Sol, reaplicar un poco más de bloqueador cada hora es una medida de protección adicional.

3. Homero, Héctor et al (1997). Física. Educación Secundaria. Tercer Grado. México: Ediciones Castillo. 1. Coordinación de Innovación Educativa Wilhelm Röntgen (1845-1923). Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. 7 de marzo de 2007. http://dieumsnh.qfb.umich.mx/fisquimica/Roetgen.htm 2. Flores, Jorge. Los mensajeros de la interacción. ILCE. 22 de febrero de 2007. http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/22/htm/sec_13. html 3. Mercè Camps Miró. Protección solar. Collegui de Farmacèutics de la Provincia de Barcelona. 18 de junio de 2007. http://www.farmaceuticonline.com/cast/familia/familia_solar_c.html

153

Para saber más… 1. En este texto se encuentra una buena descripción del espectro electromagnético con ejemplos de aplicaciones variadas.

3. RL Por ejemplo: Si vivimos en el campo o pasamos mucho tiempo al aire libre, debemos aplicar una crema con un FPS de al menos 25 o 30. Si vamos a una montaña, es conveniente usar un bloqueador de FPS por arriba de 45.


2. Aquí se puede consultar cómo se forman las imágenes en diferentes tipos de espejos y lentes.

1. En esta página se encuentra la biografía de Wilhelm Konrad Röntgen, físico alemán descubridor de los Rayos X, que en principio llevaron su nombre, y que fue el primer científico galardonado con este premio.

3. Este material expone con claridad las diferentes teorías acerca de la naturaleza de la luz.

2. Aquí se discuten algunos aspectos de los fotones, y cómo la luz es una manera de transportar la interacción. 3. Este vínculo contiene información suficiente y comprensible acerca de los efectos de la radiación solar y los filtros y bloqueadores.

1. RL Por ejemplo: Cuentan con gabinetes especiales para tomar las radiografías. Los operadores utilizan chalecos con placas de plomo y, dependiendo la parte del cuerpo que se vaya a radiar, también se cubre al paciente con delantales con plomo. 2. RL Por ejemplo: Se indica que a menos que sea de extrema urgencia o necesidad, una mujer embarazada no se someta a la radiación de los rayos X, pues podrían ocasionarse malformaciones en el bebé. En general, debe limitarse en todo lo posible la exposición a esta radiación y tomar las placas estrictamente necesarias. L i b r o p a ra e l m a e s t r o

199

200



Maqueta de una planta generadora de electricidad Propósito y perspectiva Mediante la construcción de la maqueta de una central generadora de electricidad, los alumnos integran sus conocimientos sobre los conductores y aislantes eléctricos, la corriente eléctrica, la estructura atómica y la inducción electromagnética abordados en las secuencias del Bloque IV. Desde una perspectiva CTS, los estudiantes valoran la importancia de tener hábitos de ahorro en el consumo de electricidad, dado que se trata de un proceso complejo y costoso que causa impacto en el ambiente.


SESIÓN


1

2

Texto introductorio

Describir las características generales de la planta hidroeléctrica El Cajón, ubicada en el Estado de Nayarit.


Identificar los tipos de plantas generadoras de electricidad que existen. Síntesis informativa.


Obtener información acerca de la generación y distribución de electricidad en la comunidad. Valorar el uso racional de la electricidad para disminuir el impacto ambiental de su generación. Entrevistas.

3

4



Construir un modelo de la planta generadora de electricidad que abastece la comunidad. Maqueta.


Por equipo: Bitácora o grabadora, cámara fotográfica (opcional).

Por equipo: Materiales sencillos de fácil para elaborar una maqueta.


201



Maqueta de una planta generadora de electricidad


SESIÓN 1 En esta sesión los alumnos realizan una primera aproximación hacia las características y funcionamiento de las plantas generadoras de electricidad, a partir del texto introductorio y proporcionan algunas de sus respuestas tentativas al problema. Los alumnos organizarán sus actividades de acuerdo con el cronograma, antes de comenzar con las actividades que los llevarán a solucionar el problema.

Para empezar

sesión 1

Para empezar Lean el texto. el sol DoraDo. Domingo 4 de marzo de 2007

Un “cajón” de 750 megawatts Es difícil pensar que un “cajón” tenga otra función además de almacenar. Sin embargo, esto es posible cuando hablamos de un almacén de agua donde se producen grandes cantidades de energía eléctrica. La central hidroeléctrica El Cajón, emblemática para la ingeniería nacional debido a su estructura y su tecnología, fue abierta para su funcionamiento en el año 2006. Las plantas hidroeléctricas son fuentes de generación de electricidad, limpia y no contaminante, que abastecen de este recurso a las comunidades y atienden aquellas emergencias que se puedan presentar a causa de fenómenos naturales.

Para comprobar su funcionamiento, se pusieron a prueba las compuertas de descarga del vertedor, que permiten la salida del agua almacenada en la presa. El agua que es liberada se incorpora al río y es aprovechada en la central hidroeléctrica Aguamilpa, algunos kilómetros río abajo de Santa María del Oro, donde se ubica El Cajón. Los beneficios que provee la hidroeléctrica no se limitan a la producción y abastecimiento de la energía, sino que ha representado una fuente de trabajo segura, ya que en la construcción de El Cajón no se registró ningún deceso. Ahora ya conoces algunos fenómenos como la luz, la electricidad y la inducción electromagnética, que están presentes en la vida cotidiana. En este proyecto identificarás las etapas y los fenómenos físicos involucrados en la generación de electricidad, así como el impacto ambiental que se produce. Con esta información tus compañeros y tú elaborarán con materiales sencillos una maqueta de una planta generadora de electricidad. Así valorarás la utilidad de la tecnología para satisfacer nuestras necesidades básicas y el consumo racional de energía. 154

E l S o l D o r ad o El texto describe algunas de las características de la central hidroeléctrica El Cajón, con la finalidad de acercar al alumno a una reciente obra monumental de la ingeniería mexicana que beneficia a diversas comunidades del estado de Nayarit. 3 Invite a los alumnos a dar sus propias explicaciones sobre qué es una planta generadora de electricidad y cómo funciona. Puede utilizar preguntas como ésta: ¿saben cómo llega la electricidad a sus casas?

202


Vista aérea de “El Cajón”.

La magnitud de la obra es notable, no sólo por la altura de la cortina de la presa (186 metros) y el volumen de concreto utilizado en su construcción, sino también por el enorme beneficio que representa para los habitantes de las comunidades del estado de Nayarit.

Recupere lo que los alumnos han aprendido en el Bloque IV. 2 Realice una lluvia de ideas sobre cuáles fenómenos físicos podrían estar involucrados en las plantas generadoras de electricidad. Por ejemplo, ¿qué tendrá que ver la inducción electromagnética con la generación de electricidad? ¿Una hidroeléctrica constituye una fuente alternativa de energía? ¿Las plantas que existen contaminan?

CIENCIAS

II

Consideremos lo siguiente… No pida a los alumnos la respuesta al problema en este momento; deje que ellos expresen lo que saben al respecto. La solución que proponemos a usted le brinda la información necesaria para el desarrollo del proyecto y le permite guiar a sus alumnos durante las actividades.


En la comunidad donde vivimos: 1. ¿Cómo se genera la electricidad que llega a la escuela? Expliquen cuáles son las transformaciones de energía que se llevan a cabo en este proceso. 2. ¿Qué tipo de contaminación se produce al generar esta electricidad?

Solución al problema: RM

3. ¿Qué beneficios se producen en el ambiente al evitar el desperdicio de electricidad?

1. Se genera a partir de transformaciones de diversos tipos de energía antes de convertirse en electricidad. a) Si mi comunidad recibe la electricidad de una planta hidroeléctrica, la energía cinética del agua que cae de las presas de manera controlada hace girar turbinas conectadas a un generador eléctrico en donde ocurre la inducción electromagnética: la corriente eléctrica inducida va a circular por los cables sostenidos por las torres de transmisión, pasando por los transformadores que la mantienen en el nivel de energía adecuado para que llegue a la subestación del lugar donde vivo. b) En una central o planta termoeléctrica se utiliza combustible para calentar agua. El vapor a presión hace girar las turbinas. Después, el proceso es el mismo que en la planta hidroeléctrica. c) En una central nucleoeléctrica se utiliza uranio como combustible para calentar el agua que hará girar a las turbinas, permitiendo el mismo proceso de inducción que en las otras plantas. 2. En las termoeléctricas generalmente se utiliza combustóleo o diesel para calentar el agua. Estos combustibles contaminan el aire con dióxido de carbono, dióxido de azufre y algunos otros gases de residuo. Las nucleoeléctricas pueden producir desechos radiactivos que son difíciles de almacenar y transportar. En cualquier caso, las plantas hidro, termo o nucleoeléctricas son instalaciones enormes cuya construcción requiere de extensiones de terreno que impactan el ecosistema circunvecino. 3. El uso racional de la electricidad, es decir, evitar su desperdicio, contribuye a disminuir la demanda de energía eléctrica que las plantas generadoras tienen que cubrir, disminuyendo así la emisión de gases. Por otra parte, deben buscarse fuentes alternativas de energía, como la eólica o la solar para hacer girar turbinas y generar la inducción electromagnética necesaria para producir corriente eléctrica.

Lo que pienso del problema Responde en tu bitácora las preguntas: 1. ¿Cómo crees que llega la electricidad a tu comunidad? Haz un esquema del proceso. 2. ¿De qué manera se puede contaminar al generar electricidad? 3. ¿Qué beneficio ambiental tiene evitar que se desperdicie electricidad en su comunidad? Compartan sus respuestas. • Escriban en el pizarrón las coincidencias del grupo.

Manos a la obra

SESIÓN 2

Plan de trabajo Fase I: Investiguemos conocimientos útiles Para conocer de dónde viene y cómo se genera la electricidad que llega a su comunidad, qué tipo de plantas generadoras existen y cómo contaminan, les será de gran utilidad revisar y sintetizar algunos textos y páginas de Internet relacionados con estos temas. Fase II: Exploremos para definir el problema Organizados en equipos, recopilarán información de cómo funciona una planta generadora de electricidad y de dónde vienen las líneas de transmisión que llevan la energía eléctrica hasta su casa y escuela. Para ello visitarán una subestación eléctrica de la Comisión Federal de Electricidad y platicarán con los empleados. Investiguen con ellos cuánto podría ahorrarse si su comunidad desperdiciara menos electricidad. Fase III: ¿Cómo contribuimos a la solución del problema? Apoyados en los resultados de su investigación y analizando algunos diseños, elaborarán una maqueta que represente el proceso de generación eléctrica desde la planta hasta el transformador del que se desprenden los cables que bajan a la caja que contiene el interruptor de la corriente eléctrica de su escuela.

155

3. RL Por ejemplo: El beneficio ambiental, no lo sé, pero sí el económico porque se gasta menos dinero en el recibo de la luz. Compartan sus respuestas. • Escriban en el pizarrón las coincidencias del grupo.

5 Si es posible, utilice una cartulina o papel de rotafolio para que las respuestas del grupo estén visibles conforme se desarrolla el proyecto. Así, podrán monitorear ellos mismos sus avances.

Manos a la obra Recuerde a sus alumnos la importancia de organizar un calendario de trabajo y seguirlo para tener mejores resultados en su proyecto. Procure fomentar y valorar su creatividad e iniciativa para resolver el problema. Solicite a sus alumnos que después de leer el plan de trabajo, aporten algunas ideas al grupo sobre cómo creen que pueden hacer su proyecto. Sugiérales ir seleccionando con anticipación los materiales más adecuados para hacer su maqueta.

1. Los alumnos saben que la electricidad viaja por cables que vienen desde algún sitio. RL Por ejemplo: Por los cables que vienen de los cerros hasta los postes de la calle y luego al cableado de cada casa o edificio. El esquema podría contener una subestación y algunos postes con transformadores de voltaje. Cables de los cerros subestación a postes de la calle cables de casas. 2. A menos que vivan muy cerca de una planta, es poco probable que los alumnos tengan elementos para contestar esto. Su entorno y experiencias inmediatas pueden conducirlos hacia respuestas dirigidas a los dispositivos de consumo eléctrico, no de generación de electricidad. Una respuesta probable de sus alumnos que aquí se sugiere como respuesta libre es incorrecta. Deje que ellos comparen sus aprendizajes al respecto al terminar este proyecto. RL Por ejemplo: Por la basura de los cables o de los pedazos de aislante que quedan en el suelo.

Lo que pienso del problema 1 Para interesar a los alumnos pídales que comenten lo fácil que resulta prender la televisión, la licuadora, la lámpara de una habitación y diversos aparatos de uso cotidiano, pero que muchas veces no tomamos en cuenta lo complejo que resulta llevar la electricidad a cada una de nuestras casas.


203


Proyecto de investigación 4 Calendario de actividades

Ayude a sus alumnos a calcular los tiempos de entrega, estimando la cantidad de días que tienen para realizar el proyecto y el número de fases en que se divide el trabajo.

Una buena forma de empezar el trabajo en equipo es organizar actividades para cada fase y designar a los responsables de cada una de ellas. Consulten con su maestro la fecha final de entrega para que distribuyan mejor su tiempo. Si el formato siguiente les resulta útil, cópienlo en su cuaderno; si no, diseñen su propio calendario. cronograMa de actividades

2 Comenten la forma en la que se llevará el registro de las actividades, que puede ser en un cuaderno u otro soporte.

resPonsaBLes Fase ii Fase iii

Para cerrar la sesión, comente con sus alumnos lo que acordaron para hacer su cronograma.

