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[ 1 ] ES Ciencias naturales | Patricia Alberico | Alejandra Florio | Marcela Gleiser | | Sofía Martínez | Federico Taddei | Roberto Venero | | Colaboración especial: Gabriel Gellon y Diego Golombek |

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Gerente de Diseño y Producción Editorial: Carlos Rodríguez Jefe del Departamento de Arte y Diseño: Lucas Frontera Schällibaum Coordinadora de Diseño: Natalia Udrisard Diseñadoras de maqueta: Laura Porta y Ana Sánchez Diagramadores: Estudio Disegno Red Ilustración de tapa: Criska Ilustraciones: Martín Bustamante y Marcela Colace Fotografías: Guillermo E. Sierra, Wikimedia Commons, Latinstock, Thinkstock, NASA.

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Huellas Ciencias Naturales 1 es un proyecto ideado y realizado por el Departamento Editorial de Editorial Estrada S.A.

Corrección: Gustavo Wolovelsky Coordinación de marcas y derechos: Amorina Scalercio

Alberico, Patricia Laura Ciencias naturales 1 ES / Patricia Laura Alberico ; Marcela Gleiser ; Sofía Inés Martínez. - 1a ed. - Boulogne : Estrada, 2013. 288 p. ; 28x22 cm. - (Huellas) ISBN 978-950-01-1500-1 1. Ciencias Naturales. 2. Enseñanza Secundaria. I. Gleiser, Marcela II. Martínez, Sofía Inés III. Título CDD 570.712

© Editorial Estrada S.A., 2012 Editorial Estrada S.A. forma parte del Grupo Macmillan. Av. Blanco Encalada 104 – San Isidro, provincia de Buenos Aires, Argentina Internet: www.editorialestrada.com.ar Obra registrada en la Dirección Nacional del Derecho de Autor Hecho el depósito que marca la Ley 11.723 Impreso en Argentina Printed in Argentina ISBN 978-950-01-1500-1

La presente obra se ha elaborado teniendo en cuenta los aportes surgidos de los encuentros organizados por el Instituto Nacional contra la Discriminación, la Xenofobia y el Racismo (Inadi) con los editores de texto. No se permite la reproducción parcial o total, el almacenamiento, el alquiler, la transmisión o la transformación de este libro, en cualquier forma o por cualquier medio, sea electrónico o mecánico, mediante fotocopias, digitalización y otros métodos, sin el permiso previo y escrito del editor. Su infracción está penada por las leyes 11.723 y 25.446.

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[ 1 ] ES ciencias naturales Directora editorial: Graciela Valle Gerenta editorial: Judith Rasnosky Coordinador de proyecto: Pablo Salomón Editora: Luz Salatino Asistente de edición: Sebastián Vargas Autores: Patricia Alberico. Profesora en Disciplinas industriales especializada en Química y Química aplicada, egresada del Instituto Nacional Superior del Profesorado Técnico (conet). Formadora de docentes del nivel primario. Docente en los niveles primario y medio (Colegio Tarbut). Ex docente del nivel superior (Facultad de Ingeniería, uba). Alejandra Florio. Licenciada en Ciencias Biológicas (uba). Con estudios de posgrado en ecología regional y forestal, realiza investigaciones y desarrolla modelos agrosilvopastoriles. Es docente de Biología, Química, Recursos Naturales y otras asignaturas relacionadas, en el nivel medio, terciario y universitario. Marcela Gleiser. Licenciada en Ciencias Biológicas de uba. Docente en el área de Ciencias Naturales en nivel secundario, modalidad presencial y a distancia. Sofía Martínez. Licenciada en Ciencias Biológicas (uba). Posgrado en Comunicación Científica, Médica y Ambiental (Pompeu Fabra, España). Autora de artículos académicos y de divulgación científica. Editora gráfica y revisora de productos de e-learning, libros y manuales para alumnos, guías docentes y textos académicos relacionados con las Ciencias Naturales. Federico Taddei. Licenciado en Ciencias Físicas (uba). Investigador y docente de la Universidad Nacional de Luján. Ex docente de Física en nivel secundario. Autor de artículos académicos, de divulgación científica y actividades educativas relacionadas con las Ciencias Naturales.

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Roberto Venero. Licenciado en Astronomía (unlp). Investigador de la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas de La Plata (fcag - unlp). Docente en la cátedra de Atmósferas Estelares (fcag) y profesor de Astronomía en el Colegio Nacional (unlp). Ex secretario de Extensión Universitaria (fcag). Autor de artículos de divulgación, guiones de programas de televisión y conferencista en variados eventos. Gabriel Gellon. Es licenciado en Ciencias Biológicas ( uba) y doctor en Biología (PhD) en Yale University, en donde trabajó como investigador. Ex docente en nivel secundario en la Argentina y en Estados Unidos, ha sido creador y director de varios proyectos educativos relacionados con la ciencia. Ex codirector de la Diplomatura en Enseñanza de la Ciencia de flacso. Actualmente preside la ong Expedición Ciencia. Autor de artículos y libros de divulgación científica. Diego Golombek. Licenciado y doctor en Biología (uba). Profesor titular en la Universidad Nacional de Quilmes (unq), donde se desempeña como investigador principal del conicet. Ha sido profesor invitado en prestigiosas universidades del mundo. Autor de artículos y libros de divulgación científica. Es director de la colección Ciencia que Ladra, de Siglo xxi Editores, y realiza diversas actividades de divulgación científica en medios gráficos y televisivos. Es miembro de la Comisión Nacional para el Mejoramiento de la Enseñanza de las Ciencias y de la Comisión de Educación de la Feria del Libro, y ex presidente de la Sociedad Argentina de Neurociencias.

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Cómo aprovechar este libro . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Bloque 1: Los materiales Capítulo 1. la materia y sus propiedades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 estudio de caso. ¿Qué es esa sustancia? . . . . . . . . . 11 la materia y las propiedades de los materiales. . . . 12 Propiedades generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Propiedades específicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Punto de ebullición y punto de fusión . . . . . . . . . 13 La densidad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Cómo está constituida la materia . . . . . . . . . . . . . . . 14 Las ideas atomistas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 los átomos y las moléculas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 experimentos en papel. ¿Se pueden dividir en fracciones los elementos que forman la materia? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 los cambios de la materia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Los cambios físicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Los cambios de estado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 el modelo corpuscular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Los estados de agregación y el modelo corpuscular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Los cambios físicos y el modelo corpuscular. . . . 19 las transformaciones químicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Ciencia en acción. La electrólisis, un cambio químico de importancia industrial . . . . . . . . . . . . 21 taller de ciencias. ¿Es mejor el jugo de naranjas recién exprimido que el de otro día? . . . . . . . . . .22 propuesta de actividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 viajero del tiempo por diego golombek. John dalton: entre átomos y ojos . . . . . . . . . . . 26 Capítulo 2. las mezClas. . . . . . . . . . . . . . . . 28 estudio de caso. La caída de la lluvia, el gusto del mar y el color de la tierra . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 ¿Qué es una sustancia pura? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Sustancias puras y mezclas. . . . . . . . . . . . . . . . . . .30 La composición de las sustancias . . . . . . . . . . . . . 31 experimentos en papel. ¿Mezcla o sustancia pura? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 los sistemas materiales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Clasificación de los sistemas materiales. . . . . . . .32 Las fases de un sistema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 las mezclas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Mezclas heterogéneas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34 Mezclas homogéneas: las soluciones . . . . . . . . . .35 las soluciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Soluciones diluidas y concentradas. . . . . . . . . . . .36 Saturación y solubilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37 separación de los componentes de una mezcla. . . 38 métodos de separación de mezclas heterogéneas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

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métodos de separación de mezclas homogéneas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Destilación simple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40 Destilación fraccionada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40 Evaporación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40 Ciencia en acción. La potabilización del agua de mar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 taller de ciencias. La tinta: ¿sustancia pura o mezcla?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 propuesta de actividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Capítulo 3. el agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 estudio de caso. El diamante más grande . . . . . . . . 47 el agua, una sustancia muy particular . . . . . . . . . . . . 48 Las propiedades del agua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49 el agua y los seres vivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 la disponibilidad de agua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 la contaminación del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 experimentos en papel. ¿El agua transmite la bacteria del cólera? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 potabilización y purificación del agua . . . . . . . . . . . 53 El proceso de potabilización . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 La depuración del agua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54 Ciencia en acción. Cómo funciona un purificador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55 taller de ciencias. ¿Todas las aguas tienen la misma cantidad de iones cloruro?. . . . . . . . . . .56 propuesta de actividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

Bloque 2: El mundo físico Capítulo 4. la energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 estudio de caso. Reingreso a la atmósfera . . . . . . . 61 los cambios y la energía. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 las formas y los intercambios de energía . . . . . . . . 63 Energía cinética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64 Energía de radiación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64 Las energías de interacción o potenciales . . . . . .65 Energía potencial elástica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .65 Energía potencial gravitatoria . . . . . . . . . . . . . . . .66 Energía potencial eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Energía potencial química. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68 energía térmica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 la ley de conservación de la energía . . . . . . . . . . . 69 experimentos en papel. ¿La energía cinética transferida de un cuerpo a otro se mantiene constante? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 transferencias de energía por trabajo. . . . . . . . . . . 70 Ciencia en acción. Las máquinas simples . . . . . . . 71 taller de ciencias. ¿La cantidad de energía elástica acumulada en un cuerpo depende de su deformación? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72 propuesta de actividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

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Capítulo 5. Los intercambios de energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Estudio de caso. Colores invisibles . . . . . . . . 77 Temperatura y calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 La temperatura y la estructura de la materia . . 79 Trabajo y calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Mecanismos de transferencia de calor . . . . . . . . . . 80 Conducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Convección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Radiación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Cantidad de calor y temperatura . . . . . . . . . . . . 81 Temperatura y cambios en la materia . . . . . . . . . . . 82 La temperatura y la expansión de los materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Experimentos en papel. ¿Es cierto que un objeto sólido se expande si se calienta? . . . . . . . . . . . . . 82 La temperatura y los cambios de estado . . . . . . 83 Las ondas y la energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Atenuación con la distancia . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Características de las ondas . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Relación entre frecuencia, velocidad y longitud de onda. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Las ondas mecánicas: el sonido . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Velocidad del sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Tono sonoro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Reflexión del sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Las ondas electromagnéticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 Los colores y el arcoíris . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Ciencia en acción. El espectro electromagnético . . . . . . . . . . . . . . . 89 Taller de ciencias. La absorción de la luz solar y los colores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 Capítulo 6. Fuerzas y movimientos . . . . . 94 Estudio de caso. Cálculos para escapar de la catástrofe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 El movimiento de los cuerpos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Sistemas de referencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Posición y distancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Posiciones en la recta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Posiciones en el plano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 Magnitudes escalares y vectoriales . . . . . . . . . . . 97 Trayectorias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 La trayectoria y el sistema de referencia . . . . . . 98 Rapidez y velocidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 La aceleración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 La aceleración de la gravedad . . . . . . . . . . . . . . 101 Experimentos en papel. Los astronautas y la caída sin aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Las fuerzas y sus efectos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 Fuerzas que cambian el movimiento de los cuerpos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102 Fuerzas que deforman a los cuerpos o los rompen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Representación de las fuerzas . . . . . . . . . . . . . . 103

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Interacción de fuerzas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 La masa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Fuerzas de o y a distancia . . . . . . . . . . . . . . 105 La fuerza gravitatoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 Diferencia entre masa y peso . . . . . . . . . . . . . . . 105 Ciencia en acción. La inercia, el rozamiento y los lubricantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Equilibrio de fuerzas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 Equilibrio de cuerpos y flotación . . . . . . . . . . . . 107 Taller de ciencias. El rozamiento entre superficies sólidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Viajero del Tiempo, por Diego Golombek. Isaac Newton. “Hágase Newton (y se hizo la luz)” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

Bloque 3: La Tierra y el Universo Capítulo 7. El Sistema Solar en el Universo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Estudio de caso. El Sistema Solar visto desde afuera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 El cielo y sus ciclos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 El cielo perfecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 ¿Qué gira sobre qué? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 La fuerza de gravedad y el Universo . . . . . . . . . . . . 118 El Sistema Solar en la Vía Láctea . . . . . . . . . . . . . . 119 El Sistema Solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 Los planetas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 Satélites naturales y anillos . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Cuerpos menores del Sistema Solar . . . . . . . . . 121 El cielo visto desde la Tierra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 Experimentos en papel. Eratóstenes y la Tierra redonda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 Las constelaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 La rotación de la Tierra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 El día y la noche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 La traslación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Las estaciones del año . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 La observación del espacio: el telescopio . . . . . . . 128 Ciencia en acción. Planetas extrasolares . . . . . . 129 Taller de ciencias. La Cruz del Sur en 3D . . . . . . 130 Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 Viajero del Tiempo, por Diego Golombek. Galileo Galilei. La razón debe guiarnos . . . . . 134 Capítulo 8. La Tierra y sus recursos . . . 136 Estudio de caso. La misteriosa isla de Pascua . . . 137 Los subsistemas terrestres y sus recursos . . . . . . . . . 138 Los recursos naturales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 Los recursos renovables y no renovables . . . . 141 Los recursos energéticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 Ciencia en acción. La energía mareomotriz . . . 144 El agua como recurso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

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los recursos biológicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 experimentos en papel. ¿Se puede cortar un fragmento de ADN de una especie y pegarlo en otra? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .146 el suelo como recurso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 taller de ciencias. ¿La vegetación evita la erosión del suelo?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148 propuesta de actividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

Ciencia en acción. Algas que producen combustible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .185 las bacterias autótrofas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 Bacterias fotosintetizadoras. . . . . . . . . . . . . . . . .186 Bacterias quimiosintetizadoras . . . . . . . . . . . . . .187 taller de ciencias. ¿Se libera oxígeno durante la fotosíntesis?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .188 propuesta de actividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

Bloque 4: Los seres vivos

Capítulo 11. los seres vivos HeterótroFos. . . . . . 192 estudio de caso. Lo que dicen los huesos. . . . . . . 193 la diversidad de los seres vivos heterótrofos . . . . . 194 Diversidad de bacterias heterótrofas. . . . . . . . .194 Diversidad de protistas heterótrofos. . . . . . . . .194 Diversidad de hongos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 experimentos en papel. ¿Cómo afecta el moho azul el crecimiento de las bacterias?. . . . . . . . . . . . . . 195 Diversidad de animales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 los animales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 La alimentación de los animales y su forma . . . 197 Los animales y la digestión . . . . . . . . . . . . . . . . . .198 La alimentación y el comportamiento de los animales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .199 los hongos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .200 Ciencia en acción. Hongos que producen alimentos y otras cosas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .201 los protozoos, un grupo de protistas heterótrofos 202 bacterias heterótrofas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 taller de ciencias. ¿Qué prefiere comer un caracol acuático?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .204 propuesta de actividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

Capítulo 9. los seres vivos . . . . . . . . . . . 152 estudio de caso. Los tatarabuelos de todos. . . . . 153 los seres vivos son sistemas abiertos . . . . . . . . . . . . 154 ¿Qué distingue a los seres vivos?. . . . . . . . . . . . . . .155 Los niveles de organización de los seres vivos . . .156 experimentos en papel. ¿Se puede formar materia viva a partir de compuestos abióticos? . . . . . . . 156 las funciones de los seres vivos . . . . . . . . . . . . . . . . 158 La nutrición. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 La reproducción. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 La relación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 La homeostasis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 la diversidad de los seres vivos. . . . . . . . . . . . . . . . . 160 La biodiversidad en los individuos . . . . . . . . . . .160 La biodiversidad en las especies . . . . . . . . . . . . .160 La biodiversidad en los ambientes . . . . . . . . . . . 161 ordenar la naturaleza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 Distintas maneras de clasificar y nombrar . . . . 163 ¿Cómo se pueden clasificar los seres vivos? . . .164 los tres dominios: archaea, eubacteria, eukarya. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 la importancia de la biodiversidad. . . . . . . . . . . . . 168 Ciencia en acción. ¿Existe la vida sintética? . . . . 169 taller de ciencias. ¿La levadura es un ser vivo? . . . 170 propuesta de actividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 viajero del tiempo, por diego golombek. lamarck: “la historia me absolverá” . . . . . . . 174 Capítulo 10. los seres vivos autótroFos . . . . . . . . 176 estudio de caso. Los desiertos mojados . . . . . . . .177 la nutrición de los seres vivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 Clasificación de organismos autótrofos . . . . . . . 178 la nutrición autótrofa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 experimentos en papel. ¿De dónde toman las plantas su alimento? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 la fotosíntesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 adaptaciones a la vida fotoautótrofa . . . . . . . . . . . 181 Estructura de los fotoautótrofos. . . . . . . . . . . . . 181 las plantas vasculares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 los protistas fotosintetizadores. . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

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Capítulo 12. los eCosistemas . . . . . . . . . 208 estudio de caso. ¿Menos carne para combatir el hambre mundial? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .209 ¿Qué son los ecosistemas?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 los ecosistemas y sus componentes . . . . . . . . . . . . . 211 tipos de ecosistemas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 Ecosistemas acuáticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 Ecosistemas aeroterrestres . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 Ecosistemas de transición. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 las relaciones en los ecosistemas . . . . . . . . . . . . . . 214 la alimentación en los ecosistemas. . . . . . . . . . . . . 215 Los consumidores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 Las poblaciones de predadores y presas. . . . . . 217 experimentos en papel. ¿Las relaciones alimentarias influyen sobre el crecimiento de las poblaciones? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 la nutrición en los ecosistemas: las relaciones tróficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 Cadenas tróficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 Redes tróficas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 el flujo de energía y el reciclado de la materia . .220 Pirámides tróficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .221

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Los ciclos biogeoquímicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 La contaminación en los ecosistemas . . . . . . . . . . 224 Ciencia en acción. El control biológico de plagas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 Taller de ciencias. ¿La luz y los nutrientes influyen sobre el crecimiento de las plantas? . . . . . . . . . . . 226 Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 Capítulo 13. El organismo humano . . . . 230 Estudio de caso. Una ventana al estómago . . . . . 231 La organización del cuerpo humano . . . . . . . . . . . 232 Las funciones y sistemas del cuerpo humano . 233 El sistema osteoartromuscular . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 Los huesos y el esqueleto . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 Las articulaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 Los músculos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 Los sistemas de relación y de control . . . . . . . . . . . 236 El sistema nervioso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 Los receptores y los órganos de los sentidos . 237 El sistema endocrino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 La nutrición en el ser humano . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 Ciencia en acción. Corazones artificiales . . . . . 239 El sistema digestivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 La digestión mecánica y la digestión química . . 241 La absorción intestinal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 La egestión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 El sistema respiratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 La respiración celular, la hematosis y el intercambio gaseoso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 La ventilación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 El sistema circulatorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 Experimentos en papel. ¿Cómo se mueve la sangre en nuestro cuerpo? . . . . . . . . . . . . . . . 244 El corazón, la circulación y la sangre . . . . . . . . . 245 La excreción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 La formación de la orina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 Taller de ciencias. Experimentar con los sistemas nervioso y circulatorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250

Desarrollo y nacimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 Ciencia en acción. ¿Qué detecta una prueba de embarazo? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 El parto y el alumbramiento . . . . . . . . . . . . . . . . 264 La lactancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 Las etapas de la vida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265 Taller de ciencias. ¿Cuánto saben mis compañeros sobre reproducción humana? . . . . . . . . . . . . . . . 266 Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 Capítulo 15. La alimentación y la salud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 Estudio de caso. La vejez en Okinawa . . . . . . . . . 271 Los seres humanos y la alimentación . . . . . . . . . . . 272 Tipos de alimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 Salud y alimentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 El óvalo alimentario argentino . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 Conocer lo que comemos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 Alimentación y estilo de vida . . . . . . . . . . . . . . . 276 Ciencia en acción. La higiene y la conservación de los alimentos . . . . . . . . . . 277 Los trastornos en la alimentación . . . . . . . . . . . . . . 278 La obesidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 La desnutrición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 Experimentos en papel. ¿El escorbuto se produce por la falta de nutrientes? . . . . . . . . 279 La imagen corporal y la alimentación . . . . . . . . . . 280 La bulimia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 La anorexia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 El tratamiento de la bulimia y la anorexia . . . . 281 Taller de ciencias. ¿Cómo se alimentan las personas? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 Índice alfabético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286

Capítulo 14. La reproducción y el desarrollo en humanos . . . . . . . . 252 Estudio de caso. Peculiaridades de la sexualidad humana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 Teorías sobre la reproducción y el desarrollo . . . . 254 Experimentos en papel. ¿Los nuevos seres se encuentran "preformados"? . . . . . . . . . . . . . . . . 254 La reproducción humana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 El sistema reproductor masculino . . . . . . . . . . . 256 El sistema reproductor femenino . . . . . . . . . . . 257 La formación de los gametos . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 La espermatogénesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 La ovogénesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 El ciclo menstrual y la fertilidad en la mujer . . . . . 260 La ovulación y la fertilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

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para aprovechar este libro los bloQues Bloque 1: Los materiales Bloque 2: El mundo físico

las pÁginas de desarrollo En cada doble de desarrollo se abordan temas con textos claros y accesibles que tienen en cuenta las competencias lectoras de los alumnos del nivel.

Bloque 3: La Tierra y el Universo Bloque 4: Los seres vivos

Este libro está organizado en cuatro bloques temáticos que pueden identificarse fácilmente por sus colores. Al final de cada doble, encontrarán actividades de comprensión y repaso.

estudio de Caso. por gabriel gellon

Cada apertura plantea un caso dilemático a resolver a partir de la información del capítulo. Son situaciones disparadoras que permiten que los alumnos se planteen preguntas sobre fenómenos cotidianos y naturales.

A lo largo del desarrollo del capítulo, se plantean actividades que vinculan la información de las páginas con el caso de la apertura. El objetivo de estas plaquetas es que los alumnos comiencen a relacionar sus saberes previos con los conocimientos que van adquiriendo al leer el capítulo.

La sección Estudio de caso tiene un cierre en la sección de actividades finales. Allí se retoma el tema de la apertura y se plantean actividades que permiten comprender la situación planteada a la luz de los conceptos vistos en el capítulo.

eXperimentos en papel En cada capítulo encontrarán un experimento histórico o ficticio integrado a la explicación de un tema. Tienen una estructura definida en la que se identifican los elementos de una actividad experimental.

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CienCia en la Historia CienCia en la net

En cada capítulo encontrarán una página especial integrada al desarrollo de los temas en la que se manifiesta el vínculo con la tecnología, la sociedad y el ambiente de los conceptos vistos.

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El día y la noche

CienCia en aCCión

CIENCIA EN LA HISTORIA Un observador que se encuentra ubicado en el hemisferio Sur, ve que el Sol sale en el horiEl cielo como guía zonte en cercanías del punto cardinal Este. Tan Las constelaciones que permanecen en el cielo sólo dos días al año, el Sol sale exactamente en durante toda la noche han tenido una gran imese punto cardinal: en el comienzo del otoño y portancia para los viajeros en la historia de la de la primavera. Dependiendo de la época del humanidad. Los navegantes del hemisferio Norte usaban la estrella Polaris, de la constelación de la año, la salida del Sol se desplaza ligeramente haOsa Menor, como referencia para saber dónde cia el Sudeste o hacia el Noreste. estaba el Norte. Una vez que el Sol se encuentra por encima ›› La ciencia como construcción histórica y cultural. del horizonte, se va moviendo en el cielo, describiendo una trayectoria que se llama arco diurno. Cuando alcanza la altura máxima sobre el horizonte, el Sol se encuentra justo por encima del punto cardinal Norte. Luego, comienza a bajar hasta alcanzar nuevamente el horizonte en proximidades del punto cardinal Oeste, y al ponerse da comienzo a la noche. Las noches y los días tienen una duración variable según la estación del año. En invierno hay más horas de oscuridad que de luz, es decir, las noches son más largas. Esto pasa porque el arco diurno está más bajo y el Sol permanece menos tiempo sobre el horizonte. En cambio, en el verano, el Sol sube mucho sobre el horizonte y describe un arco diurno más alto. Por lo tanto, el Sol permanece más tiempo en el cielo. En otoño y primavera la cantidad de horas de día es casi similar a las de noche, porque los arcos diurnos son prácticamente iguales. Debido al movimiento de rotación de nuestro planeta, las estrellas también parecen moverse en el cielo. Algunas constelaciones a lo largo del día salen y se ponen. Es el caso de las constelaciones del zodíaco. No todas las constelaciones son 21 de d iciem visibles desde cualquier lugar de la bre Tierra. Para los observadores en la 21 de m arzo Argentina, la Cruz del Sur está visiy2 1d es ble todas las noches del año y, si se 21 de Ju ep nio tie pudiera apagar al Sol durante el día, m también se la vería. Por el contrario, para estos observadores hay constelaciones que no se ven nunca como la Osa Menor (Ursa Minor), que sí se puede ver desde el hemisferio Norte Arcos diurnos o trayectos que describe el Sol para distintas fechas del de nuestro planeta. año. En verano, el arco diurno es más alto y por eso hay más horas de

En las páginas de este libro encontrarán las plaquetas Ciencia en la historia y Ciencia en la Net, con textos que vinculan las ciencias naturales y propuestas con recursos tecnológicos que permiten profundizar los temas, respectivamente.

taller de CienCias e br

día que de noche. En invierno, la situación es la inversa.

Págs 18-29

Con el mismo objetivo que la sección, las plaquetas Ciencia en acción relacionan la información de las páginas de desarrollo con la tecnología, la sociedad y el ambiente.

ACTIVIDADES 1. ¿Existirá algún lugar de la Tierra en el que, en este mismo momento, esté amaneciendo? Expliquen cómo es esto posible.

2. ¿En invierno hay igual cantidad de horas de día que de noche? ¿Por qué?

propuesta de aCtividades

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Sección final en la que se propone una variedad de actividades de comprensión y de integración y se incluyen las actividades de cierre del Estudio de caso. En esta sección podrán realizar experimentos que les permitan responder a preguntas relacionadas con los temas del libro. Se identifican los elementos de la actividad experimental y, además, se brindan resultados posibles que los alumnos pueden analizar y de los que pueden sacar conclusiones.

Págs 18-29

viaJero del tiempo. por diego golombeK Publicación de Philosopiae naturalis principia mathematica 1687

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Comienza el reinado de Jorge I de Inglaterra

Por Diego Golombek

El viajero del tiempo

Muere su opositor Gottfried Leibniz 1716

1698 1680

1690

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1710

Encuentro con el Viajero del Tiempo 1720 1720

En cuanto bajé de la máquina del tiempo, me pareció evidente dónde tenía que buscar a mi personaje: en un prado con manzanos. Al fin y al cabo, la famosa manzana era la responsable de la ley de gravedad, ¿o no? Y sí, allí estaba, sentado a los pies de un manzano en el jardín de su casa, interrogando al cosmos y con los ojos perdidos en los secretos del Universo.

Isaac Newton: “Hágase Newton (y se hizo la luz)”* —Eeeeh… ¿don Isaac? —pregunté despacito. Tardó unos cuantos segundos en responder. —¿Me habla a mí, muchacho? —parecía realmente sorprendido—. Venga, acérquese. —No me diga nada —le dije con una sonrisa—. Seguro que está esperando que le caiga otra manzana en la cabeza a ver si se le ocurre alguna idea genial. —¿Manzanas? —realmente no entendía de qué estaba hablando, hasta que de pronto lanzó una carcajada. ¡Claro, la historia de William! Usted debe haber hablado con mi amigo Will Stukeley, que anda diciendo por ahí que la idea de la gravedad me vino con un manzanazo en la cabeza… Es cierto que el ver cómo cae una manzana al suelo me dio algunas ideas, pero… ¿de qué estábamos hablando? Sí, había viajado unos cinco siglos en el tiempo para encontrarme con el gran Isaac Newton en su jardín… para descubrir que era el científico genio y distraído hasta más no poder que siempre imaginé.

Este dibujo lo representa al joven Newton debajo del mítico manzano.

—Ya sabe —dije, conciliador—. De las manzanas, la gravedad y todo eso. —Ah, sí —continuó—. Tenemos mucho que aprender de la naturaleza. Ya sabe: amicus Plato, amicus Aristoteles sed magis amica veritas. —¿Perdón? —Cómo, ¿no habla latín? Le comentaba algo que escribí cuando era estudiante: “Platón es mi amigo, Aristóteles es mi amigo, pero mi mejor amiga es la verdad”. Sobre todo si encuentro la verdad antes que otros, je. Esto no me sorprendió: era notable la capacidad de Newton para el trabajo, y también para pelearse con sus colegas, sobre todo con Hooke y Leibniz. —Dígame, muchacho, ¿leyó mis Principia mathematica? —me preguntó Newton, poniéndome a prueba. —Esteeee… sí, un poco, medio en diagonal, digamos. —No sabe lo que se pierde, ahí está todo: mi cálculo diferencial, mis ideas sobre la gravitación universal, todo. Ya sabe: eso de la fuerza que atrae a los objetos hacia el centro de la Tierra. Las manzanas, la Luna… Hasta demuestro por qué los planetas tienen una órbita elíptica y por qué la Tierra no es perfectamente redonda. Lea y después me cuenta. —Cuénteme, don Newton, todo eso lo descubrió bastante joven, ¿no? —Ah, la peste… —dijo y se quedó mirando el horizonte. —¿Perdón? —¿Por qué me pide perdón? Le decía que por

ERO IAJ ELVIEMPO O T ER J V I A” P O EL T I E M DEL 113

“L DE

suerte apareció la peste y cerraron la universidad, así que me tuve que quedar unos años en el campo y tuve todo el tiempo del mundo para pensar. Después me nombraron profesor en Cambridge, a los veintiséis años, y en unos pocos años… cambié el mundo para siempre. —¿No será mucho? —pregunté incrédulo. —¿Y a usted qué le parece? Descubrí las famosas tres leyes del movimiento, la ley de gravitación universal, inventé el cálculo, desarrollé una teoría de la luz y los colores… Si quiere, sigo. —No, está bien, ya me convenció —acepté—. Pero también hizo cosas raras. —Bueno, me divertí un rato… Alguna vez me metí una aguja en el ojo, para ver qué pasaba, cosa que no le recomiendo que intente, o me quedé mirando el Sol hasta que no pude soportarlo. Ya sabe, locuras de juventud. —Pero si hablamos de locuras… me va a tener que contar en qué pasaba gran parte de su tiempo, que no era justamente la ciencia. —Ah, no, muchacho, no me venga a decir que la alquimia no es una ciencia, que estuve ahí nomás de convertir cualquier metal en un metal precioso como el oro. Me faltó un poquito de suerte nomás. —Y le sobró mercurio —me aventuré a decir. —Es cierto, muchos experimentos se hacían con mercurio. ¿Por qué me lo pregunta? —No, por nada —contesté, imaginando que tal vez el o con el mercurio lo hubiera vuelto aun más desmemoriado y distraído—. ¿Y qué me dice de sus ideas religiosas? —Hable bajito —susurró— que nunca se sabe quién puede estar escuchando. Entonces, ¿usted sabe sobre nuestra secta? Le cuento un secreto —su voz era casi inaudible— estuve estudiando los planos del templo del rey Salomón y creo que estoy a punto de encontrar la clave matemática del fin del mundo. Pero nadie se tiene que enterar… —No se preocupe, don Isaac —le dije para tranquilizarlo, y señalé hacia arriba—. A usted todos lo conocen por otras cosas. —De nuevo el manzano… —Usted no me va a creer, pero dentro de mucho tiempo, a sus iradores se les va a ocurrir mandar un pedacito del manzano en una nave espacial, mucho más allá de la atmósfera. —¿Una nave espacial? ¿Al espacio? —se entusias-

Plat ó n es mi amigo, A ristóte le s es mi amigo, p ero mi mej o r am iga es la verdad.

mó—. A ver, espere que haga unos cálculos… Para escapar de la fuerza de gravedad… Entonces por acción y reacción… Pero si va en línea recta, debería… Y allí lo dejé al gran Isaac Newton, según algunos, el científico más importante de todos los tiempos. Claro, todavía debe estar haciendo esos cálculos.

Portada del libro de Newton Principia Mathematica.

1. Busquen información en Internet sobre la vida de Newton y respondan. ¿Cómo influyó la peste en la vida y en el trabajo de Newton? 2. Investiguen qué era la alquimia y cómo influyó en la vida de Newton. a.¿Consideran que esta práctica lo desacredita como científico? b.¿Qué usos daban los alquimistas al mercurio?¿Qué efectos puede tener esta sustancia en la salud de una persona?

Red conceptual que refuerza e integra los temas del capítulo. Tiene espacios para que los alumnos puedan completar con conceptos faltantes.

Plaqueta con preguntas cuyo objetivo es que los alumnos reflexionen sobre su propio aprendizaje.

3. Investiguen acerca de los colegas que menciona Newton en la entrevista:Will Stukeley, Robert Hooke y Gottfried Leibniz. a.¿Qué contribuciones hicieron a la física? b.¿En qué no estaban de acuerdo con Newton? 4. ¿Consideran que Newton habría podido saber cómo enviar una nave al espacio? ¿Qué le hubiera impedido llevarlo a cabo?

* Del epitafio a Isaac Newton escrito por Alexander Pope, amigo de Newton. E12-19239-B2-VTnaty.indd 112-113

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Reportajes ficcionales a científicos, naturalistas y filósofos naturales con la impronta de Diego Golombek. En esta sección se pone en contexto histórico, social y hasta psicológico, a personajes relevantes de la historia de la ciencia.

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10 Contenidos: Propiedades de la materia: generales y específicas • Constitución de la materia • Modelos atómicos • Átomos y moléculas • Cambios físicos y cambios químicos • Modelo corpuscular.

1 La materia y sus propiedades

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[eSTUdIO DE CASo] ¿Qué es esa sustancia? El oficial novato entró nuevamente en la escena del crimen y encontró restos de un polvo blanco, cerca de las tazas de té. —Jefe, ¿qué podrá ser esto: quizá… veneno? —Buena observación, Ramírez —replicó el oficial al mando—. Probablemente no es nada y casi seguro no es arsénico, pero envíe una muestra al laboratorio para su identificación. Un polvo blanco puede ser muchas cosas, harina, bicarbonato de sodio, azúcar impalpable o sal, drogas ilegales o arsénico blanco, un poderoso veneno. ¿Pero cómo hacen en el laboratorio para determinar la identidad de una muestra, para saber de qué sustancia se trata? Todas las pruebas de laboratorio consisten básicamente en estudiar las propiedades de la muestra y compararlas con las propiedades de sustancias conocidas. Por ejemplo, ¿es sólido, líquido o gaseoso a temperatura ambiente?, ¿cuál es su color?, ¿se disuelve en agua?, ¿en alcohol?, ¿qué densidad tiene?, ¿qué punto de fusión tiene?, ¿se parece en algunas de estas características a alguna sustancia conocida? Además, es muy útil estudiar las propiedades químicas de la muestra, es decir, cómo se comporta frente a otras sustancias. Si el polvo blanco burbujea con ácido, es probable que se trate de una

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sustancia alcalina, como el bicarbonato, que al reaccionar con un ácido forma una sal y libera un gas. Si al mezclarla con yodo se vuelve azul oscuro, es posiblemente harina u otra sustancia que contenga almidón, que reacciona con el yodo de esta manera. Vemos que las propiedades de los materiales resultan útiles para determinar su presencia en distintas mezclas y, en este caso, para saber si fueron instrumentos de un crimen. El arsénico (en realidad, óxido de arsénico) fue durante mucho tiempo difícil de detectar en cantidades pequeñas y usado frecuentemente como veneno en homicidios. Lo que el oficial a cargo de esta investigación sabe y el novato quizá no es que desde la invención de un test en 1836, llamado de Marsh, es muy fácil detectar pequeñas cantidades de arsénico en líquidos y cadáveres, con lo que los homicidas ya no optan por él.

Si ustedes trabajaran en el laboratorio forense al que llega la muestra y sospecharan que se trata de una sustancia conocida que se disuelve en alcohol pero no en agua y que hierve a 70 ºC, ¿cómo lo comprobarían? Mencionen una propiedad que tengan en común el agua y el mercurio y una propiedad que los diferencie.

*

¿Cómo describirían las propiedades de una sustancia como el aceite de cocina? ¿Lo compararían con otros materiales para hacerlo? ¿Con cuáles?

*

›› observar e interpretar fenómenos naturales. Relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente.

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1 • capítulo 1

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La materia y las propiedades de los materiales Todos los materiales que nos rodean, como nuestra ropa, los alimentos que ingerimos, los útiles que usamos y hasta el aire están compuestos por materia. La materia puede estar en diferentes estados: sólida, como el grafito de las minas de los lápices; líquida, como el agua de la canilla, y hasta gaseosa, como el oxígeno que respiramos. Los distintos materiales que existen están compuestos por materia que tiene distintas características. Algunos materiales son fáciles de quemar, otros se derriten a bajas temperaturas y algunos ocupan mucho espacio. Todas estas son propiedades de la materia que los conforman. A medida que el ser humano empezó a conocer las propiedades de los materiales que hay en la naturaleza, comenzó a combinarlos y a elaborar nuevos materiales con nuevas propiedades. El hierro, por ejemplo, al ser mezclado con carbono forma un material más resistente que estando puro. El conocimiento de las propiedades de los materiales también permite elegir el material más adecuado a la hora de fabricar un objeto. Hace muchos años las muñecas tenían la cara y las extremidades hechas de porcelana, un material muy frágil. Por eso, en la actualidad, para hacer muñecas se utilizan variedades de plástico que son irrompibles y duran más tiempo. hierro

acero

El acero se utiliza para reemplazar el hierro ya que es un material más resistente y es más difícil que se oxide.

Propiedades generales Toda la materia, sin importar el tipo de material del que forme parte, tiene una masa y un volumen. Estas propiedades que son compartidas por todos los materiales se llaman propiedades generales. La masa es la cantidad de materia que contiene un objeto, se la puede determinar mediante una balanza y se la expresa en unidades como el gramo (g), el miligramo (mg) o el kilogramo (kg). El volumen es el espacio ocupado por un material o por un objeto y se expresa en unidades como el decímetro cúbico (dm3) o el centímetro cúbico (cm3), entre otras.

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Aunque estos marcadores estén hechos con los mismos materiales, al ser de distinto tamaño tienen distinta masa y volumen.

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Propiedades específicas Las propiedades generales de la materia no sirven para diferenciar un material de otro. Saber que un cuerpo tiene una masa de 1 kg o un volumen de 8 cm3 no es suficiente para determinar de qué material es el objeto. Existen propiedades llamadas específicas que son propias de cada material y que sirven para reconocerlos. El punto de ebullición, el punto de fusión y la densidad, son ejemplos de propiedades específicas. 29 ºC

29 ºC

son independientes de la cantidad de material. 2 g de agua hierven y se funden a la misma temperatura que un 1 kg de agua. Por eso, a estas propiedades se las llama constantes físicas.