Fase I. Investiguemos conocimientos útiles identifiquen los tipos de plantas generadoras de electricidad que existen. Para ello:

5 Revise las conclusiones que escriban en el pizarrón o sobre el papel rotafolio. Sugiera a sus alumnos que, camino a casa, observen los postes, los cables y todo lo que tiene que ver con la electricidad que utilizan todos los días.

1. Respondan: a) ¿Qué lecturas y actividades del bloque nos pueden servir para identificar cómo se origina la corriente eléctrica? b) ¿Qué otras fuentes podemos consultar para ampliar la información sobre los siguientes aspectos?: i. Tipos de plantas generadoras, cómo funcionan y cuáles contaminan más el ambiente. ii. ¿Para qué sirven las subestaciones eléctricas y las líneas de transmisión?

SESIÓN 2

Combustible

Antes de iniciar esta sesión, recuerde a sus alumnos cuál es el problema que deberán resolver con su proyecto.

Fase I: Investiguemos conocimientos útiles 5 Sugiera a sus alumnos que, para responder las preguntas, organicen y clasifiquen los textos por temas. Por ejemplo, los temas generales por tratar pueden ser: a) Corriente eléctrica, b) Inducción electromagnética y c) Fuentes de energía.

Identifiquen los tipos de plantas generadoras de electricidad que existen. Para ello: 1. a) RM Los Textos de información inicial de las Secuencias 21 y 23, los Textos de formalización de las Secuencias 23 y 24, la Actividad DOS de la Secuencia 24. b) En un buscador de Internet pueden escribir, generación de electricidad, para desplegar varias opciones de 204


Generador de vapor

Turbina de combustión

3 Platique con ellos sobre lo que observaron en su trayecto a casa la sesión anterior; es decir, por dónde pasa el cableado que llega a su casa, cuántos transformadores observaron, etcétera. Realice preguntas como las siguientes: ¿De dónde vienen esos cables? ¿Qué materiales tienen y soportan los postes de luz?

Comente a sus alumnos que en esta primera fase identificarán los tipos de planta generadora que existen.

FecHa

Fase i

Turbina de vapor

Generador

Generador

Generador de vapor Turbina de combustión

Subestación Generador Bomba de alimentación

Condensador

Torre de enfriamiento

Subestación

Esquema general de una planta generadora de electricidad. 156

consulta. Pueden revisar las enciclopedias electrónicas o las páginas institucionales que aparezcan. Si cuentan con biblioteca escolar utilicen los libros de Física II para tercero de secundaria de la reforma de 1993. RL Por ejemplo: Internet. i. RM Hidroeléctricas, nucleoeléctricas, termoeléctricas, eólicas. Todas ellas transforman la energía cinética de una turbina en energía eléctrica a partir del proceso de inducción electromagnética. El tipo de energía que se transfiere a la rotación de la turbina da nombre del tipo de planta: energía cinética del agua cuando cae (hidroeléctrica), energía cinética de vapor a presión

(termoeléctrica), energía cinética de viento (eólica). La que más contamina es, por mucho, la planta termoeléctrica. ii. RM Las subestaciones eléctricas son medios de distribución de la corriente eléctrica que proviene de las plantas generadoras. Allí se controla el voltaje, la corriente y la frecuencia de los transformadores en las calles para evitar sobrecargas y optimizar el suministro en una localidad. Las líneas de transmisión son cables gruesos por los que circula la corriente en bruto que sale de las plantas. Se sostienen mediante las torres de alta tensión apostadas en el campo y en la periferia de las poblaciones.

CIENCIAS

II

2. Se sugiere que organice a sus estudiantes de tal forma que cada equipo busque información diferente en las referencias de interés. 5 Pueden organizarse para presentar la síntesis en una lámina o en el pizarrón.

2. Consulten las referencias que consideren necesarias para identificar cómo se transforma la energía en la turbina de un generador eléctrico. Pueden recurrir a las referencias que se listan abajo. Para ello: a) Dividan las lecturas entre todos los equipos. b) Cada equipo buscará y sintetizará los textos revisados en su bitácora.


c) Expondrán una síntesis de la información consultada al resto del grupo.

En general, se recomienda la revisión de los Textos de información inicial de las Secuencias 21 y 23, los textos de formalización de las Secuencias 23 y 24, así como la Actividad DOS de la Secuencia 24.

Intercambien la información que cada equipo sintetizó. Para ello: 1. Escuchen con atención las exposiciones de sus compañeros. 2. Completen su bitácora con la información que ellos aporten.

1. Una práctica de esta secuencia que clasifica los materiales según su conductividad eléctrica. Esto les puede ayudar a entender por qué los transformadores tienen tapas de vidrio y por qué los cables que llevan la corriente son de metal pero están recubiertos de hule o plástico.

Algunas referencias de interés Ciencias II. Énfasis en Física: 1. Secuencia 21: ¿De qué están hechas las moléculas? 2. Secuencia 23: ¿Por qué enciende un foco? 1. Electricidad. El invisible río de energía. Física elemental. Vol. I. México: SEP. 2. ¿Cómo funciona una hidroeléctrica?

2. En esta secuencia se enfatiza la transformación de energía eléctrica en luz, calor y ondas electromagnéticas.

1. Gasca, José Luis (2003). Fuerzas físicas. México: SEP. Ediciones Culturales, Libros del Rincón. 2. Sayavedra, Roberto (1994). El domador de la electricidad. Thomas Alva Edison, México: Dirección General de Publicaciones del CNCA/Pangea.

El video “¿Cómo funciona una hidroeléctrica?” aborda la corriente eléctrica con una analogía de flujo de agua.

1. Generación de electricidad. Diciembre de 2006. CFE. 4 de marzo de 2007. http://www.cfe.gob.mx/es/LaEmpresa/generacionelectricidad/ 2. Medidas de ahorro. FIDE. 4 de marzo de 2007. http://www.fide.org.mx/medidas_ahorro/medidas.html

El recurso detalla las etapas de generación de electricidad.

157

Para cerrar la sesión, asegúrese que sus alumnos tengan claro el funcionamiento general de cualquier planta generadora, a partir de la etapa de inducción electromagnética en los generadores.

4 Puede aprovechar el video como fuente de información sobre la transformación de energía. Usted puede poner pausa en las partes de video que considere convenientes para enfatizar lo que haga falta.

Estas dos referencias aportan elementos para resolver el problema.

3 Pueden hacer entre todos un diagrama del proceso en el pizarrón. Con esto, usted tendrá algunos elementos para evaluar si los alumnos identifican los tipos de plantas que existen y cómo funcionan de manera general. 4 Si el tiempo se lo permite, vale la pena recurrir al experimento de inducción electromagnética de la página 133 para que los alumnos comprendan como funciona un generador eléctrico. Si en lugar de 8 vueltas de alambre en la bobina se dan 16, y si la intensidad del imán es mayor, la corriente inducida aumentará L i b r o p a ra e l m a e s t r o

205

SESIÓN 3


Antes de iniciar esta sesión, comente con los alumnos las etapas de generación eléctrica.

SESIÓN 3

obtengan información acerca de cómo se genera la electricidad, cómo llega a

su comunidad y el impacto que estos procesos pueden tener en el ambiente. Para ello: 1. Investiguen dónde se encuentran una subestación eléctrica y una oficina de la Comisión Federal de Electricidad y consigan el permiso para visitarla.

1 Puede proceder mediante lluvia de ideas. Indique a sus estudiantes que en esta sesión llevarán a cabo la investigación de campo para obtener información acerca de cómo llega la electricidad a su comunidad. Programen entrevistas con personal de la Comisión Federal de Electricidad. De esta manera, podrán valorar el uso racional de la electricidad como una actitud que contribuye a disminuir el impacto ambiental.

2. Realicen una entrevista para indagar sobre: a) El tipo de planta generadora que da servicio a su comunidad. b) La contaminación que genera esta planta en el entorno. c) Los cuidados que deben tener los trabajadores de las plantas, torres y subestaciones de la CFE. d) Cómo se puede ahorrar energía eléctrica.

Para hacer sus entrevistas: Elaboren y lleven por escrito cuatro o cinco preguntas clave para guiar sus entrevistas. Por ejemplo, ¿Qué planta suministra energía a mi comunidad? ¿Qué tipo de planta es? ¿Es una planta contaminante? Seleccionen a los adultos que serán entrevistados y hagan una cita con ellos. Infórmenles sobre su proyecto y sean amables. Utilicen una grabadora, una libreta pequeña de notas o bien su bitácora para registrar la información durante la entrevista. Si les prestan objetos o fotografías, sean cuidadosos en su manejo y regrésenlos.

Fase II: Exploremos para definir el problema A partir de aquí los alumnos tendrán que hacer una serie de tareas extra clase. Revise los lugares que los alumnos visitarán para hacer sus entrevistas y las preguntas que van a formular.

al terminar sus entrevistas: Reúnanse con todo el equipo y seleccionen la información útil para resolver el problema. Valoren las coincidencias en las respuestas de los entrevistados. Una tabla de datos puede ser de gran ayuda.

4 Al finalizar esta etapa de trabajo es importante una puesta en común para la presentación de avances en el grupo. Procure guiar a sus alumnos para la organización de esta puesta en común.

sinteticen la información obtenida durante las entrevistas. Para ello: 1. Reúnan las entrevistas de todos los equipos. 2. Elaboren en su cuaderno un resumen acerca del funcionamiento de la planta generadora que provee a su comunidad de electricidad. Incluyan: a) Las etapas de los procesos de generación, transmisión y distribución. b) Las transformaciones de energía que se llevan a cabo.

Obtengan información acerca de cómo se genera la electricidad, cómo llega a su comunidad y el impacto que estos procesos pueden tener en el ambiente. Para ello: 1. Antes de que los alumnos visiten alguno de estos lugares, es recomendable que un representante de la escuela haga o con la o las personas con quien acudirán los alumnos. Solicite la ayuda necesaria para que sus estudiantes puedan realizar su trabajo de la mejor manera. 2. a) RL Por ejemplo: Termoeléctrica. b) RL Por ejemplo: Emite dióxido de carbono. c) RL Por ejemplo: Utilizar guantes de carnaza, que es un material aislante, para manipular los materiales eléctricos; usar gorra y botas aislantes. d) RL Por ejemplo: Apagar las luces de la casa. Sinteticen la información obtenida durante las entrevistas. Para ello:

206


Fase II: Exploremos para definir el problema

c) Los riesgos que corren las personas que trabajan en ella. d) La contaminación que genera la planta.

158

2. a) RM Generación: es la producción de electricidad a partir de energía mecánica, mediante un generador. Transmisión: es la conducción del flujo de corriente mediante cables y torres de transmisión de la planta hasta las poblaciones. La corriente se regula con transformadores de voltaje. Distribución: Se lleva a cabo en las subestaciones eléctricas, en donde se reparte la corriente eléctrica que proviene de las plantas generadoras. Ahí se regulan el voltaje y la corriente y se controla la frecuencia de los transformadores en las calle para evitar sobrecargas y optimizar el suministro en una localidad. b) RL Por ejemplo: Cinética, magnética, eléctrica.

c) RL Por ejemplo: Descarga eléctrica, caída de un poste. d) RL Por ejemplo, desechos radioctivos que dañan el suelo. Para cerrar la sesión, pregunte a sus alumnos si consideran que la información recopilada es suficiente. 3 Pídales que platiquen sus experiencias con las personas entrevistadas. Puede preguntarles: ¿creen que ser electricista es un trabajo de alto riesgo? ¿Cómo se puede disminuir el riesgo?

¿Qué cuidados tienes en tu casa para evitar una sobrecarga eléctrica? Recuérdeles que para la siguiente sesión deberán traer los materiales necesarios para elaborar su maqueta.

CIENCIAS

II

Fase III. ¿Cómo contribuir a la solución del problema?

SESIÓN 4 Antes de iniciar esta sesión, comente con los alumnos qué es lo que les falta para resolver el problema.

SESIÓN 4

Construyan un modelo del tipo de una maqueta de la planta abastecedora de electricidad de su comunidad.

• Tomen en cuenta las etapas principales de los procesos de generación, transmisión y distribución de electricidad.

3 Pregúnteles qué es lo que han aprendido hasta ahora y qué pueden hacer para que la demanda eléctrica de su comunidad sea menor. Dialogue con ellos sobre cómo tienen pensado construir su modelo en esta fase.

Para elaborar una maqueta: Identifiquen las características del objeto, proceso o fenómeno que quieren presentar.

Decidan los materiales que van a usar.


Hagan un boceto o diagrama del objeto, proceso o fenómeno en papel: • Utilicen los diagramas y los textos consultados. • Tomen en cuenta las partes que se construirán por separado.

Para terminar

Construyan un modelo del tipo de una maqueta de la planta abastecedora de la electricidad de su comunidad.

SESIÓN 5

A estas alturas, los alumnos ya saben cuál es la planta que abastece eléctricamente a su comunidad. Para que les quede clara la diferencia entre los tipos de plantas se sugiere hacer equipos para que mediante un sorteo elaboren una planta nucleoeléctrica, termoeléctrica, hidroeléctrica y eólica.

Comuniquen los resultados que obtuvieron. Para ello: 1. Elaboren un reporte que contenga: a) Introducción: Expliquen el propósito del proyecto. b) Desarrollo: Describan el procedimiento que siguieron para elaborar su maqueta. c) Conclusiones: Mencionen la importancia de las plantas generadoras. 2. Organicen en su escuela la presentación pública de sus maquetas. 3. Organicen con los asistentes un intercambio de opiniones acerca de los beneficios de las plantas generadoras, de sus costos ambientales y del impacto que tiene el desperdicio de energía eléctrica.

Para cerrar la sesión, comente con sus alumnos los pormenores de la elaboración de su maqueta, por ejemplo, si les alcanzó el material o si lograron representar lo que querían.

Lo que aprendimos Evalúen lo aprendido durante el proyecto. 1. Comparen sus respuestas de la sección Lo que pienso, con lo que saben ahora y escriban una conclusión al respecto.

3 Pídales que verifiquen entre ellos si los procesos de transformación de energía representados son correctos, de acuerdo con tipo de planta generadora.

2. ¿Qué transformaciones de energía ocurren a lo largo de las distintas etapas? Evalúen las maquetas. Para ello: 1. Comenten cuál de las maquetas representa mejor las etapas y los dispositivos que se utilizan desde el proceso de generación hasta la llegada de los cables a la escuela.

SESIÓN 5

2. ¿Qué utilidad tuvieron las entrevistas para elaborar su maqueta? 3. Si tuvieron dificultades al asistir a los lugares de la CFE, ¿cómo las resolvieron? 4. ¿Qué fue lo que más les gustó de su maqueta? 159

Evalúen las maquetas. Para ello: 1. RL Por ejemplo: La del equipo equis porque sus integrantes no omitieron ninguna etapa y su representación es muy clara. 2. RL Por ejemplo: Nos ayudaron a entender mejor lo que habíamos visto en los textos y videos, nos mostraron la subestación paso por paso y nos enseñaron un diagrama. 3. RL Por ejemplo: Entrevistando a un electricista. 4. RL Por ejemplo: Simular la corriente de agua y hacer que rotara la turbina.

Evalúen lo aprendido durante el proyecto. Colabore con sus alumnos en la organización de los criterios de evaluación de sus maquetas. 1. RL Por ejemplo: Creíamos que el impacto ambiental tenía que ver con basura de cables o aislantes, pero en realidad es mucho más que eso. Las termoeléctricas contaminan el aire de manera importante. 2. RL Por ejemplo: Nuclear en calorífica, calorífica en cinética, cinética en electromagnética.

Antes de iniciar esta sesión, comente con los alumnos que en esta última etapa comunicarán al grupo las características de su modelo, resolverán el problema con la elaboración de su reporte y podrán evaluar sus aprendizajes. 3 Si es posible, haga una invitación a los padres de familia y a otros de la comunidad educativa para que expongan sus maquetas los alumnos.

Para terminar Comuniquen los resultados que obtuvieron. Para ello: 3.

3 Cuando todos los equipos hayan expuesto sus maquetas, se puede abrir una sesión de preguntas y respuestas.

Lo que aprendimos En esta etapa verifique que sus alumnos hayan incorporado correctamente la información revisada en las secuencias del bloque IV. Guíe a los alumnos para que reflexionen acerca de los logros alcanzados, el grado de aprendizaje de los contenidos del proyecto, las dificultades con las que se enfrentaron y la manera en la que las resolvieron. En esta fase concluya la evaluación de destrezas del alumno durante el proyecto. L i b r o p a ra e l m a e s t r o

207

evaluación bloque 4 Las actividades que se presentan al final de cada bloque le permitirán evaluar de manera integral los conocimientos generales trabajados. Esta evaluación posibilita medir los logros individuales de sus alumnos y, con ello, asignar una calificación parcial que, junto con las evaluaciones y observaciones que usted realizó a lo largo del bloque, le permitirán obtener una calificación bimestral.


Manifestaciones de la estructura interna de la materia Revisión de secuencias I. Subraya el argumento más adecuado para contestar las situaciones planteadas: 1. Los cables que se usan para conectar los aparatos eléctricos están hechos de hilos de cobre y forrados con plástico porque:

Revisión de secuencias Las actividades de esta sesión de evaluación (100 minutos) inician con la sección Revisión de secuencias, donde se presenta una propuesta de examen bimestral integrado por una cantidad variable de reactivos, que se pueden contestar en 50 o 60 minutos. Usted puede pedir a los alumnos que contesten la totalidad de los reactivos o seleccionar los que considere más relevantes. Se sugiere que la calificación obtenida en el examen constituya el 20% de la calificación del bimestre. Al final de esta secuencia se presenta un ejemplo de ponderación de los diferentes elementos de evaluación considerados. Durante el tiempo restante de la sesión se puede calificar el examen; para ello puede propiciar una autoevaluación. Una estrategia es la siguiente: organice que entre todo el grupo se resuelva el examen, argumentando cada respuesta con base en los textos y actividades de las secuencias revisadas. Solicite a los alumnos que tuvieron respuestas erróneas, que analicen el origen de su error. Para realizar el ejercicio de evaluación, cuenta usted con una sesión. También puede solicitar una coevaluación, es decir, que por parejas o equipos identifiquen las respuestas correctas así como las erróneas, las argumenten y se asignen una calificación. Para ello, usted cuenta con las respuestas de cada reactivo. Comente con sus alumnos las dudas que surjan durante la resolución del examen.

208


a) b) c) d)

El plástico conduce la electricidad y el cobre es un aislante. El plástico no es un conductor eléctrico y el cobre es un aislante. El plástico es un aislante y el cobre es un conductor eléctrico. El plástico y el cobre son buenos conductores eléctricos.

2. El modelo de partículas NO es útil para explicar los fenómenos eléctricos, ya que la electricidad se debe a la: a) b) c) d)

Estructura de las moléculas de un cuerpo. Estructura de las partículas subatómicas. Velocidad de las moléculas de un cuerpo. Presión ejercida entre las moléculas de un gas.

3. El espectro de la luz emitida por un material puede proporcionar información sobre: a) b) c) d)

El tipo de átomos que lo constituyen. La cantidad de luz que tienen sus átomos. La distancia a la que se encuentra la fuente del observador. El magnetismo que poseen sus átomos.

4. El significado dado originalmente a la palabra átomo ahora es incorrecto debido a que quiere decir: a) b) c) d)

Divisible y el átomo no lo es. Visible y el átomo no se ve. Invisible y el átomo sí se ve. Indivisible y el átomo sí lo es.

160

Este es el momento adecuado para pedir que evalúen de manera individual o en pares el portafolio que cada alumno integró con los trabajos realizados en cada secuencia y que le parecieron más relevantes. Pida que se asignen una calificación entre 1 y 10, de acuerdo con la calidad de los trabajos realizados. Se sugiere que esta calificación represente un 5% de la calificación del bimestre. La sección Autoevaluación se presenta únicamente en los bloques I, III y V. No tiene una calificación numérica y su función es que los alumnos constaten el progreso experimentado en el trabajo en equipo a lo largo del año. Para ello, los alumnos comparan su desempeño en tareas que requieren de la colaboración con sus pares, al inicio, a la mitad y al final del año escolar.

CIENCIA S II

CIENCIAS

II

5. La corriente eléctrica se produce debido a: a) b) c) d)

Un flujo de electrones a través de un material conductor. La presión de los electrones dentro de un alambre de cobre. Un flujo de protones dentro de un conductor. Un flujo de neutrones dentro del núcleo atómico.

6. El foco de una lámpara en un circuito eléctrico enciende debido a que el filamento: a) b) c) d)

Calienta al vidrio al circular la corriente. Calienta al aire en el interior del foco. Se calienta al circular la corriente. Se quema al hacer o con el aire en el interior del foco.

7. ¿Qué sucede si en una espira se introduce y retira un imán? a) b) c) d)

Nada. Se induce una corriente eléctrica en la espira. Se induce una corriente eléctrica en el imán. La espira adquiere propiedades de aislante eléctrico.

8. ¿Qué sucede con dos cables paralelos por los que circula corriente en sentidos opuestos? a) b) c) d)

Se atraen. Permanecen a la misma distancia. Se repelen. Se queman.

9. Las ondas electromagnéticas que se utilizan en los radares y las comunicaciones satelitales son: a) b) c) d)

Ondas de radio. Ondas infrarrojas. Microondas. Ondas sonoras.

10. La refracción de la luz consiste en: a) La absorción parcial de los rayos luminosos por los cuerpos traslúcidos. b) La formación de una imagen al reflejarse los rayos luminosos en una superficie pulida. c) El aumento del ángulo de incidencia al pasar las ondas electromagnéticas cerca de un cuerpo opaco. d) El cambio en la trayectoria de un rayo luminoso al pasar de un medio material a otro.

1 61


209


EVALUACIÓN BLOQUE 4 11. La imagen distorsionada de una cuchara dentro de un vaso con agua se debe a: a) b) c) d)

La refracción de la luz. La reflexión de la luz. La difracción de la luz. La intensidad de la luz visible.

II. Observa las figuras y selecciona la opción que responda a la situación planteada. 12. ¿Cuál de las siguientes figuras representa a un átomo eléctricamente neutro? a)

b)

c)

e

p n n e

d)

e

p

n

e

p n pn

e

p

n

e

13. ¿Cuáles de los átomos representados anteriormente tienen una carga negativa? a) Figuras a y b

b) Figuras b y c

c) Figuras a y c

d) Figura d y c

14. Las figuras anteriores representan de manera aproximada el modelo atómico de: a) Dalton

b) Bohr

c) Thomson

d) Demócrito

15. El núcleo atómico de las figuras anteriores concentra la mayor cantidad de masa debido a que: a) b) c) d)

162

210


Tiene una gran cantidad de electrones agrupados en su interior. Posee una combinación de electrones y neutrones de gran masa. Se combina con otros átomos en su interior. Agrupa protones y neutrones, partículas de masa mucho mayor a la del electrón.

CIENCIA S II

CIENCIAS

II

III. Aplica tus conocimientos para seleccionar la respuesta adecuada. 16. ¿Cuál de los siguientes alambres de cobre tiene mayor resistencia? a)

c)

b)

d)

17. La aguja de una brújula se mueve al acercar a ella un conductor con corriente eléctrica, debido a que: a) b) c) d)

La corriente eléctrica tiene partículas magnéticas. La carga eléctrica en movimiento produce magnetismo. La corriente eléctrica neutraliza el imán de la brújula. La carga eléctrica produce electricidad en la brújula.

18. La teoría corpuscular de la luz de Newton, propone que: a) b) c) d)

La luz es de naturaleza electromagnética. La luz es radiación emitida por la materia. La luz está hecha de partículas. La luz es semejante a las ondas sonoras.

163


211


Autoevaluación Se propone un instrumento cualitativo que usted puede utilizar para que el alumno reflexione sobre su forma de trabajo en equipo al término de un bloque. Guíe a sus alumnos para que evalúen si presentan actitudes favorables o poco favorables hacia este tipo de trabajo.


Autoevaluación • Sigue las instrucciones: 1. Escribe en la columna de la derecha el número que describa mejor tu actitud personal frente al trabajo en equipo. Emplea la siguiente escala: 1 = nunca, 2 = pocas veces, 3 = con frecuencia, 4 = siempre. ¿Cómo trabajo en equipo? Actitud

Valoración

a) Cuando trabajamos en equipo, espero a que uno de mis compañeros nos organice. b) Cuando dividimos las tareas y termino primero, ayudo a mis compañeros. c) Mis compañeros de equipo me toman en cuenta.

a) Actitudes favorables al trabajo en equipo Si la suma de las preguntas: b, c, d, f, g, h, i está entre 21 y 28 puntos Si la suma de las preguntas: a, e, j está entre 3 y 6 puntos

b) Actitudes poco favorables al trabajo en quipo Si la suma de las preguntas: a, e, j está entre 9 y 12 puntos

d) Si uno de mis compañeros hace un buen trabajo, se lo digo. e) Si los demás no hacen lo que les toca, yo tampoco cumplo con mi tarea. f) Durante una actividad, escucho y respeto la opinión de los demás. g) Me gusta aportar ideas para realizar una actividad grupal. h) Cuando algo me sale mal, reconozco mi error. i)

Considero que el trabajo en equipo contribuye a mi aprendizaje.

j) Cuando trabajamos en equipo, nos resulta muy difícil ponernos de acuerdo.

2. Responde: a) ¿Qué afirmaciones favorecen el trabajo en equipo? b) ¿Cuáles de estas actitudes manifiestas cuando trabajas con tus compañeros de equipo?

Si la suma de las preguntas: b, c, d, f, g, h, i está entre 7 y 14 puntos

3. Es recomendable que guardes una copia de este cuestionario en el portafolio, para que lo compares con los que harás al final de otros bloques.

Orientaciones: La columna I presenta las calificaciones de los indicadores que evidencian actitudes favorables para el trabajo en equipo. La columna II presenta las calificaciones de los indicadores que evidencian actitudes desfavorables para el trabajo en equipo. Es conveniente que el alumno guarde sus resultados en el portafolio para poder compararlos con las autoevaluaciones que haga en otros momentos del curso. De este modo resultará muy formativo que el alumno observe la evolución de sus actitudes en el transcurso del tiempo. En la página siguiente se incluye una propuesta de Lista de cotejo, para que usted evalúe en forma cualitativa las destrezas y actitudes desarrolladas por cada alumno en cada una de las secuencias del bloque. Este instrumento de evaluación se puede utilizar en forma cotidiana. Las destrezas y actitudes de cada secuencia se presentan en el cuadro, en el orden en que se trabajan.