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eSTUdIO DE CASo

Investiguen el punto de fusión del azúcar, la sal de mesa y el arsénico. ¿Se podría usar un termómetro de los que tienen en sus casas para identificarlos? ¿Por qué? ›› Describir y explicar fenómenos químicos utilizando teorías y observaciones personales

La densidad

Las constantes físicas, como el punto de fusión o ebullición, son independientes de la cantidad de material.

Punto de ebullición y punto de fusión Si se calienta un recipiente con agua pura, al cabo de unos minutos esta hierve. Si en ese momento se mide la temperatura, el termómetro marcará 100 °C. Esta temperatura, a la que toda el agua pura pasa del estado líquido al gaseoso se denomina punto de ebullición. Cada material tiene un punto de ebullición característico que lo identifica. La temperatura a la que un material pasa del estado sólido al estado líquido se llama punto de fusión y también es una propiedad específica. Tanto el punto de ebullición como el de fusión

La cantidad de material que entra en un volumen determinado es una propiedad específica y se llama densidad. Se mide en gramos por centímetro cúbico (g/cm3). La densidad del plomo es de 11,35 g/cm3 y la del agua es de 1 g/cm3. Un material es más denso cuanta más cantidad entra en un determinado volumen. La densidad cambia de acuerdo al estado. El hielo, por ejemplo, es menos denso que el agua líquida. Eso hace que flote. plomo

1 cm3

11,35 g/cm3

carbón

1 cm3

1,50 g/cm3

hielo

1 cm3

0,90 g/cm3

La densidad es la cantidad de materia por unidad de volumen que tiene un material.

ACtIVIDADES 1. ¿Cuál es la diferencia entre una propiedad general y una específica? 2. Un estudiante llenó con agua pura dos vasitos con distinta capacidad, uno de 200 ml y el otro de 100 ml. Los metió dentro del freezer.

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a. ¿El agua de cada recipiente habrá tardado lo mismo en congelarse? ¿Por qué? ¿Se habrán congelado a la misma temperatura? ¿Por qué? 3. Alguna vez habrán puesto aceite en un recipiente con agua, ¿cuál creen que es más denso, el aceite o el agua? ¿Por qué?

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Cómo está constituida la materia Todos los materiales están constituidos por materia, pero, ¿cómo está formada la materia? Hace unos 2.600 años, el filósofo griego Empédocles (ca. 495/490 a. C.- ca. 435/ 430 a. C.) propuso que la materia estaba conformada por cuatro elementos básicos: el agua, la tierra, el aire y el fuego. En el siglo v a. C., Aristóteles retomó estas ideas. Para él, las plantas estaban formadas en mayor proporción por tierra y agua que por los otros elementos. Estas ideas también formaron parte de otras culturas, como la de muchos pueblos originarios de América.

Las ideas atomistas

Aristóteles consideraba que todos los seres y los objetos estaban constituidos por una combinación de cuatro elementos: agua, tierra, aire y fuego.

Existieron otros filósofos que se hicieron preguntas respecto de la materia. Uno de ellos fue Demócrito (460 a. C.-370 a. C.), quien junto con su discípulo Leucipo (ca. 460 a. C.-ca. 370 a. C.) tenía ideas opuestas a las aristotélicas. Se dice que un día mientras caminaba por la playa Demócrito pensó que la materia estaba constituida por pequeñas partículas del mismo modo que la playa estaba formada por pequeños granos de arena. Así propuso que la materia estaba constituida por partículas muy pequeñas, tanto que eran invisibles a simple vista y que además no se las podía dividir en partes menores. Las denominó átomos.También postuló que entre los átomos había huecos en los cuales no había ninguna clase de materia, es decir, había vacío. Por este motivo, sostenían que la materia era discontinua. Las ideas de Demócrito y Leucipo no tuvieron aceptación ni en su época ni durante muchos siglos ya que se creía firmemente en la teoría de los cuatro elementos. Pero en la ciencia nunca está dicha la última palabra.

Demócrito fue uno de los primeros en proponer la existencia de los átomos.

planta

átomos

roca

Los atomistas sostenían que toda la materia estaba constituida por partículas indivisibles entre las que había vacío.

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Los átomos y las moléculas Según el modelo aristotélico, si se dividiera un material, los elementos que lo componen podrían estar en relaciones de proporción en las que no estén representados por números enteros, por ejemplo, 0,56 partes de aire cada 0,30 partes de fuego. En 1774, el inglés Joseph Priestley (1733-1804) descubrió que el aire está conformado por distintos

materiales entre los cuales se encuentra el oxígeno, es decir, no era un material fundamental, ya que estaba formado por otros materiales. Por su parte, el químico Joseph Proust (1754-1806) demostró que “las partes” que forman una sustancia siempre están en números enteros de elementos que permanecen constantes, incluso cuando la sustancia se combina con otras.

EX P E R I M E NTO S E N P A P E L ¿Se pueden dividir en fracciones los elementos que forman la materia? HIPÓTESIS: la cantidad de cada elemento que forma una sustancia es un número entero y no una fracción. PREDICCIÓN: si se analiza la composición de diferentes cantidades de cloruro de sodio, se observará que las cantidades de cloro y sodio que las forman siguen una proporción constante. PROCEDIMIENTO: Proust descompuso distintos minerales de cloruro de sodio.

El inglés John Dalton (1766-1844), había defendido las ideas de Demócrito acerca de la composición de la materia. Los experimentos de Proust confirmaron sus hipótesis. Publicó cuatro supuestos fundamentales sobre la materia: toda la materia está compuesta por átomos, indivisibles y sólidos (es decir, sin huecos en su interior); los átomos son indestructibles y se mantienen inalterados durante una reacción química; existen distintos tipos de átomos, cada uno es de un elemento químico distinto, y, por último, cada átomo tiene un peso atómico característico. En 1913, el danés Niels Bohr (1885-1962) propuso un modelo en el que los átomos están compuestos por un núcleo central que contiene partículas de carga eléctrica positiva: los protones. Alrededor del núcleo, se encuentran los electrones (partículas de carga eléctrica negativa), girando en órbitas. Más tarde se descubrió la existencia de partículas sin carga en el núcleo, los neutrones.

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RESULTADOS: Proust observó que la proporción de cloro y de sodio presente en cualquier muestra de cloruro de sodio era 1:1, por ejemplo. No encontró ningún compuesto cuya proporción de elementos fuera 1,5: 1, o cualquier otro decimal. CONCLUSIÓN: luego de realizar sus experimentos, Proust concluyó que la materia tiene que estar constituida por unidades discretas, indivisibles. La teoría atómica empezaba a tomar forma nuevamente. ›› Interpretar experimentos históricos.

De acuerdo con el modelo actual, los átomos no son partículas indivisibles, como Dalton imaginó, sino que están compuestos por partículas menores: los protones, los electrones y los neutrones. Los científicos razonaron que átomos de distinto tipo se podían asociar y formar moléculas y, de este modo, conformar toda la materia del Universo. núcleo

neutrones protones electrones

Modelo atómico de Bohr en el que se incluyen los neutrones.

ACtIVIDADES 1. ¿Qué pista dio el experimento de Proust con respecto a la teoría atómica? 2. ¿Cómo imaginaban los científicos del siglo xx que estaba formada la materia?

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Los cambios de la materia En la materia ocurren cambios, algunos los vemos en lo inmediato como cuando se enciende un fósforo o se derrite un cubito de hielo. Otros, como la formación de un glaciar, tardan miles de años en producirse. Existen cambios que se dan naturalmente, como el crecimiento de una planta, y otros que son realizados por los humanos, como la extracción de azúcar de la caña. En algunos casos, después de un cambio, el material sigue estando conformado por los mismos componentes; pero en otros casos, después del cambio, aparece un material nuevo, formado por nuevos componentes.

Los cambios físicos Si rompemos una hoja de carpeta, la celulosa con que se fabrica el papel sigue siendo celulosa y está presente en cada uno de los trocitos que quedan. Si cambiamos de lugar un florero, la cerámica con que está hecho este objeto no deja de ser cerámica. Estos cambios, en los cuales el material sigue siendo el mismo se denominan cambios físicos. Los trozos del vaso roto siguen siendo de vidrio. La plastilina solo cambió de forma. Estos son cambios físicos.

Cuando se prepara una ensalada de frutas, se cortan las frutas en trozos y luego se mezclan. Los componentes de cada trozo siguen siendo los mismos de la fruta original y entera. Lo mismo ocurre cuando se agrega sal al agua para cocinar. La sal y el agua se mezclan, pero siguen siendo los mismos materiales. En los cambios físicos, es posible volver a obtener los materiales tal como estaban inicialmente. En el ejemplo del agua y la sal, se puede evaporar toda el agua y en el fondo del recipiente quedará la sal. El vapor de agua puede recuperarse y enfriarse para que vuelva al estado líquido. Así ambos materiales vuelven al estado inicial, antes de ser mezclados. Cuando se prepara una mezcla ocurre un cambio físico. CIEnCIA eN ACCIÓN

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La sal para evitar accidentes

Cuando se cortan verduras para preparar una ensalada, las sustancias que constituyen las verduras no cambian.

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Si se agrega sal a un poco de hielo ocurre un cambio físico, ya que tanto el hielo como la sal no cambian. Sin embargo, se produce una disminución del punto de fusión del hielo. Por eso, en los lugares donde los inviernos son muy fríos, se suele esparcir sal sobre la nieve de las carreteras. Así se evita que se derrita y haga patinar a los autos. ›› Relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente.

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Los cambios de estado Los materiales se presentan en tres estados: sólido, líquido y gaseoso. Estos estados pueden cambiar dependiendo de la temperatura. Por ejemplo, cuando se saca un cubito de hielo de la heladera, el agua en estado sólido, recibe calor del ambiente, aumenta su temperatura y se empieza a derretir hasta transformarse en agua líquida. Ha ocurrido un cambio de estado sólido a líquido, pero el material sigue siendo agua. Del mismo modo, cuando se calienta el agua contenida dentro de un jarro hasta que hierva, el vapor que se observa sigue siendo agua, solo que ahora está en estado gaseoso. Es decir, los cambios de estado son cambios físicos. Algunos cambios físicos, toman energía del medio, es el caso de los pasajes de sólido a líquido, de líquido a gas o de sólido a gas. Los cambios inversos liberan energía al ambiente, es el caso de los pasajes de gas a líquido, de gas a sólido y de líquido a sólido.

Cambio De sólido a líquido

Nombre fusión

Energía (calor) toma

De líquido a sólido

solidificación

libera

De líquido a gas

vaporización

toma

De gas a líquido

condensación

libera

De sólido a gas

volatilización

toma

De gas a sólido

sublimación

libera

Algunos cambios físicos se producen sin que haya un cambio de estado. Por ejemplo, cuando un gas recibe calor se dilata, es decir, aumenta su volumen y se contrae si pierde calor. Lo mismo ocurre con los metales y muchos materiales de construcción, por eso es necesario tener en cuenta el espacio que los materiales ocuparán cuando se calienten. Entre las baldosas se pone un material que se dilata con el calor.

baldosas

material flexible

condensación nieve (solidificación) lluvias

evaporación evaporación

fusión

El ciclo del agua es un ejemplo de transformaciones o cambios físicos, ya que el agua pasa por los tres estados, pero en ningún momento deja de ser agua.

ACtIVIDADES 1. Cuando llueve o se baldea un patio un día soleado, al cabo de un tiempo este se seca. a. ¿Por qué ocurre esto? b. ¿Ocurrió un cambio físico? ¿Por qué?

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2. Den dos ejemplos de cambios que ocurren naturalmente, de cambios que son realizados por los humanos y de cambios de estado del material, diferentes a los que se mencionan en el texto.

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el modelo corpuscular Actualmente, todos los científicos coinciden en que la materia está formada por átomos. Estos átomos, muchas veces se agrupan formando moléculas. También pueden tener carga eléctrica, en ese caso son iones y se unen con otros iones formando compuestos iónicos. A los átomos, moléculas o iones que forman los materiales se los llama de manera genérica partículas o corpúsculos. Para estudiar ciertos fenómenos, no es necesario saber en detalle cómo son los átomos, moléculas o iones. Se los puede representar mediante un modelo simplificado en el que en general se los describe como puntos o esferas que interactúan entre sí. Esta simplificación se usa para explicar ciertas propiedades de la materia que no dependen de los detalles de la estructura interna de los átomos o de las moléculas. Este es el modelo corpuscular o modelo de partículas y es útil para entender muchos fenómenos. Entre las partículas, existen fuerzas de atracción y fuerzas de repulsión. Estas fuerzas son las causas de las interacciones entre las partículas que se pueden representar con el modelo corpuscular.

Los estados de agregación y el modelo corpuscular El modelo de partículas es muy útil para explicar los estados de agregación. En cada estado de agregación en el que se encuentran los materiales, el comportamiento de las partículas que lo forman es distinto. También lo son las fuerzas de interacción entre ellas. Si las partículas se mueven poco, prevalecen las fuerzas de atracción entre ellas y estas permanecen cerca. Si se mueven más rápido y las fuerzas disminuyen, pueden empezar a alejarse unas de otras. Si se mueven más rápido aun, se alejan más.

sólido

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líquido

gaseoso

partículas

partículas

En los sólidos, las fuerzas de atracción son muy fuertes. Las partículas se mueven poco. Esto hace que se acerquen y que estén muy juntas. Por este motivo, los sólidos tienen una forma y un volumen determinados. Además, no se los puede comprimir. Esto ocurre porque si se los presiona, al no haber espacio suficiente entre las partículas, el material se rompe.

En los líquidos, las fuerzas de atracción son grandes, pero no tanto como para que las partículas estén tan juntas. Además, las partículas se desplazan unas sobre otras. Los líquidos tienen un volumen propio y adquieren la forma del recipiente que los contiene. El hecho de que las partículas se desplacen de este modo explica por qué los líquidos fluyen al volcarse.

partículas

En los gases, las fuerzas de atracción son pequeñas. Por eso, las partículas están muy separadas y se mueven muy rápido, chocan entre sí y contra el recipiente en el que estén. Así, ejercen presión. Como hay espacio entre las partículas, los gases se pueden comprimir. Además, como las partículas se mueven por todo el espacio disponible, los gases fluyen sin inconvenientes.

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Los cambios físicos y el modelo corpuscular ¿Por qué la manteca se derrite? ¿Cómo se mezclan la sal y el agua? ¿Por qué el agua se evapora? Estas preguntas se pueden responder si se tiene en cuenta el modelo corpuscular o de partículas. Cuando un material se calienta como, por ejemplo, el agua, las partículas que lo constituyen comienzan a moverse más rápido. Así, las fuerzas de atracción entre ellas disminuyen y de este modo las partículas tienen la posibilidad de moverse más y “rodar” unas sobre otras. Cuando esto ocurre, el agua pasa al estado líquido. Si se continúa entregando calor al agua, la velocidad de las partículas aumenta al igual que las fuerzas de repulsión, las partículas se fusión evaporación A B alejan y el líquido se evapora. De lo contrario, si un material pierde calor, sus partículas comienzan a moverse más despacio, esto hace que aumentan las fuerzas de atracción que existen entre ellas. Al aumentar estas fuerzas, las partículas se acercan cada vez más. Esto es lo que ocurre en el pasaje de gas a líquido y de líquido a sólido. En los cambios en los que se gana calor, las partículas aumentan Cuando se produce una mezcla, al igual su rapidez y se alejan (A). En los que se pierde calor, se mueven que en los cambios de estado, también sucemás lento y se acercan (B). den cosas que pueden explicarse con el modelo de partículas. Si se mezcla azúcar y agua, por ejemplo, las partículas de azúcar se meten en los huecos vacíos que hay entre las partículas del agua. De este modo, se produce una mezcla perfecta llamada solución. partículas de azúcar azúcar

agua

partículas de agua

Cuando se forma una solución, las partículas de uno se meten en los huecos vacíos entre las partículas del otro.

CIEnCIA eN LA NeT

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En el siguiente sitio de Internet, podrán observar mediante simuladores cómo se explican los estados de agregación y los cambios de estado según el modelo de partículas: http://goo.gl/0xnsj Luego de realizar las simulaciones que aparecen en cada pestaña, resuelvan las actividades finales del sitio. ›› uso de tIC en la búsqueda y análisis de información.

ACtIVIDADES 1. Expliquen en sus carpetas las siguientes situaciones, utilizando el modelo de partículas: a. un globo se calienta al sol y se “hincha”. b. Se mezclan agua y alcohol. 2. La naftalina es un material que se utiliza como

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antipolillas, en forma de pastillas. Se coloca sólida al terminar el invierno y al año siguiente solo queda su aroma en la ropa. a. ¿Qué cambio de estado ha ocurrido? b. Explíquenlo mediante el modelo de partículas.

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Las transformaciones químicas Si quemamos una hoja de papel, cuando termine de arder, observaremos que el papel ya no está y en su lugar aparecen cenizas. Además, veremos que sale humo. Esto ocurre porque la celulosa con que se fabrica el papel deja de ser celulosa y se transforma en cenizas, en gas dióxido de carbono y en vapor de agua. Si preparamos caramelo, en un primer momento veremos que el azúcar comienza a derretirse, es decir, se produce un cambio físico. Pero, si continuamos calentando, observaremos que el color transparente se vuelve marrón oscuro. El azúcar original dejó de ser azúcar y se carbonizó, por eso la coloración marrón oscura. Estos cambios en los cuales la sustancia se transforma en otra diferente se denominan cambios químicos. Las sustancias que forman parte de los ingredientes de la torta se transforman en otras una vez que la torta se cocina. Sufren cambios químicos.

Existen otros cambios químicos en los cuales el fuego no interviene. Así, por ejemplo, cuando se toma un antiácido para el estómago, muchas veces la pastilla debe disolverse en agua. Al hacerlo, se observa la formación de burbujas, es decir, la efervescencia. Estas burbujas indican que se está formando una nueva sustancia gaseosa a partir de la combinación de los sólidos de la pastilla con el agua líquida. Lo mismo ocurre si se mezclan bicarbonato de sodio y vinagre. El bicarbonato de sodio es un tipo de sustancia que se llama básica o alcalina y el vinagre es ácido. Cuando se juntan una base y un Si se mezclan bicarboácido, se produce una reacción quínato de sodio y vinagre, mica que da como resultado nuevas se produce un cambio químico en el cual se sustancias como sales y gases. forma un gas. Esto se Los cambios químicos pueden comprueba al observar la formación de ser una herramienta muy útil para burbujas. identificar sustancias desconocidas. Por ejemplo, el almidón reacciona con yodo y da como resultado una eSTUdIO DE CASo sustancia: almidón de color azul oscuro. Si se quiere comprobar si una Indiquen qué cambios químicos se mencionan en la apertura y expliquen por qué lo son. sustancia es básica, se puede mezclar ¿Cómo harían para determinar si la sustancia con ácido y observar el resultado, si misteriosa es bicarbonato de sodio? la solución disminuye su acidez, la ›› Describir y explicar fenómenos químicos utilizando hipótesis era correcta. teorías y observaciones personales.

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La electrólisis, un cambio químico de importancia industrial El aluminio es uno de los materiales más abundantes de la corteza terrestre. Además, es de suma importancia tanto en la industria como en la vida cotidiana. Se lo utiliza para la fabricación de telescopios y espejos, papel de aluminio para envolver alimentos y latas para contener bebidas. En la industria aeronáutica, es utilizado en el fuselaje de los aviones. En la industria eléctrica, se usa en la fabricación de cables de alta tensión debido a su poco Bauxita, mineral del que se peso y su conductividad. En la naturaleza, se lo encuentra combinado forextrae el aluminio. mando un mineral llamado bauxita. A lo largo de la historia de la humanidad y a partir del descubrimiento del fuego, se desarrollaron muchos métodos para poder obtenerlo puro a partir de este mineral. Hasta que en 1886 el estadounidense Charles Hall y el francés Paul Héroult, trabajando por separado y sin compartir información, desarrollaron el método para obtener aluminio puro que se conoce como proceso Hall-Héroult. El aluminio está presente en la bauxita formando un compuesto llamado alúmina. En el proceso de HallHéroult se mezcla el mineral con sustancias que permiten separar la alúmina. Luego, esta se disuelve en un baño líquido de un material llamado criolita. una vez disuelta la alúmina, se pasa corriente eléctrica por la mezcla. Este proceso se llama electrólisis y se vale de la energía eléctrica para producir reacciones químicas. En este caso, se produce una reacción en la que el aluminio se separa de la alúmina y en la que se libera dióxido de carbono. El aluminio obtenido se encuentra líquido a la temperatura de la cuba donde ocurre la electrólisis que es superior a los 600 °C. Al ser más denso que la criolita se deposita en el fondo de la cuba y se retira de la misma por la parte inferior. Luego se lo coloca dentro de moldes y se lo deja enfriar hasta Mencionen los cambios químicos y los que se solidifica. cambios físicos que se producen durante el En nuestro país, el aluminio se fabrica en la emproceso de obtención de aluminio. a. Expliquen por qué los consideraron químicos presa ALuAR que tiene su planta productora en o físicos en cada caso. la ciudad de Puer to Madryn, en la provincia del b. utilizando el modelo de par tículas, expliChubut. El nombre de esta empresa viene de las paquen los cambios del aluminio desde que es labras Aluminio Argentino. purificado.

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Ciencia en acción

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*

¿Qué quiere decir que el aluminio es más *denso que la criolita? La planta de ALUAR está ubicada relativa*mente cerca de la central térmica El Chocón-

La reacción de electrólisis se realiza en cubas a altas temperaturas en las que se obtienen aluminio fundido y criolita.

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Cerros Colorados. a. Investiguen en Internet qué función cumple esta central térmica. b. ¿Por qué creen que ALuAR está ubicada cerca de esta central? ›› Relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente.

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Taller de Ciencias

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¿Es mejor el jugo de naranja recién exprimido que el de otro día? El jugo de las frutas nos proporciona nutrientes muy importantes, las vitaminas. Los cítricos como la naranja o el pomelo aportan vitamina C. una forma de determinar la presencia de vitamina C en un jugo de fruta es agregar un poco de almidón al jugo y luego yodo, gota a gota. Mientras haya vitamina C presente, esta se mezclará con el almidón. Pero cuando se haya acabado, el almidón reaccionará con el yodo en solución y aparecerá un color azul intenso. Cuantas más gotas de solución de yodo (llamado lugol) se hayan agregado al jugo sin que se ponga azul, mayor será la cantidad de vitamina C contenida.

[HIPÓTeSIS DE tALLER] La concentración de vitamina C en un jugo decae con el tiempo. [PredICCIÓN] La cantidad de gotas de lugol que se agreguen a un jugo recién exprimido sin que se ponga azul será mayor a las que se agreguen a jugos que fueron exprimidos hace más tiempo. [MATerIALeS A utILIZAR] Jugos de una naranja de tres, dos y un día de haber sido exprimidos naranjas 1 exprimidor 1 cuchillo Solución de yodo (lugol) Almidón de maíz 1 cucharita 1 gotero 5 vasitos de vidrio o plástico 1 probeta o un jarro medidor 1 marcador indeleble. [PrOCedIMIeNTO PoR PASoS]

1. Para preparar los jugos, 3 días antes de hacer la experiencia corten una naranja, exprímanla y coloquen el jugo dentro de un vasito. Rotulen el vaso con el n° 3. Guarden el jugo en la heladera. Hagan lo mismo 2 días antes de la experiencia y luego 1 día antes, rotulen los vasos como nº 2 y nº1, respectivamente.

2. El día de la experiencia, saquen los vasitos de la heladera y llévenlos con cuidado a la escuela. 3. Para comenzar la experiencia, una vez en el aula, corten una naranja y exprímanla en el momento. Colóquenla dentro del vasito n° 0.

4. En otro vaso coloquen agua de la canilla y rotúlenlo como Control. 5. Con la cucharita, agreguen una puntita de almidón a cada uno de los vasitos y revuelvan bien.

6. Con un gotero, vuelquen gota a gota el lugol dentro de cada uno de los vasitos revol-

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viendo continuamente. Cuenten las gotas que se usan de lugol en cada vaso hasta que aparezca un color azul. Es probable que el color final sea de un marrón azulado debido al color naranja del jugo.

7. Registren los resultados en una tabla como la siguiente. Muestra

Gotas de lugol utilizadas hasta el cambio de color

Vaso 0 Vaso 1 Vaso 2 Vaso 3 Control

[¿QUÉ reSULTAdOS eSPerAMOS?] Se espera que cuanto más fresco sea el jugo más vitamina C tendrá. Si esto es así, se necesitará agregar más gotas de lugol hasta observar el resultado de la reacción entre el almidón y el lugol, que es el cambio de color de la muestra. ¿Qué esperan que ocurra en el vaso Control? Analicen los resultados obtenidos luego de la experiencia y elaboren una conclusión de la misma. ¿Se comprobó la hipótesis planteada? ¿Y la predicción? ACtIVIDADES

1. Imaginen que un grupo de estudiantes realizó una experiencia parecida a esta, pero compararon la cantidad de vitamina C en un jugo preparado con polvo y otro natural recién hecho. Los resultados se ven en la siguiente tabla. Jugo

Gotas de lugol utilizadas

Artificial

2

Natural

5

Control

1

a. ¿Cuál habrá sido la hipótesis de la experiencia en este caso? b. ¿A qué conclusión habrán llegado los estudiantes?

2. ¿Por qué la cantidad de naranjas utilizadas en la experiencia de este taller fue la misma? ¿Qué creen que hubiese ocurrido si se pusiera en un vaso el jugo de dos naranjas y en otro, el jugo de una sola? 3. ¿Para qué se usa el vaso con agua sola? ¿Qué hubieran hecho si en los cinco vasos debían agregar 6 gotas de lugol? ¿Habrían confiado en la calidad de los reactivos? 4. Investiguen las causas de la caída en la concentración de vitamina C en el tiempo. ¿Qué otros factores descomponen la vitamina C? ¿Es lo mismo consumir alimentos cocidos que crudos?

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[ ] icono

Propuesta de actividades

eSTUdIO DE CASo

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Luego de 15 días de haber mandado las muestras al laboratorio, llegaron los resultados a la oficina de Ramírez en un sobre cerrado.

6. Observen las siguientes imágenes. A

B

C

D

El informe detallaba algunas características de la sustancia encontrada en la escena del crimen. go del Dr. Selenio Argón Laboratorio a carstra Resultados de la mue nº 80054

17 de marzo de 2012 Solicitado por:

Jorge Ramírez

o de color blanco opaco Aspecto de la sustancia: polv Punto de fusión: 50 ºC3 Densidad: 2,173 g/cm ón de gas. o: resultado positivo, liberaci Ante la reacción con ácid

1 . De acuerdo con lo que vieron en el capítulo, ¿de qué sustancia consideran que se trata? ¿Por qué? Investiguen en Internet para confirmarlo. ¿Qué datos buscarían? 2 . Averigüen si esta sustancia es soluble en agua. 3 . Gracias a las huellas digitales dieron con el asesino, un amigo de la víctima que sufre de problemas de acidez estomacal. ¿Cómo explican la presencia de la sustancia en la escena del crimen? 4 . Expliquen las siguientes afirmaciones, tanto si las consideran correctas como si no. a. Quemar papel es un cambio químico. b. Agregarle azúcar al café con leche es un cambio químico. c. Freír un huevo es un cambio físico. d. Manchar con lavandina una tela es un cambio químico. 5. Completen el siguiente cuadro. Estado

Fuerza de atracción entre las partículas muy débil

Velocidad de las partículas

a. Indiquen qué tipos de cambios ocurren en cada caso. b. Clasifíquenlos en físicos y en químicos y expliquen por qué lo hacen.

7 . Lean el siguiente texto y resuelvan las consignas que están a continuación. En la industria, para obtener hierro se puede utilizar chatarra como materia prima, la cual se pone dentro de un horno. Estos hornos se conocen como altos hornos, debido a su tamaño y altura. Allí la chatarra se mezcla con otro material, el coque, que es un producto del carbón mineral. La mezcla se calienta a temperaturas elevadas cercanas al punto de fusión del hierro. En esas condiciones, la chatarra se transforma en hierro líquido y se desprenden gases. En la industria, se utilizan miles de kilos de chatarra y se obtienen grandes volúmenes de hierro. Una vez obtenido, el hierro se coloca dentro de moldes y se deja enfriar hasta solidificarse. a. Indiquen qué propiedades de la materia se mencionan en el texto. b. Clasifíquenlas en generales y específicas. Expliquen por qué. Indiquen los cambios que ocurren en el proceso. Clasifiquen estos cambios en físicos o en químicos y expliquen por qué lo hacen.

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8 . Indiquen qué cambio representa cada número en el siguiente diagrama. LÍQUIDO 3

1 2

4 6

SÓLIDO

GASEOSO

5

a. ¿En qué casos se toma calor del ambiente? ¿Qué ocurre con las partículas en esos casos? b. ¿En qué casos se libera calor al ambiente? ¿Qué ocurre con las cambios a nivel de las partículas en esos casos?

9 . A partir de las siguientes descripciones, ordenen los materiales del menos denso al más denso. Justifiquen su orden. Material 1: en 100.000 cm3 entran 15 kg de este material. Material 2: 3 g de este material ocupan 0,5 cm3. Material 3: este material flota en el material 2, pero queda por debajo del material 1, que flota sobre él. Material 4: flota sobre el material 1.

1 0 . Indiquen cuáles de estas afirmaciones son correctas y cuáles no lo son. En cada caso justifiquen su elección. Cambien las afirmaciones que consideraron incorrectas de manera que resulten correctas. a. Aristóteles creía que la materia estaba formada por partes indivisibles y que era discontinua. b. Con su experimento, Proust demostró que la materia está formada por una mezcla continua de aire, tierra, fuego y agua. c. De acuerdo con el modelo de Bohr, los átomos están compuestos por un núcleo con cargas positivas y partículas de carga negativa que orbitan a su alrededor. d. Los átomos son sólidos, sin huecos en su interior, como lo postuló Dalton. e. Demócrito adhería a las ideas de Empédocles acerca de la constitución de la materia. f. El aire es un elemento fundamental porque no está compuesto por otros elementos. g. Los átomos pueden agruparse y formar moléculas. 1 1 . Luego de haber leído este capítulo, ¿qué aprendieron acerca de las propiedades de la materia? 1 2 . ¿Cambió alguna de las ideas que tenían con respecto a los temas del capítulo? 13. ¿Qué tema les interesó más? ¿Por qué? 1 4 . ¿Qué tema no entendieron? ¿Sobre cuál les gustaría seguir leyendo?

[red conceptual] MATERIA

tiene

Sólida Se la encuentra

Está formada por

Propiedades

Le ocurren Que pueden formar

Específicas

Estos estados se pueden explicar con

Moléculas Se pueden representar con

Masa

Físicos Densidad Se pueden explicar con

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Modelo

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Realizó y publicó sus Encuentro con su libro Hechos , Jorge III se consagraba A la edad de 12 años Publicó relacio- el Viajero del arios relacionados experimentos tiempo ismo rey de Gran Bretaña e Dalton fue director extraordin atom el con s nado es color con la visión de los en una escuela Irlanda 1802-1803 1836 1794 1773 1760

Por Diego Golombek

El viajero del tiempo

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1770

1760

1800

1830

La verdad es que estaba un poco nervioso. Iba a encontrarme con uno de los científicos más influyentes para la química y la física: ni más ni menos que el que había puesto en claro finalmente que la materia está compuesta por átomos. Esperaba a un caballero con todas las pompas, con ricos vestidos y el inglés de la Reina o de los Rolling Stones. Cuando me anuncié en el hotel, me señalaron a un personaje bastante desaliñado, mal vestido y al que no se le entendía casi nada cuando hablabla.Tal vez me hubiera equivocado de época, o me hubieran indicado mal, así que lo mejor era avanzar con cuidado.

John Dalton: entre átomos y ojos

— Esteeee… ¿mister Dalton? —Yes? ¿Es usted del círculo de amigos? —¿Amigos? No, yo soy un biólogo argentino… un irador, digamos. Pero no sé a qué se refiere —balbuceé, aun más confundido que antes. —Ah, qué pena —respondió—. Pensé que era uno de los nuestros. Yo seguía sin entender nada. —¿Los nuestros? —pregunté—. ¿Quiere decir los químicos? —Oh, no, my friend. La sociedad religiosa de amigos: ¡los cuáqueros! Me vino inmediatamente a la cabeza la imagen del gordito sonriente en la caja de cereales que comía cuando era chico, y no pude reprimir una sonrisa. Mientras tanto, Dalton... —Siempre es bueno recibir a un amigo —continuó—. Si no fuera por ellos, yo nunca hubiera llegado a nada. Vengo de una familia bastante pobre, ¿sabe? No como todos esos petulantes que andan por ahí pavonéandose frente al Rey… Ja, ¡si supiera cómo lo traté yo al mismísimo Rey de Inglaterra! —¿Al Rey? —Sí, una vez me preguntó cómo andaba todo por Manchester. “Qué se yo, don Rey”, le dije, “como siempre”. ¡Las caras que pusieron todos! ¿Pero qué se le puede decir a gente como esa? Y yo, que fui director de una escuela a los doce años. No me vengan con reyes a mí… Sí, definitivamente era Dalton, el genio que se había negado a usar atavío militar para ver al Rey, como exigía el protocolo, el mismo que había hecho apor-

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Tabla de elementos de Dalton.

tes a la meteorología, a la gramática y, sobre todo, a la teoría atómica. Preferí ir sobre seguro. —¿Sabe qué? Siempre quise saber de dónde había salido el nombre de “átomos”. —Ah, pero yo no le puse el nombre —confesó Dalton—. Es de Demócrito, unos tres siglos antes de Cristo, que seguramente se lo tomó prestado

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O R E J A I O V P L M E E O I R T E L J E A D I O V P L E TIEM DEL 27

a Leucipo. Es fácil: a quiere decir “sin”, y tomos quiere decir “partes”, como los tomos de un libro. Usted sabrá, joven, que yo siempre digo que los átomos son la parte mínima, indivisible de la materia, entonces, los átomos no tienen partes. Ingenioso, ¿verdad? —Momentito… si usted no le puso nombre, y tampoco imaginó la idea, ¿por qué se hizo tan famoso? —Bueno, famoso… no es para tanto. Pero sí, lo que yo hice fueron algunos experimentos para demostrar las ideas atomistas. La idea es simple: me la pasé pesando elementos. Se me ocurrió ponerle 1 al peso de cada átomo de hidrógeno, y después anduve buscando los pesos relativos de los átomos de otros elementos.Vea, como calculé que el nitrógeno pesa unas cuatro veces más que el hidrógeno, le puse el número 4, y entonces hice una tablita que… —¿Una tabla de los elementos? —me entusiasmé. —¿Qué, la conoce? —se interesó—. Sí, seguramente alguien la complete y la ordene mejor dentro de unos años, pero, modestamente, creo que está bastante bien. ¡Bastante bien, decía!… Dalton había comenzado una revolución que daría como resultado entender cómo está constituida la materia, con sus elementos, sus átomos, sus pesos, sus hipótesis y predicciones… Y Dalton me decía que estaba “bastante bien”. —Claro, también supuse que los compuestos siempre tienen una proporción fija de átomos de distintos tipos, que si no, no podía interpretar los experimentos… Qué curioso, este inglés del siglo XIX me hablaba como un científico moderno: con hipótesis, predicciones, controles, métodos. Claramente para hacer ciencia y entender el mundo no se necesita nada demasiado complejo… En este caso, bastaron una balanza, un laboratorio simple y muchas ideas bien puestas. Pero Dalton me siguió sorprendiendo hasta el final. —Disculpe, joven, ¿me podría decir de qué color es su chaqueta? —¿Mi chaqueta? —Sí, nada importante, es solo para comprobar unas ideas que tengo… —Bueno, tengo un saco azul que… —¿Azul? ¿No le digo? Tengo razón: no puedo ver ese maldito color. —Claro, si usted es daltónico.

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Dalton no distinguía bien los colores. Actualmente a esta condición se la llama daltonismo en homenaje al químico.

—¿Cómo dice? ¿Se está burlando? Había incurrido en un anacronismo y me corregí. —Nada, que me habían dicho que hay colores que usted confunde, o que no ve bien. —Ah, sí. Me pasa eso: hay colores que me resultan iguales, y para el resto del mundo son completamente diferentes… También hay colores que veo distintos a la luz del sol que con las velas… Para mí que hay algo en mis ojos. Usted me parece confiable, ¿le puedo pedir un favor… especial? —Eeeehhh… Bueno, será un honor. —Mire, me queda poco tiempo de vida, y yo quiero que se sepa qué es lo que me pasa. Quiero que cuando me muera me saquen los ojos y miren a través de ellos. Si mi teoría es cierta, entonces van a ver los colores raros, como filtrados, porque estoy seguro de que mis ojos no son transparentes. Es la única forma de saberlo. ¿Lo va a hacer, verdad? No tuve más remedio que decirle que sí, mientras me disponía a volver a casa y a mi tiempo.Y me quedé pensando en lo más importante: el verdadero científico quiere que se sepa algo… aunque ya esté muerto. ¡Qué capo este Dalton! 1. ¿Qué diferencia existe ente el pensamiento de Dalton y el de Demócrito? 2. ¿Qué quiere decir el Viajero cuando dice que Dalton hablaba como un científico moderno?

3. ¿Por qué creen que Dalton se vestía tan mal?

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28 Contenidos: sustancias puras y mezclas • sistemas materiales abiertos, cerrados y aislados • Fases en un sistema material • Mezclas homogéneas y mezclas heterogéneas • Las soluciones: definición y concepto de solubilidad • Métodos de separación de mezclas homogéneas y heterogéneas.

2 Los mezclas

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[eSTUDIO dE CAso] La caída de la lluvia, el gusto del mar y el color de la tierra La provincia de Misiones debe su fama y su belleza al hermoso contraste entre el verde de la selva y el rojo de la tierra. ¿Pero por qué es roja la tierra de Misiones? La respuesta más simple es que esa tierra contiene altas concentraciones de compuestos de hierro. Estos compuestos son rojizos o anaranjados, como la herrumbre que se forma en un objeto de hierro dejado a la intemperie. Uno podría preguntarse por qué contiene ese suelo de Misiones una proporción tan alta de compuestos de hierro. De hecho, ese tipo de tierra “fortificada con hierro” se encuentra con frecuencia en lugares cálidos y lluviosos (donde también se desarrollan los biomas de selva). ¿Tiene algo que ver la lluvia con el color de la tierra? La respuesta es “sí”. Cuando llueve, algunos minerales del suelo se disuelven en el agua de la lluvia y comienzan, por lo tanto, a fluir libremente, y son llevados, junto con el agua en movimiento, hasta los ríos y los reservorios subterráneos de agua. Pero no todas las sales y minerales se disuelven fácilmente en el agua. Las sales de hierro, por el contrario, tienden a ser muy insolubles en ese líquido. Esto quiere decir que la lluvia no las disolverá ni las incorporará con tanta facilidad como a otras sales y compuestos, y por lo tanto, esas sales de hierro tenderán a

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permanecer en el suelo por más tiempo. Si esta retención de hierro sucede a lo largo de millones de años —como en la zona de Misiones—, el suelo se enriquece progresivamente de sales de hierro, que modifican su color, hasta volverlo rojo-anaranjado. Como dijimos, las sales que sí se disuelven en el agua van a los ríos. Pero tarde o temprano todos los ríos desembocan en el mar y, por lo tanto, las sales que van con ellos, por minúsculas que sean sus cantidades, van a parar también al agua del mar. ¿Qué sales serán muy solubles en agua? ¿Cómo afectarán esas sales acumuladas durante millones de años el gusto del agua de mar?

En un platito, mezclen media cucharadita de sal de mesa con la misma cantidad de azúcar. Vuelquen el contenido en un vaso de alcohol. Revuelvan y dejen que las sales sedimenten en el fondo. Después, vuelquen el líquido y descártenlo. Pongan sobre una servilleta las partículas que quedaron y déjenlas secar. ¿Qué es ese sólido: sal o azúcar? ¿Cómo podrían explicarlo?

*

¿Se les ocurre alguna manera de separar una mezcla de sal y arena?

*

India fue una colonia inglesa, exis*tía unMientras alto impuesto a la producción de sal. Mu-

cha de esta sal se obtenía de las aguas del mar. Mahatma Gandhi organizó una histórica marcha de protesta: la Marcha de la Sal, que culminó a la orilla del mar. Averigüen qué hicieron los manifestantes cuando llegaron a la orilla del mar.

›› describir y explicar fenómenos físicos simples utilizando teorías y observaciones personales. Relación entre la ciencia y la sociedad.

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1 • capítulo 2

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¿Qué es una sustancia pura? Todos los días aprovechamos materiales muy diversos. Usamos el agua para bañarnos y para beber, y el oxígeno para respirar. Utilizamos mochilas y carteras de cuero o de plástico, medias de lana o de nailon, agregamos azúcar al café con leche para endulzarlo, entre muchas otras. Todos estos materiales presentan distintas características o propiedades, y tienen una composición química diferente. Esto último se debe, como estudiaron en el capítulo anterior, a que todos los materiales están constituidos por átomos, moléculas o iones diferentes.

azufre

átomos de azufre

grafito

atomos de carbono

oxígeno

átomos de oxígeno

Las verduras, el gas de la hornalla, la bebida alcohólica con que se flambea y la ropa del cocinero son materiales formados por partículas diferentes.

agua destilada

átomos de hidrógeno y oxígeno

yeso

iones sulfato

Sustancias puras y mezclas

Algunos materiales se caracterizan por que cada uno de ellos está formado por partículas iguales, ya sean átomos, moléculas o iones. Por ejemplo, el gas propano que se usa para cargar los encendedores está formado solo por moléculas de propano. El cloruro de sodio, que es la sal de mesa común, está formado únicamente por iones sodio y por iones cloruro. Estos materiales se denominan sustancias puras. En cambio, otros materiales, a los que se llama mezclas, están constituidos por sustancias distinCiEnCiA eN LA HISTOrIA tas. Por ejemplo, el agua mineral contiene, además de moléculas de agua, diversos iones. El alcohol el concepto de sustancia en química que se vende en las farmacias está formado por Fue definido hacia finales del siglo xviii por el moléculas de alcohol y de agua. El oro que se utilicientífico francés Joseph-Louis Proust. Amigo de za para fabricar anillos y aros contiene átomos de Antoine Lavoisier, Proust realizó, en 1873, una de oro y de cobre, en diferentes proporciones. El agua las primeras ascensiones en globo aerostático. mineral, el alcohol de farmacia y el oro de joyería ›› La ciencia como construcción histórica y cultural. son, por lo tanto, mezclas.

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La composición de las sustancias ¿Cómo saber cuándo un material es una sustancia pura y cuándo una mezcla? La respuesta a esta pregunta la dio, a fines del siglo xviii, el químico Joseph-Louis Proust, al enunciar su Ley de las Proporciones Constantes (también conocida como Ley de Proust). Proust descubrió y demostró que una sustancia pura tiene siempre la misma composición, sin importar su origen ni cómo fue formada.

cristales hasta que se derriten: se observa que al llegar a 83 ºC, los cristales se derriten en su totalidad y no aparecen otros materiales (c). a) vaso de preparados con mezcla de yodo y alcohol hirviendo (color amarronado).

b) el mismo vaso con cristales de yodo (de color violeta) (ya se evaporó el alcohol que había dentro). Las bebidas que ingieren los deportistas son mezclas constituidas por moléculas de agua y por iones de distintos minerales, que reponen los que pierde el cuerpo durante la actividad física.

EX PERIMENTO S EN PAPEL ¿Mezcla o sustancia pura?

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HIPÓTESIS: los materiales constituidos por dos o más sustancias pueden separarse en sus distintos componentes, mientras que las sustancias puras no pueden descomponerse en otras sustancias por métodos sencillos. PREDICCIÓN: si se calienta un líquido formado por dos o más sustancias, una se evaporará antes que las demás. En cambio, si se calienta una sustancia pura, no se advertirá en ella una separación entre elementos diferentes. PROCEDIMIENTO: se calienta a fuego suave un recipiente que contiene un material líquido de color marrón-violáceo (a).Al cabo de un tiempo, aparecen burbujas y se forma vapor, que sale del recipiente dejando un fuerte olor a alcohol. Al evaporarse totalmente el líquido, en el fondo del recipiente quedan cristales de color violeta (b). Luego se calientan esos

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c) Yodo derretido (violeta), en el mismo vaso, dentro del líquido un termómetro que marca 83 ºC.

RESULTADOS: esto demuestra que el material inicial es una mezcla que está constituida por dos materiales, uno que se evaporó (alcohol) y otro sólido que quedó como residuo (cristales de yodo). En cambio, este último sólido es una sustancia pura, porque al aplicarle calor y fusionarse, no se divide en materiales diferentes. Como el sólido se derrite a los 83 ºC, y ese es el punto de fusión del yodo, puede determinarse que los cristales violetas son de yodo. ›› Análisis de datos experimentales.

ACtividAdEs 1. Expliquen con sus propias palabras cuál es la diferencia entre una mezcla y una sustancia pura. 2. Den dos ejemplos de mezclas y dos de sustancias puras que no aparezcan mencionadas en estas páginas. 3. La leche de vaca que se comercializa en almacenes y supermercados, ¿es una mezcla o una sustancia pura? ¿Por qué? Para confirmar su hipótesis, lean la etiqueta de un envase de leche.

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Los sistemas materiales Los científicos precisan determinar y analizar las propiedades de los materiales para investigar su calidad o para poder provocar cambios en ellos y así mejorar sus características o descubrir nuevas formas de utilizarlos. Para lograrlo, toman porciones definidas del material y las llevan a los laboratorios, donde las analizan. Por ejemplo, para determinar si el agua de un lago es apta para ser bebida por los seres humanos, se toman pequeñas cantidades de agua, de distintos sectores del lago. Estas porciones, que representarán en el análisis toda el agua del lago, se llaman muestras. Para determinar con exactitud la composición de un material siempre es necesario analizar una muestra del mismo. Los científicos suelen construir hipótesis acerca de las características de un una sustancia o las causas que explican una determinada composición (como la alta concentración de sales de hierro en la tierra de Misiones), pero siempre deben corroborar sus hipótesis con muestras reales.

Toda porción del Universo que se utiliza o se imagina para estudiar sus características se denomina, en las ciencias naturales, sistema material.

Clasificación de los sistemas materiales Algunos sistemas interactúan con el medio que los rodea. Por ejemplo, cuando se deja una botella de alcohol destapada, parte del alcohol se evapora y pasa a formar parte del aire que lo rodea. Cuando se sirve una taza de chocolate caliente, parte de la energía térmica del chocolate va pasando al medio ambiente, y el chocolate se enfría poco a poco. Los sistemas materiales que se relacionan con el medio intercambiando energía y materia se denominan sistemas abiertos. En cambio, otros sistemas únicamente intercambian con el medio energía, pero no materia. Por ejemplo, cuando se calienta agua en una olla tapada herméticamente, ocurre un intercambio de energía calórica, pero el sistema no pierde materia. A estos se los llama sistemas cerrados. Cuando se pone agua caliente dentro de un termo o cubitos de hielo dentro de un recipiente tapado de telgopor, la temperatura de los materiales guardados se mantiene sin cambios durante un tiempo, pues no hay interacción con el medio. Estos sistemas que no interaccionan con el ambiente que los rodea se denominan sistemas aislados. El café dentro del termo cerrado constituye un sistema material aislado; el café servido en la taza, un sistema abierto. Si se tapara la taza herméticamente, el café perdería paulatinamente energía térmica, pero no materia: sería un sistema cerrado.

eSTUDIO dE CAso

Una muestra de agua extraída de un lago o una porción de tierra (aunque no se disponga físicamente de ella, sino que se la imagine) constituyen sistemas materiales.

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Para estudiar la composición de la tierra de Misiones, ¿es necesario disponer de una muestra? ¿La tierra de Misiones es un sistema material? ›› describir y explicar fenómenos químicos simples a partir de teorías y observaciones personales.

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Las fases de un sistema Si se determinan algunas propiedades específicas de un sistema material, como el punto de ebullición o el de fusión, se obtiene información que permite identificar y clasificar sus componentes. Por ejemplo, si se coloca en un vaso agua de la canilla y se toman muestras de distintas partes del vaso, al medir el punto de ebullición de las muestras se comprobará que este valor será el mismo para todas. En cambio, si las muestras que se analizan provienen de una mezcla de agua y aceite, los valores de los puntos de ebullición dependerán de la parte de la que se extrajo la muestra.

En algunas mezclas, las fases son macroscópicas, porque se distinguen a simple vista. En otras, en cambio, hay fases microscópicas, porque solo se distinguen con un microscopio. Por ejemplo, la leche entera parece tener una sola fase. Sin embargo, vista al microscopio, se observan gotitas de grasa suspendidas, que constituyen una segunda fase.

El perfume es un sistema material formado por una sola fase. En cambio, el granito de la mesada, la sopa de fideos y la moneda metálica son sistemas formados por más de una fase.

98 °C

180 °C

En un sistema material, las porciones de materia cuyas propiedades específicas tienen igual valor en cualquier parte que se estudie se llaman fases. En el vaso de agua de la canilla hay una sola fase, mientras que en la mezcla de agua y aceite hay dos fases bien definidas.

Es decir que existen sistemas materiales formados por una sola fase, mientras que otros se hallan compuestos por varias fases. Los sistemas que tienen una única fase (como un perfume, el agua de la canilla, la sal de mesa dentro de un salero) se denominan sistemas homogéneos. Aquellos que tienen más de una fase (como la sopa de fideos, el barro y la ensalada de frutas) se llaman sistemas heterogéneos.

ACtividAdEs

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1. ¿En qué se diferencian un sistema abierto, uno cerrado y uno aislado?

3. Den un ejemplo (diferente a los mencionandos) de sistema abierto y uno de sistema cerrado.

2. ¿Un plato hondo lleno con sopa caliente es un sistema material abierto, cerrado o aislado? Expliquen por qué.

4. Den ejemplos de tres sistemas materiales de diferente clasificación. Indiquen cuántas fases tiene cada uno de esos sistemas.

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Las mezclas En la naturaleza, no es frecuente encontrar materiales puros, es decir, formados por una única sustancia. El oro, el platino y la plata, por ejemplo, son algunos metales que pueden hallarse puros en la superficie terrestre. En cambio, la gran mayoría de los materiales que utilizamos resultan de la combinación de distintas sustancias o de la formación de mezclas. Según su composición, las mezclas pueden clasificarse en heterogéneas u homogéneas.

Mezclas heterogéneas Las mezclas heterogéneas son aquellas que presentan dos o más fases. Hay mezclas heterogéneas en las que se pueden distinguir sus fases a simple vista; por ejemplo, si mezclamos en un vaso agua con aceite y dejamos pasar unos segundos, observaremos que el aceite queda flotando sobre el agua, formando una capa uniforme. Esto nos permite observar dos zonas o fases bien definidas: el agua en el fondo del vaso y el aceite en la parte superior de la mezcla. Se ha formado una mezcla heterogénea constituida por dos fases. Son otros ejemplos de mezclas heterogéneas: un balde lleno de arena con agua, una lata de duraznos en almíbar, clavos mezclados con tuercas en un cajón. A su vez, cada fase de un sistema puede estar formada por una o más sustancias, los componentes. Por ejemplo, en la mezcla de agua y aceite, el agua y el aceite son sus componentes, y cada uno de ellos forma una fase. En cambio, en una mezcla de aserrín con virutas de madera se observan claramente dos fases, El suelo del Cerro de los Siete Colores, pero hay un solo componente: la madera, en forma de aserrín en la provincia de Jujuy, es un ejemplo de o de virutas. Si se observa el contenido de una olla cuando se essistema heterogéneo, ya que se pueden distinguir perfectamente sus fases, formatán cocinando fideos, se pueden diferenciar dos fases, una líquidas por distintos minerales. da y otra sólida; sin embargo, la fase líquida está formada por dos componentes: el agua y la sal, que están mezcladas entre sí. También existen mezclas que parecen tener una sola fase a simple vista, pero contienen otra fase que puede advertirse al mirar la mezcla con un microscopio, como en el caso de la leche entera. Se las conoce como suspensiones o dispersiones. El agua de un río, por ejemplo, es una suspensión, pues en ella se pueden observar, al microscopio, pequeñas partículas de arcilla suspendida.

En la imagen aparecen dos fases: una sólida con agua dulce sólida (hielo) como componente, y otra líquida, formada por agua mezclada con sales minerales.

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El humo es una mezcla heterogénea, ya que al trasluz pueden observarse en él partículas de hollín en suspensión.

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Mezclas homogéneas: las soluciones

CiEnCiAs eN LA NeT

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A diario utilizamos u observamos una gran canEn el siguiente sitio, perteneciente al Ministerio tidad de mezclas homogéneas. Todas ellas se cade Educación, Cultura y Deporte del Gobierno racterizan por tener una sola fase y verse como si de España, podrán profundizar sus conocimientos respecto de las mezclas: http://bit.ly/kB9HS estuviesen formadas por una sola sustancia. Sin embargo, contienen dos o más sustancias mezclaResuelvan la actividad interactiva que aparece das perfectamente entre sí. Por ejemplo, el agua mial final de la página. Luego, respondan: ¿cuál es la diferencia entre un elemento químico y un neral contiene muchas sales minerales disueltas, pero compuesto? son imposibles de observar aun con microscopio. ›› uso de tiC en la búsqueda y análisis de información. Las mezclas homogéneas se denominan también soluciones. Hay soluciones líquidas, como el agua mineral; soluciones gaseosas, como el aire que respiramos (formado por nitrógeno, oxígeno y otros gases) y soluciones sólidas, como las monedas que utilizamos como dinero y que, por lo general, se acuñan a partir de la mezcla de dos o más metales: estas soluciones metálicas son llamadas aleaciones. Soluciones líquidas. El suero es una solución formada por agua y sal. El agua de la canilla contiene cloro disuelto, con el objeto de hacerla apta para el consumo humano. El agua de los mares, de los ríos y de los lagos es una solución en la cual el agua contiene disueltas diferentes sustancias; una de estas sustancias es el gas oxígeno, esencial para la respiración de los peces. Soluciones gaseosas. El aire es una mezcla de distintos gases entre los cuales están el oxígeno y el dióxido de carbono. El gas natural es principalmente propano, mezclado con otro gas, que genera su olor característico. Soluciones sólidas. Las monedas que utilizamos están constituidas por aleaciones de cobre y níquel. El acero inoxidable es una aleación que resulta de mezclar hierro con carbono y níquel. El bronce es una aleación de cobre y estaño. El oro que se usa en joyería es una solución que contiene oro en mayor proporción y cobre en menor cantidad.

ACtividAdEs 1. ¿En qué se diferencia una mezcla heterogénea de una homogénea? 2. Den un ejemplo de una mezcla heterogénea que presente tres fases y cuatro componentes, diferente de los ejemplos que aparecen mencionados.

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3. La tinta china, que se comercializa en estado líquido, se fabrica suspendiendo en agua pequeñas partes de carbón molido. ¿Qué tipo de mezcla creen que es: homogénea o heterogénea? Expliquen por qué.

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1 • capítulo 2

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Las soluciones Las soluciones son sistemas homogéneos constituidos por al menos dos componentes, que se hallan en distintas proporciones dentro de la mezcla. El componente que se encuentra en mayor cantidad se llama solvente, y aquel que está en menor proporción se denomina soluto. Por ejemplo, en el agua mineral, el componente que está en mayor cantidad es agua: el agua es el solvente; mientras que las sales minerales que están disueltas en el agua son los solutos de esa solución. En las aleaciones, el solvente está representado por el metal que se encuentra en mayor proporción; por ejemplo, en la plata usada en joyería el solvente es la plata pura, y el soluto es cobre.

Candelabros de latón. El latón es una aleación de cobre y cinc, en la que el cobre es el solvente, por abarcar la mayor proporción en la aleación.

Soluciones diluidas y concentradas ¿Mucha sal en la comida? ¿Demasiada azúcar en la leche? Jugos demasiado diluidos o cafés muy concentrados. Estos son pequeños problemas con que nos topamos a diario: en muchas mezclas, la concentración exacta de los componentes es esencial. ¿Pero cómo podemos darnos cuenta si una solución está diluida o concentrada? No es lo mismo disolver dos cucharaditas de azúcar en un vaso de agua que disolver diez: la segunda solución tendrá un sabor mucho más dulce. Se dice que la segunda solución está más concentrada que la primera, o bien que la primera solución está más diluida que la segunda. Por lo tanto, una solución es más concentrada cuanto mayor es la cantidad de soluto disuelto en el solvente. En muchos casos, es posible notar la concentración de una solución por la intensidad de su color; por ejemplo, un jugo artificial que presente un color naranja oscuro estará más concentrado que uno de tonalidad más clara.

CiEnCiA eN ACCIÓN

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Las aleaciones y la salud Las aleaciones son muy utilizadas en medicina. Por ejemplo, en odontología se utilizan aleaciones de platino con otros materiales para la fabricación de prótesis e implantes dentarios. Esto se debe a que el platino no se oxida y es biocompatible, es decir, no es rechazado por los tejidos del organismo humano. La concentración de una solución es una medida de la cantidad de soluto disuelto en ella.

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›› La ciencia como construcción histórica y cultural.

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Saturación y solubilidad Si agregamos cucharaditas de sal a un vaso de agua y luego revolvemos, veremos que toda la sal se ha mezclado perfectamente con el agua: decimos que se ha formado una solución no saturada. En una solución no saturada, todo el soluto se ha disuelto en el solvente. Si seguimos agregando sal, llegará un momento en que parte de la sal no se disolverá, y se comenzará a acumular en el fondo del vaso: decimos que la solución está saturada, porque el solvente no puede disolver más soluto a esa temperatura. En los dos primeros vasos, las soluciones no están saturadas, mientras que en el último se observa que parte de la sal no se disolvió. Es decir, la solución del tercer vaso está saturada.

1 cucharada de sal 50 ml de agua a 20 ºC

3 cucharadas de sal 50 ml de agua a 20 ºC

5 cucharadas de sal 50 ml de agua a 20 ºC

La máxima cantidad de soluto que se puede disolver en una determinada cantidad de solvente a una cierta temperatura se denomina solubilidad. La solubilidad de un sólido en un solvente líquido crece al aumentar la temperatura del solvente. Esto se debe a que a mayor temperatura, las partículas del solvente están más separadas y, en consecuencia, las partículas del soluto se pueden mezclar mejor entre ellas. Por ese motivo, cuando se prepara un flan o un postre utilizando polvo sintético y leche, es necesario revolver mientras la mezcla se calienta. Así se facilita la disolución del polvo en el líquido (en este caso, la leche). En cambio, cuando un gas se disuelve en un líquido, cuanto mayor es la temperatura del líquido, la cantidad de gas que se puede disolver es menor. Por eso, cuando sacamos la soda de la heladera y la dejamos a la temperatura ambiente, al cabo de un rato se observan las burbujas del gas que contiene la soda: al aumentar la temperatura del agua, la cantidad de gas que se puede disolver La temperatura influye en la es menor, y parte del gas es expulsado de la solución. solubilidad de un soluto en un solvente determinado.

ACtividAdEs 1. El oro que se usa en joyería es una mezcla que 3. Si el agua de los vasos que ven en la ilustración de contiene 18 partes de oro y 6 partes de cobre. esta página estuviera a una temperatura de 30 ºC, ¿Cuál es el soluto y cuál el solvente? ¿Por qué? ¿se necesitaría más sal, menos sal o igual cantidad de sal, para alcanzar la saturación? Expliquen por qué. 2. ¿Qué es la solubilidad? ¿Cómo se modifica ese valor al variar la temperatura del solvente?

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Separación de los componentes de una mezcla Como la mayoría de los materiales son mezclas de sustancias, muchas veces, en los procesos industriales, es necesario separar los componentes que forman una mezcla para poder utilizarlos para fabricar productos. Así, por ejemplo, si se separan los componentes del petróleo se obtienen de él otros materiales muy importantes como la nafta, el asfalto o el querosén. Un imán nos permitirá Muchas veces es necesario separar componentes en benefimantener los clips metálicos separados de otros elementos cio de nuestra salud; por ejemplo, para potabilizar el agua de de escritorio. los ríos es necesario separar las partículas de materiales que hay en ella. En el día a día es habitual eSTUDIO dE CAso separar componentes de una mezcla; por ejemplo, al cocinar arroz es nece¿Por qué el suelo de Misiones no es blanco? Para sario separarlo del agua de cocción responder mejor esta pregunta, pueden investiantes de servirlo. gar qué sales se disuelven en el agua a temperatura ambiente, y cuáles son sus colores principales. Para separar los componentes de ¿Qué sales y materiales, en cambio, son insolubles una mezcla, se aprovechan las propieen agua? dades o características particulares de ›› Explicar fenómenos químicos utilizando teorías cada material, que los diferencian enpersonales. tre sí. Estas características diferenciadas se mantienen aun cuando las sustancias estén perfectamente mezcladas. Por ejemplo, para separar la sal de una mezcla de arena con sal, podríamos agregarle agua, ya que la sal se diluirá al o con el agua, y no así la arena. Existen distintos métodos para separar los componentes de una mezcla, según se trate de una mezcla heterogénea o de una solución. Sin embargo, en todos los casos se parte de una mezcla de sustancias y se obtienen, tras la aplicación del método, las sustancias que formaban la mezcla original cada una por separado, manteniendo sus características. Ningún componente se transforma, ni en la mezcla ni durante el proceso de separación, en una sustancia nueva. Los métodos de separación son, por lo tanto, un ejemplo de cambio físico y no de cambio químico.

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ACtividAdEs 1. Si se quisiera separar el agua de la sal, ¿qué características de esos materiales podrían aprovechar para hacerlo? 2. Los granos de arena son más grandes que las partículas de sal fina. ¿Cómo se podría separarlos sin utilizar agua?

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Al agregar agua a una mezcla de arena y sal, se obtiene un sistema heterogéneo, en el cual la sal se mezcló con el agua, separándose así de la arena. Al dejarlo reposar unos minutos, la arena queda depositada en el fondo del vaso: si se retira el agua salada, se habrá separado la arena de la sal.

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Métodos de separación de mezclas heterogéneas Es posible separar los distintos componentes de una mezcla heterogénea utilizando diferentes métodos que se basan en tener en cuenta las propiedades de los componentes que se quiere separar como, por ejemplo, la diferencia de tamaño entre sus partículas o la capacidad de ser atraídos por un imán, entre muchas otras propiedades. Método

Características

Tamización

La tamización se usa para separar mezclas de sólidos de diferente tamaño. Por ejemplo, una mezcla de arena y caracoles: la mezcla se pasa a través de un tamiz o colador, y el material de menor tamaño (en este caso la arena) atraviesa el tamiz, y el material de mayor tamaño (los caracoles) quedan retenidos en el tejido del tamiz.

Decantación

La decantación se utiliza para separar líquidos que no se mezclan entre sí como, por ejemplo, el agua y el aceite. Se utiliza un dispositivo llamado ampolla de decantación. La mezcla se introduce en la ampolla; el aceite, al ser menos denso, flota sobre el agua. Al abrir la llave de la ampolla, el agua que está debajo sale primero. Al cerrar la llave, el aceite queda retenido dentro.

Imantación

Este método sirve para separar de una mezcla aquellas partículas que son atraídas por los imanes, como el hierro. En la industria, se utilizan grúas magnéticas para separar la chatarra (restos de hierro) de otros materiales.

Filtración

La filtración es un método que se usa para separar un líquido de un sólido que no se disuelve en él como, por ejemplo, una mezcla de agua y arena. Al pasar por el filtro de papel, el agua lo atraviesa, mientras que la arena queda retenida. En los hogares, este método se utiliza para filtrar el café.

Centrifugación

Se utiliza para separar sólidos de muy pequeño tamaño que están mezclados con un líquido. Por ejemplo, el agua de algunos ríos tiene color marrón debido al limo o barro que está suspendido en el agua. Al poner la mezcla dentro de una máquina centrifugadora (o centrífuga), se generan fuerzas que hacen que las partículas del sólido queden en el fondo. Este método se utiliza en los laboratorios bioquímicos para separar los componentes de la sangre antes de hacer algunos análisis.

Actividades 1. En un laboratorio, se dispone del siguiente sistema material: virutas de madera, arena, sal, agua de río y clavos de hierro. a. ¿Es homogéneo o heterogéneo? Justifiquen su respuesta.

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b. ¿Cuántas fases tiene? c. ¿Cuáles son sus componentes? d. ¿Qué métodos utilizarían para separar uno por uno todos los componentes?

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Métodos de separación de mezclas homogéneas

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Existen diversos métodos para separar los componentes que forman una solución. La mayoría de ellos se basan en la capacidad que tiene el solvente de poder cambiar de estado.

Destilación simple Este método se utiliza para separar sólidos de líquidos, y líquidos de otros líquidos. Es un método muy útil para separar, por ejemplo, las sales disueltas en agua. Para destilar, se utiliza un dispositivo similar al que se observa en la figura. Termómetro

Matraz de destilación

Refrigerante

Agua Erlenmeyer

La destilación consiste en calentar una solución como, por ejemplo, agua salada, hasta que entra en ebullición, es decir, hasta que comienza a hervir. El solvente, en este caso el agua, va cambiando de estado líquido a gaseoso, transformándose en vapor, separándose de la sal, que queda depositada. El vapor de agua pura, entretanto, pasa por un tubo refrigerante. Al o con el material más frío, el vapor pierde calor y se condensa. Así se vuelve a obtener agua líquida, pero pura. Esto se debe a que el soluto, en este caso la sal, cambia de estado a temperaturas mucho mayores que las del agua.

Destilación fraccionada La destilación fraccionada se utiliza para separar líquidos cuyos puntos de ebullición son cercanos. Por ejemplo, una mezcla de agua y alcohol, ya que el punto de ebullición del agua pura es de 100 °C, y el del alcohol es cercano a los 80 °C. Este método es utilizado en petroquímica para separar los diversos componentes que forman el petróleo (los hidrocarburos). El petróleo se calienta hasta alcanzar unos 400 °C. Luego se lo introduce en la torre por la parte inferior. Los vapores de petróleo suben por la torre. Cuando un hidrocarburo que constituye la mezcla toma o con un plato cuya temperatura es inferior a su punto de ebullición, se condensa, es decir, se transforma en Petróleo líquido. Así, los primeros componentes que se separan del petróleo son aquellos de mayor punto de ebullición, mientras que los de menor punto de ebullición son los últimos en separarse.

Gas

40 ºC 70 ºC 140 ºC 190 ºC 270 ºC 320 ºC 400 ºC

335 ºC 350 ºC

Disolventes químicos Naftas Querosén Combustibles diésel Lubricantes, ceras

Evaporación La evaporación es un método usado para separar sólidos mezclados en un líquido. Se calienta la mezcla y cuando el líquido alcanza la temperatura de ebullición, comienza a evaporarse (a diferencia de lo que ocurre en una destilación, ACtividAdEs aquí el líquido se dispersa en el ambiente). Una vez que todo el líquido se evaporó, en el fondo del reci1. Describan cuáles son las similitudes y las dipiente aparecen los sólidos que estaban disueltos. ferencias entre la destilación simple, la destilación fraccionada y la evaporación. Esta técnica se emplea, por ejemplo, para espesar una salsa diluida.

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La potabilización del agua de mar si bien la superficie de nuestro planeta está cubierta en su mayor parte por agua, tan solo el 1% del agua se considera potable (es decir, apta para el consumo humano). Esto ocurre porque el 97% del agua de la tierra se localiza en los mares y océanos, y está mezclada con una gran cantidad de sales minerales. Esta composición del agua de mar hace que no se la pueda ingerir: además de su intolerable sabor salado, si se la ingiere en exceso puede provocar desde náuseas y vómitos hasta la muerte por deshidratación. En el siglo xxi, la humanidad está enfrentando una grave crisis ecológica: la escasez de agua, un recurso esencial para la vida. Es por ello que hace ya unos años, en diversos países se han desarrollado procesos para quitarle las sales minerales al agua de mar y poder potabilizarla. de este modo, se obtiene un agua similar a la de los ríos, con bajo contenido en sales. Este proceso se denomina desalinización o desalación, y se lleva a cabo en plantas industriales. Entre los países pioneros de esta técnica figura israel, país del Cercano oriente que, debido a su clima subtropical, su escaso régimen de lluvias y los biomas semidesérticos de su territorio, tiene serios problemas de escasez de agua dulce. Actualmente, en Europa y en algunos países de América (como, por ejemplo, Chile) también se están comenzando a implementar estos procedimientos. Aunque es un método para obtener agua potable poco contaminante, resulta bastante más costoso que la potabilización del agua dulce de los ríos y lagos. Existen básicamente tres métodos principales de desalinización. uno de ellos es la ósmosis inversa: se hace pasar el agua a través de membranas de poros muy finos, que dejan pasar el agua y van reteniendo las sales. El segundo método es la desalación por destilación: consiste en producir cambios de estado sobre el agua a tratar, como ocurre en la des-

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Ciencia en acción

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Planta de desalinización en Israel.

tilación; se evapora el agua de mar y se reúne agua con menos sales; el resto de las sales se depositan en el fondo del destilador. El tercer método es la desalación por congelación: en vez de hervir el agua de mar, se la congela. de este modo, el agua de la mezcla se transforma en cristales de hielo, que quedan ubicados encima de las sales minerales. Luego, estos cristales de hielo son retirados y se transforman en agua líquida dulce.

importancia tiene la desalinización del *agua¿Qué de mar en la actualidad? ¿Piensan que esa importancia aumentará o se reducirá, en los próximos años? Justifiquen su opinión. destilación, ¿se producen cambios *físicosEn olacambios químicos? se diferencian el agua dulce del *agua¿Endequé mar? ¿Por qué creen que en la Argentina aún no *se llevan a cabo estas técnicas? ›› Relación entre ciencia, tecnología, sociedad y ambiente.

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Taller de Ciencias

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La tinta: ¿sustancia pura, o mezcla? Las tintas que se utilizan para cargar los cartuchos de las lapiceras fuente son materiales de aspecto homogéneo, que se comercializan en diversos colores. una manera de comprobar cómo están constituidas es mediante una técnica de separación de soluciones llamada cromatografía. Este es un método que se basa en el hecho de que algunos solutos se disuelven mejor en determinados solventes que en otros. Por lo tanto, si un solvente determinado, al ascender por un papel absorbente, entra en o con un soluto, este último se desplaza junto con el solvente. Cuando los solutos son varios, el desplazamiento será diferente para cada material.

[HIPÓTeSIS dE tALLER] Las tintas no son una sustancia pura, sino una mezcla homogénea de dos o más sustancias. [PreDICCIÓN] Al realizar una cromatografía, se observarán distintos solutos desplazándose en distintos lugares a lo largo de un papel absorbente. [MATerIALeS A utiLiZAR] Papel de filtro tijera Lápiz Frasco o vaso transparente Regla tinta para lapicera de colores negro, azul, rojo y verde Gotero tipo pipeta. [PrOCeDIMIeNTO PoR PAsos]

1. dibujen sobre el papel de filtro un rectángulo de 1 cm de ancho por 7 cm de largo. 2. Recorten el rectángulo que dibujaron, para obtener una tira de papel de filtro. 3. A 2 cm del extremo inferior de la tira, tracen una línea con lápiz. 4. Con la pipeta, tomen un poco de tinta negra y pongan varias gotitas de tinta, separadas a lo largo de la línea de lápiz que trazaron.

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5. tomen un frasco y colóquenle agua hasta un nivel de 1 cm. 6. Coloquen la tira de papel en forma vertical, con la tinta del lado de abajo, hasta que el papel toque el fondo del frasco. La tira debe mantenerse siempre vertical y no variar su altura: pueden sostenerla con sus manos o pegar el extremo superior de la tira de papel en el lápiz y apoyar el lápiz sobre la boca del frasco, como muestra la figura. A medida que es absorbida por el papel, el agua ascenderá y tomará o con la tinta.

7. observen lo que se forma sobre la tira de papel. 8. Repitan el procedimiento con las otras tintas de diferente color. [reSULTADOS] La prueba permite comprobar que la tinta es una solución, pues los diversos componentes se van separando de la tinta a medida que el agua los va disolviendo. una vez realizadas todas las cromatografías, midan con la regla hasta donde llegó o llegaron los solutos, y completen la siguiente tabla: Tinta

¿Cuántos colores se ven en la cromatografía?

¿Cuánto mide la huella de cada color que se ve?

Negra Azul Roja Verde

ACtividAdEs

1. ¿Se comprobó la hipótesis inicial del taller? ¿Por qué?

tro? Elaboren una hipótesis y compruébenla experimentalmente.

2. Comparen los resultados obtenidos para cada una de las tintas y respondan: a. ¿tienen algún componente en común? b. ¿Hay algún componente que está en la mayoría de las tintas? ¿Cuál es su color?

4. La palabra cromatografía proviene de dos palabras griegas: cromos y grafo. a. investiguen, en el diccionario de la Real Academia Española (en su versión impresa o en internet), qué significan estas palabras. b. teniendo en cuenta el significado de las palabras en griego, elaboren y escriban una definición de cromatografía.

3. Para hacer una cromatografía, se precisa un medio que sea absorbente, pero no es imprescindible que sea una tira de papel. a. ¿se podría utilizar una tiza, para hacer la cromatografía? b. ¿Y un trozo de algodón? c. si se utilizaran tiza o algodón, ¿se obtendrán los mismos resultados que con el papel de fil-

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5. Para determinar la presencia de aminoácidos en la sangre se realiza un cromatograma. ¿De qué creen se trata esta técnica? Comprueben su hipótesis contrastándola con la definición de cromatograma en una enciclopedia virtual.

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Propuesta de actividades

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[ ] icono

eSTUDIO dE CAso

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En la Marcha de la Sal, que finalizó el 6 de abril de 1930 a orillas del mar, Mahatma Gandhi tomó del suelo un puñado de barro y sal. Con este gesto, instó a los habitantes de la India (que era en ese entonces una colonia inglesa) a que desafiaran el monopolio británico sobre la comercialización de la sal. Miles de indios comenzaron a juntar agua de mar en recipientes, para evaporarla y obtener así la sal. Los británicos encarcelaron a más de 60.000 personas, acusándolas de ser “ladrones de sal”.

1 . ¿Qué tipo de sistema material es el agua de mar?

II. Piedras, clavos de hierro y tinta. III. Aceite, agua, arroz y vinagre.

a. indiquen si son mezclas homogéneas o heterogéneas. b. indiquen cuántas fases y cuántos componentes tienen. c. diseñen la secuencia de técnicas que emplearían para separar todos los componentes de cada mezcla.

8 . Las siguientes imágenes muestran la secuencia de pasos que realizó un estudiante para separar los componentes de un sistema constituido por arena, agua, alcohol, clavos y arroz. Indiquen si la secuencia es correcta. Si es incorrecta, ordénenla correctamente.

2. ¿Qué métodos de separación de mezclas utilizaron Gandhi y sus seguidores? 3 . ¿Qué propiedades de la sal se aprovecharon para separarla del agua? 4. ¿Cómo separarían un sistema de arcilla, sales de hierro y sal de mesa? Expliquen la relación entre esta pregunta y el estudio de caso con que se abre el capítulo.

6. Indiquen si las siguientes afirmaciones son correctas. Reescriban correctamente, en sus carpetas, las afirmaciones incorrectas. a. El agua destilada es una sustancia pura. b. El agua mineral es una sustancia pura. c. El agua mineral es una mezcla. d. El agua mineral es una solución. e. todas las soluciones son mezclas homogéneas. f. Las mezclas heterogéneas tienen al menos dos fases y dos componentes. g. Las mezclas homogéneas tienen al menos dos fases y dos componentes. 7 . Para cada uno de los siguientes sistemas materiales, cumplan las consignas que se detallan a continuación. I. Agua, sal, alcohol y arena.

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9 . En el siguiente gráfico se observa la relación entre la solubilidad de una solución de cloruro de sodio (NaCl) y una de nitrato de potasio (KNO3), a medida que cambia la temperatura. g_________ de soluto 100 g de H2O KNO3

200 Solubilidad

5. Tachen, en cada una de las siguientes afirmaciones, la opción incorrecta. a. una sustancia está formada por partículas iguales / diferentes. b. Cada sustancia tiene una composición química fija / variable. c. una sustancia tiene propiedades que no permiten / permiten diferenciarla del resto de las sustancias.

150 100 50 34,2 12,1

NaCl

0

20

40

60

80

100

Temperatura (ºC)

a. ¿Cuál es el solvente en ambos casos? b. ¿Cuál es el soluto de cada solución? c. ¿Es correcto afirmar que la solubilidad de la solución de nitrato de potasio varía menos que la de cloruro de sodio (sal de mesa)? ¿Por qué?

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e. Agua destilada.

1 0 . Unan con una flecha cada concepto con su definición. Mezcla heterogénea Sustancia pura Solución Soluto Solvente

f. Suero.

Componente de la solución que está en menor cantidad.

g. Mina de lápiz. h. Barra de azufre.

Sistema material compuesto por varias fases.

i. Moneda de $1. j.Vaso con jugo artificial de naranja. k. Agua de río.