212


164

CIENCIA S II

CIENCIAS

II

Integra tu portafolio.

Integra tu portafolio

Reflexiona acerca de las actividades del Bloque 1 que te parecieron más importantes para tu aprendizaje, y guarda en tu portafolio algunas de esas actividades; por ejemplo, ejercicios, fotografías, dibujos, tablas o autoevaluaciones. Escribe en una tarjeta, por qué guardas cada una de ellas.

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Este instrumento cualitativo constituye una evidencia del progreso del alumno a lo largo del curso, que estimula positivamente el proceso de aprendizaje individual. Se le sugiere que solicite a los alumnos la construcción individual de sus portafolios al inicio del curso, de manera que éstos contengan los productos que cada alumno decida conservar en el transcurso de cada bloque. Recuerde a los alumnos que guarden en el portafolio productos elaborados en cada secuencia.

165


213

evaluación bloque 4 Nombre del alumno

Identifica

SecUENCIA 21

Clasifica

Identifica

SecUENCIA 22

Ilustra con ejemplos

Construye modelos

Construye un modelo

Analiza campo eléctrico

Observa

SecUENCIA 25

Identifica

SecUENCIA 24

Analiza magnetismo

SecUENCIA 23

Observa

Identifica Obtiene información ProYECTO 4

Construye un modelo Comunica

Evalúa

TOTAL

214


Lista de cotejo de destrezas y actitudes del Bloque 4

Identifica

CIENCIA S II

Ejemplo de evaluación individual de Lo que aprendimos Cada actividad de esta sección es un instrumento cualitativo de evaluación continua. A continuación, le sugerimos una forma para evaluar las secciones Resuelvo el problema, ¿Para qué me sirve lo aprendí?, Ahora opino que… y Lo que podría hacer hoy…: EVALUACIÓN FORMATIVA: Secuencia No. ____

Logrado

No logrado


Da solución a la situación problemática Tiene un manejo superior de conceptos con respecto al diagnóstico Sus habilidades han evolucionado favorablemente hacia el propósito de la secuencia

1.____ 2.____ 3.____

1.____ 2.____ 3.____


Transfiere los contenidos de la secuencia a nuevas situaciones Identifica nuevas relaciones y escenarios posibles

4.____ 5.____

4.____ 5.____

Ahora opino que…

Emite opiniones fundamentadas Desarrolla su pensamiento crítico

6.____ 7.____

6.____ 7.____


Reconoce la necesidad planteada en la nueva situación Muestra disposición a la acción Sus actitudes han evolucionado favorablemente hacia el propósito de la secuencia

8. ____ 9.____ 10.____

8. ____ 9.____ 10.____

CALIFICACIÓN

Para obtener la calificación de una secuencia sume los logros de cada alumno.


215


Ejemplo de evaluación sumativa de un bloque A continuación se proporciona un ejemplo de cómo evaluar los distintos aspectos de un bloque. Puede incluir la evaluación que realice al término de cada sesión de aprendizaje. Esta sugerencia no descarta otras posibilidades que usted considere más apropiadas de acuerdo con las características de sus alumnos. En todos los casos, se redondean los decimales. 1. Secuencias. Esta sección puede dividirse en dos partes: la obtenida a partir de la Lista de cotejo de destrezas y actitudes, y la obtenida a partir de las secciones de Lo que aprendimos de todo el bloque. a) Lista de cotejo de destrezas y actitudes: Supongamos que el alumno Carlos Álvarez ha logrado 30 de las 33 destrezas y actitudes esperadas en el conjunto de secuencias de un bloque. Al dividir estas cifras y multiplicar por 10 se obtiene una calificación de: 30 X (10) = 9 33

b) Para que el alumno obtenga el promedio de las calificaciones, obtenidas en la sección Lo que aprendimos se le proporciona una sugerencia en la parte baja de la página. Supongamos que el mismo alumno obtuvo 8 en este rubro de la calificación. 25 X (10) = 8.0 31

c) Obtenga el promedio de a) y b), que en este ejemplo sería: 9+8 2

= 8.5

El resultado se multiplica por 0.5 ya que las secuencias constituyen 50% de la evaluación del bloque. En este ejemplo del alumno, sería (8.5 ) X (0.5) = 4.3

216


CIENCIA S II

2. Examen bimestral. El examen bimestral de la sección Revisión de secuencias de la evaluación es un instrumento cuya ponderación es 20% de la evaluación de un bloque. Si el alumno en cuestión obtiene un 8 como producto de los aciertos de su examen, entonces la puntuación que tendría por este concepto sería: (8) x (0.2) = 1.6 puntos 3. Proyecto. Se sugiere una ponderación del 25%. El maestro tiene la libertad de evaluar el proyecto como considere conveniente. Puede evaluar, por ejemplo, el análisis de la información recopilada, la calidad del producto obtenido en la fase de comunicación, el reporte de investigación, el trabajo del equipo, etcétera. Si los criterios seleccionados dan como resultado una calificación de 9, entonces la puntuación obtenida por este concepto sería de (9) x (0.25) = 2.3. 4. Portafolio. Se sugiere una ponderación del 5% para esta sección de la evaluación. Los criterios se pueden establecer junto con los alumnos para que sean ellos los que decidan el porcentaje. Pueden evaluar, por ejemplo, si las evidencias seleccionadas representan lo aprendido, si el texto de la tarjeta que las identifica está bien escrito, si lo han hecho con orden, etcétera. Si los alumnos se otorgan un 10 en el portafolio, entonces éste se multiplica por .05, de manera que (10) x (.05) = 0.5 Finalmente, las puntuaciones obtenidas por cada uno de los rubros de la evaluación se suman: PUNTUACIÓN POR ASPECTO

SUMA

Nombre de alumno

a) Secuencias (50%)

b) Examen (20%)

c) Proyecto (25%)

d) Portafolio (5%)

Calificación bimestral

1. Álvarez Carlos

4.3

1.6

2.3

0.5

8.7

2. Beltrán Ana


217

218


BLOQUE 5

Conocimiento, sociedad y tecnología


219

220



Origen y evolución del Universo: una línea del tiempo Propósito y perspectiva El propósito de este proyecto es que los estudiantes elaboren una representación de la evolución del Universo y su estructura fundamental, e identifiquen la fuerza responsable. Desde una perspectiva histórica se revisan algunas de las teorías científicas más importantes que explican cómo se originó el Universo y qué edad tiene. A su vez desde la perspectiva de naturaleza de la ciencia, se valora la importancia de conocer las teorías científicas que explican la evolución y la estructura del Universo.


SESIÓN



Texto introductorio

Valorar la importancia de conocer las teorías científicas que explican el origen, la evolución y la estructura del Universo. Cronograma de actividades.


Analizar diversas explicaciones para el origen, evolución y estructura del Universo. Cuestionario

Por equipo: Bitácora, materiales de consulta.


Obtener información sobre los eventos que sucedieron después de la Gran Explosión. Tabla de datos.

Por equipo: Bitácora o grabadora.


Construir un modelo de una línea del tiempo para explicar el origen y la evolución del Universo. Sintetizar información mediante una tabla de clasificación de la estructura del Universo. Modelo de línea del tiempo y tabla.

Por equipo: Materiales de fácil adquisición para elaborar un modelo de línea de tiempo y una tabla de clasificación como: cartulinas o cartoncillo, regla y plumones de colores.

1

2


3

4


221



Origen y evolución del Universo: una línea del tiempo


SESIÓN 1 Para iniciar la sesión, pregunte a sus alumnos qué han escuchado acerca del origen del Universo, y mencione que la humanidad se ha planteado infinidad de explicaciones de toda índole para abordar esta cuestión. Coménteles que las explicaciones que se han elaborado desde las ciencias son el objetivo primordial de la investigación que realizarán en este Proyecto.

sesión 1

Para empezar Lean el texto.

el sol DoraDo. Domingo 4 de febrero de 2007

El origen del Universo Una pregunta que ha inquietado sin cesar la mente humana desde hace mucho tiempo es: ¿cuándo y cómo se originó el Universo? A lo largo de la historia, se han propuesto infinidad de explicaciones para responder esta cuestión. Hoy sabemos que las galaxias, esas superestructuras formadas por miles de millones de astros, se alejan constantemente unas de otras, lo cual exhibe que el Universo se encuentra en una etapa de expansión. Si, con nuestra imaginación, echáramos a andar el tiempo en reversa, encontraríamos que, en el pasado, las galaxias estaban más cerca unas de otras. Si continuamos retrocediendo aún más en el tiempo, llegaríamos a una situación en la que toda la materia del Universo estaría concentrada en un volumen extremadamente pequeño. La Teoría de la Gran Explosión, en inglés conocida como el Big Bang supone que esta extraordinaria concentración de materia explotó, dando inicio al Universo que ahora conocemos. Es posible estimar hace cuánto tiempo ocurrió la Gran Explosión: algo menos de 15 mil millones de años. Durante el desarrollo posterior del Universo, se formaron las galaxias y dentro de éstas se formaron estrellas. Posteriormente se formó nuestro Sol y el Sistema solar. Es increíble, pero ¿sabían ustedes que la vida del Sol es de aproximadamente dos terceras partes de la del Universo? ¡Una edad considerable!

Las galaxias son enormes conglomerados de estrellas, nebulosas, planetas, satélites y otros objetos de nombres fantásticos, como hoyos negros y supernovas.

t i e m p o

gran explosión Formación de nuestra galaxia Formación del sol Presente

A partir de la Gran Explosión, la materia empezó a conformarse tal como la conocemos ahora. Eventualmente, se formaron galaxias y estrellas, una de las cuales es nuestro Sol.

Ahora ya conoces diversas explicaciones de los cambios que ocurren cuando los cuerpos que interactúan mediante fuerzas, y de qué está formada la materia, así como algunos de sus comportamientos. En este proyecto investigarás las teorías actuales sobre el origen y la evolución del Universo. Con esta información, tus compañeros y tú elaborarán una línea de tiempo que represente la evolución del Universo. Valorarás la importancia del desarrollo de teorías científicas para obtener respuestas a preguntas que se ha planteado la humanidad desde su inicio. 168

Para empezar El Sol D ora do El texto muestra un panorama general de cómo se construyó la Teoría de la Gran Explosión a partir del alejamiento de las galaxias entre sí. Puede enfatizarles que este hecho ha sido corroborado mediante la observación astronómica, al analizar la luz que procede de las galaxias, tomando en cuenta que la luz es una onda electromagnética. 3 Invite a los alumnos a expresar algunas explicaciones sobre el origen del Universo. Es posible que den respuestas

222


basadas en creencias religiosas, mágicas o de cosmogonías que se han preservado como parte del bagaje de varias culturas prehispánicas. Se sugiere hacerles notar el valor cultural de todas estas explicaciones, pues forman parte de una pregunta que el ser humano se ha planteado siempre, pero que es importante conocer y apreciar también el trabajo que muchas personas dedicadas a las ciencias han realizado a lo largo del tiempo para ofrecer modelos y teorías que puedan ser verificables para todas las culturas del orbe.

2 Haga una lluvia de ideas con sus alumnos, para responder preguntas que motiven su curiosidad: ¿Existen otras teorías científicas, además de la de la Gran Explosión, para explicar el origen del Universo? ¿Qué se habrá formado antes: las galaxias o los sistemas estelares, como nuestro Sistema Solar? ¿Qué es una nebulosa? ¿Todas las estrellas tendrán planetas?

CIENCIAS

II



Tus compañeros y tú van a participar en una feria de ciencias que incluye una sección de Astronomía. ¿Cómo elaborarían una representación de la historia del Universo, señalando los sucesos más sobresalientes?

Lo que pienso del problema Responde en tu bitácora: 1. ¿Qué es el Universo?

Para el registro de tus actividades, recuerda:

2. ¿Cómo está formado? 3. ¿Cuáles son los cuerpos y las estructuras que lo componen? 4. Además de la teoría de la Gran Explosión, ¿conoces otras explicaciones sobre el origen del Universo? 5. ¿Qué interacción mantiene las estructuras del Universo unidas? Compartan sus respuestas.

Utilizar un cuaderno, libreta o carpeta como bitácora. Llevar ahí un registro ordenado de lo que piensas del problema, de los textos consultados, de las entrevistas que realices, de los datos y objetos encontrados. Estas anotaciones te serán muy útiles para elaborar el informe del proyecto.

Manos a la obra Fase I: Investigamos conocimientos útiles Para conocer las teorías científicas más importantes acerca del origen del Universo, así como las fechas estimadas de sucesos tales como la aparición de los átomos, de las primeras galaxias, o la edad del Sistema Solar, y cuáles son los componentes básico del universo actual y cómo se organizan, les será de gran utilidad revisar y sintetizar algunos textos y páginas de Internet relacionados con estos temas. Consideren también la posibilidad de consultar enciclopedias y museos locales. Fase II: Exploremos para definir el problema En una mesa redonda, definirán qué sucesos son relevantes para marcar en la línea del tiempo de la evolución del Universo y completar su tabla de clasificación de sus componentes. Con estas pautas, elaborarán, por equipos, las preguntas que harán a los adultos que puedan aportar información al respecto, y los entrevistarán. Organizarán la información recabada en tablas como las que se sugieren más adelante, considerando la teoría del origen del universo que tenga mayor aceptación.

1. RL Por ejemplo: Es el conjunto de todos los cuerpos celestes conocidos, o es el conjunto de toda la materia y energía que existe.

Fase III: ¿Cómo contribuimos a la solución del problema? Apoyados en los resultados de su investigación, construirán un modelo de línea del tiempo para situar los eventos que eligieron en la fase anterior. Sintetizarán la información sobre la estructura del Universo en una tabla de clasificación. 169

5. RM La interacción que mantiene las estructuras del Universo, desde los sistemas planetarios hasta las galaxias o estructuras aún mayores, es la fuerza de gravedad.

Lo que pienso del problema 1 Para interesar a los alumnos pídales que comenten qué implicaciones tendría el que el Universo se hubiera formado hace un tiempo relativamente breve, o qué pasaría si nuestro Sistema solar tuviera más de una estrella, ya fuera un sistema binario (de dos estrellas que giran alrededor de un centro común) o, incluso, todo un cúmulo globular, que es una agrupación de varias decenas de estrellas.

Plan de trabajo

la materia, por lo que muy pocos científicos la defienden hoy en día. RL Por ejemplo, La Teoría del Universo Pulsante, que dice que en el futuro el Universo dejará de expandirse y se contraerá, para explotar de nuevo, repitiendo el ciclo, y la Teoría del Estado Estacionario, que sostiene que el Universo no ha cambiado ni cambiará apreciablemente, porque se crea materia que reemplaza a los espacios vacíos dejados por la expansión del mismo.

Solución al problema: RM Es necesario tomar en cuenta el lapso total transcurrido desde la Gran Explosión hasta el momento, es decir, la edad del Universo conforme a esta teoría. Las estimaciones más recientes arrojan una cifra de 13 mil millones de años. Entonces, la línea del tiempo arranca en el tiempo cero, la Gran Explosión, y termina en el momento presente. Los eventos intermedios se sugieren en la Tabla 1, donde están las fechas aproximadas en que ocurrieron. En la Tabla 2 se encuentran los componentes del Universo actual, empezando por los más extensos, como los supercúmulos de galaxias y finalizando en los planetas y otros pequeños astros como cometas o asteroides.

4. Puede comentar a los estudiantes que, además de la teoría de la Gran Explosión, se propusieron otras teorías que despertaron interés, como la Teoría del Universo Pulsante, que predice que en el futuro el ritmo de expansión disminuirá, y la atracción gravitatoria acabará produciendo una contracción, de manera que se volvería a la situación inicial, con toda la materia aglomerada en un punto, y que a su vez volvería a explotar, repitiéndose sucesivamente el ciclo. Una tercera teoría afirma que el Universo es, a grandes rasgos, el mismo en cualquier momento y lugar, y que, para contrarrestar la expansión, basta que se produzca, de la nada, un átomo de materia en un espacio muy grande para mantener al Universo esencialmente estable. Se trata de la Teoría del Estado Estacionario, que, por supuesto, se contrapone al principio de conservación de

2. RL Por ejemplo: Está formado por cuerpos celestes muy diversos, como estrellas, planetas, satélites, cometas, asteroides y otros, que se agrupan en galaxias. 3. En esta pregunta, los alumnos pueden citar los astros más conocidos. Si lo considera conveniente, mencióneles que hay estructuras más grandes que las galaxias, pues éstas se agrupan en cúmulos. Además, de todos los cuerpos de forma más o menos definida, como las estrellas y los planetas, existen grandes extensiones de polvo y gas, llamadas nebulosas, las cuales, cuando se condensan, suelen dar lugar a la formación de estrellas y planetas. RL Por ejemplo: Está formado por galaxias, que a su vez contienen estrellas, muchas de las cuales tienen planetas girando en torno a ellas, y satélites girando en torno a los planetas.


223


Proyecto de investigación 5 Calendario de actividades

Recuerde a sus alumnos la importancia de organizar un calendario de trabajo y el orden que deben seguir para llevarlo a cabo, por lo cual deberán analizar este plan de trabajo y distribuir las actividades entre los integrantes en lapsos determinados. Procure fomentar y valorar su creatividad e iniciativa para resolver el problema. Para cerrar la sesión, pida a sus alumnos que hagan una breve recapitulación oral de los objetivos del proyecto y la teoría que tomarán como punto de partida para señalar la edad del Universo.

Para organizar las actividades que realizarán en cada fase y designar a los responsables de cada una, tomen en cuenta el tiempo que tienen para el desarrollo y culminación de este proyecto. Para ello, pregunten a su profesor la fecha de entrega y, si les resulta útil, utilicen un formato como el siguiente para optimizar las tareas: cronograMa de actividades resPonsaBLes Fase ii Fase iii

SESIÓN 2

analicen diversas explicaciones respecto al origen y estructura del Universo. Para ello:

2. Revisen los glosarios de dichas secuencias y consulten algunas referencias de los materiales que se sugieren en la sección Para saber más. 3. Investiguen otras fuentes de consulta a su alcance para ampliar la información sobre los siguientes aspectos:

Para abrir esta sesión, indique a los alumnos que aquí recabarán y analizarán la información que les permitirá resolver el problema. Invite a los alumnos a recordar lo trabajado en la sesión anterior.

Sugiera a sus alumnos que dividan las lecturas por temas. Los temas generales podrían ser: a) Teorías del origen del Universo. b) Cronologías de eventos que acontecieron después de la Gran Explosión. c) Clases de objetos celestes y cómo se organizan.

Fase I. Investiguemos conocimientos útiles 1. Revisen qué lecturas y actividades de las secuencias del libro pueden consultar para encontrar información relacionada con el origen y la estructura del Universo.

SESIÓN 2

Fase I: Investiguemos conocimientos útiles.

a) Origen del Universo b) Estructura del Universo 4. Anoten los hechos que hayan encontrado a partir del momento en que se dio la gran explosión y el momento aproximado en que sucedieron. Asignen el “tiempo cero” a este acontecimiento. Pueden organizar esta información en una tabla como la que se muestra en seguida: tabla 1. cronología del Universo evento Gran explosión Formación de las primeras partículas subatómicas Formación de los primeros átomos Aparición de las protogalaxias o galaxias primitivas El Sistema Solar se condensa a partir de una nube de gas y polvo La Tierra se solidifica Aparece la vida en la Tierra Aparece el Homo sapiens, la especie a la que pertenecemos

tiempo transcurrido a partir del Big Bang Tiempo cero

Analicen diversas explicaciones respecto al origen y estructura del Universo. Para ello: Comente a los estudiantes que completar estas tablas será fundamental para el desarrollo del Proyecto. Para la primera tabla, es posible que encuentren el dato ya sea de la segunda columna –es decir, el tiempo que transcurrió después de la Gran Explosión–, o bien, hace cuánto tiempo, respecto al momento actual en que sucedió. Si es el caso, sólo necesitan considerar que en cada fila la suma de las cantidades arroja la cifra de 13,700 millones de años, por lo que, restando a este valor el dato que hayan investigado (no importando a qué columna pertenezca), se puede obtener el dato 224


¿Hace cuánto tiempo? 13,700,000,000 años

RM 0.0000001 segundos

RM 13,700,000,000 años

RM 100 segundos Aquí aplica la misma consideración que en el caso anterior.

RM 13,700,000,000 años

RM 1,000,000,000 años

RM 2,700,000,000 años

RM 8,000,000,000 años

RM 5,700,000,000 años

RM 9,000,000,000 años

RM 4,700,000,000 años

RM 10,200,000,000 años

RM 4,500,000,000 años

13,699,000,000 años

170

3 Para la elaboración de la síntesis, tomen en cuenta los aspectos relevantes sobre cada punto investigado.

FecHa

Fase i

correspondiente de la otra columna. En realidad, ambos valores son equivalentes, en el sentido de que se refieren al mismo momento. Ejemplifique la siguiente consideración: “En un día, las cero horas es el punto de partida, o sea, el tiempo cero. Si en este momento son las 11 horas, y desayuné a las 9 horas, quiere decir que transcurrieron 9 horas a partir del tiempo cero, y, a la vez, hace 2 horas que desayuné, pues 11 – 9 = 2”. RM En la tabla. Considere que para la formación de las primeras partículas, el evento ocurrió en un lapso de tiempo extremadamente breve, por lo que no tendría sentido descontarlo de la edad del Universo.

100,000 años

CIENCIAS

II

5. Comente a los alumnos que entre las diversas estructuras y astros, siempre hay cierta cantidad de materia, aun si está enormemente dispersa (como sería el caso de la que hay entre los supercúmulos galácticos). Esta materia dispersa juega un papel en la dinámica del Universo. RM En la tabla.

5. Para listar los componentes del Universo, pueden elaborar una tabla como la siguiente para sintetizar la información. Fíjense en el ejemplo: Tabla 2. Estructura del Universo Componentes del Universo Supercúmulos de galaxias Cúmulos de galaxias

Están formados por Cúmulos de galaxias RM Galaxias de diversos tipos.

RM Galaxias

RM Estrellas de diversos tipos, sistemas estelares, cúmulos estelares, nebulosas, materia interestelar, hoyos negros.

RM Sistemas estelares.

RM Una o varias estrellas, planetas con o sin anillos, satélites, asteroides, cometas, material interestelar.

Intercambien la información que cada equipo sintetizó. Para ello:

6. Consulten las referencias que consideren necesarias para identificar las explicaciones sobre el origen y la estructura del Universo. Pueden examinar las referencias enunciadas abajo. Para ello:

1 Pida a los estudiantes que escuchen con atención las exposiciones de sus compañeros.

a) Dividan las lecturas entre todos los equipos. b) Cada equipo buscará y sintetizará los textos revisados en su bitácora. c) Expondrán una síntesis de la información consultada al resto del grupo.

4. Asegúrese que todos sus alumnos tengan la información completa de lo expuesto. Para involucrar a mayor número de alumnos en la actividad, se sugiere que no sea un sólo alumno quien escriba las respuestas en el pizarrón, deje que ellos libremente se levanten y lo hagan; de no ser así, tome usted la decisión de elegirlos.

Intercambien la información que cada equipo sintetizó. Para ello: 1. Escuchen con atención las exposiciones de sus compañeros. 2. Completen su bitácora con la información que ellos aporten. 3. Comenten: a) Las semejanzas y las diferencias entre las explicaciones, así como sus opiniones respecto de cada una de ellas. b) La importancia de los conocimientos científicos y de los avances tecnológicos para comprender el origen y estructura del Universo. 4. Sinteticen en sus bitácoras los puntos más importantes que se comentaron.

Algunas referencias de

171


225


Proyecto de investigación 5 interés

Las secuencias le ayudarán al alumno a recordar y aportarán elementos para el desarrollo de su Proyecto. En la Secuencia 9 se revisó la Ley de la Gravitación Universal de Newton, una de las interacciones fundamentales y la más importante a escala cósmica. En la Secuencia 22 se vio la estructura del átomo y las partículas subatómicas que lo componen. Según la teoría, estas partículas no existían como tales en el instante de la Gran Explosión y se fueron produciendo fracciones de segundo después. La Secuencia 25 atiende la naturaleza de la luz, que es, a fin de cuentas, la única información que podemos recibir de los astros celestes. No todos los cuerpos del Universo emiten radiación luminosa en forma de luz visible, por lo que se han diseñado telescopios especiales para captar luz infrarroja, onda de radio, rayos ultravioleta, rayos X, etc. Esta radiación ha sido la clave para reconstruir la historia y la formación del Universo. Historia I:

Ciencias II. Énfasis en Física: 1. Secuencia 9: ¿La materia atrae a la materia? 2. Secuencia 22: ¿Qué hay en el átomo? 3. Secuencia 25: ¿Existe la luz invisible? Historia I: 1. Secuencia 9: El fin de una era El Universo: origen, evolución y estructura 1. Fierro, Julieta (1999). El Universo. México: Conaculta. 2. Fierro, Julieta (1997). Los mundos cercanos. México: McGraw-Hill/Conacyt. 3. Fierro, Julieta (1991). Cómo acercarse a la Astronomía. México: Dirección General de Publicaciones del CNCA/Gobierno del Estado de Querétaro/Limusa. 4. Herrera, Miguel Angel y Fierro, Julieta (1986). Las Estrellas. México: SITESA 5. Sagan, Carl (2002). Cosmos. México: Planeta. 6. Weinberg, Steven (1977). Los tres primeros minutos del universo. Madrid: Alianza Editorial 1. Álvarez, Manuel et al. Historia de la astronomía en México. ILCE. 5 de marzo de 2007. http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/04/html/astrono.html 2. Herrera, Miguel Angel y Fierro, Julieta (1997). La familia del Sol. ILCE. 5 de marzo de 2007. http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/062/htm/familia.htm 3. Rodríguez, Luis (2002). Un universo en expansión. ILCE. 5 de marzo de 2007. http:// omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/01/html/ununiver.html 4. Ruiz Morales, Jorge (1998). Astronomía contemporánea. ILCE. 5 de marzo de 2007. http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/01/html/sec_20.html SESIÓN 3

obtengan información acerca de los eventos que sucedieron a la gran explosión. Para ello:

1. Esta secuencia ayudará al alumno a conocer cómo se construyen, utilizan e interpretan las líneas del tiempo. El video identifica distintas teorías acerca del origen del Universo, y presenta la del Big Bang como la más aceptada. Se explica la estructura del Universo desde los componentes más grandes hasta los más pequeños, llegando a nuestro planeta. 4 Puede aprovechar el recurso como fuente de información y reflexión sobre la importancia del avance científico en el conocimiento del origen, evolución y estructura del Universo.