Mezcla homogénea. Componente de una solución que está en mayor cantidad. Porción de materia cuyas partículas son todas iguales.

1 1 . Clasifiquen los siguientes sistemas en sustancias puras y mezclas. A su vez, clasifiquen las mezclas en homogéneas y heterogéneas. a. Lago b. Anillo de oro.

12. ¿Qué temas de los que estudiaron en este capítulo ya conocían, y cuáles desconocían o habían olvidado? 1 3 . ¿Pudieron comprender la relación entre las propiedades de los materiales que componen una mezcla y los métodos de separación que se utilizan para separarlos? ¿Podrían explicarlo a libro cerrado? 14. ¿Cuáles de las actividades del capítulo les sirvieron para comprender mejor los conceptos explicados?

c. Humo. d. Leche entera.

15. ¿En qué páginas del capítulo las imágenes les resultaron imprescindibles para entender mejor el tema?

[red conceptual] SISTEMAS NATURALES

se clasifican en

homogéneos

_______________ por ejemplo

Sustancias puras ______________

_______________

se separan

_____________

_______________ filtración

_______________

_______________ ______________ destilación

_______________ _______________

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46 Contenidos: Características del agua • Componentes del agua • propiedades físicas y químicas del agua • El agua como “solvente universal” • Relación entre el agua y la vida en el planeta tierra • Disponibilidad de agua • potabilización y depuración del agua • la contaminación del agua.

3 El agua

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[eSTUdIO DE CASo] el diamante más grande La famosa novela Cien años de soledad, del escritor colombiano Gabriel García Márquez, da inicio cuando su protagonista, Aureliano Buendía, recuerda el día en que su padre lo llevó a conocer el hielo, cuando tenía seis años. El hielo es expuesto como una atracción de feria dentro de un cofre, por unos gitanos que cobran por verlo: José Arcadio Buendía […] puso la mano sobre el hielo, mientras el corazón se le hinchaba de temor y de júbilo al o del misterio. […] El pequeño José Arcadio se negó a tocarlo. Aureliano, en cambio, dio un paso hacia adelante, puso la mano y la retiró en el acto. “Está hirviendo”, exclamó asustado. Esta historia nos muestra que las cosas que vemos cotidianamente cambian cuando se las ve con ojos maravillados. Una de las cuestiones más llamativas acerca del hielo es que ocupa más espacio que la misma cantidad de agua en estado líquido. Este hecho tiene enormes consecuencias. Por ejemplo, en muchos lugares fríos las tuberías pueden estallar por la presión interna del hielo. Este mismo fenómeno es también importante para la erosión de las rocas: allí donde entra agua en una grieta puede hincharse destructivamente cuando baja la temperatura, logrando romper las duras piedras.

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Otra importantísima consecuencia es que el hielo flota sobre el agua líquida. Esto es esencial para la vida en los ríos y lagos expuestos a los climas más fríos. Por ejemplo, cuando el agua de un lago se congela, forma una capa de hielo en la superficie y esta aísla las aguas más profundas, evitando que se enfríen todavía más. Mientras que en la superficie el aire puede estar a muchos grados bajo cero, el agua debajo del hielo se acerca a los cero grados, y eso permite que centenares de especies habiten esas aguas. Si el hielo fuera más denso que el agua, los lagos se congelarían por completo, lo que eliminaría a los seres vivos en ellos. La densidad del hielo no es la única característica “especial” del agua. Muchas de estas rarezas comienzan a entenderse recién una vez que se conoce la estructura molecular de esta sustancia. En el fragmento de Cien años de soledad, el pequeño Aureliano Buendía retiró la mano del hielo y expresó que estaba hirviendo. ¿Estaba hirviendo realmente? ¿Qué sucedió?

*

Hay un vaso de agua con un cubito de hielo flotando en él. A medida que se derrita el hielo, ¿el nivel del agua subirá, bajará o se mantendrá igual?

*

Si se toma una jeringa y se la llena mitad con agua y mitad con aire, y luego se la deja en un freezer con el pico hacia arriba, ¿cuánto ocupará el hielo, cuando el agua se haya congelado?

*

›› Describir y explicar fenómenos físicos simples utilizando teorías y observaciones personales.

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1 • capítulo 3

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el agua, una sustancia muy particular El agua es, quizás, la sustancia más importante para todos los seres vivos. Si en el planeta no hubiese agua, no existiría la vida tal como la conocemos. Además, el agua tiene características muy particulares. Por ejemplo, es la única sustancia que puede hallarse en la superficie de la Tierra en los tres estados físicos: como líquido, como sólido (hielo) y como gas (vapor de agua): hay agua en estado líquido en los mares, lagos y ríos; en estado sólido, en la nieve y en el hielo, y en estado gaseoso formando parte del aire de la atmósfera. Además, el agua que se encuentra en la naturaleza es una mezcla de diversos materiales, y no una sustancia pura. Por ejemplo, el agua del río es una suspensión que contiene partículas de limo suspendidas en agua, además de gases mezclados con ella. En cambio, el agua de la canilla es una solución que contiene como soluto gases, sales minerales y cloro. También son soluciones (con agua como solvente) el agua mineral y el agua de lluvia: en el agua mineral, los solutos son diversas sales minerales. En la segunda, el soluto está representado por gases provenientes del aire. El agua como sustancia pura se denomina agua destilada, y se obtiene por destilación, al separar el agua de las sales que contiene. El agua es el único material que al congelarse ocupa un mayor espacio o volumen. La cantidad

eSTUdIO DE CASo

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Investiguen los valores de densidad de los siguientes materiales: alcohol de farmacia, agua de río, agua de mar, aceite. ¿El hielo flotará o se hundirá en cada uno de estos materiales? ›› Describir y explicar fenómenos físicos simples a partir de teorías y observaciones personales.

de partículas de agua presentes en 1 cm3 de agua líquida es mayor a la que hay en 1 cm3 de hielo. Por ello, el hielo es más liviano y flota sobre el agua líquida. Es decir, la densidad del hielo es menor que la del agua líquida. La densidad es una propiedad específica de la materia e indica cuánto pesa un volumen determinado de un material.

El agua que se encuentra en el planeta es una mezcla de distintos materiales. En cambio, el agua destilada es una sustancia pura.

CIEnCIA eN ACCIÓN

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Los usos del agua destilada

El vapor de agua se eleva en la atmósfera y forma las nubes, que están compuestas por pequeñísimas gotas de agua y cristales de hielo que, por su poco peso, se mantienen flotando.

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El agua destilada tiene múltiples usos. En medicina, se la utiliza, mezclándola con sales, para elaborar el suero que se da a los pacientes en los hospitales; también se utiliza como solvente para diversos antibióticos. En mecánica, se la utiliza en la fabricación de baterías para autos. En todos esos casos, se necesita asegurar que el agua utilizada no contenga sales disueltas, que modificarían la composición química del producto final; por eso se utiliza agua pura, destilada. ›› Relación entre la ciencia, y la sociedad.

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Las propiedades del agua El agua como sustancia pura tiene algunas características o propiedades específicas que permiten identificarla. Las partículas que constituyen el agua son moléculas que resultan de la agrupación de dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Además el agua es incolora (sin color), es inodora, porque no tiene olor y, como no tiene sabor, se dice que es insípida. Si se saca un cubito de hielo del freezer y se mide la temperatura a la cual empieza a derretirse, se comprobará que, en un lugar cercano al nivel del mar, es de 0 grados centígrados (°C). En términos de la física, esto significa que el punto de fusión del agua es, a nivel del mar, de 0 °C. Esto significa que a temperaturas inferiores a este valor, el agua estará en estado sólido, mientras que por encima de dicho valor, será líquida. Si, en cambio, se calienta agua líquida en un recipiente que contiene un termómetro, cuando la temperatura haya alcanzado los 100 °C, el agua comenzará a hervir. Es decir que el punto de ebullición del agua, a nivel del mar, es de 100 °C. Por lo tanto, a temperaturas mayores el agua se hallará únicamente en estado gaseoso. ¿Pero por qué es importante aclarar si el agua está a nivel del mar o no? El modelo de partículas tiene la respuesta. A medida que reciben calor, las moléculas del agua se mueven a mayor velocidad, aumentando los choques entre ellas. Al alcanzar los 100 °C, esos choques entre las moléculas son tan intensos que las que están en la superficie del líquido pueden vencer la fuerza que el aire ejerce sobre ellas. En zonas que están por encima del nivel del mar como, por ejemplo en Tilcara, provincia de Jujuy, la presión del aire atmosférico es

menor; entonces, las moléculas pueden vencer esa fuerza a menor temperatura: esto significa que allí el agua hierve a menos de 100 °C. Por el contrario, en zonas que están por debajo del nivel del mar, como la presión es mayor, el agua hierve a mayor temperatura. Además de sus curiosos valores de densidad en estado sólido y líquido, el agua tiene la característica de formar soluciones con una gran variedad de materiales. Por ese motivo se la conoce como solvente universal. Esta característica hace que el agua se utilice en las industrias para preparar distintos materiales y facilite el transporte de sustancias dentro de nuestro cuerpo. Asimismo, esta característica implica que, al mezclarse con sustancias dañinas, el agua se contamina fácilmente. Además, aunque el agua pura no conduce la corriente eléctrica, sí lo hace al estar formando una solución (como se la halla en la naturaleza).

El punto de ebullición del agua varía según la altitud del lugar en que se esté, debido a las diferencias de presión atmosférica.

ACtIVIDADES 1. ¿Cuáles son las propiedades que caracterizan el agua? 2. ¿Dónde hervirá más rápido el agua: en Buenos Aires o en La Paz (Bolivia)? ¿Por qué? 3. Averigüen la altura respecto del nivel del mar

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de las ciudades de Buenos Aires, Puerto Madryn, Mendoza y Humahuaca. a. ordenen las ciudades de menor a mayor, según el punto de ebullición del agua. Expliquen el orden elegido.

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1 • capítulo 3

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el agua y los seres vivos El agua es un material esencial para los seres vivos. Está presente entre un 70% y un 80% en la mayoría de los seres vivos. En el cuerpo humano hay un 75% de agua, formando parte de cada célula, cada tejido y cada órgano del cuerpo. Además, el agua circula a través de los órganos y células, transportando nutrientes y materiales de desecho. El agua entra a las células de los seres vivos (por ejemplo, plantas, hongos y animales) para intervenir en el proceso de degradación de los biomateriales, moléculas imprescindibles para la vida. Entre los biomateriales se pueden mencionar los carbohidratos, las proteínas y los lípidos o grasas. En los animales, el agua permite que las moléculas de nutrientes que se obtienen en la digestión de los alimentos se desplacen, junto con el oxígeno que ingresa en la respiración, por medio de la sangre. Así, estos biomateriales llegan a todas las células del organismo. Además, el agua ayuda a que por las venas circule la sangre con desechos de la actividad celular. Estos desechos están constituidos por el dióxido de carbono, que se elimina al espirar, y por otras moléculas, que se eliminan en la orina. El agua es también muy importante para las plantas, pues mediante ella se transportan las sales minerales del suelo desde las raíces hasta las hojas. Otra característica física del agua muy importante para los seres vivos es su alto calor específico. Esto quiere decir que el agua necesita absorber mu-

eSTUdIO DE CASo

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¿En en qué zonas de la Argentina hay hielo flotando sobre el agua de lagos y ríos? ¿Cuál es la fauna de esos lagos y ríos? ¿Habitan plantas allí? ›› Describir y explicar fenómenos físicos simples a partir de teorías y observaciones personales.

cho calor para elevar su temperatura. Por ese motivo, el agua se utiliza como refrigerante, y las grandes masas de agua son excelentes moderadores del clima: los inviernos son menos crudos y los veranos son menos calurosos cerca del mar que en una zona mediterránea. Cuando hacemos una actividad física, la temperatura de nuestro organismo aumenta. El cuerpo, entonces, inicia una serie de mecanismos para bajar la temperatura hasta los valores normales, es decir, 36,7 °C. Uno de esos mecanismos es la transpiración: el sudor está constituido, en su mayor parte, por agua, que se evapora, refrescando la piel y bajando la temperatura interna del cuerpo.

El agua interviene en la regulación de la temperatura corporal.

CIEnCIAS eN LA HISTOrIA

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el agua desde los comienzos El agua estuvo presente en los orígenes de la vida en nuestro planeta. Según las teorías más aceptadas, hace 590 millones de años, las primeras células vivientes, que darían más tarde origen a las primeras formas complejas de vida, se desarrollaron en el mar. El agua ayuda a que los nutrientes ingresen al organismo y a eliminar desechos.

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›› la ciencia como construcción histórica y cultural.

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La disponibilidad del agua Si se mirara el planeta Tierra desde el espacio, se lo podría ver de un intenso color azul. Esto se debe a la gran presencia de agua en la superficie terrestre: el 70% de la superficie del planeta está cubierto por agua, mientras que las tierras ocupan solamente el 30% restante. El conjunto de los cuerpos de agua constituye un subsistema planetario muy importante: la hidrosfera. La hidrosfera incluye tanto el agua de ríos, mares El agua está presente en nuestro planeta en los tres estados de agregación, y es el matey napas subterráneas, como la de los hielos de los casquetes rial más abundante de la superficie. polares y el agua presente en la atmósfera. En la naturaleza, el agua se presenta siempre bajo la forma de una mezcla heterogénea (como en los ríos) u homogénea (como en la lluvia). Por lo tanto, cada cuerpo de agua presenta características particulares. Por ejemplo, el agua del mar contiene, además de oxígeno disuelto, gran cantidad de sales minerales. Esto le confiere su sabor salado y hace que no sea apta para el consumo humano. En cambio, el agua de los ríos es una suspensión que contiene sedimentos, restos orgánicos de animales y gases disueltos, como el oxígeno. También se pueden encontrar microorganismos, que en algunos casos pueden ser perjudiciales para la salud, y materiales de desecho provenientes de las actividades humanas. El agua de río contiene también sales minerales disueltas, aunque en una cantidad mucho menor que el agua del mar. Por ese motivo, el agua de ríos es llamada “agua dulce”. Debido a la menor cantidad de sales minerales disueltas, el agua dulce es apta para el consumo humano Distribución del agua en el planeta Tierra (excepto si está contaminada). Un grave problema para la humanidad es que, del total de agua del planeta, tan solo el 3% se considera agua apta para el consumo de las personas, y está concentrada en ríos, lagos y en los casquetes polares (de los cuales sería muy difícil y costoso extraerla). Por ello es tan importante cuidar el agua y no deAgua salada oceánica: 97,2% Hielos, glaciares: 2,38% rrocharla, pues constituye un recurso Agua subterránea: 0,39% natural cada vez más escaso. Agua dulce: 2,8% Lagos y ríos: 0,029% Atmósfera: 0,001%

ACtIVIDADES 1. La transpiración es un mecanismo que permite eliminar desechos y regular la temperatura corporal. Investiguen en Internet y respondan: a. ¿Cómo regulan la temperatura otros mamíferos como, por ejemplo, los perros? b. ¿Cómo regulan la temperatura las plantas?

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2. Investiguen los valores de temperaturas máximas y mínimas de cualquier día de la semana en las ciudades de Mar del Plata y de Tilcara. a. Comparen los valores en ambas ciudades. b. traten de explicar a qué factores se deben las diferencias encontradas.

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La contaminación del agua La propiedad del agua de disolver diversos materiales genera un problema muy grave: las fuentes de agua se contaminan fácilmente. Entre los contaminantes más peligrosos se pueden mencionar microrganismos y sales de metales pesados. Ciertos microorganismos son perjudiciales para los seres humanos porque generan enfermedades que pueden llegar, incluso, a provocar la muerte. Por ejemplo, Vibrio cholerae es la bacteria causante del cólera. Esta enfermedad se manifiesta, en los seres humanos, con fiebre alta y diarreas intensas, que deshidratan rápidamente el cuerpo del enfermo. Entre los siglos xviii y xix, el cólera causó la muerte de miles de personas en las grandes ciudades, porque se desconocía el modo de contagio de la enfermedad, hasta que el médico inglés John Snow (1813-1858) descubrió que el cólera podía transmitirse a través del agua. Las sales de plomo, mercurio y cromo son de las más tóxicas. Estas provienen de los desechos que algunas industrias, como las curtiembres, vuelcan en los ríos y los lagos. Estas sales, al mezclarse con el agua, ingresan al organismo de las personas que beben de esta agua. También la ingieren los peces, que van almacenando esos metales pesados en su tejido graso, pues su cuerpo no puede eliminarlos; así, cuando una persona come el pez contaminado, incorpora, a su vez, los metales tóxicos a su cuerpo.

E XP E R I M E NTO S E N P A P E L ¿el agua transmite la bacteria del cólera?

Luego de tres grandes epidemias de cólera en Londres, el científico John Snow se dedicó a investigar el modo de contagio de esta enfermedad. En 1848, propuso una posible respuesta, y se dedicó a comprobarla. HIPÓTESIS: la bacteria que provoca el cólera ingresa al organismo de una persona cuando esta bebe agua contaminada por dicha bacteria. PREDICCIÓN: las zonas cercanas a cuerpos de agua contaminados presentarán la mayor cantidad de personas enfermas. PROCEDIMIENTO: John Snow recabó información en las dos plantas principales de abastecimiento de agua de Londres: Southwark and Vauxhall Water Company y Lambeth Water Company. La primera tomaba el agua directamente del río Támesis, altamente contaminado por bacterias. La segunda estaba ubicada en una zona lejos de aguas contaminadas. RESULTADOS: Snow obtuvo los siguientes datos: Compañía de agua

Cantidad de hogares

Muertes por cólera

Muertes por cada 10.000 hogares

Southwark (Támesis)

40.000

1.260

315

Lambeth

26.100

98

37

Resto de Londres

60.000

340

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CONCLUSIONES: mediante los datos estadísticos, Snow comprobó su hipótesis: el agua contaminada del río Támesis funcionaba como fuente de propagación de la enfermedad. Tiempo después, Snow descubrió la relación entre la contaminación de las napas subterráneas y la del agua fluvial. ›› Análisis de datos. Estudio de experimentos históricos.

El agua contaminada es una potencial fuente de enfermedades.

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Potabilización y depuración del agua El agua para el consumo humano se obtiene de los ríos y de fuentes de agua subterráneas o napas. Pero esta agua no siempre es potable, es decir, apta para el consumo. Por lo tanto, antes de enviarla a la red de agua para su consumo, es necesario someterla previamente a una serie de procedimientos, conocidos en su conjunto como potabilización.

El proceso de potabilización La potabilización se realiza en plantas potabilizadoras. La imagen muestra los pasos que integran dicho proceso. 3 Decantación. El agua mezclada con el coagulante pasa a grandes piletones o decantadores, donde se la deja en reposo por varias horas. Así, la arcilla se deposita en el fondo (sedimenta), lo que permite que quede separada del agua.

4 Filtración. El agua, ya libre de arcilla, pasa a través de unos filtros que contienen arena y pedregullo. En ellos se retienen las partículas sólidas más pequeñas que aún pueda contener el agua.

5 Cloración. Esta agua, ya libre de sólidos, debe ser desinfectada, para evitar la presencia de microorganismos dañinos para la salud. Esto se logra agregándole una pequeña proporción de cloro. 6 Alcalinización. Finalmente, se agrega una pequeña cantidad de cal, para contrarrestar la acidez que queda en el agua como consecuencia del agregado del floculante.

2 Coagulación El agua que llega a la planta es una suspensión que tiene partículas de arcilla, muy pequeñas y livianas. por eso, se agrega un material, llamado floculante o coagulante, que agrupa a estas partículas, haciendo que pesen más. 1 Captación. El agua se extrae del río o de los lagos por medio de torres de toma llamadas cámaras de rejas finas, porque tienen una reja en la entrada del agua. Allí queda retenida la basura, como troncos y botellas, entre otros elementos. De allí, por medio de bombas, se envía el agua a la planta potabilizadora.

7 Distribución. El agua es analizada en los laboratorios de la planta potabilizadora, para asegurar su calidad. De allí, ya lista para el consumo, se guarda en grandes depósitos, desde donde se distribuye a los domicilios.

ACtIVIDADES 1. Saturnismo, hidrargirismo y cromismo son enfermedades relacionadas con la presencia excesiva de metales en el cuerpo. Averigüen de qué metal se trata en

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cada caso y cuáles son los efectos que produce cada uno en el cuerpo. ¿Qué relación existe entre la transmisión de cada una de las enfermedades y el agua?

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1 • capítulo 3

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La depuración del agua El agua “usada” por los seres humanos, que es eliminada por las cañerías de las cocinas, los baños o las rejillas de los patios, está contaminada con materia fecal, detergentes y restos de alimentos. Se la denomina agua residual, y no solo contiene los desechos de los hogares, sino también los de las industrias. Por lo tanto, a estas aguas se les debe quitar la mayor cantidad posible de impurezas antes de devolverlas a la fuente de agua de donde se las extrajo: es decir, debe ser depurada. Estos procedimientos de depuración se llevan a cabo en plantas depuradoras, a las que llega el agua a través de cañerías que forman parte de la red cloacal de un pueblo o ciudad. Es importante tener en cuenta que el agua depurada no es apta para el consumo, razón por la cual no se la puede ingerir (a menos que pase antes por el proceso de potabilización). La imagen muestra los pasos necesarios para la depuración del agua residual. 1 las aguas residuales se hacen pasar por cámaras enrejadas para retener el material sólido de gran tamaño que pueda contener: basuras, bolsas, botellas, etcétera. 2 De las cámaras, el agua es bombeada a piletones o decantadores, donde se la deja en reposo hasta que las partículas de mayor peso se depositan en el fondo. 3 El agua, ya libre de materiales sólidos, es llevada a tanques, donde se le incorporan bacterias llamadas descomponedoras. Su función es degradar materiales contaminantes.

4 En depósitos, se eliminan las bacterias descomponedoras agregando cloro. Este elemento, además, se ocupa de eliminar otras bacterias que aún puedan estar presentes en el agua. 5 Finalmente, por medio de grandes caños o ductos, el agua es devuelta al río o al lago correspondiente a la zona.

CIEnCIA eN LA NeT

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Ingresen a los sitios de algunas plantas potabilizadoras de nuestro país e investiguen cómo es la calidad del agua y qué consejos brindan para su cuidado. http://bit.ly/S203rm http://bit.ly/RyOvcC

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http://bit.ly/RyOrKb http://bit.ly/PAw5fE

ACtIVIDADES 1. ¿Por qué es necesario potabilizar el agua de un río o de un lago? 2. ¿El agua de un iceberg será apta para el consumo humano? Expliquen su hipótesis y compruébenla buscando información en enciclopedias virtuales.

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Cómo funciona un purificador la tecnología avanza constantemente; año a año, se diseñan y se desarrollan nuevos productos para el confort y el cuidado de la salud. un buen ejemplo de estos desarrollos tecnológicos son los purificadores de agua. Estos dispositivos, que se conectan a las canillas de la red de agua potable, son utilizados en muchos hogares para asegurarse de que el agua que beben, además de ser apta para el consumo, no tenga sabor desagradable. Estos dispositivos contienen carbón activado, finamente molido. Este material (el mismo que se coloca en el fondo de las peceras y en las plantillas de las zapatillas deportivas) se obtiene como producto de la quema de la corteza de palmeras, y tiene la propiedad de funcionar como filtro, absorbiendo las partículas de muy pequeño tamaño que se hallan mezcladas dentro de un líquido. Así, cuando el agua que sale de la canilla pasa a través de este carbón, las partículas Muchos equipos proveedosuspendidas en ella quedan adheridas a la superficie del absorbente. El carbón res de agua contienen filtros purificadores. también cumple la función de absorber los restos de cloro, que le confieren al agua un ligero sabor “artificial” que puede resultar poco agradable. Junto con el carbón activado, en el filtro hay plata finamente dividida, es decir, en polvo. Su función es retener microorganismos (principalmente bacterias) que puedan estar presentes en el agua. Muchos purificadores más sofisticados contienen, además, resinas intercambiadoras de iones. Estos materiales se presentan, por lo general, en forma de gel y tienen la característica de retener ciertos átomos o grupos de átomos con carga eléctrica, es decir, iones. De esta manera, queda asegurada un agua libre de metales pesados, potencialmente tóxicos para la salud. Actualmente, se han diseñado filtros o purificadores portátiles, que son muy útiles para utilizar durante los viajes a lugares en los que no se tiene seguridad respecto de la calidad del agua potable. Estos filtros son manuales y tienen en su extremo una especie de lápiz que emite luz ultravioleta. Esta luz tiene la propiedad de matar bacterias y otros microorganismos perjudiciales para la salud. Existen otros modelos de filtros de agua portátiles, que actualmente están siendo probados.

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Ciencia en acción

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Diseñen un dispositivo casero para purificar agua. Para ello, disponen de los siguientes materiales: una botella de plástico, carbón, piedras, algodón, un encendedor, un jarro. Expliquen qué función cumple cada uno de los materiales elegidos, en el dispositivo que diseñaron.

*

harían para eliminar las bacterias *que¿Cómo puedan estar en el agua? ¿Qué otro material haría falta agregar a su purificador casero? Filtro de agua portátil.

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›› Describir y explicar fenómenos físicos simples a partir de teorías y observaciones personales.

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Taller de Ciencias

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¿Todas las aguas tienen la misma cantidad de iones cloruro? El agua de los distintos lugares contiene iones procedentes de las sales minerales disueltas en ella. uno de estos son los iones cloruros, que provienen tanto de sales minerales como del cloro que se agrega al agua durante el proceso de potabilización como bactericida. una manera de detectar su presencia es agregando una solución de nitrato de plata, que cuando se combina con los iones cloruro forma cloruro de plata, material blanco e insoluble en agua, que se deposita en el fondo del recipiente donde ocurre el cambio químico. AtEnCIÓn

El nitrato de plata puede causar lastimaduras en la piel y en los ojos. utilicen guantes y anteojos de seguridad durante la experiencia, y realícenla exclusivamente bajo supervisión del docente.

[HIPÓTeSIS DE tAllER] El agua mineral es, de todas las aguas dulces, la que tiene más sales disueltas y, por lo tanto, será también la que tenga más iones cloruros. [PredICCIÓN] Al agregar el nitrato de plata en el recipiente donde hay agua mineral, se formará más sustancia blanca que en los otros frascos que contienen otros tipos de aguas. [MATerIALeS A utIlIZAR] Agua de la canilla Agua destilada Agua mineral natural Agua artificialmente mineralizada Agua de un estanque o piletón Agua de un lago o un río 6 frascos transparentes de igual capacidad Solución de nitrato de plata papel oscuro tijera probeta Marcador indeleble Gotero. [PrOCedIMIeNTO poR pASoS]

1. utilizando una probeta, midan 50 ml de agua de la canilla y vuelquen el agua dentro de uno de los frascos. numeren el frasco con el número 1.

2. Repitan el procedimiento, colocando 50 ml de las otras aguas de las que disponen en los demás recipientes. numérenlos del 2 al 6, y registren qué agua contiene cada uno.

3. Con la tijera, recorten seis trozos de papel oscuro y coloquen los frascos encima de ellos. 4. Introduzcan el gotero dentro de la solución de nitrato de plata y echen, una a una y contándolas en voz alta, varias gotas dentro del frasco 1, hasta que aparezca una sustancia de color blanco en su interior. Anoten la cantidad de gotas que echaron, y observen la intensidad del color. Registren sus observaciones.

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1

2

3

4

5

6

5. Repitan el procedimiento con los otros frascos, sin olvidar anotar sus observaciones para cada uno.

6. Completen una tabla como la siguiente. Además de describir la intensidad del color blanco, pueden asignarle un valor numérico (entre 1 y 6) que les permita ordenar mejor los valores de intensidad. Tipo de agua

¿Contiene cloruros?

Intensidad del color blanco

Gotas de nitrato de plata utilizadas

Mineral De la canilla Destilada Mineralizada artificialmente De estanque De lago o río

[reSULTAdOS] Elaboren un informe con los resultados del experimento, en el que describan y expliquen las diferencias halladas entre las distintas aguas. Incluyan en el informe si se comprobó la hipótesis de trabajo inicial. Importante: soliciten indicaciones al docente para descartar las muestras tratadas con nitrato de plata, ya que es un producto contaminante. ACtIVIDADES

1. El agua destilada es una sustancia pura, es decir, no está mezclada con ninguna otra sustancia. ¿Por qué creen que es necesario utilizarla en la experiencia? 2. ¿Por qué se utilizan cartones oscuros, y no de cualquier otro color o simplemente nada? 3. Si se agregase nitrato de plata a una muestra de agua de mar, ¿qué resultado creen que obtendrían? ¿Por qué?

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4. Investiguen qué es la dureza del agua y por qué puede resultar perjudicial para los seres humanos beber agua dura. 5. El agua potable se caracteriza por no estar turbia. Para determinar el grado de turbidez de un agua, se puede llenar un balde con agua y colocar dentro un disco de cartón de color. Cuanto más turbia esté el agua, el color del cartón se verá menos nítidamente, al sumergirlo. Realicen la prueba con al menos tres tipos diferentes de agua.

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Propuesta de actividades

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eSTUdIO DE CASo

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tro planeta tendría que llamarse, en lugar de “tierra”, “Azul”? d. ¿por qué se le agrega cloro al agua para potabilizarla? e. ¿Cuáles son las desventajas de que el agua disuelva con facilidad diversos materiales?

Cuando uno toca hielo, siente un ardor en la piel, producido por el intenso frío. Esta sensación puede confundirse, para aquel que nunca la haya sentido, con la quemadura que ocasiona el o con una llama o un material hirviente. En un vaso de agua con un cubito de hielo, a medida que se derrita el hielo, la cantidad de agua líquida en el vaso aumentará (aunque eso no necesariamente hará aumentar mucho el nivel del agua en el vaso, porque la parte sumergida del hielo ocupaba un volumen considerable).

6 . La imagen muestra el proceso de potabilización del agua. Para cada uno de los pasos que allí aparecen, expliquen cómo es el procedimiento que tiene lugar y para qué se lleva a cabo.

1 . En los bares y locales de comida rápida, se suele colocar mucho hielo en las bebidas (por ejemplo, en los vasos de gaseosa). ¿A qué piensan que se debe esa "costumbre"? ¿Qué relación tiene con las propiedades del agua? 2 . Expliquen por qué nunca hay que poner a enfriar en el freezer o congelador botellas de vidrio. 3. Indiquen si las siguientes afirmaciones son correctas (C) o incorrectas (I). Expliquen, en el caso de que sean incorrectas, por qué lo son. a. El agua es una sustancia simple. b. El agua es una sustancia compuesta. c. El agua destilada es una sustancia pura. d. El agua mineral es una sustancia pura. e. El agua mineral es una mezcla. f. El agua mineral es una solución. g. todas las soluciones son mezclas homogéneas. h. El agua del río es una suspensión.

7. Observen las siguientes imágenes. Indiquen cuáles muestran aguas aptas para el consumo humano y expliquen por qué. a

b

c

d

4 . Unan con flechas los conceptos de la columna de la izquierda con las características de la columna de la derecha. Agua destilada Agua mineral Agua de la canilla Agua de río Agua de mar

Inodora, incolora, insípida. Hierve a menos de 100 °C. Contiene arcilla suspendida. Contiene muchas sales minerales. Se la llama “dulce”.

5. Respondan y justifiquen, en cada caso, su respuesta. a. ¿El agua en zonas que están por encima del nivel del mar hierve a temperaturas más altas o más bajas que 100 °C? b. ¿por qué el agua de mar no es apta para el consumo humano? c. ¿por qué muchas personas consideran que nues-

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8 . Indiquen cuál o cuáles de las siguientes características no corresponden al agua pura. a. Su punto de fusión es de -10 °C a nivel del mar. b. Su punto de ebullición es de 100 °C a nivel del mar. c. Es viscosa. d. Al congelarse, ocupa un espacio menor. e. Se evapora fácilmente a temperatura ambiente. 9. La siguiente tabla indica los valores de densidad de diferentes materiales. Indiquen qué materiales flotarán en el agua, y cuáles se hundirán en ella. Sustancia

Densidad (g/cm3)

Agua

1

Aluminio

2,7

Bronce

8,6

Hielo

0,92

Glicerina

1,26

Alcohol

0,81

Aceite

0,66

1 0 . En grupos de cuatro compañeros, investiguen los cuidados necesarios para evitar el cólera, y diseñen un afiche para una campaña publicitaria de concientización para la comunidad escolar.

1 1 . Expliquen el porqué de las siguientes frases, aparentemente contradictorias. a. A pesar de que el agua cubre más de dos tercios de la superficie de nuestro planeta, la disponibilidad de agua es un problema cada vez más acuciante para la humanidad. b. El agua destilada es agua pura; sin embargo, no es apta para el consumo humano. c. El agua dulce no contiene azúcar, pero sí diversas sales. d. Beber agua de mar es peligroso, porque puede provocar deshidratación. 1 2 . Describan, con sus propias palabras, las diferencias entre los conceptos de potabilización, depuración y purificación del agua, y los distintos procesos relacionados con dichos conceptos. 13. ¿Les resultaron sencillos los temas del capítulo? ¿Qué conceptos ya conocían y cuáles les resultaron novedosos? 14. ¿El estudio de caso les sirvió para conectar los diversos subtemas del capítulo? 1 5 . ¿Pudieron realizar las experiencias sugeridas en el capítulo? ¿Qué dificultades se les presentaron? 16. ¿Las imágenes y esquemas los ayudaron a comprender los temas explicados?

[red conceptual]

EL AGUA ____________

puede ser una

es importante para

mezcla homogénea por ejemplo

agua destilada

es necesario

características

potabilizarla

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60 Contenidos: La energía y los cambios • Formas de energía: cinética, potencial y radiante • Intercambios y transformaciones de energía • Ley de conservación de la energía • Transferencia de energía por trabajo • Máquinas simples.

4 La energía

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[ESTUDIO DE CASO] Reingreso a la atmósfera Eran las once de la mañana. Lucho y el Tano salían de la clase de Ferreyra. Camino al bufé de la escuela discutían acerca de los temas de física que habían visto en clase ese día. Ambos eran aficionados a cualquier tema relacionado con viajes espaciales. Casi al tiempo que masticaba una medialuna recién hecha y con la boca llena, Lucho arrancó: —Cuando un transbordador espacial entra en la atmósfera se calienta una bocha. —Bueh, pará. ¿Cuánto es una bocha? —Bueno, ponele mucho. Pensá que viene a una velocidad increíble, más rápido que el sonido, y con la fricción del aire se va calentando y se pone al rojo. Le ponen unos escudos especiales para que los pobres tipos adentro no se quemen. —Sí, ya sé. Pero “mucho” no me dice nada. Podríamos hacer el cálculo. —¿Basado en qué, Tano? ¿Es otro de tus chamuyos matemáticos que nunca entiendo? —No, posta, Lucho. Escuchaste a Ferreyra, la energía no se crea de la nada. Si la nave tiene velocidad, tiene energía cinética. Es esa energía cinética que se transforma en energía térmica. Supongamos que la nave tiene que llegar a la superficie y frenar, quiere decir que pierde energía cinética, esa energía es la que se transformó en calor. A ver,

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la energía cinética inicial sería de unos… 300 metros por segundo… —Tano, me estás bardeando. —No, Lucho, en serio, el calor no aparece de la nada, es la energía del movimiento que se transforma. A eso habría que agregarle la energía potencial gravitatoria porque la cápsula está realta. —Si vos decís... —Es una idea poderosa basada en que la energía no se crea ni se destruye… —Suena un poco filosófico para un cálculo. —Andá a estudiar, Lucho. —Bancá que termine la medialuna y la digiera, porque necesito energía para pensar. —Bueno, eso también lo podés calcular porque… —¡Cortala, Tano! Dale, que se terminó el recreo.

Piensen en distintos métodos que sirvan para calentar un recipiente de agua. Luego, hagan una lista con ellos.

*

La electricidad se utiliza para poner en movimiento diversos objetos, como las cuchillas de una licuadora o las paletas de un ventilador. ¿Qué otro tipo de cosas pueden hacerse con electricidad?

*

electricidad produce movimiento, ¿pue*de Siellamovimiento producir electricidad? ›› Describir y explicar fenómenos físicos utilizando teorías y observaciones personales.

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2 • capítulo 4

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Los cambios y la energía A nuestro alrededor observamos cambios todo el tiempo. Imaginen una escena en un barrio cualquiera. La luz solar entra por una ventana y derrite unos cubos de hielo dentro de un vaso con agua. Flores lilas caen al suelo desde las copas altas de unos jacarandás. Un auto frena de golpe y sus ruedas emiten un fuerte sonido ocasionado por la fricción del caucho con el asfalto. Permanentemente, las cosas cambian de posición, de forma, de volumen, de temperatura, de velocidad, de peso, etcétera. Los cambios nunca ocurren solos. Un cambio siempre ocurre junto con otro o varios más. Por ejemplo, cuando una persona corre también cambia de posición, además su corazón late más rápido y la temperatura de su cuerpo aumenta; cuando una flor cae, a medida que se acerca al suelo se mueve cada vez más rápido, es decir, su rapidez cambia; cuando la leña se quema, irradia luz y calor al ambiente. En todo proceso siempre hay, al menos, dos aspectos que se modifican y lo que vincula a estos aspectos es la energía. No existe una única forma de definir el concepto de energía, pero una definición aceptada por muchos científicos dice que la energía es la capacidad de producir cambios en un sistema. Por ejemplo, un resorte que estaba comprimido, al estirarse libera una bolita que sube por una rampa. La bolita alcanza una altura máxima y vuelve a su posición de origen. Existe una relación entre cuán comprimido estaba el resorte y la altura máxima a la que llega la bolita. Esta relación está dada por la energía. Se necesita energía para comprimir el resorte y la bolita necesita energía para moverse. Cuando el resorte se suelta, la energía que teCIENCIA EN LA HISTORIA nía “guardada” disminuye, pero al mismo tiempo la energía de moviLa palabra energía proviene del griego en-ergon, miento de la bolita aumenta. que significa “en actividad”. En la antigua Grecia, Sin embargo, no es fácil calcular el filósofo Aristóteles (384 a. C.-322 a. C.) llamaba enérgeia a lo que hacía que algo pudiera la energía involucrada en los camefectuar una acción y causar un efecto. bios. A veces depende de muchas ›› La ciencia como construcción histórica y cultural.. cosas como el estiramiento de un cuerpo, la rapidez, la masa, la altura o la temperatura.

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resorte estirado plano inclinado resorte comprimido

bolita en movimiento

bolita en reposo

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Las formas y los intercambios de energía El Universo es tan grande y complejo que es imposible estudiarlo por completo. Por eso para ello, los científicos se concentran en regiones particulares del mismo llamados sistemas físicos. El que decide cuáles son los límites de un sistema físico es quien lo estudia. Un sistema físico puede ser, por ejemplo, un auto o el motor de un auto, también puede ser una mosca o una célula de la mosca. En los sistemas físicos se producen cambios. Cada cambio tiene asociada una cantidad de energía que puede medirse y a la que se le pueden asignar valores. El cálculo de la energía asociada a un cambio depende del tipo de cambio considerado. Por ejemplo, si una piedra se frena al impactar contra una pared, la energía se calcula teniendo en cuenta el cambio de la rapidez de la piedra y su masa. Existen distintas formas de energía, que dependen de las cosas que cambien en un sistema. Por ejemplo, si lo que cambia es la velocidad de un objeto, la energía involucrada es la energía cinética, que está relacionada con el movimiento. Todas las formas de la energía pueden clasificarse en tres grandes grupos. Energía de movimiento o energía cinética. Energía radiante. Energías de interacción o energías potenciales. Hay procesos en los que la cantidad de una forma de energía disminuye y la de otra forma aumenta, entonces se dice que hubo una transformación de energía, de la primera forma en la segunda. Por ejemplo, la energía A B elástica de la cuerda estirada de un arco arco tenso se transforma en energía cinética de la flecha cuando la cuerda se libera. flecha en movimiento Cuando la energía aumenta en un sistema, disminuye en otro. Por ejemplo, cuando un resorte se libera y empuja una bolita, el resorte pierde energía potencial flecha arco y la bolita adquiere energía cinética. arco En forma general, cuando se observa flecha que la energía de un sistema B aumenta energía energía y la de otro sistema A disminuye, se dice que hay una transferencia de energía La cuerda tensa (sistema A), al liberarse, transfiere energía a la fl echa (sistema B). Es decir, la energía de la cuerda disminuye y la desde el sistema A al B. de la flecha aumenta.

ACTIVIDADES 1. Imaginen los siguientes sistemas que manifiestan cambios. Un vaso con agua líquida y cubitos de hielo. Un auto frenando. Una cápsula espacial que ingresa a la atmósfera terrestre.

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Una montaña rusa. a. Mencionen algunos de los cambios que se producen durante cada proceso. b. Traten de identificar cuáles son los cuerpos cuya energía aumenta y aquellos cuya energía disminuye.

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Energía cinética energía cinética

A B La energía asociada a los cambios de rapidez es la energía cinética. Un cuerpo quieto tiene energía cinética cero. Si se pone en movimiento, habrá ganado energía cinética. Cualquier cuerpo que m 2m m m se mueve, por ejemplo, una rueda que gira, una cuerda que vibra o un prov v v 2v yectil tienen energía cinética y pueden A. De dos cuerpos que tienen igual rapidez (v), el transferirla a otro cuerpo. que tiene el doble de masa tiene el doble de energía cinética. B. Si la rapidez de un cuerpo se duplica, La cantidad de energía cinética de su energía cinética se cuadruplica. un cuerpo depende de su rapidez y de su masa. Cuanto más rápido se mueve, mayor es su energía cinética. En el caso de dos cuerpos con la misma rapidez, tiene mayor energía cinética el que tiene más masa. Si un sistema está formado por varios cuerpos, la energía cinética del sistema es la suma de las energías cinéticas de sus partes. energía cinética

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2 • capítulo 4

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Energía de radiación Existe una forma de energía que puede viajar por el espacio incluso donde no hay materiales, a través de radiaciones electromagnéticas. Este tipo de energía se llama radiante o de radiación. Algunas radiaciones electromagnéticas, como la luz solar, son visibles para los humanos. Otras, en cambio, son invisibles, como las señales de los teléfonos celulares, los rayos X que se usan para hacer radiografías o las ondas de radio. Cuando la energía de las radiaciones es absorbida por un material, se pueden producir diferentes efectos, según el tipo de radiación y el material. Por ejemplo, las radiaciones llamadas infrarrojas lejanas producen un aumento de temperatura en el material que penetran. El calor del fuego o del pavimento caliente son radiaciones infrarrojas lejanas que pueden ser detectadas por las terminaciones nerviosas de nuestra piel. En algunos casos, la energía de las radiaciones absorbidas por un material, además de calentarlo, puede producir otros efectos, por ejemplo, cambios químicos, es decir, modificaciones en las sustancias que forman el material. Por ejemplo, la energía de la luz solar produce cambios en los pigmentos de las plantas que desencadenan la fotosíntesis, proceso en el que la planta genera alimento a partir de sustancias simples. La radiación del Sol se transforma, en parte, en la energía química almacenada en los alimentos. Los humanos podemos aprovechar la radiación del Sol para obtener energía eléctrica. Esto es posible por medio de es solares que generan corriente eléctrica gracias a la energía radiante.

Las plantas sintetizan sustancias complejas a partir de sustancias simples presentes en el suelo y el aire. La energía que aprovechan para hacerlo es la radiación solar.

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Las energías de interacción o potenciales Un arco estirado, un resorte comprimido, una roca que se elevó a cierta altura o la unión de los átomos en una molécula son algunos ejemplos de sistemas que “guardan” energía. Estas formas de energía, llamadas potenciales o de interacción, solo se manifiestan cuando se trasforman en energía cinética o de radiación.

Energía potencial elástica

A

energía elástica

Imaginen un sistema compuesto por dos bolitas que están unidas mediante un resorte. Si el resorte no está comprimido ni estirado, permanece sin cambios. Pero si alguien empuja las bolitas, comprime el resorte y lo mantiene comprimido. El sistema ahora guarda energía. E. cinética E. potencial ¿Cómo nos damos cuenta? Por los cambios que ocurren cuando el resorte se libera. Cuando esto pasa, las bolitas empiezan a moverse, cada vez más rápido a medida que el resorte se descomprime, hasta que termina de descomprimirse y las bolitas adquieren una velocidad final con la B que seguirán moviéndose, alejándose una de la otra. La energía cinética de las bolitas aumenta en este proceso. Y energía cinética el resorte, que al principio tenía la capacidad de empujar las bolitas, ahora queda descomprimido y ya no tiene esa capacidad. En otras palabras, el resorte comprimido tenía E. cinética E. potencial energía y la “perdió” al liberarse (en realidad, la energía del resorte comprimido se transformó en energía cinética de las bolitas). A. El resorte comprimido tiene energía elástica. La energía potencial de un resorte recibe el nombre de Las bolitas no tienen energía cinética. B. El resorte energía elástica. Los resortes o las banditas elásticas son pierde su deformación y no tiene energía elástica. cuerpos elásticos que, luego de deformarse, tienden a reLas bolitas se mueven y tienen energía cinética. cuperar su forma original. Un cuerpo elástico sin deformar tiene energía potencial elástica cero. Si se deforma (se estira o se comprime), gana energía potencial elástica. Cuanto mayor sea la deformación, mayor resulta la cantidad de energía potencial elástica acumulada. La energía potencial elástica puede transferirse. Por ejemplo, cuando se suelta la cuerda tensa de un arco y esta recupera su forma, aumenta la energía cinética de la flecha que sale disparada y disminuye la energía potencial elástica que tenía acumulada la cuerda deformada. ACTIVIDADES 1. A un resorte apoyado en una mesa se le coloca una bolita en la punta. Alguien comprime el resorte y luego lo suelta. La bolita sale disparada y choca contra unas fichas de dominó que estaban paradas sobre la mesa. Luego otra persona repite el experimento. En el primer caso, 4 fichas son derribadas; en el segundo, solo 2.

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a. ¿Cómo podrían usar el dato de la cantidad de fichas derribadas para saber cuánto se había estirado el resorte? b. Escriban las instrucciones para alguien que va a usar las fichas como medidoras de energía potencial elástica.

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2 • capítulo 4

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Energía potencial gravitatoria En la Tierra, las cosas tienden a caer hacia el suelo. Cuando decimos que las cosas pesan, queremos decir que la Tierra atrae las cosas, tira de ellas hacia abajo, como si hubiera un resorte imaginario estirado que las uniera al centro de la Tierra. La fuerza que ejerce la Tierra hacia su centro se conoce como fuerza de gravedad y se relaciona con la masa de la Tierra y los cuerpos. Los objetos que son atraídos también ejercen una fuerza de gravedad hacia la Tierra, pero como su masa es mucho más chica, su efecto es despreciable. A medida que un cuerpo cae, su energía cinética aumenta. A la vez, disminuye otra forma de energía, denominada energía potencial gravitatoria del sistema. Cuanto más lejos del suelo está elevado un cuerpo, mayor es la energía potencial gravitatoria que guarda el sistema, como si este resorte imaginario estuviera muy estirado. La energía potencial gravitatoria (Epg) se relaciona con el peso (p) y la altura a la que está un cuerpo (h).

La fuerza de atracción gravitatoria puede representarse como un resorte imaginario que une cada objeto con el centro del planeta.

Ep =p.h g

Una forma de entender cómo se produce el intercambio entre energía potencial y energía cinética es imaginar a un chico en una pista de skate. En el instante inicial, el chico está quieto en el borde superior de una pista. Luego, se deja caer hacia la base de la pista. A medida que cae, su altura con respecto al piso disminuye y, por lo tanto, también disminuye su energía gravitatoria. Como gana rapidez, su energía cinética aumenta. Después de pasar por la base, donde alcanza la máxima energía cinética, sube al otro lado de la pista. En la subida, su distancia con respecto al suelo aumenta y con ella la energía gravitatoria. Además, pierde rapidez, con lo cual la energía cinética se reduce hasta valer cero cuando se detiene en el borde opuesto de la pista. CIENCIA EN ACCIÓN

[ ]

energía potencial gravitatoria

energía potencial gravitatoria

Las represas hidroeléctricas Las represas hidroeléctricas contienen agua en un lago elevado. Si se deja caer el agua, la energía gravitatoria disminuye y aumenta su energía cinética. En las centrales hidroeléctricas, en la base de la caída del agua hay una hélice conectada a un aparato llamado generador eléctrico, que transforma la energía cinética de la hélice en energía eléctrica para el consumo. ›› Relación entre ciencia, tecnología, sociedad y ambiente.

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energía cinética La fuerza de atracción gravitatoria puede representarse como un resorte imaginario que une cada objeto con el centro del planeta.

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Energía potencial eléctrica E. potencial cargas quietas Entre dos cuerpos con carga eléctrica existe una fuerza eléctrica. En algunos casos es E. cinética F F una fuerza de atracción. Entonces se dice que uno de los cuerpos tiene carga positiva y el cargas en movimiento otro, negativa. En otros casos, la fuerza elécV V trica entre dos cuerpos es de repulsión, y se dice que esos cuerpos tienen carga de mismo Cuando dos cargas opuestas se aceran, la energía signo. potencial eléctrica disminuye y aumenta la cinética. Si no existe ninguna otra fuerza entre dos cuerpos con carga, la rapidez de los cuerpos aumenta a medida que se desplazan, acercándose o alejándose. Es decir, su energía cinética aumenta. Entonces, ¿qué energía disminuye? En el caso de dos cuerpos con carga eléctrica, la fuerza eléctrica actúa como un resorte imaginario que los une y que acumula energía potencial eléctrica. Cuando las cargas se acercan, la energía potencial eléctrica disminuye. La electricidad llega a las casas gracias a la energía potencial eléctrica. Las centrales de electricidad mantienen las cargas eléctricas de signo opuesto separadas mediante los generadores eléctricos. Un cable de metal conecta el lugar donde se acumulan cargas positivas con el lugar donde se concentran las negativas. En el trayecto de ese cable se “conectan” las ciudades y centros de consumo. Las cargas de un extremo se central eléctrica cargas en mueven a lo largo del cable movimiento hacia el otro extremo. Así, la energía potencial eléctrica disminuye y se convierte en otra forma de energía cinética de las cargas. Esta, a su generador (energía vez se transforma en diverpotencial elécrica) sas formas de energía mediante el funcionamiento de los aparatos del hogar, como la energía radiante de una centros urbanos lámpara y la energía cinética de los ventiladores. Esquema simplificado de una red eléctrica.

ACTIVIDADES 1. Expliquen la comparación entre la energía potencial elástica y la gravitatoria. 2. Imaginen un bol de plástico y una bolita de vidrio que se desliza desde un borde, hacia el fondo del bol, y

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luego nuevamente hacia otro borde. a. Indiquen cuándo es máxima la energía potencial. b. Indiquen cuándo es máxima la energía cinética.

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2 • capítulo 4

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Energía potencial química La materia está formada por átomos, que tienen una parte central llamada núcleo, con carga eléctrica positiva, y otras partículas que lo rodean, aun más pequeñas, llamadas electrones, de carga eléctrica negativa. Si dos átomos están cerca, sus cargas eléctricas pueden llegar a atraerse y quedar unidos formando un conjunto. Como cualquier sistema de cuerpos con carga eléctrica, las combinaciones o grupos de átomos guardan energía que, en este caso, suele llamarse energía potencial química. Si las uniones se rompen o se modifican, la energía química puede liberarse y convertirse en otra forma de energía. Por ejemplo, durante la combustión, los materiales combustibles como el gas natural o el carbón se combinan con oxígeno y liberan energía. De este modo, la energía potencial química se transforma en energía radiante como luz y calor. Lo mismo ocurre durante la respiración celular: los nutrientes reaccionan con el oxígeno y liberan energía potencial química que se almacena en las células.

Energía térmica Si se coloca un huevo duro caliente en agua fría, al rato, la temperatura del agua aumenta y la del huevo, disminuye. Se dice que pasó energía del huevo caliente al agua fría.

combustión

moléculas de combustible

moléculas de oxígeno nuevas moléculas

energía

En la combustión, las uniones moleculares se reorganizan y se libera energía potencial química, que se transforma en energía radiante.

Los pequeños átomos o grupos de átomos que forman todos los materiales, ya sean gases, líquidos o sólidos, no están quietos, sino en agitación constante; en los sólidos, alrededor de posiciones fijas, y más libres en líquidos y gases. Si los átomos se agitan, significa que se mueven y, por lo tanto, tienen energía cinética. La temperatura de un cuerpo está relacionada con el valor de la energía cinética de sus átomos o moléculas: a mayor energía cinética, mayor temperatura. Cuando un material se enfría, sus átomos pierden energía cinética; cuando un material se calienta, sus átomos ganan energía cinética. Esta energía es lo que llamamos energía térmica o más comúnmente, calor. ESTUDIO DE CASO

La llama de una hornalla libera energía térmica que, al transmitirse al agua, produce un aumento en la energía cinética de sus moléculas y, por lo tanto, en su temperatura.

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[ ]

¿Qué formas de energía se manifiestan en el ejemplo que discuten Lucho y el Tano? ¿De dónde proviene la energía térmica del transbordador cuando cae a través de la atmósfera? ›› Describir y explicar fenómenos físicos utilizando teorías y observaciones personales.

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La ley de conservación de la energía Ya hemos visto que la energía puede transformarse y transferirse. Una característica fundamental de la energía es que no puede crearse ni destruirse. Los cuerpos o sistemas intercambian energía, pero la cantidad de energía total es siempre la misma. Si se considera un sistema aislado, es decir que no intercambia materia y energía con el entorno, la cantidad total de energía dentro de él es la misma en cualquier instante.

Este principio es lo que se conoce como ley de conservación de la energía. En un sistema aislado, la cantidad total de energía se conserva, independientemente de las transformaciones ocurridas. El físico holandés Christiaan Huygens (16291695) fue uno de los que probó que la energía que se transfiere entre dos cuerpos permanece constante. Tomó en cuenta el hecho de que la energía cinética es el producto de la masa del cuerpo y del cuadrado de la velocidad: Ec = m . v2

[ ]

EX P E R I M E NTO S E N P A P E L ¿La energía cinética transferida de un cuerpo a otro se mantiene constante? HIPÓTESIS: la suma de las energías cinéticas de dos cuerpos que chocan vale lo mismo antes y después del choque. PREDICCIÓN: si una bola rígida con cierta energía cinética choca con otra bola que está quieta, la primera bola le transfiere energía cinética a la segunda, pero la energía cinética total será la misma. PROCEDIMIENTO: Huygens hizo rodar una bola de 2 kg a distintas velocidades y la hizo chocar contra una bola de 1 kg que estaba quieta. En cada caso, calculó su energía cinética antes y después del impacto. RESULTADOS: algunos de sus resultados se muestran en las tablas.

Experimento V inicial Ec inicial 1 0 0 Bola A Bola B

1m/s

Total

2 kg (m/s)2

V final

Ec final

1,34 m/s

1,79 kg (m/s)2

0,33 m/s

0,21 kg (m/s)2

2 kg (m/s)2

Experimento V inicial Ec inicial 2

2 kg (m/s)2

V final

Ec final

Bola A

0

0

2,67 m/s

7,13 kg (m/s)2

Bola B

2m/s

8 kg (m/s)2

0,66 m/s

0,87 kg (m/s)2

Total

8 kg (m/s)2

8 kg (m/s)2

CONCLUSIÓN: la energía cinética del sistema antes y después del choque se mantiene igual. ›› Interpretar experimentos históricos.

¿Qué hubiera pasado si Huygens hacía chocar dos bolas de goma? En ese caso, la energía cinética final hubiera sido menor, porque parte de la energía del sistema se hubiera “usado” para que se produzca

la deformación de las bolas. Además, en todos los casos, el choque produce agitación en las partículas del sistema, lo que hace que parte de la energía cinética de los cuerpos se transforme en calor.

ACTIVIDADES 1. ¿Qué tipo de energía es la que se encuentra entre las uniones de los átomos?

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2. Expliquen qué transformaciones de energía se producen si se usa leña para calentar agua.

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2 • capítulo 4

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Transferencias de energía por trabajo

CIENCIA EN ACCIÓN

[ ]

Fuentes de energía

Si alguien empuja a lo largo de Antiguamente, los seres humanos efectuaban una distancia a un patinador, la ratrabajos exclusivamente con su propio cuerpo pidez del patinador y su energía cio los de los animales. Más tarde, se inventaron nética aumentan a medida que se máquinas, que requieren alguna fuente de energía para funcionar. En la actualidad, la principal desplaza. Este aumento de energía fuente de energía son los combustibles, como cinética indica que la persona que el carbón, el petróleo y el gas. Su uso masivo empuja le transfirió energía. está causando serios trastornos en el ambiente. Cuando la energía se transfiere de Existen otras fuentes de energía menos nocivas, como los vientos o la radiación solar, que esta manera, se dice que se transfirió además presentan la ventaja de ser renovables, por trabajo. Para la física, se realiza es decir que no se agotan. un trabajo cuando actúa una fuerza a ›› Relación entre ciencia, tecnología, sociedad y ambiente. lo largo de un recorrido. La persona que empuja transfiere energía por trabajo al patinador, también se dice que la persona hizo trabajo sobre el patinador. Respecto del ejemplo, podríamos preguntarnos de dónde “sale” la energía de la persona que empuja al patinador. Estaba almacenada como energía química en los músculos de la persona que empujó. A su vez, esa energía química provino de los nutrientes de los alimentos consumidos por la persona. Una vez más, comprobamos que se conserva la energía del sistema, el patinador y la persona que lo empuja, en este caso. Se realiza un trabajo para deformar o empujar un cuerpo o hacer que un cuerpo en movimiento se detenga, ya que en estos casos hay que ejercer fuerza a lo largo de un recorrido. Cuanto mayor sea la distancia (d) a lo largo de la cual el patinador es empujado, mayor energía cinética alcanzará al final del trayecto. Y lo mismo, cuanto más intensa sea la fuerza (F) con la cual es empujado el patinador. La cantidad de energía que se transfiere por trabajo se calcula como el producto entre la intensidad de la fuerza por la distancia recorrida. Cantidad de energía transferida por trabajo = F · d

F

Para que el patinador se mueva, es necesario ejercer una fuerza a lo largo de un recorrido. Esto es el trabajo y es una manera de transferir energía.

ACTIVIDADES

distancia

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1. Una bolita está quieta, apoyada sobre una superficie muy lisa. Una persona la empuja constantemente a lo largo de 3 cm. a. ¿Qué ocurre con el movimiento de la bolita, desde que empieza a ser empujada? b. ¿Se efectuó trabajo sobre la bolita? ¿Por qué?

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[ ] Las máquinas simples Las máquinas transfieren o transforman energía. Las máquinas más antiguas son las rampas, las palancas, las poleas, las cuñas, las ruedas y los engranajes. Se las llama máquinas simples y sirven para facilitar la transferencia de energía por trabajo.

La palanca Una palanca es una barra rígida apoyada en un punto sobre el que puede girar, como ocurre con un sube y baja. Para elevar un cuerpo apoyado a un lado del punto, hay que empujar hacia abajo el otro lado. Cuanto más lejos del apoyo se empuje, menos fuerza habrá que hacer para levantar el cuerpo. El trabajo realizado por la persona es equivalente a la energía potencial gravitatoria que “gana” el cuerpo que hay que elevar. Pero el recorrido de la palanca del lado de la persona es mayor a la altura a la que se debe elevar el cuerpo. Entonces, con una fuerza menor, las dos magnitudes (energía potencial y trabajo) se igualan.

cuerpo que hay que elevar fuerza que hace P la persona (contrapeso)

Ep=P.h1

h1

punto de apoyo

Trabajo= F. h2

Ciencia en acción

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F h2

Ep= Trabajo, pero h1 es menor que h2. Entonces, F es menor que P.

El aumento de energía potencial del cuerpo que sube tiene igual valor que el trabajo realizado del otro lado de la palanca. Cuanto más lejos se está del punto de apoyo, menos fuerza hay que hacer para elevar el cuerpo.

Las poleas Una polea es una rueda que gira sobre un eje y en la que se enrolla una cuerda. Al tirar de un extremo de la cuerda, se mueve una carga que está fija al otro extremo de la misma. Una polea simple (con una sola rueda) no multiplica la fuerza, su único efecto es invertir el sentido de la fuerza: para que la carga suba, hay que hacer una fuerza igual al peso de la carga. Pero si se combinan varias poleas, se puede elevar un peso haciendo menos fuerza.

A

B esfuerzo

esfuerzo

carga

carga

A. Polea simple B. Polea compuesta

F h

distancia

¿Qué ventaja tienen las máquinas simples? ¿Disminuyen la energía necesaria para mover objetos? ¿Cuál es el efecto que tienen?

*

Identifiquen máquinas de la vida cotidia*na que sean palancas, poleas y rampas. Den En una rampa, el recorrido es mayor que si se elevara el objeto solo verticalmente. Por eso, la fuerza que hay que hacer es menor al peso del objeto.

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un ejemplo de cada una. ›› Relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente.

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Taller de Ciencias

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¿La cantidad de energía elástica acumulada en un cuerpo depende de su deformación? Los cuerpos elásticos acumulan energía potencial cuando se deforman. Podríamos preguntarnos si el grado de deformación del cuerpo influye sobre la energía potencial elástica acumulada. En física, todo lo que interesa a los fines de comprender un fenómeno debe poder medirse, por eso les proponemos un experimento para tratar de responder a la pregunta que encabeza esta sección. Si impulsamos una bolita sobre una rampa empleando una bandita elástica estirada, observaremos que la bolita asciende hasta una altura máxima y luego vuelve al punto de partida. La energía elástica de la bandita se transfiere a la bolita y se convierte en energía cinética. A medida que la bolita asciende, su energía cinética se transforma en energía potencial gravitatoria. Al llegar al punto más alto, la energía cinética de la bolita se ha transformado completamente en energía potencial gravitatoria. Como la energía potencial gravitatoria es mayor cuanto más elevado está un cuerpo, la altura a la que llegue la bolita dependerá de la cantidad de energía elástica que tenía la bandita antes del disparo.

[HIPÓTESIS DE TALLER] La energía elástica es proporcional a la deformación de un cuerpo elástico. [PREDICCIÓN] Si se estira la bandita, se acumula energía potencial elástica que luego se transforma en energía potencial gravitatoria de la bolita. Al doble de estiramiento de una bandita elástica, esta tendrá el doble de energía potencial elástica y la bolita alcanzará el doble de altura. [MATERIALES A UTILIZAR] 1 bolita bien lisa y pulida (puede ser de vidrio, metal, plástico, cerámica) Unas banditas elásticas 2 clavos largos 1 tramo de cable canal o riel que sirva de rampa para la bolita 1 cinta métrica 1 taco de madera o un libro (para apoyar el cable canal) 1 marcador. [PROCEDIMIENTO POR PASOS]

1. En una superficie horizontal claven los clavos (con cuidado) a una distancia apenas mayor que el largo de la bandita elástica, de manera que esta quede apenas estirada cuando la tiendan entre ambos clavos.

2. Coloquen el cable canal como muestra la figura, formando una rampa por la cual pueda banda elástica bolita

deslizarse la bolita cuando sea disparada por la bandita estirada. cable canal

3. Midan la longitud de la bandita entre los clavos sin taco de madera

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estirar y anoten este valor, lo llamarán L0 (longitud cero).

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4. Estiren la bandita y midan la longitud máxima que alcanza antes de disparar la bolita. Este valor se llamará L. El estiramiento se calcula como la resta L - L0.

5. Coloquen la bolita en la banda elástica. Estiren la bandita, midan L y suelten la bolita de manera que ascienda por la rampa. Hagan una marca en el borde de la pista en el punto de mayor altura que alcanza la bolita antes de volver a descender y midan la altura vertical (h) de este punto respecto del nivel de partida.

6. Repitan el procedimiento 5 veces con el mismo estiramiento inicial y midan la altura alcanzada por la bolita en cada caso. En todos los casos, calculen el estiramiento y la altura promedio de los 5 tiros.

Estiramiento 1 (L-L0) en cm h en cm Estiramiento 2 (L-L0) en cm h en cm Estiramiento 3 (L-L0) en cm h en cm Estiramiento 4 (L-L0) en cm h en cm Estiramiento 5 (L-L0) en cm h en cm

Tiro 1

Tiro 2

Tiro 3

Tiro 4

Tiro 5

promedio

Tiro 1

Tiro 2

Tiro 3

Tiro 4

Tiro 5

promedio

Tiro 1

Tiro 2

Tiro 3

Tiro 4

Tiro 5

promedio

Tiro 1

Tiro 2

Tiro 3

Tiro 4

Tiro 5

promedio

Tiro 1

Tiro 2

Tiro 3

Tiro 4

Tiro 5

promedio

7. Procedan de manera similar, pero aumentando el estiramiento inicial de la bandita. Realicen mediciones con, al menos, 5 valores diferentes de estiramiento inicial.

8. Registren todos los datos de altura media y estiramiento medio de cada prueba. En un gráfico, representen los distintos estiramientos promedio en el eje horizontal y las alturas alcanzadas en el eje vertical. ¿QUÉ RESULTADOS ESPERAMOS? Esperamos que la altura máxima de la bolita sea mayor cuanto mayor sea el estiramiento inicial de la bandita. Pero además, queremos saber si la altura alcanzada es proporcional al estiramiento. Si fuera así, un aumento en el estiramiento de la bandita deberá causar un aumento proporcional en la altura alcanzada por la bolita. Es decir, si la bandita se estira el doble, la bolita debe alcanzar el doble de altura. Si así fuera, el gráfico debería ser una recta. Es decir, los puntos en el grafico obtenido deberían quedar alineados como se ve en la figura.

35 30 25 20 15 10 5 0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

ACTIVIDADES

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1. Luego de elaborar el gráfico mencionado con los valores que obtuvieron en las mediciones, ¿se verificó la hipótesis?

3. La bandita sin estirar no guarda energía potencial elástica. ¿De dónde salió la energía que acumula cuando se estira?

2. Planteen una hipótesis sobre cómo resultaría el gráfico si se usaran dos banditas entrelazadas en lugar de una sola para disparar la bolita.Verifiquen si su hipótesis es cierta realizando la experiencia.

4. Supongamos que la bandita se estira 5 cm. ¿Se necesita el mismo trabajo para estirarla desde 0 cm hasta 1 cm que para estirarla desde 4 a 5 cm? ¿Por qué?

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[ ]

Propuesta de actividades

ICONO

ESTUDIO DE CASO

[ ]

Cuando las naves ingresan a la atmósfera, alcanzan grandes temperaturas debidas al rozamiento con el aire y, si no se emplean materiales adecuados, las naves pueden desintegrarse por el calor. ¿Qué materiales resisten el calentamiento sin destrucción? ¿Qué tipo de aislamiento será adecuado para proteger a la tripulación? Para poder contestar estas preguntas y diseñar un escudo térmico adecuado, será imprescindible saber cuál será exactamente el aumento de la temperatura en este reingreso. Para hacer esa cuenta, los científicos realizan el mismo razonamiento que propone Lucho. Se basan en la idea de que la energía total de un sistema se conserva y estudian las variaciones de la energía cinética y potencial de los transbordadores en la atmósfera, y de este modo estiman la energía térmica aproximada que el cuerpo tendrá.

1 . Vuelvan a la lista que hicieron en respuesta a la primera consigna del capítulo. Junto a cada método empleado para calentar agua, enumeren las distintas transformaciones de la energía que intervienen en el proceso. 2 . Entre la Tierra y la Luna, así como entre todos los cuerpos del Universo, existe una fuerza de atracción, llamada fuerza gravitatoria. a. Si fuera posible modificar la distancia entre el planeta y su satélite para almacenar con ellos energía potencial gravitatoria, ¿habría que acercarlos o alejarlos? Expliquen por qué. b. Dos cargas se atraen intensamente. ¿Cómo se las podría usar para guardar energía? ¿Cuál sería el origen de la energía que almacenan? 3. Un esquiador se deja caer desde lo alto de la pista que muestra la figura.

4 . Para cada uno de los procesos de la lista, expliquen qué cuerpos intercambian energía y cuáles son las transformaciones de energía que ocurren. Traten de identificar qué cuerpo recibe energía y cuál la cede, qué forma de energía aumenta y cuál disminuye. a. Una bola de bowling que desparrama los pinos. b. Un hielo que se derrite al rayo del sol. c. Un arco estirado que dispara una flecha. d. El follaje de un árbol aumenta con los días. e. Un meteorito cae hacia la Tierra. 5 . En la tabla, figuran diferentes objetos o dispositivos que transforman energía de un tipo en energía de otro u otros tipos diferentes. Completen la tabla, de la manera que muestra el ejemplo. Dispositivo

Convierte energía de tipo...

...en energía/s de tipo/s

ventilador

eléctrica

cinética

automóvil planta de lechuga lamparita cocina generador eléctrico celda solar invernadero cuerpo humano radio estufa a leña 6 . Una cañita voladora se eleva debido a la energía liberada en la combustión de la pólvora. La figura muestra cuatro instantes del movimiento. cuáles son las * Analicen transformaciones de energía que se producen en cada etapa.

sin pólvora (altura máxima) queda menos pólvora explota la pólvora

a. Expliquen qué transformaciones de energía se producen a lo largo del recorrido. b. Indiquen en cuál o cuáles de los puntos señalados la energía cinética es máxima.

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se enciende la mecha

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7 . Una moneda se desliza con velocidad sobre una mesa y choca con otra moneda igual. En consecuencia, la primera moneda se detiene y la segunda empieza a moverse. a. ¿Podía moverse la segunda moneda con más rapidez que la primera? b. ¿Qué pasaría si la segunda moneda fuera más chica? c. Discutan en clase sus argumentos usando el concepto de energía. 8 . La figura muestra una red de bolitas unidas por resortes. Discutan las siguientes cuestiones. a. ¿Qué tipos de energía podría tener este sistema? b. ¿Qué cambio debería producirse para que el sistema guardara más energía en su interior?

ayuda con la garrocha, que es una larga varilla flexible (elástica). Observen la secuencia de imágenes y expliquen qué tipo de transformación de energía se produce en cada una de las etapas mostradas. a. Corriendo con la garrocha. b. Garrocha clavada y doblada y la mujer apenas arriba. c. La mujer más arriba, la garrocha menos deformada. d. La mujer soltó la garrocha y pasa sobre la valla. e. Luego de traspasar la valla, la mujer cae al otro lado.

a

b c

d

e

1 0 Luego de haber leído este capítulo, ¿qué aprendieron acerca de la energía? 9 . El salto con garrocha es un deporte que consiste en elevarse a la mayor altura posible para transponer una valla horizontal. Para conseguirlo, el saltador se

1 1 . ¿Cambió alguna de las ideas que tenían con respecto los temas del capítulo? 12. ¿Qué tema les interesó más? ¿Por qué?

[RED CONCEPTUAL] Según el tipo de cambio, se la puede clasificar en formas

ENERGÍA Radiante

Si cambia de forma se dice que hubo

Es una magnitud asociada a los cambios en los sistemas

Si pasa de un sistema a otro se dice que hubo una

Potencial

Transformación Si se produce ordenadamente (por acción de una fuerza en un trayecto) es:

Si se produce desordenadamente (asociada a un cambio de temperatura) es:

por Las máquinas transfieren o transforman energía

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por calor (energía térmica)

para funcionar requieren:

renovables

Fuentes de energía no renovables

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76 contenidos: La temperatura y la energía térmica • La temperatura y la estructura de la materia • trabajo y calor • temperatura y cambio de volumen • cambios de estado de la materia • Mecanismos de transferencia de la energía térmica • Las ondas y la energía • características de las ondas • Ondas sonoras • Ondas electromagnéticas • espectro electromagnético.

5 Los intercambios de energía

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[ESTUDIO de cAsO] Colores invisibles Los humanos podemos percibir la luz que emiten las luciérnagas y otros animales bioluminiscentes o los objetos que están muy calientes, como las lámparas, el fuego y el Sol mismo. Uno de los hechos más sorprendentes de la naturaleza es que todos los objetos —sí, todos, incluidas las sillas y las personas— emiten luz. Uno podría preguntarse: si los árboles y las cucharas emiten luz, ¿cómo es que no lo vemos? La razón es sencilla: no toda la luz es visible. Una de las características de la luz es su color. Los físicos han determinado que la luz es una forma de energía que se propaga a través de cierto tipo ondas, llamadas ondas electromagnéticas. De acuerdo con esta explicación, los colores de la luz corresponden a diferentes longitudes de onda. Nuestros ojos están adaptados para percibir solamente un conjunto acotado de longitudes de onda; más allá de ese conjunto, hay un número infinito de colores que no podemos ver (pero existen). Los insectos, por ejemplo, pueden percibir luz ultravioleta, invisible para nosotros. Y las serpientes pueden percibir luz infrarroja, otro tipo de color invisible para los seres humanos. Los objetos comunes, como una mesa o una taza, emiten luz infrarroja, y por eso no la vemos. Pero existen dispositivos que sí pueden

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captar esas emisiones: las cámaras infrarrojas. Cuanto más caliente está un objeto, más radiación emite; por eso las cámaras infrarrojas no solamente pueden “ver” en la oscuridad: también pueden distinguir qué objetos están calientes y cuáles, fríos. Con ellas es posible detectar focos de incendio y seres vivos atrapados entre los escombros de un derrumbe, aparatos eléctricos sobrecalentados, tropas enemigas en la oscuridad y hasta pasajeros con fiebre en los aeropuertos, cuando se intenta contener epidemias como la fiebre porcina. En este caso, como en otros, la ciencia y la tecnología nos permiten ver lo que, sin su ayuda, sería invisible para nosotros. Averigüen qué es el espectro de las ondas electromagnéticas. Frecuentemente, se representa como una recta en la que se ubican los diferentes colores. Dibújenlo y ubiquen el rango visible con los colores del arcoiris en orden correcto, las ondas infrarrojas y las ultravioletas. Muchos dispositivos eléctricos se comunican mediante rayos de luz infrarroja. Esta, si bien es invisible a nuestros ojos, es lo suficientemente intensa como para ser detectada por algunos dispositivos. ¿Qué sucede si apuntan el control remoto de la televisión hacia una cámara digital y le sacan una foto? Las fotografías termográficas muestran lo que “ve” una cámara infrarroja. Si se toma una fotografía termográfica de un animal, ¿qué partes de su cuerpo se verán en colores más claros? describir y explicar fenómenos físicos simples utilizando teorías y observaciones personales.

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Temperatura y calor En el lenguaje cotidiano solemos decir que los objetos están fríos o calientes. Sin embargo, decir que una taza de té está fría y que un plato de comida o un mate están calientes, puede ser algo relativo según quien lo considere. Si sumergen una mano en un recipiente con agua caliente y hunden la otra en agua de la heladera; y, luego de unos minutos, sumergen ambas en un mismo recipiente con agua a temperatura ambiente, comprobarán que es difícil decidir si esta última es “fría” o “caliente.” Para evitar estas confusiones, los científicos prefieren hablar de cuerpos que están a diferente temperatura. Calor y frío son conceptos asociados a la temperatura, aunque en la ciencia pueden tener un significado distinto al que le damos comúnmente. La temperatura de un cuerpo se puede medir con un termómetro, y no es raro que su valor se modifique. ¿Cuándo ocurre esto? Por ejemplo, cuando se ponen en o dos cuerpos que están a temperaturas diferentes. Entonces, a medida que pasa el tiempo, el más caliente se enfría y el más frío se calienta, hasta que las temperaturas de ambos se igualan en un valor intermedio. Esto sucede porque los cuerpos que se hallan a diferentes temperaturas intercambian energía que guardan en su interior. Esta forma de intercambio por la cual un objeto a cierta temperatura le transfiere energía a otro que tiene menor temperatura es el calor o energía térmica. El fuego de una llama está a mayor temperatura que el agua de una olla, y por eso pasa energía térmica del fuego al agua; una plancha está más caliente que una camisa, y por eso al planchar se pasa energía térmica del aparato a la ropa. El calor no es una propiedad de los cuerpos, ni de las sustancias de las que están hechos. Un objeto no posee calor, sino temperatura. La temperatura es una magnitud relacionada con el movimiento de las partículas que componen la materia. Cuando una sustancia recibe calor, au-

La llama de una hornalla libera energía térmica que, al transmitirse al agua, produce un aumento de la temperatura del líquido.

menta su energía cinética, lo que se manifiesta en el hecho de que sus partículas comienzan a moverse con mayor velocidad; esa es la razón por la que aumenta su temperatura.

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cieNciA EN LA HISTORIA

La mínima temperatura posible La temperatura de un cuerpo disminuye cuando los átomos que lo forman se agitan más lentamente. Esto indica que debe existir una temperatura mínima, a la cual los átomos del material se quedan quietos. Es la menor temperatura posible, llamada también cero absoluto de temperatura, o 0 K. Nada puede estar más frío que el cero absoluto, que se estableció en −273,15 °C. Todavía nadie pudo conseguir en un laboratorio enfriar un material hasta el cero absoluto. Hasta ahora, el récord de frío logrado en un laboratorio fue de “apenas” −273,1499999995 ºC (¡muy cercano al cero absoluto!). A la temperatura ambiente, los átomos de un material se mueven tan rápido como un avión. A la temperatura más fría alcanzada, los átomos son un millón de veces más lentos (tardan un minuto en recorrer 4 cm). ›› La ciencia como construcción histórica y cultural.