El recurso tecnológico aporta información importante para el desarrollo del proyecto. Los libros se sugieren para complementar los conceptos de las secuencias anteriores. Todos ellos contienen datos de interés para recabar la información requerida, y están expuestos con relativa sencillez, lo que puede facilitar la consulta a los estudiantes. Estas referencias electrónicas contienen datos actualizados y explicaciones que, en su mayoría, están al alcance de los estudiantes.

226


Fase II: Exploremos para definir el problema 1. En una mesa redonda, decidan cuáles son los sucesos más importantes para marcar en una línea del tiempo que represente la evolución del Universo a partir de la Gran Explosión. Pueden considerar los que citamos en la Tabla 1, e incluir algunos otros que consideren relevantes. 2. Entrevisten a sus maestros y a los de otras instituciones educativas, como preparatorias, bachilleratos y tecnológicos regionales; a los encargados de museos, bibliotecas y centros de investigación, o bien a adultos de su comunidad que puedan orientarlos.

172

Para el cierre de sesión se sugiere que revise de manera general el trabajo de los equipos.

SESIÓN 3 En esta sesión los estudiantes realizarán entrevistas para obtener la información necesaria para el diseño y elaborar su línea del tiempo y su tabla de clasificación. La información recopilada puede ser acompañada por recortes, fotografías y/o dibujos, siempre y cuando no resulte oneroso y problemático para sus alumnos. Algunas instituciones (museos, centros de investigación, etc.) tienen folletos que pueden solicitar para ilustrar la información.

Obtengan información sobre los eventos que sucedieron a la Gran Explosión. Para ello: Deje que los alumnos decidan cómo obtener la información que se les pide, ya sea a través de una entrevista, una observación directa o una encuesta. Antes de que los alumnos visiten algún lugar, visítelo usted o recopile alguna información de manera que pueda orientar mejor su trabajo de campo.

CIENCIAS

II

Organicen una exposición para presentar al grupo la información que obtuvieron.

Para hacer sus entrevistas: Elaboren y lleven por escrito cuatro o cinco preguntas para guiar sus entrevistas. Por ejemplo: ¿Cuándo se formaron las galaxias primitivas? ¿Qué edad tiene el sistema Solar? ¿Qué cuerpos componen las galaxias? ¿Qué cuerpos componen un sistema estelar como nuestro Sistema Solar? Seleccionen a los adultos que entrevistarán y hagan una cita con ellos. Infórmenles de su proyecto y sean amables. Utilicen una grabadora, una libreta de apuntes o su bitácora para registrar la información obtenida durante la entrevista.

Pida a los alumnos que intercambien la información obtenida sobre el Universo. Es interesante saber cuál ha sido su fuente informativa y qué tan confiable es. Para que la información de cada equipo se enriquezca con los datos obtenidos por el resto de sus compañeros, solicite que un representante de cada equipo pase al pizarrón a anotar la información obtenida. Con ella, todos completarán sus bitácoras.

Al terminar sus entrevistas: Reúnanse en equipo y seleccionen la información útil para resolver el problema. Valoren las coincidencias en las respuestas de sus entrevistados. Una tabla de datos puede ser de gran ayuda.

3. Con base en los resultados que obtengan, completen su Tabla 1 con la cronología de los sucesos más sobresalientes de la evolución del Universo, así como su Tabla 2 con los componentes que conforman la estructura del Universo.

Para el cierre de sesión se sugiere animar a alguno de los estudiantes a comentar cuál fue la entrevista que percibió más enriquecedora y cómo fue acogido por el adulto que se la concedió. Así, los alumnos pueden apreciar la importancia de la transmisión del conocimiento por las generaciones que los han precedido.

Organicen una exposición para presentar al grupo la información que obtuvieron. • Resuman en tablas, como la Tabla 1 y la Tabla 2, la información que recabaron.


SESIÓN 4

Construyan un modelo de una línea del tiempo

para explicar el origen y la evolución del Universo. 1. Tomen en cuenta la información que recabaron. 2. Recuerden las características de una línea del tiempo. 3. Cada segmento de su línea tendrá un valor de 1,000 millones de años, por lo que en esta línea se pueden ubicar sucesos que ocurrieron a lo largo de 15,000 millones de años.

SESIÓN 4 Antes de iniciar la sesión, pida a sus alumnos que revisen las tablas que elaboraron en la sesión anterior, para detectar si hay algún dato que falte o si alguno consiguió una información más actualizada.

4. La primera marca de la izquierda corresponde al tiempo cero, es decir, al momento de la Gran Explosión. Rotulen esta marca con esa leyenda. 5. Ubiquen el momento actual, —13,700 millones de años—, un poco antes de la penúltima marca, que corresponde a 14,000 millones de años. Rotulen esa marca con la palabra “Hoy”. 6. Por último, ubiquen y rotulen cada uno de los sucesos que decidieron incluir, como los sugeridos en la tabla 1.

173

Durante esta sesión, los alumnos diseñarán y construirán su modelo de línea de tiempo, además de sintetizar la información de los componentes del Universo en una tabla de clasificación. Compartirán información y responsabilidades en el equipo de trabajo.

Fase III. ¿Cómo contribuir a la solución de este problema? Construyan un modelo de una línea del tiempo para explicar el origen y la evolución del Universo. 1 Oriente a sus alumnos para que tracen adecuadamente la escala en la línea de tiempo, en concordancia con las indicaciones que se encuentran en esta sección. Puede sugerirles que hagan antes un borrador con lápiz, y luego lo dibujen en la cartulina o cartoncillo. Recuérdeles que es importante que la escala quede bien representada, y que las marcas que indican intervalos de 1,000 millones de años queden equidistantes.


227

Sinteticen información mediante una tabla de clasificación de la estructura del Universo. Para ello:

Proyecto de investigación 5 sinteticen información mediante una tabla de clasificación de la estructura del Universo. Para ello: 1. Tomen en cuenta la información que recabaron y sintetizaron en la Tabla 2.

1 Guíe a los estudiantes en la elaboración de esta tabla, sugiérales elegir al integrante del equipo que tenga mejor caligrafía para que escriba los conceptos que en ella se verterán.

2. Recuerden las características de una tabla de clasificación:

Para elaborar una tabla de clasificación: La tabla de clasificación presenta cierta información sintetizada. Puede contener ilustraciones. Generalmente es del tamaño de una cartulina. Como material adicional, tengan a la mano una regla de 1 m, plumones, lápices y crayones de colores

Para cerrar la sesión, pida a los alumnos que respondan a preguntas como: a) Después de la Gran Explosión, ¿qué evento de los señalados en la línea del tiempo consideran más importante? b) ¿Cómo se llama la galaxia a la que pertenece nuestro Sistema Solar? c) ¿Cuál es la galaxia o galaxias más cercana a la nuestra?

Utilicen un formato como la Tabla 2, y agreguen una tercera columna a la derecha. Reproduzcan la información de las dos primeras columnas de la Tabla 2, conforme a lo que investigaron, procurando hacerlo con la mejor letra posible. En la tercera columna dibujen o ilustren los cuerpos citados en la segunda columna. El título de su tabla es “La estructura del Universo”.

SESIÓN 5 Para iniciar la sesión, exprese a los estudiantes su reconocimiento por el trabajo realizado y pregunte si tiene alguna duda en cuanto a cómo, dónde y ante quién presentarán lo elaborado a lo largo del Proyecto. En esta sesión sus alumnos valorarán la importancia social y científica de conocer los puntos relevantes de las teorías que explican el origen, evolución y estructura del Universo. Además, comunicarán los resultados que obtuvieron. Verifique que sus alumnos cuenten con lo necesario para realizar su presentación de la línea del tiempo y la tabla de clasificación.

SESIÓN 5

comuniquen los resultados que obtuvieron en la investigación y en el diseño de su línea del tiempo y su tabla de clasificación. • Para ello, realicen las siguientes actividades: 1. Elaboren un reporte de investigación, que contenga: a) Introducción: Expliquen el propósito del proyecto. b) Desarrollo: Describan los datos que investigaron respecto a lo siguiente: i. Los hechos más importantes que ocurrieron en la evolución del Universo, desde su origen en la Gran Explosión. ii. La estructura que tiene el Universo, desde los supercúmulos de galaxias hasta astros relativamente pequeños como cometas y asteroides. iii. La importancia de los modelos para comprender la evolución y la estructura del universo.

Para terminar Con esta etapa prácticamente se cubre la mitad del trabajo del Bloque V, por lo que es importante que verifique que los alumnos hayan comprendido la información revisada en las secuencias, el video y demás materiales de consulta utilizados. Colabore con sus alumnos en la elaboración y la presentación de sus trabajos y resultados. Comuniquen los resultados que obtuvieron en la investigación y en el diseño de su línea del tiempo y su tabla de clasificación.

2 Propicie que sus alumnos expongan algunas ideas con base en sus observaciones y conocimientos adquiridos en afirmaciones como éstas: a) La teoría científica que tiene sustento experimental para explicar el origen del Universo es la Teoría de la Gran Explosión. b) A partir de este evento, la materia fue estructurándose de la manera en que la conocemos hoy en día. c) La estructura del Universo es compleja, pero tiene una uniformidad en lo que son las galaxias, que si bien son de tamaños y formas muy variadas, contienen las mismas clases de cuerpos. b) Desarrollo: Describan los datos que investigaron respecto a lo siguiente: i. Los eventos más importantes que se suscitaron en la evolución del Universo, desde su origen en la Gran Explosión. Hay una lista muy grande de sucesos que podrían citarse, especialmente en las primeras fracciones de tiempo a partir de la Gran Explosión. No se tomaron en cuenta, ya que la comprensión de estos fenómenos quedaría más allá de los contenidos de este curso. Por ello, se sugirieron sólo unos cuantos para ser datados por los alumnos. RM La Gran Explosión, la formación de las primeras partículas 228


Para terminar

c) Conclusiones: Cómo explican la evolución del Universo 2. Presenten sus trabajos a la comunidad escolar.

174

subatómicas, la formación de los primeros átomos, la aparición de las protogalaxias, el Sistema Solar se condensa a partir de una nube caliente de gas y polvo, la solidificación de la Tierra, la aparición de la vida en ella y el surgimiento de la especie a la que pertenecemos. ii. La estructura que tiene el Universo, desde los supercúmulos de galaxias hasta astros relativamente pequeños como cometas y asteroides. La descripción que se hace aquí es extensa, y la respuesta que proporcionen los alumnos puede no incluir varios de los elementos. Ello dependerá de las fuentes consultadas. Los elementos esenciales que sí debe contener están mencionados en las respuestas de la Tabla 2. RM El Universo está formado por supercúmulos de galaxias, que a su vez contienen cúmulos de galaxias, los cuales, por supuesto, contienen galaxias. Todas las galaxias tienen una gran cantidad y variedad de estrellas, muchas de las cuales forman sistemas planetarios, que incluyen planetas de características muy diversas, algunos de ellos con anillos y frecuentemente con satélites girando en torno a ellos, además de cuerpos más pequeños,

como asteroides, cometas y material interestelar. Algunas estrellas tienen otras estrellas girando en torno a ellas, o se agrupan en pares, tríos o grupos numerosos. En las galaxias, además de estrellas y sistemas estelares, hay nebulosas, que son nubes de gas caliente que por lo general brilla, donde suelen haber estrellas o sistemas estelares en formación. También se encuentran objetos de gran masa, oscuros, llamados hoyos o agujeros negros. Además, pueden encontrarse estrellas que despiden enormes cantidades de radiación, pues están en fase de explosión, llamadas novas o cuando son muy masivas supernovas. Hay supernovas que llegan a brillar tanto como toda la galaxia a la que pertenecen. Nuestra galaxia, llamada Vía Láctea, tiene dos pequeñas galaxias satélites, llamadas Nubes de Magallanes. iii. La importancia de los modelos para comprender la evolución y la jerarquía de los componentes del Universo. RM La curiosidad natural de la mente humana la llevó a plantearse estas cuestiones una y otra vez, por lo que toda teoría, explicación o modelo que contribuya a esclarecer esto es de enorme importancia para nosotros.

CIENCIAS

II

Lo que aprendimos

Lo que aprendimos


Evalúen lo aprendido durante el proyecto. • Respondan:

2 Propicie que sus alumnos expongan algunas ideas con base en sus observaciones y conocimientos adquiridos en el desarrollo y conclusión del Proyecto.

1. Sobre el origen y estructura del Universo: a) ¿Cómo explican el origen del Universo? b) ¿Por qué son importantes las diferentes explicaciones que se han dado respecto al origen y evolución del Universo? c) ¿Qué importancia tienen las ciencias y su interacción con la tecnología para comprender el origen y evolución del Universo?