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Temperatura y estructura de la materia

Trabajo y calor

La energía térmica está asociada a cambios en el interior de los cuerpos. Como estudiaron en el capítulo 1, todos los cuerpos a nuestro alrededor están formados por átomos. En los materiales sólidos, los átomos están unidos entre sí por poderosas fuerzas de atracción, y por eso es difícil separar el material en pedazos. Para lograrlo, hay que vencer la fuerza de atracción entre los átomos. En los líquidos, estas fuerzas son menos intensas, y son más débiles aún en los gases. En cualquier cuerpo (incluso en los sólidos), los átomos de un material se agitan constantemente, por lo que poseen energía cinética. Cuanto mayor es la temperatura de un material, mayor es la energía cinética de agitación de sus átomos. Si la temperatura de un material disminuye, sus átomos se agitan menos. Decir que un cuerpo está frío o caliente no tiene sentido para la física. En cambio, decimos que los cuerpos tienen distinta temperatura o, en otras palabras, que la energía cinética de los átomos que los componen es distinta.

Si una grúa levanta una carga, todos los átomos que forman dicha carga se elevan y la energía gravitatoria de todos ellos aumenta por igual. Por eso se dice que aumentó la energía gravitatoria de la carga y que la grúa hizo trabajo sobre ella. Si una persona empuja una carretilla, esta se acelera, y la energía cinética de todos sus átomos aumenta por igual. Se dice que aumentó la energía cinética de la carretilla y que la persona hizo trabajo sobre la carretilla. En física, hacer trabajo significa producir un cambio de energía ordenado, es decir, la misma cantidad de cambio para todos los átomos de un cuerpo. En cambio, cuando la energía se reparte desordenadamente entre los átomos de un cuerpo no se produce un desplazamiento del cuerpo en su conjunto, sino un aumento de temperatura. En ese caso, la energía se transmite en forma de calor o de energía térmica, que es la manera en que cambia la energía de los átomos cuando ese cambio sucede desordenadamente.

A

Mayor temperatura Mayor agitación

Menor temperatura Menor agitación B

Si se reparte energía ordenadamente entre los átomos, se hace trabajo. A Energía

Después Si se reparte energía desordenadamente entre los átomos, se genera calor.

B Energía térmica o calor

Energía

Después

Si A tiene más temperatura que B, los átomos de A se agitan con más energía cinética que los de B.

ActividAdes 1. Para enfriar una papa recién cocinada, se la coloca en agua fría. a. ¿cómo cambia, en ese momento, la temperatura de la papa? ¿Y la del agua? b. ¿dirían que se produce un intercambio de

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energía? ¿Por qué? c. Mientras la papa se cocina en una olla con agua que fue colocada sobre una hornalla, ¿existe un intercambio de energía? si existe, ¿qué cuerpo absorbe energía, y cuál la cede?

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Mecanismos de transferencia de calor Los cuerpos que están a diferentes temperaturas intercambian energía térmica. Pueden hacerlo de tres maneras diferentes: la conducción, la convección y la radiación.

El material frío se va mezclando con el caliente, hasta que todo llega a estar a la misma temperatura. Si se colocan unas hebras de té en el agua de una jarra que está sobre el fuego, se podrá ver cómo el agua las mueve, haciéndolas circular desde las zonas más calientes hacia las más frías, una y otra vez.

Conducción

Si se deja un tenedor de metal dentro de un pedazo de carne caliente, el mango del tenedor se calienta. La energía térmica de la carne se ha transmitido hasta el extremo del mango por conducción, que es la principal manera en que el calor viaja en los materiales sólidos: de la zona más caliente a una zona vecina, de esta a otra zona vecina, y así sucesivamente hasta distribuirse a todas las partes del material. En este proceso, las partes del material no se mueven: tan solo transmiten el calor a sus zonas vecinas mediante el choque de los átomos que se agitan más intensamente en una zona con aquellos átomos que tienen menor agitación en una zona vecina.

Estos chorizos transmiten calor al tenedor por conducción.

Los líquidos sobre el fuego o a baño María se calientan por convección.

Radiación Las radiaciones, como la luz, los rayos X o los rayos infrarrojos transportan energía y pueden viajar a través del espacio, aunque no haya ningún material en su camino. Por eso los rayos del Sol llegan hasta la Tierra. La energía de algunas radiaciones, al ser absorbida por un cuerpo, se transforma en energía térmica dentro de dicho cuerpo. Por eso, cuanta más radiación absorbe un cuerpo, más se calienta. La cantidad de radiación que absorbe un cuerpo depende, entre otros factores, del color de su superficie: el negro es el color que mayor cantidad de energía absorbe; el blanco y el plateado, los que menos energía absorben.

Convección

La convección, a diferencia de la conducción, es la transferencia de energía térmica por el movimiento del material caliente; por eso la convección solo se da en los líquidos y los gases. En la convección, una parte caliente del material se mueve hasta una región más fría, intercambiando calor con las zonas vecinas. A la vez, la zona que ocupaba el material caliente es “invadida” por material más frío.

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La radiación del Sol se transforma en energía térmica al llegar a la Tierra.

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Cantidad de calor y temperatura

Aunque se usan como sinónimos, temperatura no es lo mismo que calor. Si se calientan al fuego sobre dos hornallas idénticas y durante el mismo tiempo un jarro pequeño y una olla grande, llenos de agua a la misma temperatura inicial, ambos recipientes absorberán la misma cantidad de calor o energía térmica; sin embargo, la temperatura final del agua del jarrito será mayor que la de la olla. En el jarro, la energía absorbida queda más concentrada, porque se reparte entre poca agua: a cada porción de agua “le toca” bastante energía. En la olla, la misma cantidad de energía debe repartirse entre una cantidad de agua mayor: cada parte de agua recibe poca energía, y por eso la temperatura final de toda el agua es menor que la del jarrito. La temperatura es una medida de la concentración de la energía térmica o calor. La energía térmica tiende a desparramarse entre los cuerpos, como lo haría un poco de tinta

Masas de agua de distinto tamaño, expuestas el mismo tiempo sobre llamas iguales, reciben la misma energía, pero adquieren temperaturas diferentes.

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cieNciA EN ACCIÓN

Los motores de combustión: “ordenadores” de energía térmica Las máquinas son inventos humanos para realizar trabajo, es decir, para transmitir energía ordenadamente. Los motores de los autos, por ejemplo, usan la energía química almacenada en sustancias combustibles como la nafta para liberar energía térmica y mover sus piezas. La energía térmica que produce el combustible es energía desordenada; el motor la ordena y la “acomoda” en los átomos de las piezas que se mueven. Sin embargo, resulta imposible ordenar por completo la energía térmica: siempre algo de ella queda sin ordenar, en forma de energía térmica, y se disipa al ambiente, desperdiciándose. Relación entre la ciencia y la sociedad.

echado en un vaso de agua, hasta que su concentración (la temperatura) se iguala en todas partes. Si un tren con mucha energía cinética choca con un auto que tiene menos energía cinética, el tren pierde energía, y el auto la gana. Algo parecido ocurre cuando entran en o dos cuerpos que están a temperaturas diferentes. Los átomos del cuerpo más caliente se agitan con mayor energía cinética que los del cuerpo frío. Si se ponen en o dos cuerpos a diferente temperatura, en la zona de o los átomos del cuerpo más caliente chocan contra los del cuerpo más frío y les pasan energía cinética. Cuando los átomos de ambos cuerpos llegan a tener, en promedio, la misma energía cinética, el intercambio llega a un equilibrio. Este mecanismo de intercambio de energía explica por qué las temperaturas de los cuerpos en o tienden a igualarse.

ActividAdes 1. Identifiquen en esta situación un ejemplo de cada mecanismo de transferencia de energía térmica.

Un paisano, sin quemarse, pone a calentar la pava con agua para el mate en el fogón, y remueve las brasas con un atizador metálico.

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2. Indiquen, en cada caso, en cuál de los dos vasos está más concentrada la energía térmica. (a) 20 ºC

(b) 20 ºC

20 ºC

(c) 60 ºC

60 ºC

20 ºC

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Temperatura y cambios en la materia La expansión de los materiales La mayoría de los materiales, cuando se calientan, aumentan de tamaño; se dice entonces que se dilatan o se expanden. Este efecto es más notable en los gases que en los líquidos y menos notable en los sólidos. Por ejemplo, si se deja un globo inflado al sol, se hincha, porque el aire que encierra se dilata y empuja las paredes del globo, que puede llegar a reventarse si no aguanta la presión del gas encerrado.

También los líquidos se dilatan al calentarse. Se puede hacer una experiencia sencilla para comprobarlo: se llena una botella hasta el tope con agua coloreada (para que se pueda ver fácilmente), se la cierra herméticamente con una tapa atravesada por un sorbete transparente. Si se coloca la botella dentro de agua caliente, se puede observar cómo sube el nivel de agua en el sorbete. Esto sucede porque el agua de la botella se calienta y se dilata en o con el agua caliente. ¿Los materiales sólidos también se dilatan con el calor? Analicemos el siguiente experimento.

E XP E R I M E NTO S E N P A P E L ¿Es cierto que un objeto sólido se expande si se calienta? HIPÓTESIS: Los materiales sólidos se dilatan al calentarse, al igual que los gaseos y los líquidos. PREDICCIÓN: Si se calienta un clavo metálico, su diámetro se agrandará. PROCEDIMIENTO: Se toma un clip metálico y se lo endereza. Con la ayuda de una pinza, se toma el extremo del clip y se lo enrolla, en forma de bucle, alrededor de un clavo (a). El clavo tiene que poder retirarse del bucle y volverse a meter dentro de él, sin problemas. Luego, se toma la cabeza del clavo con la pinza y se acerca la punta a la llama de una hornalla (b). Cuando el clavo está al rojo, se intenta introducir nuevamente el clavo en el bucle (c). RESULTADOS Y CONCLUSIONES: Al intentar meter el clavo caliente en el bucle, la punta no pasa,

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porque se ha expandido. Así se comprueba que incluso los materiales sólidos más densos se expanden al ganar temperatura. a

b

c

›› Análisis de datos experimentales.

La expansión de los sólidos al calentarse es menos notable, pero también ocurre. Los pisos de baldosas, por ejemplo, se calientan mucho durante el verano, cuando la radiación solar es más intensa, y las baldosas se dilatan. Si no hay espacio entre ellas, se aprietan tanto una contra otra que se quiebran. Para evitarlo, se dejan zonas libres entre algunas de ellas, llamadas juntas de dilatación. También se deja juntas de dilatación entre los tramos sucesivos de las vías de un ferrocarril, entre los es de asfalto de las calles y en otras estructuras, como puentes o edificios. La dilatación se puede explicar en términos microscópicos: el aumento de temperatura de un cuerpo implica mayor agitación de sus átomos y movimientos más amplios del conjunto que forman, ocupando mayor volumen.

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cieNciA EN LA NET

Entren al sitio web de la Universidad de Colorado de Estados Unidos en la siguiente dirección: http://bit.ly/SqapDQ Allí encontrarán una lista de animaciones interactivas (applets) sobre diversos temas de física. Busquen el que lleva el nombre de “Estados de la materia”, descárguenlo en su máquina y experimenten moviendo los comandos, para descubrir las diferencias entre los diferentes estados de una sustancia. Uso de tic en el análisis de modelos científicos.

El cambio de estado de sólido a gaseoso (como en el hielo seco que se “hace humo”) se llama sublimación o volatilización. Para que un sólido sublime, debe absorber calor. Intensidad de atracción entre partículas

ón

aci tiliz

aci lim Sub

ión

n

sió

ac

ific

lid

So

ón

Sólido Fu

A nuestro alrededor hay sólidos, líquidos o gases, tres estados diferentes de la materia. Un material puede pasar de un estado a otro cuando cambia alguna de las condiciones en las que se halla, como la temperatura o la presión. El agua que bebemos es un líquido. Pero el agua también puede estar en estado sólido (el hielo) y en estado gaseoso (el vapor de agua). Si se calienta agua sólida (hielo), esta se funde y se transforma en agua líquida. Para que se produzca su fusión, un sólido debe absorber energía térmica. A su vez, si el líquido pierde calor, puede transformarse en sólido. Si se calienta sobre el fuego un recipiente con agua, puede observarse que se desprende vapor, es decir, el agua se evapora. Si el agua continúa recibiendo calor, llegará un momento en que se formarán burbujas de gas dentro del líquido. Cuando esto ocurre, se dice que el agua entró en ebullición. Si se sigue calentando, todo el líquido desaparecerá: se habrá convertido en vapor de agua. El cambio de estado líquido a gaseoso se llama vaporización: para que un líquido se vaporice, debe absorber calor. Si el vapor de agua pierde calor, puede convertirse nuevamente en agua líquida, esto se ve cuando se deja al aire libre una lata de bebida gaseosa muy fría: el vapor de agua que hay en el aire, cuando entra en o con la lata, pierde calor, se enfría y forma gotitas de agua líquida, que se ven en las paredes de la lata. El cambio del estado gaseoso al líquido se llama condensación: para que un gas se condense, debe ceder calor.

Vo la

Temperatura y cambios de estado

Vaporización

Líquido

Gas Condensación

Cede energía Absorbe energía

Los cambios de estado se producen a determinadas temperaturas, que son fijas para cada material.

ActividAdes 1. Pueden comprobar la dilatación de los gases con una sencilla experiencia. Necesitan una botella plástica pequeña y un globo. Cierren el pico de la botella con el globo, como muestra la figura. Pongan la botella, parada, en una olla con agua caliente y esperen un momento.Verán que el globo se infla. a. expliquen por qué se infla el globo. b. ¿de dónde viene el aire que hay en el globo?

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c. si retiran la botella del agua, ¿qué sucederá?

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Las ondas y la energía

A. Un pulso

Si damos un sacudón hacia arriba o hacia abajo al extremo de una soga, “inyectamos” energía en ella. Esta energía no permanece en el extremo, sino que se propaga a lo largo de la soga, pasando de un sector al sector vecino. Des- B. Un “tren” pués de haber completado el movimiento verti- de pulsos cal, cada punto de la soga vuelve a quedar quieto en la misma posición que estaba originalmente. A lo largo de la soga se transmite la energía del En una soga tensa, la energía del movimiento de movimiento de la mano, pero la materia de la un extremo se transmite a lo largo de toda la soga. soga solamente se desplaza mientras es perturbada; luego, vuelve al lugar inicial. Este tipo de “perturbación viajera” se llama pulso. Un pulso es un tipo particular de onda. Por lo general, las ondas consisten en uno o varios pulsos sucesivos; por ejemplo, si se agita el extremo de la soga repetidamente, se formará un “tren” de pulsos que se propagan todos con la misma velocidad. Las ondas son energía que se transmite de un lugar a otro, sin que se traslade materia. Hay diferentes tipos de ondas. Son ondas, por ejemplo, la luz, las emisiones de televisión, los sonidos y las La energía gravitatoria de la gota que cae se ondas que se forman en la superficie del agua cuando transmite al agua quieta y produce un pulso que forma una circunferencia que se va agrandando. cae en ella una piedra. La velocidad con que una onda avanza depende del medio por el que se traslada. Por ejemplo, las ondas en una soga viajan más rápido cuanto más tensa está la cuerda; las ondas sonoras viajan más rápido por el agua que por el aire, y la luz viaja más rápido en el vacío que en el agua.

Atenuación con la distancia Cuando las ondas se propagan libremente en el espacio, la energía que transportan se va dispersando en todas direcciones, como una esfera que crece. A medida que se aleja del punto donde se originaron las ondas, la energía se distribuye en una superficie cada vez mayor. En consecuencia, aunque la cantidad de energía total no cambia, la cantidad de energía que llega a cada centímetro cuadrado de superficie disminuye a medida que aumenta la distancia. Los sonidos se escuchan más débiles cuanto más lejos estamos del cuerpo que los produce, debido a que nuestros oídos reciben menos energía de las ondas sonoras; y el brillo de un cuerpo va disminuyendo cuanto más nos alejamos de él, porque nuestros ojos recogen menos energía lumínica.

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Muchas de las estrellas son similares al Sol, pero las vemos más pequeñas debido a la enorme distancia que nos separa de ellas.

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Características de las ondas Las ondas son generadas por vibraciones u oscilaciones. Por ejemplo, las alas de un mosquito producen, al vibrar, ondas sonoras en el aire. Se llama frecuencia (f) de una onda a la cantidad de veces que vibra en una unidad de tiempo (por ejemplo, en un segundo). La frecuencia de una onda solo depende de la vibración que la origina, y no se ve modificada por el material en que la onda se propaga: si una onda pasa de un medio a otro diferente, por ejemplo, del aire al agua, su frecuencia no cambia. Usualmente, las frecuencias se expresan en hertz (Hz), unidad que equivale a 1 pulso por segundo. Una onda de 35 Hz vibra 35 veces cada segundo. Cuando una onda es generada por una viLongitud de onda bración que se repite con un mismo intervalo de tiempo, su frecuencia no cambia, y se dice 0 que la onda es periódica y que se repite con Amplitud un determinado ciclo o período. Estas ondas forman un “tren” de ondas iguales, una tras Longitud de onda y amplitud de una onda periódica. otra, cada uno correspondiente a un ciclo de la onda. El largo de cada onda se llama longitud de onda ( ). La amplitud (A) de la onda es el máximo apartamiento de una partícula de su posición de equilibrio; en la representación gráfica de una onda, es la altura desde la posición de equilibrio hasta un valle o una cresta. Cuanto mayor es la amplitud de una onda, mayor energía transporta.

Relación entre frecuencia, velocidad y longitud de onda En muchos casos, las ondas de diferentes frecuencias se propagan con igual velocidad en un material determinado. Entonces, a mayor frecuencia corresponde menor longitud de onda. Pueden comprobar esto con una cuerda tensa, si la mano que agita la soga repite su movimiento varias veces seguidas, en la soga se forma un tren de pulsos que se propagan, todos con la misma velocidad. Si se aumenta la frecuencia con que se agita, se puede comprobar cómo se reduce la longitud de onda.

Alta frecuencia

Baja frecuencia

Longitud de onda corta

Igual velocidad de propagación

Longitud de onda larga

Si las ondas de todas las frecuencias viajan con igual rapidez en un medio, las de mayor frecuencia tienen longitud de onda menor.

ActividAdes 1. Accedan a la animación interactiva sobre ondas en una cuerda, disponible en la siguiente dirección: http://bit.ly/VtLvRP a. Primero elijan las opciones “Pulso” y “sin final”; produzcan diferentes perturbaciones movien-

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do el cursor, y describan las diferencias. b. elijan las opciones “Oscilación” y “sin final”. varíen la frecuencia y analicen qué ocurre con la longitud de onda. c. varíen la “Amortiguación”: ¿qué observan?

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Las ondas mecánicas: el sonido Las ondas mecánicas son las que no pueden transmitirse en el espacio vacío; solamente lo pueden hacer de un punto a otro de un material. Son mecánicas las ondas en una cuerda, las olas en el agua, las ondas sísmicas y también las ondas sonoras. Los sonidos son sensaciones producidas por la vibración del aire en el interior de nuestro oído, cuando otro cuerpo le transmite sus propias vibraciones. Para que las vibraciones de un cuerpo lleguen al interior del oído, es necesario que exista un material que las transmita. En la mayoría de los casos, el medio que transmite los sonidos es el aire que nos rodea, pero cualquier cuerpo vibrante que esté en o con el oído (ya sea gaseoso, líquido o sólido) le transmitirá la energía de sus vibraciones. El vacío es el mejor aislante acústico: en él, los sonidos no pueden propagarse. En el espacio exterior hay muy poca materia, y por eso no nos llegan sonidos desde el Sol o las estrellas.

Velocidad del sonido Las ondas sonoras se propagan más rápido en los materiales sólidos, menos rápido en los líquidos, y más despacio aún en los gases. Por ejemplo, en el aire todos los sonidos viajan unos 340 m/s (metros por segundo); en el agua, 1.500 m/s, y en el acero, unos 5.000 m/s. En un material determinado, todos los sonidos se proEn las películas de ciencia ficción, las naves en medio del espacio realizan disparos pagan con la misma velocidad. Si esto no fuera así, sería y estallan con gran estruendo: pero en imposible escuchar un concierto, porque algunos sonidos realidad, esas escenas deberían transcurrir llegarían antes que otros a los espectadores distantes, y esen completo silencio, porque el sonido no cucharían la música totalmente desacompasada. puede transmitirse en el vacío.

Tono sonoro Hay sonidos de tonos graves, como el de un trueno, y agudos, como el zumbido de un mosquito. El tono de un sonido depende de su frecuencia: cuanto mayor es la frecuencia, más agudo es el sonido resultante. Los sonidos que producimos al hablar, por ejemplo, tienen frecuencias entre los 1.000 y 2.000 Hz; el sonido más agudo de un piano llega a 3.000 Hz, y el más grave es de 80 Hz. El oído humano puede detectar aquellas cuya frecuencia está entre los 20 y los 20.000 Hz. Los sonidos de menos de 20 Hz se llaman infrasonidos; los de frecuencia superior a 20.000 Hz son ultrasonidos.

Reflexión del sonido Al igual que una pelota que rebota contra una pared, los sonidos pueden reflejarse en ciertas superficies grandes; a esta capacidad se la llama reflexión. Cuando el sonido de nuestra voz vuelve hacia nuestros oídos después de reflejarse en alguna gran pared u obstáculo, escuchamos el eco. El eco se oye más débil que el sonido original, porque al viajar la energía del sonido se dispersa y además, una parte de la energía sonora es absorbida por la pared en la que rebotó.

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Las ondas electromagnéticas Existe un tipo particular de ondas llamadas ondas electromagnéticas, que pueden transmitirse incluso en el vacío, es decir, en ausencia de todo material. La luz visible, por ejemplo, es una onda electromagnética que nuestros ojos pueden detectar; por eso la luz que irradian el Sol y las estrellas puede llegar hasta nosotros, a través del espacio. Hay otras ondas que no podemos ver a simple vista, pero sí percibimos a través del tacto de la piel: son las ondas electromagnéticas infrarrojas, que calientan nuestras manos cuando las acercamos a un objeto caliente. Como se vio en el comienzo de este capítulo, las cámaras infrarrojas son dispositivos que nos permiten ver radiaciones infrarrojas. Y hay muchas otras ondas electromagnéticas que solo se pueden detectar mediante sustancias o dispositivos especialmente sensibles: las ondas de radio y televisión, las microondas, los rayos ultravioletas, los rayos X y los rayos gamma. Las ondas electromagnéticas se distinguen por el valor de su frecuencia. Las de mayor frecuencia son las de energía más concentrada, porque tienen la menor longitud de onda: son los rayos gamma. Las de menor frecuencia y energía menos concentrada son las ondas de radio. En el espacio vacío, todas las ondas electromagnéticas viajan a la misma velocidad (la máxima velocidad que existe en el Universo): unos 300.000 kilómetros por segundo, valor llamado velocidad de la luz. Si las ondas electromagnéticas se propagan dentro de un material, lo hacen a una velocidad menor; por ejemplo, la luz en el vidrio se propaga “apenas” a 200.000 km/s.

ESTUDIO de cAsO

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¿Qué sucedería si pudiéramos observar todas las ondas electromagnéticas que nos rodean, no solo las que corresponden a la luz visible? Expliquen por qué sería útil para caminar por un cuarto completamente a oscuras sin chocarnos con los cuerpos que pudiera haber en él. describir y explicar fenómenos físicos simples a partir de teorías y observaciones personales.

Las ondas electromagnéticas son generadas por movimientos de vibración de cargas eléctricas. Como los átomos tienen cargas eléctricas y están en constante agitación, todos los cuerpos emiten ondas de este tipo, aunque algunos lo hacen mucho más intensamente que otros. En algunas situaciones, dentro de los materiales algunas cargas eléctricas se mueven y reagrupan y forman una corriente eléctrica. Cuando una corriente eléctrica cambia, emite ondas electromagnéticas. Las emisoras de radio, por ejemplo, generan ondas mediante una corriente eléctrica que va y viene de una punta a otra de la antena de la emisora, millones de veces por segundo. Por contener cargas eléctricas, todos los materiales son sensibles a las ondas electromagnéticas que llegan a ellos. Algunos materiales las reflejan, otros las absorben y se calientan; algunos maCuando sintonizamos una estación teriales permiten que de radio, el radioreceptor absorbe ciertas ondas (y no las ondas electromagnéticas que emite una antena distante. otras) los atraviesen.

ActividAdes 1. Ubíquense bien cerca de un televisor o un parlante encendido y con el volumen alto. Reciban una llamada con un teléfono celular y presten atención a los sonidos del parlante o a las imágenes del televisor.

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a. describan qué ocurre. b. Basándose en el texto que leyeron en esta página, expliquen el porqué del fenómeno que describieron.

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Los colores y el arcoíris La luz del Sol es blanca, pero cuando pasa de un material transparente a otro con determinada inclinación, se descompone en diversos colores, siempre en el mismo orden. El arcoíris que aparece en el cielo cuando sale el Sol después de una tormenta se produce cuando la luz blanca del Sol se descompone al atravesar las pequeñas gotitas de agua que quedaron flotando en el aire de la atmósfera. Haciendo que la luz del Sol atraviese un prisma transparente, se puede producir un arcoíris con los colores ordenados siempre de la misma manera: rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul, índigo, violeta. Si se hace que la luz de los diferentes colores que salen del prisma atraviese otro prisma igual, pero invertido, se reúnen nuevamente los haces de color, y sale luz blanca del segundo prisma. Esto muestra que la luz del Sol está formada por la superposición de luces de los colores del arcoíris. Al ver las ondas luminosas no percibimos sus vibraciones, porque tienen una frecuencia enorme (el color verde, por ejemplo, vibra a unos 500.000.000.000 Hz). Cada uno de los colores del

arcoíris corresponde a un valor diferente de frecuencia. Cuando están todas juntas, no distinguimos unas de otras, y la luz que forman se ve blanca. En el vidrio, los colores de la luz blanca se separan y cada uno recorre un camino diferente; las ondas de color rojo son las más lentas y las que menos se desvían; las violetas, las más rápidas y las que más se desvían. Este fenómeno se llama dispersión cromática de la luz solar.

Espectros y luz monocromática El conjunto de colores que forma una luz se llama espectro de esa luz. El espectro de una lamparita incandescente, por ejemplo, es muy parecido al de la luz solar; el de un tubo fluorescente, en cambio, tiene únicamente luz azulada. Si una luz no se descompone al atravesar el prisma, quiere decir que está formada por un único color, y se dice que es monocromática (de mono, “uno” y cromos, “color”). La luz láser, como la que se usa en los lectores de las cajas de los supermercados, es monocromática.

Luz solar

Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Índigo Violeta

Actividades 1. ¿Qué diferencia existe entre las ondas de radio y las infrarrojas? ¿Cuáles viajan más rápido?

Si la luz del Sol atraviesa un prisma transparente o pequeñas gotas de agua, se descompone en un arcoíris de luces de todos los colores del espectro visible. Cada uno de estos colores corresponde a una frecuencia diferente.

2. Expliquen cuáles son las perturbaciones electromagnéticas que se repiten más veces por segundo, y en qué forma las percibimos los seres humanos.

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[ ] El espectro electromagnético todas las ondas electromagnéticas forman un conjunto ordenado, llamado espectro electromagnético. Ondas de radio Las ondas de radio tienen longitudes de onda desde unos centímetros hasta cientos de metros. Las estaciones de radio en AM (amplitud modulada) utilizan frecuencias bajas; las frecuencias más altas son usadas por la policía, la aviación, las estaciones de FM, la televisión, la radio de onda corta y el radar. todos los astros, planetas, estrellas y galaxias emiten radiación electromagnética de diferentes frecuencias y longitudes de onda. Longitud de Ondas de radio onda (en metros)

10 comparación 10 de la longitud: Cancha de 2

fútbol

Infrarrojas todos los cuerpos emiten ondas infrarrojas, más intensamente cuanto más calientes están. Al acercar la mano a una estufa caliente, los sensores de la piel perciben la energía de las ondas infrarrojas que no podemos ver.

Microondas

1

10-1

Ser humano

10-2

10-3

Luz visible Las radiaciones visibles son un pequeñísimo sector del espectro. tienen longitudes de onda que entran miles de veces en un milímetro.

Infrarrojas

10-4

10-5

Abeja Cabeza Célula Bacteria de alfiler

Microondas Las microondas tienen longitudes de onda que se puedan medir en centímetros. Las más largas, de unos 30 cm de longitud, son las que calientan nuestro alimento en un horno a microondas. Pueden penetrar la niebla, la lluvia y las nubes; por eso se las usa para la telefonía celular.

Luz visible

10-6

Rayos gamma Las ondas de energía electromagnética más concentradas son llamadas rayos gamma. se emiten en reacciones nucleares. Pueden resultar muy dañinos y dañar células vivas; esto se aprovecha, en medicina, para eliminar células cancerosas.

Ultravioletas

10-7

10-8

Rayos X

10-9

Virus

Ultravioletas La radiación ultravioleta (Uv) tiene longitudes de onda un poco más cortas que la luz visible. Aunque estas ondas son invisibles al ojo humano, algunos insectos pueden verlas. el sol emite radiación Uv, que nos produce el tostado de la piel, pero en dosis excesivas puede resultar nociva.

Ciencia en acción

89

Rayos gamma

10-10

Átomo

10-11

10-12

Núcleo atómico

Rayos X Los rayos X también son muy penetrantes y, aunque potencialmente nocivos, se los usa para hacer radiografías. su pequeñísima longitud de onda es comparable al espacio existente entre los átomos en un material sólido.

¿Pueden explicar qué diferencia la luz visible de otras radiaciones?

*

ondas captan los radiotelescopios? ¿Y *los ¿Qué televisores? Se denomina electropolución a la contaminación producida por las radiaciones generadas por equipos electrónicos u otros elementos producto de la actividad humana.

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Reunidos en grupos, busquen información en *Internet sobre la electropolución y realicen un informe breve sobre el tema.

›› Relación entre la ciencia y la sociedad,

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Taller de Ciencias

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La absorción de la luz solar y los colores La luz solar se ve blanca, pero como leyeron, en realidad contiene un espectro que incluye todos los colores del arcoíris. cuando la luz ilumina una superficie, una parte de ella se refleja y otra parte es absorbida por el material y puede producir cambios en su interior, por ejemplo, un aumento de temperatura. toda la superficie de esta página está siendo iluminada por luz blanca. sin embargo, la página no refleja la luz por igual en todos los puntos: estas letras, por ejemplo, absorben toda la luz que reciben, y por eso vemos negro. Por el contrario, en los puntos que vemos de color claro, gran parte de la luz recibida es reflejada. Las tintas y colorantes son sustancias químicas que absorben algunos colores y reemiten el resto. Un vegetal se ve verde porque contiene clorofila, una sustancia que absorbe todos los colores del arcoíris excepto el verde. Les proponemos una experiencia para estudiar qué colores absorben más energía.

[HIPÓTESIS de tALLeR] Hay colores que absorben más energía de la luz solar que otros. [PREDICCIÓN] si se tienen latas pintadas de diferentes colores, aquellas cuyos colores absorben más energía del sol, pasado cierto tiempo, se calentarán más que aquellas cuyos colores absorben menos energía. si se mide la temperatura, se podrá entonces diferenciar el grado de absorción de energía de cada color. [MATERIALES A UtiLiZAR] 9 latas iguales pequeñas, cada una pintada por fuera de un color diferente: violeta, azul, verde, amarillo, anaranjado, rojo, blanco, negro; la última, con la superficie del metal sin pintar 9 tapas circulares de cartón o telgopor, que encajen exactamente para tapar una lata y con un agujero en el centro, como para atravesar un termómetro en él 9 termómetros de laboratorio 1 recipiente con agua a temperatura ambiente 1 probeta o vaso graduado para medir volúmenes de líquidos. [PROCEDIMIENTO POR PAsOs]

1. esta actividad debe realizarse un día soleado; trabajen en 9 grupos, organizados por el docente. 2. cada grupo tomará una de las latas y un termómetro. 3. Midan cuidadosamente 25 cm3 de agua con la probeta y vuélquenla dentro de la lata de su grupo. 4. coloquen verticalmente un palito de brochette sobre una de las estrellas del dibujo de la constelación del fondo. cuando la punta del palito toque la base, marquen en el palito la altura a la cual se encuentra la estrella. corten el palito a esta altura y repitan el procedimiento para cada estrella.

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5. cuando el docente lo indique, ubiquen su lata junto a la de los otros grupos en un lugar donde no corra el viento y de manera que todas las latas reciban la misma cantidad de luz solar.

6. Registren la temperatura a los 15 minutos y nuevamente a los 30 minutos; anoten los valores en la siguiente tabla.

7. determinen el cambio total en la temperatura de la lata de su color. Tiempo

Inicio(0)

15 minutos

30 minutos

Temperatura

8. con todos los resultados de la clase, confeccionen un gráfico de barras a partir de un

Rojo

Anaranjado

Amarillo

Verde

Azul

Violeta

Metal

Blanco

Negro

Cambio de temperatura (oC)

esquema como el siguiente.

[RESULTADOS] el blanco refleja toda la radiación solar; el negro, por el contrario, la absorbe por completo. Los diferentes colores absorben radiaciones electromagnéticas diferentes y, por lo tanto, pueden distinguirse y ordenarse a partir de la cantidad de radiación que absorben. ActividAdes

1. A partir de la experiencia que realizaron, respondan a las siguientes preguntas. a. ¿Por qué se calientan las latas? b. ¿cuál de las latas absorbió más energía? c. ¿cuál absorbió menos? d. ¿cómo explican las diferencias entre los cambios de temperatura de las latas? e. ¿Por qué es importante poner la misma cantidad de agua en todas las latas? ¿Por qué todos los grupos deben medir de la misma manera el volumen de agua? f. ¿Podrían decidir qué lata se calentó más rápidamente? sugieran un procedimiento para encontrar una respuesta a esta cuestión. g. Observen este video en internet que muestra

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un calentador solar casero. ¿cómo funciona? ¿convendría utilizar una manguera de otro color? http://bit.ly/UuWFi7

2. Teniendo en cuenta lo observado en la experiencia, expliquen el porqué de las siguientes afirmaciones. a. es conveniente que una olla sea brillante y no negra. b. Los bomberos usan trajes plateados cuando deben combatir el fuego desde muy cerca. c. en las regiones de clima muy cálido, la gente pinta sus casas de blanco. 3. Si tienen una botella con líquido caliente y no quieren que se enfríe, ¿qué color convendría que tuviera la botella?

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[ ]

Propuesta de actividades

ICONO

ESTUDIO de cAsO

[ ]

Los animales que detectan radiaciones infrarrojas pueden “ver” cosas que los seres humanos no percibimos. Sin embargo, esos animales no ven todos los cuerpos igualmente brillantes. 1. ¿Cuáles brillarán más para ellos? 2. ¿Por qué distinguen mejor un ratón en la noche que en el día? 3. ¿Pueden dichos animales detectar un animal muerto o un objeto frío en la oscuridad de la noche? Justifiquen su respuesta.

8. Expliquen cómo se transmite la energía térmica en cada una de las siguientes situaciones. a. Un huevo se cocina en un jarro con agua. b. Una persona pone sus manos delante de una estufa eléctrica. c. Una taza de café se enfría apoyada sobre una mesa. d. el tanque de agua de una casa queda al sol. 9. Lean el siguiente texto y respondan a las consignas.

4. Se mezclan 1 litro de agua a 90 ºC y 1 litro de agua a 10 ºC. ¿Se produce un intercambio de energía? ¿Qué pueden decir sobre la temperatura final que alcanzará la mezcla? 5 . En la figura se representa un gas que se está calentando.

Temperatura Tamaño

a. ¿Qué representan los puntos? b. ¿Qué representan las flechas? c. ¿Qué indica la diferencia de colores?

6 . Un coche en movimiento choca contra otro coche igual, que está quieto. a. comparen la rapidez de cada uno antes y después de chocar. ¿cómo se modifica la energía cinética de cada uno al producirse el choque? b. ¿cómo se relaciona esta situación con el intercambio de energía térmica entre dos cuerpos que están a diferentes temperaturas? 7 . Indiquen la razón que explica cada una de las siguientes afirmaciones. a. Hay que colocar el bulbo del termómetro en o con el material cuya temperatura se quiere medir. b. el bulbo de los termómetros es pequeño. c. el capilar del termómetro es delgado.

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d. después de colocar el termómetro, hay que esperar al menos un minuto antes de leer la temperatura que indica.

Otra manera de generar calor distinta a las que fueron analizadas en este capítulo es frotar dos cuerpos uno contra el otro; así, el roce entre ambos convierte energía cinética en térmica. Por ejemplo, tras frotar un clavo varias veces con una sierra, la temperatura de ambos objetos metálicos aumenta. Si la sierra no se moviera, ni el clavo ni la sierra absorberían energía, porque ambos están a igual temperatura; pero si la sierra se desliza y roza contra el clavo, aumenta la temperatura de ambos elementos. Este aumento de temperatura indica que ambos cuerpos han absorbido energía que proviene de la persona que mueve la sierra (la persona “gasta” esa energía y, consecuentemente, se cansa). Como esta energía absorbida produce un cambio de temperatura, se la llama energía térmica. Relacionen la información del texto con el “estudio de caso” del capítulo anterior (en la página 61). ¿contra qué material roza el transbordador o el meteorito mencionados por los personajes? ¿Qué forma de energía se transforma en la energía térmica que ganan los cuerpos que caen a través de la atmósfera?

10. Si se coloca una llama debajo de un vaso de plástico delgado, se quema enseguida. Pero si se llena el vaso con agua, al acercarle la llama, el plástico no se quema. ¿Qué material absorbió el calor que debería haber quemado el plástico? 1 1 . Redacten en sus carpetas las respuestas al siguiente cuestionario sobre las ondas sonoras. a. ¿cómo llegan los sonidos hasta nuestros oídos? b. ¿Por qué no escuchamos las enormes explosiones que se producen en el sol? c. ¿Qué diferencia hay entre las ondas sonoras del mugido de una vaca y las que emite un grillo? 12. Al pasar de un medio A a otro medio B, la longitud de onda de un sonido se modifica tal como muestra la

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figura. ¿En cuál de los medios la onda se propaga más rápidamente? Medio1

Medio 2

1 4 . ¿Cuáles de estas ondas no están en el espectro electromagnético? a. Ondas luminosas b. Ondas de radio c. Ondas sonoras d. Rayos X

1 3 . Lean el texto y respondan las preguntas que le siguen. Los colectores solares son dispositivos que recogen la luz del sol y la usan para calentar un líquido. Un colector sencillo es como una enorme caja de pizza con la tapa superior hecha de vidrio y la inferior pintada de negro por dentro. En el interior de la caja hay una cañería delgada que da muchas vueltas, como una serpentina, que contiene agua. Dentro de la caja se produce el mismo efecto que en un invernadero y se calienta el agua de la serpentina. Cuando el líquido está muy caliente, se mueve por convección a otras zonas de la cañería que están dentro de la casa. El lugar del líquido caliente es ocupado por líquido más frío que entra a la serpentina por la otra punta. De esta manera, el agua caliente circula por toda la cañería y calefacciona la casa. Pueden observar un dispositivo como el descripto en este video: http://bit.ly/Pdvtir a. ¿Qué es el efecto invernadero? b. ¿Para qué se coloca el vidrio sobre la caja?

c. ¿Para qué se pinta de negro el interior de la caja? d. ¿conviene pintar de negro también el exterior de la caja?

15. Completen con la opción correcta la siguiente frase. En el vacío, todas las ondas electromagnéticas tienen igual… a. frecuencia b. longitud de onda c. velocidad d. energía

1 6 . ¿Pueden mencionar, con el libro cerrado, todas las formas de energía que estudiaron en este capítulo? 1 7 . ¿Entendieron la relación entre los intercambios de energía y la temperatura? 1 8 . ¿Pudieron comprender los objetivos de las distintas experiencias propuestas a lo largo del capítulo? 1 9 . ¿Cuáles de las imágenes del capítulo les sirvieron para comprender mejor los textos?

[RED cONcePtUAL] si se produce ordenadamente

por trabajo

ENERGÍA

transformación o transferencia

si se produce desordenadamente puede producir por calor (energía términa)

por calor (energía térmica) se transmite por

se transmiten solo en materiales

cambio de temperatura

debido al cambio de energía cinética de agitación atómica

cambio de estado

debido al cambio de energía potencial de uniones interatómicas

conducción —————— ——————

ondas pueden transmitirse incluso en el vacío

espectro electromagnético

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94 Contenidos: Movimientos de los cuerpos • sistemas de referencia • Coordenadas en el plano • Magnitudes escalares y vectoriales • trayectorias • velocidad y aceleración • Fuerza de gravedad • Las fuerzas físicas y sus efectos • unidades de fuerza • Masa • Fuerza gravitatoria • Rozamiento e inercia.

6 Fuerzas y movimientos

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[ESTUdIO de CAso] Cálculos para escapar de la catástrofe Créase o no, hay grupos interdisciplinarios de científicos que se dedican a pensar qué haríamos si un meteorito gigantesco se aproximara a la Tierra en curso de colisión. O mejor dicho, se dedican a proyectar qué haremos los seres humanos cuando esto ocurra, porque tarde o temprano sucederá. En el pasado remoto, un meteorito de unos 10 km de diámetro chocó contra lo que hoy es la península de Yucatán, en México, y provocó una de las extinciones masivas de mayor envergadura en la historia de nuestro planeta (aquella que aniquiló a los dinosaurios). Un impacto de ese calibre destruiría por completo a nuestra especie. A diferencia de lo que se ve en algunas “películas catástrofe” de Hollywood, estos científicos no creen que destruir el meteorito con una detonación nuclear sea la solución (es más: el resultado de una detonación similar es tan impredecible que podría agravar la situación). Se inclinan, más bien, por una solución más sutil y elegante: “empujar” de algún modo el meteorito para cambiar su curso y evitar el choque fatal. La Tierra se mueve en su órbita a 28,9 kilómetros por segundo, y tiene un diámetro de 12.800 kilómetros. Esto quiere decir que si un meteorito en movimiento apunta exactamente al centro de la Tierra pero tarda (o se adelanta) 215 segundos en llegar, pasará rozando nuestro planeta, pero no lo chocará; en esos 215 segundos, la Tierra se habrá movido a un lado, en su camino alrededor del Sol.

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[ ]

Para lograr esto, bastaría con empujar el meteorito —usando un dispositivo adecuado— hacia un costado. Una fuerza relativamente pequeña podría bastar, si es aplicada por suficiente tiempo y en el momento exacto. ¿Pero cómo es posible calcular la trayectoria de un bólido espacial de miles de toneladas de peso que se mueve a miles de kilómetros por hora, la influencia del planeta Tierra en el movimiento del meteorito y la fuerza necesaria para cambiar la trayectoria del meteorito…? Aunque parezca casi imposible calcular todas estas variables, estos no son cálculos diferentes de los que hicieron posible que los seres humanos llegaran a la Luna. Son cálculos precisos, predictivos, que se basan en conocer en detalle las leyes del movimiento y, en este caso, pueden ser la diferencia entre la vida y la muerte de toda la humanidad.

Si la Tierra se mueve alrededor del Sol a 28,9 kilómetros por segundo, ¿cuántos kilómetros recorre en dos segundos? ¿Y en 100 segundos? ¿Y en 215 segundos?

*

Imaginen que tienen dos autitos eléctricos diferentes y quieren saber cuál anda más rápido. ¿Qué harían exactamente para averiguarlo? Describan dónde harían la experiencia, qué materiales utilizarían y qué observarían.

*

Para quedarse pensando (hasta el final del capítulo): ¿cuál es la mínima fuerza que puede aplicársele a un objeto para lograr que se mueva?

*

›› describir y explicar fenómenos físicos simples utilizando teorías y observaciones personales.

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bloque

2 • capítulo 6

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El movimiento de los cuerpos Un cuerpo se mueve cuando cambia de posición a medida que transcurre el tiempo, es decir, cuando no permanece en un mismo lugar. A nuestro alrededor, podemos reconocer muchos objetos que se mueven y otros que no. Por ejemplo, podemos asegurar que las paredes de un edificio no se mueven, pero si alguien observara el edificio desde muy lejos en el espacio, vería que sus paredes, junto con el planeta entero, se trasladan alrededor del Sol: el movimiento de un objeto depende de quién lo mire (el observador). Por eso, siempre que se habla de movimientos hay que aclarar desde dónde se los considera; a esto se lo llama, en física, sistema de referencia.

Sistemas de referencia Un sistema de referencia es algo que consideramos que está en reposo, respecto del cual describimos los movimientos. Por ejemplo, cuando afirmamos que un auto se mueve, usamos al suelo como sistema de referencia. Decimos que una roca está quieta porque permanece en su lugar en el suelo, y que el auto y sus ocupantes se mueven juntos. Pero si tomamos como sistema de referencia el automóvil, diremos que las personas están quietas y es el suelo el que se mueve hacia atrás. Cuando se describe un movimiento, hay que aclarar cuál es el sistema de referencia elegido y explicitar: “El objeto A se mueve respecto de B”. El movimiento, así considerado, consiste en el cambio de posición de una cosa respecto de otra: se mueve A respecto de B y, al mismo tiempo, B respecto de A; por lo tanto, no hay movimientos absolutos, sino que todo movimiento es relativo (cambia si se modifica el sistema de referencia con el que se lo considera). Un observador parado sobre el cuerpo B siempre verá moverse al cuerpo A y considerará que B está quieto; un observador parado sobre el cuerpo A dirá exactamente lo contrario. Ambas situaciones son ciertas (cada una, en un sistema de referencia diferente).

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Si se considera el tren como sistema de referencia, las personas que están sentadas dentro del vagón están quietas; en cambio, respecto del suelo, las mismas personas se están moviendo (junto con el tren) a gran velocidad.

Posición y distancia Una vez elegido el sistema de referencia, hace falta definir un punto, llamado origen de coordenadas, al que se le asigna el valor de posición cero. Una vez hecho esto, para ubicar cualquier otro punto hay que medir su distancia al cero de posición (el origen de coordenadas). Pero el valor de esa distancia no alcanza por si solo para identificar un punto, porque puede haber muchos puntos diferentes a la misma distancia del cero de posiciones.

Posiciones en la recta Para ubicar un punto en una recta hace falta distinguir las posiciones a un lado y otro del origen de coordenadas. Para ello se le otorga un signo al valor de la posición: positivo para las posiciones que están a un lado y negativo para las que están al otro lado (se suele colocar una flecha que apunta en dirección al lado positivo). Por ejemplo, en la figura de abajo se muestran las posiciones de un insecto que camina sobre una rama; las posiciones A, B y C tienen los siguientes valores: xA = 5 cm ; xB = 2 cm ; xC = -3 cm.

origen de coordenadas x=0 C

B

A

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Posiciones en el plano Si los lugares cuya posición se quiere identificar están en un plano (por ejemplo, en un mapa), son necesarias dos coordenadas en lugar de una. Se puede proceder así: primero se elige el origen de coordenadas y a continuación, dos direcciones perpendiculares o ejes de coordenadas, a los que se suele llamar eje x y eje y. En cada eje se elige un sentido positivo y otro negativo. Así, a cada punto del plano le corresponde un valor de x y un valor de y; estos valores se expresan entre paréntesis, separados por un punto y coma (x; y). Por ejemplo, el punto (0; 0) es el origen de coordenadas; el punto (2; 3) es el que está en la unión de las coordenadas x = 2 e y = 3.

1 2 3 x 0 -1

1

-2 -3 -1

2

3

-2 -3 y

Magnitudes escalares y vectoriales A las propiedades que se pueden medir, como el tiempo, la temperatura, la distancia, la posición o la fuerza, se las llama magnitudes. Cuando medimos una magnitud, la comparamos con otra que hemos elegido como referencia, llamada unidad de medida. Por ejemplo, decimos que una soga mide 8 metros de largo cuando la unidad de longitud (el metro) cabe en el largo de la soga exactamente 8 veces. Para medir cada magnitud es necesario contar con una unidad adecuada. Por eso hay diversas unidades de longitud, de superficie, de volumen, de masa y muchas otras. Ciertas magnitudes, como el tiempo o la distancia, se expresan solamente mediante un valor numérico y una unidad; son magnitudes escalares: 10 horas, 5 kilómetros. Otras, como la posición o la velocidad, requieren más de un valor para ser especificadas. Se las llama magnitudes vectoriales, porque se representan mediante una flecha o vector. El vector posición de un punto, por ejemplo, es un vector que parte desde el origen de coordenadas y llega hasta el punto en cuestión. sentido Cada vector tiene: una dirección, que es la recta que lo contiene; un sentido, hacia un lado u otro de la dirección; dirección un módulo o intensidad, que es el largo de la flecha.

módulo

Elementos de un vector.

Actividades 1 . Florencia y Mario están en una pileta, flotando en el lugar, separados 7 metros uno del otro y enfrentados. Se dan la espalda y siguen flotando durante unos minutos; en ese lapso, sin darse cuenta, Mario se desplaza 3 metros a la izquierda y Florencia, 1 metro a la derecha. Se dan vuelta y vuelven a mirarse de frente.

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a. Muestren en un dibujo las posiciones iniciales y finales de ambos. b. ¿Qué distancia los separa al final? c. Mario cree haber flotado siempre en el mismo lugar. ¿Cómo (qué distancia y hacia dónde) se movió Florencia, según él? d. Y según Florencia, ¿cómo se movió Mario?

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bloquE

2 • capítulo 6

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Trayectorias El camino que “dibuja” un cuerpo al moverse se llama trayectoria. Por ejemplo, una gaviota que camina en la arena deja una huella marcada, que es su trayectoria; la trayectoria de un tren coincide con las vías sobre los que se mueve; el rastro de humo que deja un avión al volar muestra la trayectoria que siguió. Hay infinidad de trayectorias diferentes, pero se las puede clasificar en tres categorías: Cerradas: cuando un cuerpo vuelve a pasar sobre puntos por los que ya pasó antes. Por ejemplo, el extremo de la aguja de un reloj recorre una trayectoria cerrada que es una circunferencia. Abiertas: aquellas en las que un cuerpo pasa por nuevas posiciones y nunca vuelve al mismo lugar. Por ejemplo, el recorrido de un rayo desde que se genera en una nube hasta que toca el suelo. Aleatorias: son las de los movimientos caóticos, desordenados, en los que no es posible predecir por dónde va a pasar, un momento después, el cuerpo que se mueve. Por ejemplo, el recorrido de una mosca a lo largo del día. Pueden existir dos movimientos muy diferentes que tengan la misma trayectoria. Por ejemplo, dos personas viajan en autos separados desde Mar del Plata a Chascomús por la misma ruta. Una llega rápidamente, pero la otra se detiene a comer en el camino y se demora 2 horas; después retrocede hasta Mar del Plata y arranca nuevamente hacia Chascomús, hasta llegar. Aunque ambos autos siguieron la misma trayectoria, sus movimientos no fueron iguales.

La trayectoria y el sistema de referencia La forma de la trayectoria depende del sistema de referencia desde el cual se la conside-

[ ]

CienCiA EN LA HISTOrIA

Poner en duda lo obvio, una función de la ciencia Visto desde un punto de la Tierra, el Sol se mueve en el cielo y traza un arco, como si diera vueltas alrededor nuestro. Al observar el cielo de noche un largo rato, se comprueba que las estrellas hacen un movimiento similar al Sol en el cielo. Desde la Antigüedad y hasta hace pocos siglos, se consideraba a la Tierra como único sistema de referencia del Universo, y se pensaba por lo tanto que el Sol y todas las estrellas describían trayectorias circulares alrededor de nuestro planeta. Los científicos que se atrevieron a cuestionar esa “verdad obvia” recibieron burlas, descrédito y hasta amenazas. ›› La ciencia como construcción histórica y cultural.

re. Por ejemplo, si alguien que viaja sentado en el interior de un tren arroja una moneda hacia arriba, la moneda vuelve a caer en sus manos, y la persona observa que la moneda realizó una trayectoria que es un segmento recto y vertical. Pero alguien que observara el movimiento de la moneda desde afuera del tren vería que la moneda, además de subir y bajar, avanzó junto con el tren y la persona, describiendo una trayectoria curva. Si un observador se traslada con la Tierra, considera que la Tierra está quieta y ve a la Luna dar vueltas alrededor de ella, en una trayectoria que es una circunferencia. Pero un observador hipotético que estuviera en el Sol vería a la Tierra trasladarse junto con la Luna, girando alrededor suyo, y observaría una trayectoria de la Luna en forma de tirabuzón.

ACtividAdes 1. Den, para cada tipo de trayectoria, un ejemplo que no haya sido mencionado en esta página.

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2. Mencionen tres ejemplos de movimientos diferentes en una misma trayectoria recta.

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rapidez y velocidad En una carrera, todos los corredores recorren la misma distancia con la misma trayectoria, pero gana el más rápido, es decir, el que tarda menos tiempo en recorrer esa distancia. La rapidez de un movimiento relaciona la distancia que un cuerpo recorre con el tiempo que demora en hacerlo. Si dos cuerpos recorren una misma distancia, el que tarda menos es el que tiene mayor rapidez. Si uno tarda la mitad que el otro, se dice que se movió con el doble de rapidez. De la misma manera, si en un mismo tiempo un cuerpo recorre una distancia mayor que otro, es más rápido. De acuerdo con esto, para calcular la rapidez de un cuerpo (v) hay que dividir la distancia que recorre (d) por el tiempo que tardó en recorrerla (t):

CienCiA EN LA NET

[ ]

Las fotografías estroboscópicas Gracias a la fotografía, se pueden analizar detalles de algunos movimientos muy rápidos o lentos. Las fotografías que registran una secuencia de posiciones de un cuerpo en movimiento se llaman estroboscópicas. En estas direcciones web pueden encontrar fotografías estroboscópicas y una explicación de cómo fueron obtenidas. http://bit.ly/Mq38ih

http://bit.ly/SnztcO

v=d t

Por ejemplo, si un cuerpo recorre 24 metros en 3 segundos, su rapidez vale: v = d/t v = 24 m/3 s v = 8 m/s=

Este valor se lee “8 metros por segundo” y significa que, en cada segundo de su movimiento, el cuerpo recorre 8 metros. Un auto que mantenga una velocidad de 80 km/h recorrerá 80 km en 1 hora, 160 km en 2 horas, 240 km en 3 horas, etcétera. Por lo tanto, si se multiplica el valor de la rapidez (v) por el tiempo que dura el movimiento (t), se obtiene la distancia recorrida (d): v·t=d

Fotografía estroboscópica de un golfista en acción.

Rapidez no es lo mismo que velocidad. Aunque las utilizamos como sinónimos, en física se llama velocidad a la rapidez en una dirección determinada, es decir que para saber la velocidad, es necesario conocer la rapidez y la dirección en que el cuerpo se está moviendo. Si dos personas corren a 12 km/h por calles diferentes que se cruzan, tienen la misma rapidez, pero no la misma velocidad, porque se mueven en diferentes direcciones. La velocidad es una magnitud vectorial; la rapidez, en cambio, es una magnitud escalar (equivalente al módulo del vector velocidad).

ACtividAdes 1. Mediante la técnica estroboscópica se obtuvieron estas fotos de una pelota de tenis. Entre una posición y la siguiente transcurrió la misma cantidad de tiempo. Observen y respondan. a. ¿en cuál de los dos movimientos la rapidez de la pelota no cambió? ¿Cómo lo saben? b. ¿en el otro movimiento la pelota se movió cada vez más rápido o más despacio?

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2 • capítulo 6

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La aceleración La aceleración, como la velocidad, es una magnitud vectorial y, por lo tanto, tiene dirección, sentido y módulo. En física, se dice que hay aceleración cuando se produce cualquier tipo de cambio en la velocidad. Estos cambios pueden ser de tres tipos: aumento de la rapidez; disminución de la rapidez; cambio de la dirección en que el cuerpo se mueve. Cuando un cuerpo se mueve en línea recta y su rapidez aumenta, la aceleración tiene la misma dirección y el mismo sentido que la velocidad (por ejemplo, en una maceta que cae de un balcón). Si la trayectoria es recta, pero la rapidez del cuerpo diminuye, la aceleración tiene la misma dirección, pero sentido opuesto a la velocidad (por ejemplo, un tren que frena al llegar a una estación). A este tipo de aceleración se la suele llamar desaceleración. Si la trayectoria es curva, la dirección de la aceleración no coincide con la de la velocidad. Por ejemplo, si la rapidez del cuerpo no cambia, la aceleración es perpendicular a la velocidad (como en un ciclista que toma con su bicicleta una curva, sin cambiar su rapidez). ¿Cómo se mide el módulo de la aceleración? Consideremos un caso sencillo: un auto A está quieto y, acelerando en forma uniforme, alcanza una rapidez de 50 m/s en 10 segundos. Otro auto B hace lo mismo, pero tarda 20 segundos en alcanzar una rapidez de 50 m/s. ¿Cuál aceleró más? El A, porque tardó menos en cambiar su rapidez. En los movimientos rectilíneos, la aceleración es una medida del cambio de la rapidez, y se la define así:

CienCiA EN ACCIÓN

[ ]

Aceleraciones peligrosas Los astronautas y tripulantes de naves espaciales deben soportar aceleraciones enormes. Cuando los cohetes despegan, deben alcanzar en un breve lapso una rapidez de 40.000 km/h, lo que implica una aceleración enorme. Cuando un automóvil común arranca, la aceleración vale aproximadamente 1 m/s2, y aun con esa aceleración relativamente pequeña, quien va en el auto siente que su cabeza se aplasta ligeramente contra el asiento. Un trasbordador espacial de la NASA alcanza una aceleración de 29,4 m/s2, una aceleración tolerable para una persona; los pilotos de guerra pueden soportar hasta 90 m/s2 en los aviones F-16, utilizando trajes especiales. Para poder soportar estas aceleraciones, los pilotos y astronautas deben atravesar un riguroso entrenamiento. ›› Relación entre la ciencia y la sociedad.

Este valor se lee “5 metros por segundo cuadrado” y significa que a cada segundo que pasa, la rapidez del auto se incrementó en 5 m/s. Para el auto B, la aceleración es la mitad que la de A, porque tardó el doble de tiempo en realizar la misma variación de velocidad: 2,5 m m/s = _____ _____ aB = 50 s2 20s

cambio de rapidez aceleración = ________________ tiempo transcurrido

Para el auto A, la aceleración tuvo un valor: m/s _____ 5m aA= 50 _____ = s2 10s

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Durante su entrenamiento, los astronautas se preparan para soportar enormes aceleraciones.

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La aceleración de la gravedad Si soltamos una manzana, se acelera hacia abajo y cae hacia el suelo. Las fotografías estroboscópicas de este movimiento muestran que la rapidez del cuerpo aumenta constantemente a medida que cae, porque aumenta la separación entre dos posiciones sucesivas (es decir, recorre cada vez una distancia mayor, en un mismo lapso). El movimiento de caída tiene una particularidad muy notable: todos los cuerpos, si no rozan demasiado contra el aire, caen al mismo tiempo. Pueden comprobar esto fácilmente: suelten al mismo tiempo y desde la misma altura dos cuerpos compactos de pesos diferentes, por ejemplo, un libro y una moneda. Verán que tardan lo mismo en llegar al suelo (en realidad, no tardan exactamente lo mismo, pero la diferencia es tan pequeña que resulta imperceptible). Esto significa que la rapidez de ambos cambió de igual manera, es decir que los dos tuvieron la misma aceleración en todo instante. En la Antigüedad, en vez de decir que un cuerpo era pesado se decía que era “grave”. Por eso la aceleración de caída de los cuerpos se llamó aceleración de la gravedad. Todavía hoy se usa ese nombre para designar la aceleración de caída de los cuerpos, que vale aproximadamente 9,8 m/s2 . Cuando el cuerpo que va cayendo roza contra el aire, se frena, y su aceleración resulta menor que 9,8 m/s2. Una hoja de papel, un paracaídas, una gota de lluvia son frenados notablemente por el aire, y por eso demoran más en caer que un cuerpo compacto y pesado, como una piedra. La aceleración en la caída de estos cuerpos es, por lo tanto, menor que la aceleración de la gravedad. ACtividAdes 1. ¿Qué significa afirmar que un objeto tiene una aceleración de 90 km/h2? 2. Si hicieran la experiencia del martillo y la pluma en sus casas, ¿el resultado sería diferente? Expliquen por qué.

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ESTUdIO de CAso

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¿Qué efecto tendría, sobre el movimiento de un meteorito que se acercara a la Tierra, la atracción gravitatoria terrestre?

En cualquier astro o planeta también actúa la gravedad, pero el valor de esta aceleración cambia de un astro a otro. Por ejemplo, en la superficie de la Luna vale 1,6 m/s2. En la Luna, los objetos que caen tardan más en llegar al suelo que en la Tierra. Por eso, cuando se da un salto en la Luna, se tarda más en caer al piso y se avanza mayor distancia.

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E XP E R I M E NTO S E N P A P E L Los astronautas y la caída sin aire

HIPÓTESIS: la resistencia del aire de la atmósfera terrestre es la causa de cualquier variación en la aceleración de un objeto que cae. PREDICCIÓN: como en la Luna no hay atmósfera, no existe la resistencia del aire, y si se dejan caer allí dos objetos de pesos muy distintos, llegarán al suelo al mismo tiempo. PROCEDIMIENTO: en julio de 1971 el astronauta David Scott efectuó en la superficie lunar una demostración: dejó caer al mismo tiempo un martillo de 1,32 kg y una pluma de halcón de 0,03 g desde una misma altura (aproximadamente 1,6 m). RESULTADOS Y CONCLUSIONES: el controlador de la misión, Joe Allen, describió los resultados de la experiencia: “Se observó que ambos objetos experimentaron la misma aceleración y llegaron a la superficie lunar al mismo tiempo, un resultado predicho por las teorías, pero a la vez tranquilizador, considerando el número de televidentes que asistieron al experimento y el hecho de que la vuelta al hogar se basaba en la validez de esta teoría”. Pueden bajar un video del experimento en: http://1.usa.gov/E32hW ›› Relación entre la ciencia, la tecnología y la sociedad.

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2 • capítulo 6

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Las fuerzas y sus efectos Cuando aplicamos fuerza o algo hace fuerza sobre nosotros, nos damos cuenta fácilmente porque lo sentimos. Pero además de lo que puede percibirse mediante el tacto, las fuerzas tienen otros efectos observables. Por ejemplo, si hacemos fuerza apretando un globo inflado, el globo se deforma (y nuestras manos también); si empujamos un carrito de supermercado que está quieto, el carro se empieza a mover. A veces, hacemos fuerza contrayendo nuestros músculos, pero en otros casos hacemos fuerza sin proponérnoslo; por ejemplo, cuando nos sentamos sobre un almohadón, hacemos fuerza sobre él y lo hundimos. No solo los seres humanos y los animales hacen fuerza: también los objetos. Si apoyamos una caja sobre un colchón, la caja está haciendo fuerza sobre este y lo hunde; un imán hace fuerza sobre un clavo de hierro que está cerca de él y lo pone en movimiento; el viento que sopla hace fuerza sobre las velas de un velero; el suelo hace fuerza sobre una pelota que desliza sobre él, hasta que consigue frenarla. En cada situación, para saber si hay fuerzas en acción, hay que observar sus efectos. Cualesquiera sean los cuerpos que se consideren, desde los más pequeños, como una hormiga que transporta una hoja, hasta los más gigantescos, como una galaxia con millones de estrellas, los efectos de las fuerzas permiten clasificarlas en dos tipos: aquellas que cambian el movimiento de los cuerpos y aquellas que los deforman o rompen.

Fuerzas que cambian el movimiento de los cuerpos Para que un cuerpo que está en reposo empiece a moverse, es necesario aplicarle una fuerza. Empujar un cajón, hacer despegar un cohete o poner a girar una rueda, son ejemplos de acciones en las que se aplica una fuerza sobre el cuerpo para que este comience a moverse. Si no se aplicara ninguna fuerza sobre ellos, estos cuer-

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Cuando un jugador de fútbol patea hacia el arco, aplica sobre la pelota una fuerza que la hará avanzar hasta que la detenga otra fuerza, ejercida por el arquero, la red o el roce contra el césped o el aire.

pos permanecerían indefinidamente en reposo; por eso decimos que la causa de que un cuerpo empiece a moverse es, en todos los casos, una fuerza. Para que un cuerpo que se mueve se detenga, también debe actuar una fuerza. Por ejemplo, un jugador de fútbol patea la pelota hacia el arco, y esta se detiene cuando el arquero (o la red del arco) realiza una fuerza para frenarla; la fuerza del rozamiento de las ruedas de un automóvil contra el piso hace que se reduzca la velocidad del auto. También siempre es una fuerza la responsable de que un cuerpo en movimiento se desvíe. Una ráfaga de viento que sopla sobre una pompa de jabón la desvía hacia donde apunta el viento; un cometa se desvía en su trayectoria en el espacio al ser atraído por la fuerza gravitatoria del Sol. Los posibles efectos de una fuerza sobre el movimiento de un cuerpo son los siguientes: Aumento de la rapidez: cuando la fuerza tiene la misma dirección y sentido que la velocidad. Disminución de la rapidez: cuando la fuerza tiene la misma dirección, pero sentido opuesto a la velocidad. Cambio en la dirección: cuando la fuerza tiene dirección diferente a la que presenta la velocidad.

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Fuerzas que deforman los cuerpos o los rompen En muchos casos, las fuerzas que actúan sobre un cuerpo afectan su estructura, deformándolo momentánea o permanentemente. Si la fuerza es lo suficientemente intensa o el cuerpo es lo suficientemente frágil, puede llegar a romperse. Por ejemplo, una bandita elástica se estira cuando le hacemos fuerza con nuestras manos; dos automóviles, al chocar uno contra el otro, se abollan por la fuerza del impacto. Para sostener un cuerpo con las manos, tenemos que ejercer una fuerza sobre ese objeto. Si dicha fuerza no actuara, el cuerpo caería al suelo.

La paleta hace fuerza sobre la pelota y la pone en movimiento. Al tensarse, el elástico hace fuerza sobre la pelota en movimiento y la desvía.

Representación de las fuerzas Para representar las fuerzas se usan flechas. Se las dibuja con un extremo apoyado en el cuerpo sobre el que actúan y apuntando en la misma dirección y sentido que la fuerza que representan. El largo de la flecha está relacionado con la intensidad de la fuerza representada: cuanto más intensa es la fuerza, más larga es la flecha. Dos sogas tiran de un cuerpo en direcciones diferentes.

ESTUdIO de CAso

Al soltar la pelota, sobre ella actúa la fuerza peso, que la atrae hacia el suelo.

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Imaginen que para evitar que un meteorito se acerque a la Tierra se envía un misil para que lo choque. ¿Qué fuerzas se pondrían en acción? ¿Cuáles imaginan que podrían ser los posibles resultados de esa acción?

ACtividAdes 1. Ratifiquen o refuten la siguiente afirmación: El único movimiento que no tiene aceleración es el de trayectoria recta y con rapidez constante. 2. Indiquen qué tipos de cambios experimenta la velocidad de: a. una persona que patina en línea recta sobre hielo.

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b. una piedra que se balancea atada a la punta de un hilo. c. una flecha que se incrusta en un blanco. d. una pelota que rebota contra un frontón.

3. Indiquen cuáles de los cuerpos mencionados en la actividad anterior presentan, en algún momento, una aceleración.

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2 • capítulo 6

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Interacción de fuerzas El estudio de las fuerzas reveló que siempre que un cuerpo acelera, hay otro que acelera en la misma dirección y en sentido opuesto. Por ejemplo, cuando una persona parada sobre un bote que flota camina y se acelera hacia delante, el bote se acelera hacia atrás. Cuando interactúan, los cuerpos afectan mutuamente sus velocidades. Esta es una ley que rige el Universo, un equilibrio o simetría que rige todos los sucesos físicos: si una porción del Universo (ya sea una galaxia, un mosquito o un auto) se acelera en una dirección, hay otra porción de materia que se acelera en sentido opuesto. imán

a imán

aclavo

clavo

La fuerza magnética acelera al clavo y al imán en la misma dirección, pero en sentidos opuestos.

La masa Si se comprimen dos bolitas por medio de un resorte, se las apoya sobre una mesa y se libera el resorte, las bolitas se acelerarán y saldrán disparadas en sentidos opuestos. a1

a1

Caso 1: a1 = a2, entonces m1 = m2 Caso 2: a1 ˃ a2, entonces m1 ˂ m2

a2

a2

Al interactuar, dos cuerpos experimentan fuerzas de igual intensidad y dirección y sentidos opuestos. El que más se acelera tiene menos masa.

Si las bolitas son idénticas (primer caso), ambas adquieren la misma aceleración. Pero si son diferentes (segundo caso), una se acelera más que la otra; se dice entonces que la que se acelera menos tiene una masa mayor. Si la bolita 1 adquiere la mitad de aceleración que la 2, se dice que la 1 tiene el doble de masa que la 2. Si la aceleración de la 2 es la tercera parte que la de la 1, la bolita 2 tiene el triple de masa que la bolita 1. De esta manera, se verifica que siempre, en todas las interacciones, el producto masa Χ aceleración vale exactamente lo mismo para ambos cuerpos: m1Χ a1 = m2 Χ a2 Todos los cuerpos tienen inercia, es decir, se debe ejercer sobre ellos cierta fuerza para moverlos o hacer que varíen su movimiento. Esa inercia se puede medir, y su medida es la masa. La masa de un elefante, por ejemplo, es mayor que la de una hormiga, porque se precisa de una fuerza mucho mayor para ponerlo en movimiento. Para medir las masas de los cuerpos, primero hay que elegir un cuerpo cuya masa se tome como unidad. En el Sistema Internacional de Medidas, la unidad de masa se denomina kilogramo masa. La milésima parte del kilogramo es un gramo. Una vez elegido como unidad el kilogramo masa, si se quiere comparar su masa con la de otro cuerpo hay que hacerlos interactuar (por ejemplo, mediante un resorte). Si el cuerpo se acelera el doble que el kilogramo masa, entonces su masa es de ½ kg. En cambio, si se acelera la quinta parte que el kilogramo masa, su masa es de 5 kg.

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Fuerzas de o y a distancia Hay fuerzas que actúan solamente cuando dos cuerpos están en o. Por ejemplo, al chocar dos autos, la fuerza que los frena y los deforma empieza a actuar recién a partir del momento en que entran en o. Cuando nos sentamos en una silla, el asiento hace fuerza hacia arriba sobre nosotros, pero ni bien dejamos de apoyarnos en ella, la fuerza desaparece: era una fuerza de o. Otras fuerzas se ejercen a distancia, como la fuerza magnética entre dos imanes o la fuerza eléctrica entre una regla de plástico cargada eléctricamente y unos trocitos de papel: dichas fuerzas actúan aunque los cuerpos no estén en o. En general, la intensidad de estas fuerzas es mayor si los cuerpos están más cerca uno del otro.

de la atracción gravitatoria entre dos cuerpos de masa pequeña, por ejemplo, dos personas, son imperceptibles. En cambio, son muy notables entre un planeta y otro cuerpo, porque el planeta tiene mucha masa. La atracción gravitatoria entre un cuerpo y un planeta es lo que se denomina peso del cuerpo en ese planeta.

Diferencia entre masa y peso

El peso de un cuerpo es la fuerza con que lo atrae un planeta o astro cercano, y su intensidad depende del astro del que se trate. Por ejemplo, un cuerpo en la Luna pesa unas seis veces menos que en la Tierra, porque la aceleración de la gravedad en la superficie de la Luna es seis veces menor que en la superficie terrestre. La masa, en cambio, es una propiedad intrínseca de cada cuerpo, y no vaF F ría según el lugar donde se encuentre. imán clavo Para medir la intensidad de las fuerzas hay La atracción entre un imán y un clavo de hierro actúa que elegir una fuerza unidad, es decir, una fueraunque los cuerpos no estén en o. Cuanto más se za a la que se le asigna el valor 1 de intensidad. los separa, menos intensa es la atracción. En física, se usa como unidad de intensidad de La fuerza gravitatoria fuerza el newton (N), llamada así en honor al fíCerca de la Tierra, todos los objetos sueltos sico inglés Isaac Newton. Una fuerza de 1 N es la caen hacia el suelo, y su rapidez aumenta a me- que le causa una aceleración de 1 m/s2 a un cuerdida que caen. Esto muestra que hay una fuerza po de 1 kg de masa. Así, una fuerza de 10 N le a distancia que los empuja hacia abajo, es decir, produce a un cuerpo de 1 kg de masa una acelehacia el centro de la Tierra. Pero si un cuerpo ex- ración de 10 m/s2. En otras palabras, 10 N es lo perimenta una fuerza es porque hay otro cuer- que vale el peso de un cuerpo de 1 kg de masa en po que interactúa con él. ¿Cuál es ese cuerpo que la superficie terrestre. hace fuerza sobre todos los otros y los empuja hacia abajo? La Tierra: nuestro planeta atrae todos los cuerpos que están sobre su superficie y cerca de él: los objetos y seres vivos que están en el suelo, el agua de los mares, el aire de la atmósb a fera y los aviones y pájaros que vuelan en ella: todos experimentan una fuerza que los tira hacia el centro de la Tierra. Esta fuerza recibe el nombre de fuerza peso o atracción gravitatoria. La fuerza de atracción gravitatoria actúa ena) El peso de un cuerpo, en nuestro planeta, es la atracción tre cualquier par de cuerpos del universo, pero gravitatoria con que la Tierra lo arrastra hacia su centro. Es su intensidad es notable solo si la masa de aluna fuerza a distancia. b) Si no hubiera planeta, los cuerpos no tendrían peso. guno de los cuerpos es muy grande. Los efectos

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capítulo

Ciencia en acción 2• 6

106 106

] [ La inercia y el rozamiento Los cuerpos no cambian por sí solos sus velocidades; para hacerlo, deben interactuar con otros: algún otro cuerpo debe hacer fuerza sobre ellos. si no hay fuerza, no hay cambio de velocidad. existe un término para describir esta tendencia inercia. A menudo decimos que una persona tiene mucha inercia si le cuesta cambiar sus hábitos. de manera similar, se dice que un cuerpo tiene mucha inercia si es necesario hacer algo relativamente violento para cambiar la manera en que se mueve. un ejemplo de la inercia ocurre con los pasajeros en un auto que frena de golpe: las personas sienten que son empujadas hacia delante, pero en realidad, es el auto el que es empujado hacia atrás cuando las ruedas se traban y se enganchan en el suelo. en consecuencia, el auto se atrasa y los pasajeros, por inercia, siguen moviéndose con la velocidad que tenían. en los casos que observamos cotidianamente, los cuerpos que se mueven tienden a frenarse porque rozan contra otros. por ejemplo, una bolita que rueda sobre el piso roza contra él; un patinador también roza contra el piso; una lancha roza contra el agua donde navega... el rozamiento es una fuerza que, en estos casos, frena los cuerpos que se mueven. para evitar que el rozamiento detenga a un cuerpo, otra fuerza debe empujarlo: por eso el motor de un auto debe funcionar para mantener el giro de las ruedas, o un patinador debe empujarse contra el piso con la fuerza de sus músculos. sin embargo, la idea de que para que los cuerpos se mantengan en movimiento es necesario que una fuerza los empuje es errónea. esta creencia está

Cuando se quiere frenar una bicicleta en movi*miento, se aprietan las ruedas con unos pedacitos de goma. El rozamiento entre la goma y la rueda detiene el movimiento. ¿En qué otros casos el rozamiento es útil?

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En los juegos de tejo, se reduce el rozamiento mediante un colchón de aire que evita que el tejo entre en o con la mesa. Así se consigue que el tejo, al ser empujado con una paleta, se mueva en línea recta y con rapidez constante.

muy arraigada en la gente porque su experiencia se limita a casos cotidianos, en los que siempre hay rozamiento, es decir, una fuerza que frena los cuerpos cuando avanzan. pero si se pudiera hacer desaparecer el rozamiento, los cuerpos en movimiento no se frenarían nunca, a menos que algún otro cuerpo ejerciera una nueva fuerza sobre ellos. en general, un cuerpo que está libre de la influencia de cualquier otro cuerpo conserva su movimiento; esto significa que su velocidad no cambia y se mueve en una trayectoria recta y con la misma rapidez en todo momento. Muchas veces, el rozamiento resulta indeseable. por ejemplo, cuando giran las ruedas de un auto, las partes del motor que se mueven rozan entre sí, se frenan y se gastan. para reducir este rozamiento se usan lubricantes, como el aceite y las grasas, que llenan las rugosidades de las superficies y forman una película viscosa que impide el o directo entre ellas, reduciendo así el rozamiento. una técnica de lubricación aun más efectiva es introducir una capa de gas entre las superficies que resbalan; los juegos de tejo y los colchones de aire de los vehículos llamados hovercraft son ejemplos de esta técnica.