• Respondan:

2. Sobre el trabajo realizado:

1. Sobre el origen y estructura del Universo:

a) ¿Qué cambios harían en su proyecto para mejorarlo? b) ¿Qué logros y dificultades tuvieron al establecer su línea del tiempo y su cuadro sinóptico? c) ¿Qué fue lo que más les gustó al hacer el proyecto? ¿Qué no les agradó? d) ¿Qué saben ahora que al inicio del proyecto desconocían?

175

c) Es probable que haya alumnos que mientras investigaban para cumplir la tarea asignada hayan encontrado información que no era obligatoria para resolver el Proyecto, pero sí resultó para ellos de mucho interés. Invítelos a exponer la información que ellos deseen compartir. RL Por ejemplo: Encontré que las estrellas pueden ser de primera, segunda o tercera generación, ya que en su ciclo de existencia, se condensan a partir de una nube de gas y polvo, y en otro momento de su ciclo explotan como novas o supernovas, lanzando de nuevo cantidades de gas y polvo que forman nebulosas que, a su vez, vuelven a dar origen a nuevas estrellas.

c) RL Por ejemplo: En estos momentos, nuestro planeta se está deteriorando a un ritmo muy rápido, por lo que no es descabellado prever la posibilidad de que algún día obtengamos materia prima o recursos de otros cuerpos celestes, o incluso llegar a mudarnos a otro planeta. 2. a) RL Por ejemplo: Organizar mejor los tiempos de entrega para evitar atrasos. b) RL Por ejemplo: Una de las dificultades fue definir adecuadamente la escala en la línea del tiempo.

a) RL Por ejemplo: El Universo surgió a partir de la explosión de una región puntual donde se concentraba toda la materia y energía, hace unos 13,700 millones de años, según estimaciones recientes. Casi inmediatamente, al expandirse aceleradamente, se empezaron a diferenciar las partículas subatómicas, que segundos después formaron los primeros átomos. La temperatura era extremadamente alta, y con la paulatina expansión fue enfriándose. Unos mil millones de años después, la materia se agrupó por atracción gravitacional para formar las estrellas primitivas, que conformaron las protogalaxias. Transcurridos unos 8,000 millones de años, el sistema solar se formó a partir de una nebulosa, y 1,000 millones de años después, nuestra Tierra ya presentaba una corteza sólida. En un lapso más breve aparecieron las primeras formas de vida, y nuestra especie caminó sobre ella hace, apenas, unos 10,000 años, que es un instante comparado con la edad del Universo. b) RL Por ejemplo: Porque se han abordado desde perspectivas diferentes, como la cultural, la mágica o esotérica, la de las distintas religiones o cultos y las que han propuesto las ciencias. Estas últimas difieren porque parten de concepciones o conocimientos diversos, así como de las ideas que algunas personas han elaborado.


229

230



Un díptico sobre las aplicaciones de la Física en el área de la salud Propósito y perspectiva Mediante la construcción de un díptico que aborde la importancia de la Física en la Medicina, los estudiantes integrarán sus conocimientos de los rayos X y sus aplicaciones en técnicas de diagnóstico. También reflexionarán sobre las implicaciones que esto ha tenido en la detección oportuna y el tratamiento de enfermedades. Desde una perspectiva histórica se analiza el descubrimiento de los rayos X.


SESIÓN


1

2

3



Texto introductorio

Valorar el descubrimiento de los rayos X y la importancia de sus aplicaciones


Sintetizar información en torno a algunas de las aportaciones de la Física y sus aplicaciones tecnológicas al diagnóstico y tratamiento de enfermedades.


Obtener información acerca de la incidencia, detección y tratamiento de cáncer.

Por equipo: Bitácora o grabadora.

Diseñar un díptico para integrar conocimientos y a su vez difundir información a la comunidad.

Por equipo: Material necesario para elaborar un díptico: lápiz, papel, colores, plumones, regla, máquina de escribir, computadora, etcétera.

4 Fase III. ¿Cómo contribuimos a la solución del problema?


231



Un díptico sobre las aplicaciones de la Física en el área de la salud


SESIÓN 1 En esta sesión se valora la importancia del descubrimiento de los rayos X, especialmente para la Medicina.

Para empezar E l S o l D o r ad o El texto muestra el descubrimiento de los rayos X y algunas de sus aplicaciones, como la detección y tratamiento de enfermedades. También se menciona otra forma útil de generar imágenes del interior del cuerpo humano, que ha sido de gran importancia para la detección de enfermedades: la resonancia magnética.

232


sesión 1

Para empezar Lean el texto. el sol DoraDo. Domingo 22 de junio de 2007

Y el premio Nobel es para… “… ¡Wilhelm Conrad Röntgen! estas fueron las palabras que se escucharon por la radio en el año 1901 cuando se otorgó el primer premio Nobel de Física. Para aquellos que no lo saben, el doctor Röntgen descubrió en noviembre de 1895, los rayos X. A pesar de que dichos rayos tienen aplicaciones en la medicina, pueden también utilizarse en la in- Radiografía de la mano dustria y generar mucho dinero. de la esposa de Röntgen. El doctor Röntgen demostró su calidad humana y ética científica al elegir no patentar su descubrimiento. Decidió que este conocimiento debía pertenecer a la humanidad. Gracias a su desinteresada actitud, los primeros aparatos de rayos X para uso médico pudieron construirse rápidamente y sin costos tan elevados, mejorando la calidad de vida de muchas personas en todo el mundo. En un inicio, la naturaleza de los rayos X no se entendía totalmente y para su manejo no se tomaban las precauciones necesarias. Algunos médicos y científicos que estaban expuestos constantemente a los rayos X sufrieron pérdida de cabello, quemaduras, ulceración, incluso algunos murieron. Hoy en día, se conocen perfectamente los efectos de la radiación en las células y tejidos humanos, y se sabe cómo utilizarla en pequeñas dosis para tratar enfermedades como el cáncer. Desde su descubrimiento, el uso de rayos X ha jugado un papel muy importante, con aplicaciones en

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la industria, el arte y principalmente en la medicina, donde se utiliza para el diagnóstico de enfermedades, así como el tratamiento de tumores. Un recurso actual de diagnóstico de enfermedades, que permite reproducir imágenes sin utilizar rayos X o rayos gamma es la resonancia magnética, que se obtiene al someter al paciente a un campo electromagnético 15 mil veces más intenso que el campo magnético de nuestro planeta. Los tejidos humanos contienen hidrógeno y el electroimán utilizado en la resonancia magnética interactúa con los protones que forman los átomos de hidrógeno. Cuando el estímulo se suspende, los protones liberan energía que se transforma en señales de radio. Éstas son interpretadas por una computadora que, finalmente, las transforma en imágenes.

Utilizando rayos X se pudo observar que en este cuadro había dos pinturas superpuestas.

CIENCIAS

II

4 Comente con sus alumnos la utilidad de la tecnología aplicada en la Medicina. Para motivar su interés pregúnteles si en algún momento se han tomado una radiografía o conocen de alguna persona que la haya requerido.

Ahora conoces la importancia de la Física en el desarrollo de algunas aplicaciones tecnológicas. En este proyecto analizarás la utilidad de los conocimientos físicos en el desarrollo tecnológico de la Medicina. Al final serás capaz de explicar el funcionamiento básico de algunos aparatos de detección de enfermedades y valorar el uso de la tecnología en el cuidado de la salud.



La clínica de tu comunidad va a realizar una feria de la salud para informar a la población sobre el cuidado de la salud y la prevención de enfermedades; los estudiantes de tu escuela quieren aprovechar esto para explicar algunas de las aplicaciones de la Física en el cuidado de la salud. Tú y tus compañeros de equipo tienen que explicar como a contribuido la Física al diagnóstico y tratamiento de enfermedades, por ejemplo las radiografías, la tomografía axial computariazada y la resonancia magnética. ¿Cómo lo harían? ¿Qué información les parece adecuado difundir?

Lo que pienso del problema Responde en tu bitácora: 1. ¿Qué son los rayos X? 2. ¿Para qué se utilizan? 3. ¿Qué puede pasar si una persona esta constantemente expuesta a los rayos X? Comenten: ¿Cómo cambió la práctica médica con la invención de los rayos X?

Para el registro de tus actividades, recuerda: Utilizar un cuaderno, libreta o carpeta como bitácora. Llevar ahí un registro ordenado de lo que piensas del problema, de los textos consultados, de las entrevistas que realices, de los datos y objetos encontrados. Estas anotaciones te serán muy útiles para elaborar el informe del proyecto. Imagen del cerebro y de la espina dorsal obtenidas mediante resonancia magnética.

177

Comenten: ¿Cómo cambió la práctica médica con la invención de los rayos X? Comente con sus alumnos algunos datos que les pueden ayudar a reconocer la importancia de los rayos X. Por ejemplo, que el conocimiento del núcleo atómico comenzó con el descubrimiento de la radiactividad en 1866, y que este decubrimiento, a su vez, se basó en el descubrimiento de los rayos X. RL Por ejemplo: Al mejorar la calidad de vida de las personas, porque permite, por ejemplo, detectar a tiempo enfermedades como el cáncer.

1. RL Por ejemplo: Al igual que la luz, los rayos X son una forma de radiación electromagnética. Tienen gran energía y por ello pueden penetrar a través del cuerpo humano y producir una imagen en una placa de fotografía. 2. RL Por ejemplo: Para crear imágenes del interior del cuerpo humano y, de esta manera, detectar enfermedades; para analizar pinturas y averiguar si hay imágenes superpuestas; para detectar fracturas en la estructura de edificios. 3. RL Por ejemplo: Puede sufrir quemaduras, pérdida de cabello, úlceras y hasta la muerte.

Los diseños de los dípticos, así como la información que contienen, serán distintos para cada equipo. Sin embargo, deben incluir información sobre los rayos X y su aplicación en la Medicina, como las placas radiográficas y la tomografía axial computarizada, el cáncer y sus métodos de detección y tratamiento. Solución al problema: RM Las pruebas radiológicas convencionales consisten en irradiar al paciente con rayos X. Éstos atraviesan en mayor o menor grado los distintos tipos de tejidos en función de su contenido en gas, líquido o elementos sólidos y permiten la observación general de la composición de los huesos y de algunos de los tejidos del entorno. En la tomografía axial computarizada (TAC) se obtienen con un aparato muchas radiografías a la vez y desde distintos ángulos. Posteriormente, mediante una computadora se reúnen todas las imágenes y se transforman en una sola, que es la suma de todas las obtenidas desde los distintos puntos de vista. La resonancia magnética (RM) es una técnica en la que se coloca al paciente en el centro de un campo magnético 30,000 veces más fuerte que el de la Tierra. Este campo magnético atrae a los protones que estan contenidos en los átomos de hidrógeno que conforman los tejidos humanos. Cuando el estímulo se suspende, los protones liberan energía al regresar a su posición inicial. Esta energía se transforma en señales de radio que son captadas por una computadora que las convierte en imágenes. Gracias a esto obtenemos información sobre la funcionalidad de los órganos.

Lo que pensamos del problema 1 Después de que los estudiantes respondieron de manera individual, es recomendable que comenten sus respuestas con el resto del grupo.


233

Manos a la obra


Manos a la obra

Recuerde a sus alumnos la importancia de organizar un calendario de trabajo y el orden que deben seguir para llevarlo a cabo; deberán analizarlo para distribuir adecuadamente las actividades entre los integrantes del equipo. Procure fomentar y valorar su creatividad e iniciativa para resolver el problema.

Plan de trabajo Fase i: investigamos conocimientos útiles Para conocer algunas de las aplicaciones de las ciencias en el cuidado y conservación de la salud sintetizarán algunos textos, así como información proveniente de páginas de internet. También recopilarán información referente a algunos aparatos y pruebas para el diagnóstico de enfermedades. Fase ii: exploremos para definir el problema En equipos de trabajo recopilarán información relacionada con los nuevos materiales y técnicas basadas en conocimientos de fenómenos físicos y que son utilizadas en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades como el cáncer. Además, realizarán entrevistas al personal de la clínica de salud para averiguar los tipos de cáncer más comunes en México. De este modo, tendrán elementos para participar en mesas redondas grupales.

Calendario de actividades Ayude a sus alumnos a calcular los tiempos de entrega estimando la cantidad de días que tienen para realizar el proyecto y el número de fases en que dividieron el trabajo.

Fase iii: ¿cómo contribuimos a la solución del problema? Con base en sus investigaciones, resultados y conclusiones elaborarán un díptico explicativo para repartirlo en la comunidad. En él explicarán las aportaciones de la Física en la detección y tratamiento de enfermedades. Relacionarán el uso de la tecnología investigada en el cambio de las prácticas médicas actuales.

Para cerrar la sesión, pida a los alumnos que comenten lo que hasta ahora conocen sobre los rayos X.

Calendario de actividades Al igual que en los proyectos anteriores, organicen las actividades que realizarán en cada fase. Revisen las actividades y designen a los responsables de cada una. Consulten con su profesor la fecha final de entrega del proyecto para que distribuyan mejor su tiempo. Pueden utilizar el siguiente formato:

SESIÓN 2 Antes de iniciar la sesión, comente con los estudiantes que sintetizarán algunos textos e información proveniente de páginas de internet.

Fase I: Investigamos conocimientos útiles

cronograMa de actividades resPonsaBLes Fase ii Fase iii

SESIÓN 2

sinteticen información en su bitácora. a) ¿Qué lecturas y actividades de los bloques podemos consultar para encontrar información sobre aplicaciones tecnológicas relacionadas con la salud, como el uso de los rayos X?

1. Respondan:

b) RL Por ejemplo: En las referencias de interés se pueden consultar los libros de Física conceptual o en internet directamente se puede hacer una búsqueda de los rayos X o de la Física en la Medicina. c) RL Por ejemplo: A la clínica de salud de la comunidad.

234


Fase I. Investiguemos conocimientos útiles 1. Respondan:

Sinteticen información en su bitácora.

a) RL Por ejemplo: En la Secuencia 21 el Texto de información inicial; en los textos de información de las secuencias 21 y 22; en los textos de formalización de ésta última y de la Secuencia 25.

FecHa

Fase i

b) ¿Qué otras fuentes bibliográficas podemos consultar? c) ¿A qué lugares de nuestra comunidad podemos acudir para conseguir información sobre el uso de los rayos X en la medicina y en las comunicaciones? 178

CIENCIAS 2. Obtengan puntos:

información

sobre

los

II

2. Obtengan información sobre los siguientes puntos:

siguientes

2 Para ayudar a organizar a los alumnos y optimizar su trabajo puede proponerles que cada equipo aborde un aspecto de los cuatro que se proponen en la sección anterior.

a) El uso en la medicina de los rayos X, la resonancia magnética, la tomografía axial computarizada y el ultrasonido. b) Las bases físicas del funcionamiento de los rayos X, la resonancia magnética, la tomografía axial computarizada y el ultrasonido. c) Las ventajas y desventajas de cada técnica.


d) El cáncer, su incidencia, detección y tratamiento mediante radiación. 3. Consulten las referencias necesarias. a) Dividan las lecturas entre todos los equipos.

4 Se sugiere, de ser posible, que los alumnos busquen otros libros, revistas o periódicos en la biblioteca, que puedan ser de utilidad para la investigación.

Aparato de tomografía axial computarizada.

b) Lean y sinteticen en su bitácora los textos revisados. c) Expongan al resto del grupo una síntesis de la información consultada.


El video muestra algunos métodos de detección de enfermedades, como rayos X, tomografía axial computarizada y resonancia magnética.

Ciencias II. Énfasis en Física. 1. Secuencia 21: ¿De qué están hechas las moléculas? 2. Secuencia 22: ¿Qué hay en el átomo? 3. Secuencia 25: ¿Existe la luz invisible?

4 Puede aprovechar el recurso como fuente de información para los alumnos, con respecto a las aplicaciones de fenómenos físicos como los rayos X, para la salud.

1. Detección de enfermedades 1. Michael M. et al (2006). Radiología básica. México: McGraw-Hill. 2. Allier Cruz, Rosalía Angélica et al (2005). La Magia de la Física. Tercer Grado. México: McGraw-Hill .

Estas lecturas y direcciones de páginas de internet presentan información sobre el uso de los rayos X en la Medicina, así como otras técnicas de detección de enfermedades.

1. Abortes, Vicente. Fusión nuclear por medio del láser. ILCE. 23 de febrero de 2007. http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/135/html/fusion.html 2. Rickards, C. Jorge. Las radiaciones: reto y realidades. ILCE. 7 de marzo de 2007. http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/08/htm/radiacio.htm 3. Piña Barba, María Cristina. La Física en la Medicina. ILCE. 7 de marzo de 2007. http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/37/htm/fis.htm 4. Adult Health Advisor. Terapia de radiación.Universidad de Michigan. 22 de junio de 2007. http://www.med.umich.edu/1libr/aha/aha_radther_spa.htm

179


235

Organicen una mesa redonda para comentar la información.

Proyecto de investigación 6 organicen una mesa redonda para comentar la información. • Pueden abordar los siguientes puntos:

Pida a los alumnos que intercambien la información obtenida. Es interesante saber cuál ha sido su fuente informativa y qué tan confiable es. Es importante que se enriquezcan con los datos obtenidos por el resto de sus compañeros.

1. La importancia que tuvo el descubrimiento de los rayos X para mejorar la calidad de vida de las personas. 2. La importancia del uso de rayos X y otras tecnologías como la resonancia magnética en el tratamiento y detección de enfermedades como el cáncer.

5 Se le sugiere elaborar una tabla en pizarrón que resuma la información recabada por cada uno de los equipos, con el fin de que todos los alumnos puedan completar la que les haga falta en cada caso.

Para cerrar la sesión, pida a los alumnos que comenten los puntos de la investigación que les resultaron de mayor interés.

SESIÓN 3

SESIÓN 3


Antes de iniciar la sesión, comente con los alumnos que en está sección llevarán a cabo una entrevista con el personal de la clínica de salud.

obtengan información directa sobre la incidencia de los distintos tipos de


Para elaborar un cuestionario:

cáncer en México y de los tratamientos relacionados con la radiación. Para ello: • Entrevisten a médicos, enfermeras o trabajadoras sociales de la clínica o centro de salud de su localidad, y registren en su bitácora la información que les proporcionen.

Formulen preguntas claras y sencillas. Eviten preguntas que se respondan con sí o no. Ejemplo de una pregunta que proporciona respuesta de sí o no: ¿Sabe usted cómo se puede diagnosticar el cáncer cérvico uterino? Esta pregunta se puede formular así: ¿Cuál es la forma en la que se puede diagnosticar el cáncer cérvico uterino? Utilicen una grabadora o bien anoten las respuestas en su bitácora. Diríjanse con respeto a las personas que les proporcionen información. Si les proporcionan folletos, sean cuidadosos con ellos.

Antes de que los alumnos visiten la clínica de salud, es recomendable que un representante de la escuela haga o con la o las personas con quien acudirán los alumnos. Solicite la ayuda necesaria para que sus estudiantes puedan realizar su trabajo de la mejor manera. Apoye a sus alumnos cuando vayan a realizar entrevistas en instituciones, como parte de su trabajo de campo. Pida que no olviden presentar alguna identificación en el lugar que visiten. La Dirección de la escuela puede expedirles alguna carta o credencial para que se identifiquen. Obtengan información directa sobre la incidencia de los distintos tipos de cáncer en México y los tratamientos estén relacionados con la radiación. Para ello: Promueva que los alumnos intercambien con otros equipos los cuestionarios que hayan elaborado y, si es necesario, los complementen.

236


al terminar de aplicar los cuestionarios: Reúnanse y seleccionen la información útil para resolver el problema. Pueden elaborar un cuadro sinóptico para organizar la información. 180

Para cerrar la sesión, pida a los alumnos que expliquen la importancia de la detección temprana del cáncer, y por lo tanto de que las personas se realicen revisiones periódicas. También que comenten sobre los tipos de cáncer que se presentan con mayor incidencia en la comunidad.

CIENCIAS

II


SESIÓN 4 Antes de iniciar la sesión, pida a sus estudiantes que comenten cómo la Física ha sido útil en el tratamiento de enfermedades contra el cáncer.

SESIÓN 4

Diseñen un díptico en el que informen sobre la importancia de la Física en la detección y tratamiento de enfermedades.

Para elaborar un díptico: Decidan la información que presentarán.


Identifiquen las ideas principales que tomarán en cuenta.

Definan el diseño así como las imágenes que acompañarán la información.

Acomoden el texto y las imágenes en el díptico. Dejen algunos espacios en blanco para no saturar la información.

Sugiera a los estudiantes que antes de elaborar el díptico, definan lo que expondrán en él y comenten la finalidad que desean darle; por ejemplo, para despertar el interés o informar. Asimismo solicite que definan el diseño que tendrá el díptico incluyendo la imagen y el texto.

Para terminar Comuniquen los resultados que obtuvieron. Para ello: 1. Elaboren un reporte que contenga: a) Introducción: Expliquen el propósito del proyecto. b) Desarrollo: Describan el procedimiento que siguieron para elaborar su díptico. c) Conclusiones: Mencionen las aportaciones de la ciencia al cuidado y conservación de la la salud.

Para terminar

2. Organicen en su escuela la presentación pública de sus dípticos.

Colabore con sus alumnos en la organización de la presentación pública de sus trabajos. En esta etapa es importante que usted supervise que la información consultada se haya incorporado en forma adecuada al trabajo escrito (díptico). Permita que cada equipo elija la manera como realizará el díptico.

3. Organicen con los asistentes un intercambio de opiniones acerca de los tratamientos radiológicos.

Lo que aprendimos Evalúen lo aprendido durante el proyecto. • Respondan en sus bitácoras las siguientes preguntas: 1. Sobre el uso de los rayos X: a) ¿Qué son? b) ¿Por qué son importantes en la medicina? c) ¿Cómo funcionan las pruebas radiológicas?

Lo que aprendimos

d) ¿Cuáles son las características de las distintas pruebas radiológicas? 2. Sobre el tratamiento del cáncer:

En esta sección, los alumnos pueden evaluar su trabajo al analizar si cumplieron los objetivos del proyecto y si desarrollaron una propuesta viable.

a) ¿Qué técnicas y aparatos se emplean? b) ¿Por qué se utiliza la radiación para curar el cáncer? 3. Sobre el trabajo realizado: a) Escriban las dificultades que tuvieron para desarrollar su proyecto, las causas y la forma en que las resolvieron.


b) ¿Qué fue lo que más les gustó durante el proyecto? c) ¿Se sienten satisfechos del trabajo realizado? ¿Cómo lo mejorarían? 181

corporales hacia la fuente del campo magnético. En ese momento se capta una imagen que visualiza la forma de los tejidos formados por esa sustancia. 2. Sobre el tratamiento del cáncer: a) RM Se usa comúnmente la radiación, puede ser externa en donde una máquina apunta un haz de radiación directamente hacia el lugar donde está el tumor (teleterapia). O interna, que se realiza colocando un material radiactivo dentro del cuerpo, justo alrededor del tumor (braquiterapia). En algunos casos el material radiactivo se traga y en otros casos se puede inyectar. b) RM Porque la radiación mata a las células cancerosas.

contenido en gas, líquido o elementos sólidos. Permiten la observación general de la composición de los huesos y de algunos de los tejidos del entorno.

La tomografía axial computarizada (TAC) es un aparato que hace muchas radiografías a la vez y desde distintos ángulos. Posteriormente, mediante una computadora se reúnen todas las imágenes y se transforman en una sola, que es la suma de todas las obtenidas desde los distintos puntos de vista. La resonancia magnética (RM) es una técnica en la que se coloca al paciente en el centro de un campo magnético muy intenso y de una frecuencia específica. La atracción magnética generada por el aparato dirige los electrones de algunas sustancias

• Respondan en sus bitácoras las siguientes preguntas: 1. a) RM Al igual que la luz, los rayos X son una forma de radiación electromagnética. Tienen gran energía y por ello pueden penetrar a través del cuerpo humano y producir una imagen en una placa de fotografía. b) RM Porque permiten crear imágenes del interior del cuerpo humano. c) RM Las pruebas radiológicas proporcionan la imagen al exponer una placa o película a una fuente de radiación de alta energía, comúnmente rayos X o radiación gamma procedente de isótopos radiactivos. d) RM Las pruebas radiológicas convencionales consisten en irradiar al paciente con rayos X. Éstos atraviesan en mayor o menor grado los distintos tipos de tejidos en función de su L i b r o p a ra e l m a e s t r o

237

Libros Manual de Experimentos, Electricidad Básica 1. (1984) México, MEISA, colección Didacta.

Hecht, Eugene (1999) Física 1. Álgebra y trigonometría. México: Paraninfo.

Félix, Alejandro, et al. (2001). Lecciones de Física. México. CECSA.

Hempel, Carl (1999). Filosofía de la ciencia natural. México: Alianza Editorial.

Fierro, Julieta et al. (1991). Eclipse total de Sol en México, 1991. México: UNAM.

Herrera, Miguel Ángel (1996). Cargas y Corrientes. México, SITESA.

Hewitt (1998). Conceptos de Física. México: Limusa Noriega Editores.

Noreña, Francisco y Juan Tonda (2002). La energía. México: SEP/Santillana.

Garritz Ruiz, Andoni (2005). Química universitaria. México: Pearson.

Perelman, Yakov (1983). Física Recreativa, vol. II. México: Editorial Cartago.

Gautreau, John (2003). Física Moderna. México: McGraw-Hill.

Pogan A. (2003). Fuerzas físicas. México: SEP/ Ediciones Culturales Internacionales.

Gettys, Edward (2005). Física para ciencias e ingeniería. México: McGraw-Hill.

Porter, A. (2005). Cómo funcionan las cosas. McGraw-Hill Interamericana, México.

Gutiérrez Aranzeta, Carlos y Martha Lucía Cepeda García (2000). Física 2. México: Larousse.

Wood, R.W. (2004). Ciencia creativa y recreativa. experimentos fáciles para niños y adolescentes. México: McGraw-Hill Interamericana.

Halliday, Jay y Robert Resnick (2002) Física, vol. II. México: CECSA.

238

Zitzewitz, Paul W. et al. (2003). Física 1, 2a. ed. México: McGraw-Hill

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II

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CIENCIAS I I Énfasis en Física Volumen II Se imprimió por encargo de la Comisión Nacional de Libros de Texto Gratuitos, en los talleres de , el mes de de 2007. El tiraje fue de ejemplares, más sobrantes de reposición.

Ciencias Ii Vol. Ii 4s6d4r

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