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Equilibrio de fuerzas Cuando muchas fuerzas actúan sobre un cuerpo, sus efectos se combinan. En algunos casos como, por ejemplo, cuando un florero está apoyado sobre una mesa y permanece quieto, varias fuerzas actúan sobre él, pero el efecto conjunto es nulo: el florero no se acelera; se dice que está en equilibrio. Piensen en la siguiente situación: dos personas tiran con sogas de un bloque de piedra en sentidos opuestos. Podemos representar las fuerzas aplicadas en el bloque: a

b

F2

F1

F2

F1

F1

c F1 Resultante

F1 F2 Resultante = 0

F1 F2 Resultante

F2 F2

a) Cuando las fuerzas de las dos personas tienen la misma intensidad, el bloque no se acelera, está en equilibrio.

b) en cambio, si las fuerzas tienen intensidad diferente, el bloque se moverá hacia el lado que apunte la fuerza más intensa. el efecto será el mismo que si se aplicara en esa dirección una única fuerza más pequeña, que fuera igual a la resta de las otras dos fuerzas. c) si las sogas no están en la misma dirección, el efecto combinado de las dos fuerzas será el mismo que el de una única fuerza, cuya intensidad y dirección se determina uniendo los extremos de las dos fuerzas que la componen, como muestra la figura.

Equilibrio de cuerpos y flotación Si un cuerpo no cae, es porque una fuerza contrarresta su peso, por ejemplo, cuando una persona está parada sobre el suelo, el suelo se deforma y empuja a la persona hacia arriba. Cuando se coloca un cuerpo en la superficie de un líquido, este se deforma más notablemente que un sólido; en ciertos casos, el fluido puede llegar a equilibrar el peso del cuerpo, haciendo que flote. Para que esto ocurra, el cuerpo debe entrar, por lo menos en parte, dentro del fluido. Todos los líquidos empujan hacia arriba los cuerpos que se sumergen en ellos. Cuanto mayor sea la porción del cuerpo que se sumerge, más intenso resulta el empuje del líquido. Por eso, al colocarlos en un líquido, los cuerpos se sumergen hasta que el empuje equilibra su peso. Si esta condición no se alcanza, el cuerpo se hunde completamente y se va al fondo del recipiente que contiene el líquido. El empuje que experimenta un cuerpo sumergido aumenta al aumentar la porción de cuerpo que se sumerge. Esto se puede comprobar fácilmente al hundir en agua una botella vacía y tapada. Cuanto más se hunde la botella, más fuerte es el empuje del agua. Si la hundimos del todo y la soltamos, sale disparada hacia arriba, porque el empuje es mayor que el peso. ACtividAdes 1. Una niña de 30 kg y su padre de 120 kg están quietos y parados sobre patines en un piso horizontal bien pulido. La niña empuja a su padre, y ambos se aceleran. a. ¿Hacia dónde está dirigida la aceleración de cada uno? ¿Quién se acelera más?

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b. ¿Cuánto más intensa es una aceleración que la otra?

2. Una persona desea bajar de peso sin hacer ejercicios ni realizar dietas. ¿Qué solución le recomendarían, a partir de los conceptos de peso y masa?

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Taller de Ciencias

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El rozamiento entre superficies sólidas el rozamiento es la fuerza que resiste que dos superficies se deslicen una sobre otra. su intensidad depende de los tipos de superficies en o. es más fácil deslizarse sobre el hielo que sobre el asfalto, porque el hielo es menos rugoso que el asfalto, y el rozamiento de los pies al moverse sobre el hielo es, por lo tanto, menor. La siguiente experiencia sirve para estudiar algunas características de la fuerza de rozamiento entre dos materiales sólidos.

[HIPÓTESIS deL tALLeR] La fuerza del rozamiento entre dos superficies varía a partir de diversos factores, como los materiales con que están hechas o recubiertas ambas superficies, la superficie en o o la masa de los cuerpos que se rozan. [PrEdICCIÓN] A igual masa y material, cuanto menor sea la superficie de o entre dos cuerpos, menor será la fuerza del rozamiento. A igual masa y superficie de o, el rozamiento variará según el material de los cuerpos: aquel que presente mayor rugosidad producirá un rozamiento mayor. [MATErIALES A utiLiZAR] 1 mesa 3 bloques iguales de al menos 3 cm de espesor (por ejemplo, tres ladrillos o tres libros) Hilo Clips 1 bandita elástica gruesa papel de aluminio papel encerado o cera papel de lija sorbetes plásticos para bebidas Cinta adhesiva tijeras Regla pegamento de o. [PrOCEdIMIENTO poR pAsos]

1. Aten un hilo alrededor de un bloque, como muestra la primera figura. 2. Apoyen el bloque cerca de un borde de la mesa y unan, con el clip metálico, el hilo y la bandita elástica, como muestra la segunda figura.

3. Midan con la regla cuánto tienen que estirar la bandita para que el bloque empiece a moverse (anoten el estiramiento, no el largo total). si el estiramiento resulta muy pequeño, cambien la bandita por otra más “floja”, a la cual sea necesario estirar más para poner el bloque en movimiento. Anoten el resultado en la tabla. Repitan la medición tres veces y calculen el promedio de sus resultados; anoten ese valor en una tabla como la de la página siguiente.

4. Repitan el procedimiento, pero con el bloque apoyado sobre uno de los costados (es decir, colocándolo “parado”). Anoten los resultados en la tabla. 5. Con el mismo método, midan la fuerza cambiando el borde de apoyo del bloque. Comparen los tres resultados obtenidos.

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6. superpongan dos bloques acosta-

Elemento

dos, sigan el mismo procedimiento y determinen el estiramiento necesario para que empiecen a deslizar. Anoten los resultados en la tabla.

Un bloque acostado

8. peguen en la cara de un bloque el papel de lija; en el segundo bloque, peguen el papel de aluminio, y peguen papel encerado en una cara del tercer bloque (o encérenla). Repitan las mediciones con cada uno de los bloques. vuelquen sus resultados en una tabla como la anterior.

Estiramiento promedio

2 3 1

Un bloque parado

Un bloque parado en otro borde

2 3 1 2 3 1

Dos bloques

9. Apoyen uno de los bloques sobre los sorbetes para bebidas y repitan el procedimiento. Anoten sus resultados en la nueva tabla que armaron.

Estiramiento

1

7. Repitan la operación con tres bloques, uno encima del otro.

Medición Nº

2 3

Tres bloques

1 2 3

[rESULTAdOS] La fuerza entre el bloque y la mesa se modifica cuando cambia la cara en que se apoya, si la cara tiene una superficie de apoyo mayor, cada cm2 de dicha superficie soporta un peso menor, y el rozamiento total disminuye (estiramiento menor de la bandita elástica). si se agregan bloques encimados, aumenta la fuerza del rozamiento. Cuando cambia el material que cubre la superficie, se modifica el valor de la fuerza: los materiales más rugosos dan como resultado mayor rozamiento que los materiales más tersos. por su forma, los sorbetes favorecen el deslizamiento, reduciendo la fuerza de rozamiento. ACtividAdes 1. Discutan con sus compañeros, respondan y expliquen sus respuestas: a. ¿Cómo se relaciona la intensidad de la fuerza y el número de bloques que se superponen? b. Cuando la bandita elástica está apenas estirada, ¿hace fuerza sobre el libro? ¿Qué es lo que impide que los libros se muevan? c. ¿por qué llega un punto en que los libros se mueven?

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d. ¿esperarían más o menos fricción entre dos superficies pulidas que entre dos superficies ásperas? e. ¿por qué las superficies enceradas presentan menos fricción que aquellas que no lo están? f. ¿Qué efectos desventajosos presenta el rozamiento? piensen en lo que ocurre al frotar entre sí dos papeles de lija durante un minuto. g. ¿Qué efectos favorables presenta el rozamiento?

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Propuesta de actividades

ICONO

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ESTUdIO de CAso

Para mover un meteorito de su curso, debería aplicársele una fuerza suficiente como para vencer el valor de su inercia y torcer su trayectoria; este desvío, a su vez, debería contemplar, además de la distancia, que el meteorito se mantuviera a una velocidad suficiente como para no ser atraído por la gravedad terrestre. Otra alternativa sería aplicar sobre el meteorito una fuerza de menor intensidad que la anterior en el mismo sentido del movimiento del meteorito y durante un lapso mayor. Si la fuerza tuviera la misma dirección que el astro, lo “empujaría” (es decir, lo estaría acelerando positivamente) y este “pasaría de largo” sin chocar con la Tierra.

a. ¿Cuáles son las coordenadas del banco B? ¿Y las del banco C? b. señalen en el esquema los bancos que corresponden a x = 4 m. c. ¿Qué bancos tienen coordenada y = 8 m?

5 . Una pelota viene rodando lentamente sobre el suelo y llega al borde de un pozo. a. dibujen la trayectoria de la pelota e indiquen el punto donde toca el suelo del pozo. b. dibujen la trayectoria de la pelota en el caso de que hubiera venido rodando más rápidamente.

1 . A partir de los datos del estudio de caso, es posible averiguar cuánto se desplaza la Tierra a lo largo de su órbita en 215 segundos: ¿por qué ese valor es clave para evitar la colisión con un hipotético meteorito gigante? 2 . ¿Qué sucedería si el meteorito se desviara lo suficiente, pero su velocidad disminuyera en forma drástica justo cuando pasa cerca de la Tierra? 3 . Al acercarse a la Tierra, ¿el peso del meteorito aumentará, disminuirá o se mantendrá igual? ¿Y su masa? Expliquen por qué.

6 . Kevin viene deslizando sobre el suelo, parado sobre su skate. En el instante que muestra la figura, abre las manos y suelta una pelota. ¿Dónde caerá? Discutan la respuesta entre varios compañeros y verifiquen si lo que piensan es correcto haciendo la experiencia. Indiquen en la figura la trayectoria que seguirá Kevin y la que seguirá la pelota.

4. Para ubicar los bancos en el aula que muestra la figura se eligió como origen de coordenadas el rincón que forman la pared de la izquierda con el frente del aula. Las marcas que muestran la figura están ubicadas cada 2 metros. Cada posición queda determinada por dos coordenadas, llamadas x e y. Por ejemplo, la del banco A es x = 2 m , y = 6 m; es decir, A = (2; 6). 2

4

2

6

A

4

C

6

8

y 7 . En la figura se muestran dos autos, uno rojo y otro verde, que se v1= 6 m/s mueven por calles transversales, con la rapidez indicada. 300 m

0

v2= 8 m/s 8

x

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B

400 m

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b. ¿En los instantes anteriores se movió más rápido o más lento? c. ¿En 1 segundo, el auto recorrió más o menos de 2 metros?

a. ¿Cuánto tardará cada uno en llegar al cruce? b. ¿Se producirá un choque? c. Si los dos autos se mueven con igual rapidez, ¿qué diferencia hay entre los movimientos de ambos?

9. Calculen la rapidez de un cuerpo que recorre: a. 200 metros en 40 segundos. b. 100 metros en 20 segundos. c. 200 metros en 20 segundos. d. 200 kilómetros en 10 horas. Ordenen los resultados de mayor a menor. 10. El 20 de julio de 1969, el módulo lunar Apolo 11 se posó sobre la Luna. Los astronautas Neil Armstrong y Edwin Aldrin pudieron caminar por primera vez sobre la Luna, tras un viaje que duró 4 días y 7 horas. La Luna está a unos 384.000 km de la Tierra. a. ¿Cuál fue la rapidez promedio del Apollo 11, en su camino a la Luna? b. ¿Cómo se compara esa velocidad con la de otros transportes que conocen?

1 2 . Para estudiar la caída de los cuerpos y la resistencia del aire, consigan un cuadrado de papel de aluminio de 10 cm por lado. Suéltenlo desde una altura, de manera que caiga al piso, y observen su movimiento al caer. Luego, hagan una bolita compacta con el mismo papel y repitan la experiencia. a. ¿Tarda lo mismo en caer, en ambos casos? b. ¿Su peso es el mismo, en ambos casos? c. ¿El rozamiento con el aire es el mismo en ambos casos? 1 3 . ¿Tuvieron dificultades para comprender los temas del capítulo? ¿Cuáles les resultaron más difíciles? ¿Cuáles fueron más fáciles? 14. Armen una lista con los temas del capítulo y marquen con verde aquellos que lograron entender y que podrían explicar a otros; con amarillo, los que entendieron pero no podrían explicar; y con rojo, los temas que no entendieron. Finalmente, compartan la lista con sus compañeros; si aún quedan puntos rojos o amarillos, intenten aclararlos entre todos.

1 1 . Un auto está quieto y arranca, moviéndose con una aceleración constante de 2 m/s2. a. ¿Cuánto vale la rapidez del auto 1 segundo después? ¿Y a los 2 segundos?

[red conceptual] magnitudes se caracterizan por escalares

___________ tiempo

la medida de la inercia de un cuerpo es su

sistema de referencia

inercia

módulo o intesidad

dirección

sentido

ejemplos

los cuerpos tienden a mantener la velocidad

Posición

distancia

si cambia velocidad

rapidez

si cambia masa

siempre aparece

aceleración

en pares de cuerpos los cuerpos interactúan se hacen

a distancia fuerza

sus efectos se agregan si suman cero existe

_________ equilibrio

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Publicación de Philosopiae naturalis principia mathematica 1687

Por Diego Golombek

El viajero del tiempo

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Comienza el reinado de Jorge I de Inglaterra

Muere su opositor Gottfried Leibniz 1716

1698 1680

1690

1700

1710

Encuentro con el Viajero del Tiempo 1720 1720

En cuanto bajé de la máquina del tiempo, me pareció evidente dónde tenía que buscar a mi personaje: en un prado con manzanos. Al fin y al cabo, la famosa manzana era la responsable de la ley de gravedad, ¿o no? Y sí, allí estaba, sentado a los pies de un manzano en el jardín de su casa, interrogando al cosmos y con los ojos perdidos en los secretos del Universo.

Isaac Newton: “Hágase Newton (y se hizo la luz)”* —Eeeeh… ¿don Isaac? —pregunté despacito. Tardó unos cuantos segundos en responder. —¿Me habla a mí, muchacho? —parecía realmente sorprendido—. Venga, acérquese. —No me diga nada —le dije con una sonrisa—. Seguro que está esperando que le caiga otra manzana en la cabeza a ver si se le ocurre alguna idea genial. —¿Manzanas? —realmente no entendía de qué estaba hablando, hasta que de pronto lanzó una carcajada—. ¡Claro, la historia de William! Usted debe haber hablado con mi amigo Will Stukeley, que anda diciendo por ahí que la idea de la gravedad me vino con un manzanazo en la cabeza… Es cierto que el ver cómo cae una manzana al suelo me dio algunas ideas, pero… ¿de qué estábamos hablando? Sí, había viajado unos cinco siglos en el tiempo para encontrarme con el gran Isaac Newton en su jardín… para descubrir que era el científico genio y distraído hasta más no poder que siempre imaginé.

Este dibujo lo representa al joven Newton debajo del mítico manzano.

—Ya sabe —dije, conciliador—. De las manzanas, la gravedad y todo eso. —Ah, sí —continuó—. Tenemos mucho que aprender de la naturaleza. Ya sabe: amicus Plato, amicus Aristoteles sed magis amica veritas. —¿Perdón? —Cómo, ¿no habla latín? Le comentaba algo que escribí cuando era estudiante: “Platón es mi amigo, Aristóteles es mi amigo, pero mi mejor amiga es la verdad”. Sobre todo si encuentro la verdad antes que otros, je. Esto no me sorprendió: era notable la capacidad de Newton para el trabajo, y también para pelearse con sus colegas, sobre todo con Hooke y Leibniz. —Dígame, muchacho, ¿leyó mis Principia mathematica? —me preguntó Newton, poniéndome a prueba. —Esteeee… sí, un poco, medio en diagonal, digamos. —No sabe lo que se pierde, ahí está todo: mi cálculo diferencial, mis ideas sobre la gravitación universal, todo. Ya sabe: eso de la fuerza que atrae a los objetos hacia el centro de la Tierra. Las manzanas, la Luna… Hasta demuestro por qué los planetas tienen una órbita elíptica y por qué la Tierra no es perfectamente redonda. Lea y después me cuenta. —Cuénteme, don Newton, todo eso lo descubrió bastante joven, ¿no? —Ah, la peste… —dijo y se quedó mirando el horizonte. —¿Perdón? —¿Por qué me pide perdón? Le decía que por

* Del epitafio a Isaac Newton escrito por Alexander Pope, amigo de Newton. E12-19239-.indd 112

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o r e j a i o v p L m EPlatón es mii e amigo, Aristóteles o r t e es mi amigo, pero mi mejor amiga “ j el a d es la i verdad . o v p L ” E tiem d el 113

suerte apareció la peste y cerraron la universidad, así que me tuve que quedar unos años en el campo y tuve todo el tiempo del mundo para pensar. Después me nombraron profesor en Cambridge, a los veintiséis años, y en unos pocos años… cambié el mundo para siempre. —¿No será mucho? —pregunté incrédulo. —¿Y a usted qué le parece? Descubrí las famosas tres leyes del movimiento, la ley de gravitación universal, inventé el cálculo, desarrollé una teoría de la luz y los colores… Si quiere, sigo. —No, está bien, ya me convenció —acepté—. Pero también hizo cosas raras. —Bueno, me divertí un rato… Alguna vez me metí una aguja en el ojo, para ver qué pasaba, cosa que no le recomiendo que intente, o me quedé mirando el Sol hasta que no pude soportarlo. Ya sabe, locuras de juventud. —Pero si hablamos de locuras… me va a tener que contar en qué pasaba gran parte de su tiempo, que no era justamente la ciencia. —Ah, no, muchacho, no me venga a decir que la alquimia no es una ciencia, que estuve ahí nomás de convertir cualquier metal en un metal precioso como el oro. Me faltó un poquito de suerte nomás. —Y le sobró mercurio —me aventuré a decir. —Es cierto, muchos experimentos se hacían con mercurio. ¿Por qué me lo pregunta? —No, por nada —contesté, imaginando que tal vez el o con el mercurio lo hubiera vuelto aun más desmemoriado y distraído—. ¿Y qué me dice de sus ideas religiosas? —Hable bajito —susurró— que nunca se sabe quién puede estar escuchando. Entonces, ¿usted sabe sobre nuestra secta? Le cuento un secreto —su voz era casi inaudible— estuve estudiando los planos del templo del rey Salomón y creo que estoy a punto de encontrar la clave matemática del fin del mundo. Pero nadie se tiene que enterar… —No se preocupe, don Isaac —le dije para tranquilizarlo, y señalé hacia arriba—. A usted todos lo conocen por otras cosas. —De nuevo el manzano… —Usted no me va a creer, pero dentro de mucho tiempo, a sus iradores se les va a ocurrir mandar un pedacito del manzano en una nave espacial, mucho más allá de la atmósfera. —¿Una nave espacial? ¿Al espacio? —se entusias-

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mó—. A ver, espere que haga unos cálculos… Para escapar de la fuerza de gravedad… Entonces por acción y reacción… Pero si va en línea recta, debería… Y allí lo dejé al gran Isaac Newton, según algunos, el científico más importante de todos los tiempos. Claro, todavía debe estar haciendo esos cálculos.

Portada del libro de Newton Principia Mathematica.

1 . Busquen información en Internet sobre la vida de Newton y respondan. ¿Cómo influyó la peste en la vida y en el trabajo de Newton? 2 . Investiguen qué era la alquimia y cómo influyó en la vida de Newton. a. ¿Consideran que esta práctica lo desacredita como científico? b.¿Qué usos daban los alquimistas al mercurio?¿Qué efectos puede tener esta sustancia en la salud de una persona? 3 . Investiguen acerca de los colegas que menciona Newton en la entrevista: Will Stukeley, Robert Hooke y Gottfried Leibniz. a. ¿Qué contribuciones hicieron a la física? b. ¿En qué no estaban de acuerdo con Newton? 4 . ¿Consideran que Newton habría podido saber cómo enviar una nave al espacio? ¿Qué le hubiera impedido llevarlo a cabo?

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114 contenidos: cosmovisiones a lo largo de la historia • el Universo y la fuerza de gravedad • La vía Láctea • el sistema solar • componentes del sistema solar • el cielo visto desde la tierra • La rotación y sus efectos • La traslación y sus efectos • La exploración del espacio.

7 El Sistema Solar en el Universo

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[ESTUDIO de cAsO] El Sistema Solar visto desde afuera Entre agosto y septiembre de 1977, la NASA envió al espacio las sondas espaciales Voyager 1 y Voyager 2. El objetivo de estas sondas era enviar datos sobre los planetas y los satélites que se encuentran en la zona exterior del Sistema Solar. En 1979, Voyager 1 transmitió las primeras fotos de corta distancia e increíble resolución del planeta Júpiter. En el transcurso de un año llegaron las primeras imágenes de alta calidad de Saturno. Estas son algunas de las imágenes más atractivas y reveladoras sobre el Sistema Solar. A mediados de agosto de 1989, Voyager 2 envió una serie de hermosísimas fotos de la superficie azul de Neptuno, junto con otras postales del confín de nuestro Sistema Solar. Ambas sondas están ahora embarcadas en sus misiones “interestelares”, es decir que están oficialmente fuera del sistema planetario. Voyager 1 sacó lo que se llamó la “foto familiar” del Sistema Solar el 14 de febrero de 1990, en ella pueden verse todos los planetas del sistema. Una más atractiva fue tomada más tarde por la sonda Messenger, donde se puede apreciar que, a esa distancia, los planetas no son más que puntitos de luz en la vastedad del espacio. La Tierra no es más que un “pálido punto azul” que ocupa menos de un píxel.

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Todas estas imágenes tan hermosas le dan detalle y realismo a la idea que tenemos de nuestro Sistema Solar. Pero debemos recordar que la imagen del sistema como un todo, que vemos tan frecuentemente en afiches, libros e ilustraciones, existe solamente en nuestras mentes. Es un esquema simplificado de la realidad. Esta imagen, con el Sol en el centro y las órbitas consecutivas de Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, fue construida con un gigantesco esfuerzo de la imaginación y cuidadosas e ingeniosas observaciones del cielo que comenzaron siglos antes de nuestra era. Y lo que es más: se hizo bastante antes de que ningún telescopio se usara para mirar el firmamento.

Averigüen los siguientes datos: diámetro de la Tierra, diámetro del Sol, distancia entre el Sol y la órbita de Neptuno. Si hicieras un dibujo a escala de todo el Sistema Solar, ¿qué tamaño tendría el Sol? ¿Y la Tierra?

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¿Cómo saben que la Tierra es redonda? ¿Lo pueden percibir con sus sentidos o lo aprendieron en la escuela? ¿Cómo se les ocurre que podrían comprobarlo?

*

Busquen en Internet algunas de las fotos tomadas por Voyager 1 y 2. ¿Cuál les parece la más hermosa? ¿Qué preguntas se les ocurren acerca de los planetas del Sistema Solar?

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›› describir y explicar fenómenos astronómicos simples utilizando teorías y observaciones personales.

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El cielo y sus ciclos Desde los orígenes de la civilización, la humanidad ha sentido una gran curiosidad por el cielo. Prácticamente todos los pueblos de la Antigüedad aprendieron a reconocer los astros y les dieron nombre. Muchos, además, los veneraron como dioses. El Sol y la Luna fueron siempre los astros más destacados, pero en ese entonces, también se distinguían cinco planetas perceptibles a simple vista. Los planetas Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno eran observados como estrellas errantes, astros que se movían día tras día entre las estrellas lejanas y fijas. Algunos acontecimientos del cielo despertaban aun más curiosidad como, por ejemplo, un eclipse o el paso de un cometa. A través de la cuidadosa observación, los pueblos antiguos descubrieron que los movimientos de algunos astros se repetían en ciclos, lo que les permitió construir calendarios. Por ejemplo, la sucesión de salidas y puestas de Sol les permitió dividir el tiempo en días. El lento desplazamiento del Sol que, al amanecer o en el ocaso, se mostraba próximo a estrellas diferentes, les permitió reconocer el año. También, los cambios visibles en la cara de la Luna según el Sol la iluminara desde distintas direcciones configuraba un ciclo de fases que se repetía cada 29 días, período que se llamó mes. De esta manera, el cielo ayudaba a estos pueblos a medir el tiempo. Con un calendario era posible saber en qué momentos era más adecuado sembrar los campos y en cuáles levantar la cosecha. También podían saber cuánto faltaba para la llegada del invierno, de los períodos de sequía o de las abundantes lluvias. Por su parte, las estrellas también les permitían orientarse en sus viajes por mar o por tierra, ya que algunas de ellas siempre permanecían próximas al Norte o al Sur.

El calendario diseñado por los mayas, anterior a la conquista de América, incluía un año de 365 días con 18 meses de 20 días cada uno.

El cielo perfecto Alrededor del año 300 a. C., el filósofo griego Aristóteles (384 a. C. – 322 a. C.) ideó una forma de representar el Universo. Supuso que la Tierra era una esfera quieta en el centro del Universo y que, a su alrededor, giraban la Luna, el Sol y los planetas. Las estrellas se encontraban en una esfera externa que rodeaba todos los astros. Según Aristóteles, los astros eran esferas perfectas de un material llamado éter, y sus movimientos eran circulares. Para los griegos de esa época los círculos y las esferas eran formas que indicaban perfección.

cieNciA EN LA HISTORIA

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Aristarco y la Tierra en movimiento Aristarco de Samos fue un astrónomo griego nacido en el año 310 a. C. Fue el primero que se conoce en proponer que la Tierra giraba alrededor del Sol y no al revés. Sin embargo,Aristóteles tenía tanta influencia que el trabajo de Aristarco fue ignorado y se perdió en el incendio de la Biblioteca de Alejandría, en Egipto. Algunos investigadores suponen que pudo inspirar a Copérnico, cientos de años después, a desarrollar ideas semejantes. ›› La ciencia como construcción histórica y cultural.

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¿Qué gira sobre qué? En el siglo ii, el astrónomo greco-egipcio Ptolomeo (100-170) perfeccionó las ideas de Aristóteles, y creó un modelo en el cual la Tierra estaba quieta en el centro del Universo y todos los astros giraban a su alrededor. Este modelo era geocéntrico, es decir, tenía la Tierra en su centro. Y se ajustaba muy bien a lo que decían las escrituras sagradas cristianas, por lo que las civilizaciones que estaban bajo esta religión, lo aceptaron y lo difundieron. Los astrónomos reconocían que este modelo tenía serios errores para explicar algunos movimientos planetarios observados, pero se lo usó sin cambios durante siglos. En el año 1543, Nicolás Copérnico (14731543), un cura de origen polaco, publicó otro modelo en el cual situaba el Sol en el centro del Universo y ubicaba la Tierra y los planetas girando en círculos a su alrededor. Este fue el modelo heliocéntrico (Helios era el dios del Sol para los griegos). Tuvo mucho impacto en toda Europa y muchos astrónomos lo adoptaron, a pesar de la prohibición de la Iglesia Católica. En 1610, el astrónomo italiano Galileo Galilei (1564-1642) comenzó a usar el telescopio para observar el cielo. Con este instrumento descubrió que el planeta Júpiter tenía cuatro lunas que giraban a su alrededor. Galileo razonó que si había astros que no giraban alrededor de la Tierra, esta no era el centro absoluto del movimiento del Universo, por lo que Copérnico podía tener razón. También descubrió que la Luna tenía enormes pozos, valles y montañas, y que el Sol

estrellas fijas Luna Tierra

Sol

Modelo de Ptolomeo.

Modelo heliocéntrico de Copérnico.

presentaba manchas en su superficie. No eran esferas perfectas como había pensado Aristóteles. Con las nuevas evidencias, los astrónomos empezaron a adoptar el modelo de Copérnico. El astrónomo alemán Johannes Kepler (15711630) mejoró este modelo cuando descubrió que los planetas no se movían en círculos alrededor del Sol, sino que lo hacían en una forma geométrica llamada elipse, una especie de círculo achatado. planeta

Sol

De acuerdo con Kepler, los planetas se mueven en órbitas elípticas. En ellas, la distancia entre cada planeta y el Sol es variable.

ActividAdes

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1. ¿Cuáles son los centros del Universo en los modelos geocéntrico y heliocéntrico?

Universo? ¿Por qué? ¿Cómo cambió la visión del Universo desde Aristóteles?

2. ¿A qué llamaban universo en estas épocas? ¿Se considera hoy en día que el Sol es el centro del

3. ¿Cuántos planetas se conocían antiguamente y cuántos se conocen ahora?

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La fuerza de la gravedad y el Universo En 1687, el físico inglés Isaac Newton (1642-1727) describió por primera vez la fuerza de la gravedad. Según Newton, todos los cuerpos ejercen esta fuerza, y atraen los cuerpos cercanos. La intensidad de esta fuerza depende de la masa de los cuerpos, es decir, de la cantidad de materia que los compone. Los cuerpos con más masa ejercen fuerzas mayores. Así, la fuerza de gravedad que ejerce un planeta es mucho mayor que la ejercida por un ser humano. Gracias a esta fuerza, las personas, el aire y el agua, entre otros, se mantienen unidos a la superficie terrestre y los objetos caen hacia ella. Newton comprendió que el Sol es una estrella con mucha masa. Su inmensa fuerza gravitatoria mantiene la Tierra y los demás planetas girando a su alrededor. Newton pudo deducir la forma de las órbitas, y coincidió con Kepler en cuanto a que son elipses. Hoy llamamos Sistema Solar al conjunto formado por el Sol y todos los cuerpos más pequeños que giran a su alrededor, atraídos por su fuerza gravitatoria. Entre tales cuerpos se destacan los planetas y sus satélites, aunque existen Los planetas giran alrededor del Sol unidos por su fuerza otros más pequeños como los asteroides, los cogravitatoria.También lo hacen asteroides y cometas. metas y los meteoroides. Pero el Sol es solo una de las doscientas mil millones de estrellas que forman nuestra galaxia, la Vía Láctea, un inmenso conjunto de estrellas, gas y polvo, unidos por la gravedad de sus componentes. La Vía Láctea junto a otras 50 galaxias forma el Grupo Local de Galaxias, también unidas por la fuerza gravitatoria de sus componentes. A su vez, este grupo pertenece al Supercúmulo de Galaxias de Virgo, con miles de galaxias en su interior. La gravedad es la fuerza fundamental que da forma al Universo, ya que es la principal fuerza que relaciona todos sus componentes. ESTUDIO de cAsO

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¿Qué diferencias ven entre la ilustración del Sistema Solar de esta página y las imágenes que se ven en la ilustración del escritorio de la apertura? ¿Por qué se usan las líneas que marcan las órbitas? ¿Es una representación a escala real? ¿Por qué? ›› elaborar y analizar diagramas y gráficos.

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El Supercúmulo de Galaxias de Virgo reúne miles de galaxias unidas por su fuerza gravitatoria. Cada una de las manchas difusas de esta fotografía es una galaxia.

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El Sistema Solar en la Vía Láctea En una noche despejada y en un lugar apartado de las luces de la ciudad, es posible ver una banda luminosa llena de estrellas que cruza el cielo. Esta banda es la parte de la Vía Láctea que se ve desde la Tierra. Si bien, por estar dentro de ella, no podemos ver su forma completa, por medio de estudios, los astrónomos descubrieron que es una galaxia espiral. Las galaxias espirales son como gigantescos discos formados por estrellas y nubes de gas y polvo. Para hacernos una idea de cómo es su forma, debemos imaginarnos dos platos hondos boca contra boca. En la Vía Láctea, el Sistema Solar se encuentra en el interior de ese disco grueso de estrellas. Si pudiéramos alejarnos y observar nuestra galaxia de frente, veríamos que sobre su disco destacan los brazos espirales brillantes y en forma de remolino que parten del centro de la galaxia y se desenrollan hacia afuera. Los brazos espirales son regiones de la galaxia donde están naciendo nuevas estrellas, azules y muy brillantes, razón por la cual destacan en el disco galáctico. El Sol se encuentra en la proximidad del Brazo Espiral de Orión, muy lejos del centro de la galaxia. Junto a las demás estrellas, el Sol rota alrededor del centro galáctico, tardando 250 millones de años en completar una vuelta.

Desde la Tierra, la Vía Láctea se ve como una banda luminosa repleta de estrellas y nubes oscuras y brillantes de gas y polvo.

Brazo de Orión

Vista de perfil de una galaxia espiral semejante a la Vía Láctea.

Sol

Dibujo que representa la Vía Láctea de frente. Lejos del centro galáctico se ubica el Sol, en proximidades del Brazo Espiral de Orión.

cieNciA EN LA NET

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Entren a la siguiente página web: http://bit.ly/o98yjl Allí encontrarán un programa interactivo que les permitirá pasear desde las proximidades del Sol y sus estrellas vecinas, hasta los supercúmulos de galaxias que forman el Universo. ›› Uso de tic en el análisis de modelos científicos.

ActividAdes 1. ¿Cuál es la fuerza que mantiene unido el Sistema Solar? 2. ¿Cuál es la fuerza que mantiene unidas todas las es-

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trellas de la galaxia y los planetas del Sistema Solar?

3. ¿El Sol, es el centro de la Vía Láctea? ¿En qué lugar de la galaxia se encuentra?

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El Sistema Solar

Tierra

El Sol es un tipo de estrella muy común en la Vía Láctea. Pero, al no ser una estrella muy brillante o muy caliente, tiene las condiciones ideales para que nuestro planeta sea habitable. En comparación con los planetas, el tamaño del Sol es enorme. Si se pudieran juntar todos los cuerpos que giran a su alrededor, el conjunto entraría cómodamente en el volumen del Sol. El Sol es tan grande, que la Tierra cabría un millón de veces en su Esta estrella es una enorme esfera de gas, compuesta volumen. principalmente por el elemento hidrógeno; y como toda estrella, y a diferencia de los planetas, puede emitir su propia luz. El origen de la energía del Sol se encuentra en su región más interna, donde la temperatura y la presión son tan altas que hacen que los átomos de hidrógeno se fusionen y formen átomos de helio, otro elemento. Esta reacción se llama fusión nuclear, y libera enormes cantidades de energía en forma de luz. Esta luz es la que llega a nuestro planeta y al resto de los planetas del Sistema Solar.

Los planetas Existen ocho planetas que giran alrededor del Sol. Ellos son: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Por muchos años se consideró Plutón como un planeta, pero hoy se lo clasifica como planeta enano. Mercurio, Venus, Tierra y Marte están más cerca del Sol y se llaman planetas interiores. Son relativamente pequeños y están formados por materiales sólidos, es decir, son rocosos. El mayor de ellos es la Tierra. En cambio, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno son los planetas exteriores, ya que se encuentran a grandes distancias del Sol. Estos planetas son gigantes y están formados casi en su totalidad por gas. El mayor de ellos es Júpiter.

Saturno

Marte Tierra Venus Mercurio

Júpiter

Urano

Neptuno

En esta imagen se compara el tamaño de los planetas y sus satélites. A la Izquierda, los planetas interiores: Mercurio,Venus, Tierra y Marte. A la derecha: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Al lado de cada planeta están sus lunas más importantes.

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Satélites naturales y anillos Con excepción de Mercurio y Venus, todos los demás planetas tienen cuerpos rocosos más pequeños que giran a su alrededor y permanecen unidos por la gravedad del planeta. Estos cuerpos son lunas o satélites naturales. El satélite natural de la Tierra es la Luna. Marte tiene dos lunas muy pequeñas. Los planetas exteriores tienen una gran cantidad de satélites. Se conocen 63 lunas de Júpiter, por ejemplo. Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno tienen también anillos, los que están formados por una enorme cantidad de diminutas lunas que, vistas desde lejos, parecen formar un disco sólido. El primero de estos planetas al que se le descubrieron anillos fue Saturno.

Los anillos de Saturno están compuestos por lunas muy pequeñas. Las regiones oscuras están vacías debido a que en ellas se mueven lunas de gran tamaño.

Cuerpos menores del Sistema Solar Entre las órbitas de Marte y de Júpiter, y más allá de Urano, orbita una gran cantidad de cuerpos rocosos de formas irregulares. Estos

En enero del año 2007 pudo verse el cometa Mc Naught. Esta fotografía fue tomada desde la ciudad de La Plata.

Al desintegrarse por el calor de la fricción con la atmósfera terrestre, los meteoros dejan una estela en el cielo.

cuerpos, que pueden tener hasta cientos de kilómetros de diámetro, son los asteroides. En una categoría entre los planetas y los asteroides se encuentran los planetas enanos que, por su poca masa, no son considerados planetas. Son cuerpos rocosos, esféricos y con órbitas alargadas. Plutón es un planeta enano. Los cometas son cuerpos que, además de roca, tienen agua, dióxido de carbono y metano o amoníaco en forma de hielo. Las órbitas de los cometas son muy alargadas, pasan cerca del Sol y luego se alejan a los límites del Sistema Solar. Cuando un cometa se acerca al Sol, se calienta, sus hielos se evaporan y se forma la cola que se puede ver desde la Tierra durante varias semanas. Existen cuerpos rocosos más pequeños que los asteroides, de menos de 50 metros de diámetro. Se llaman meteoroides. Si un meteoroide cae a la Tierra, el roce con la atmósfera lo calienta y puede desintegrarlo completamente. Este fenómeno emite luz durante unos segundos y se conoce como estrella fugaz o meteoro. Si la roca no se desintegra completamente, llega al suelo y se la llama meteorito.

Actividades 1. ¿Podrían los astronautas caminar sobre un planeta como Júpiter? ¿Por qué? 2. ¿Qué diferencia hay entre los cometas y los asteroides?

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3. ¿Qué cuerpos entran continuamente y se desintegran en la atmósfera terrestre: los cometas o los meteoroides (estrellas fugaces)? 4. ¿Por qué Plutón es considerado un planeta enano?

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El cielo visto desde la Tierra Nuestra visión del cielo está limitada por el horizonte, la línea que separa el suelo (o el mar) del cielo. Podremos ver los astros que estén por encima del horizonte, mientras que aquellos que estén por debajo quedarán ocultos. Cuando decimos que sale el Sol o la Luna, lo que queremos decir es que estos astros cruzan la línea del horizonte y pasan a la parte visible del cielo. Para poder ubicarnos en la superficie de la Tierra, se marcan sobre el horizonte cuatro direcciones llamadas puntos cardinales. La Tierra gira sobre su eje, una línea imaginaria que la atraviesa y corta su superficie en dos puntos: el Polo Norte y el Polo Sur. Si estamos situados en algún lugar de la Tierra, la dirección en la que deberíamos movernos para acercarnos al Polo Sur, es la del punto cardinal Sur. De la misma forma, se define el Norte y, las direcciones perpendiculares son el Este y el Oeste. Los observadores de distintas regiones de la Tierra ven diferentes porciones del cielo. Esto ocurre debido a que la Tierra tiene, aproximadamente, la forma de una esfera. Parados sobre la Tierra resulta muy difícil advertir la curvatura de su superficie. La sensación que tenemos es de que la Tierra es una extensa superficie plana. Sin embargo, desde la Antigüedad se sabe que la Tierra tiene forma aproximadamente esférica. Hacia el año 200 a. C., el astrónomo griego Eratóstenes, comprobó que la superficie de la Tierra es ESTUDIO de cAsO

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¿Se les había ocurrido algún experimento para probar que la Tierra es redonda? Expliquen con sus palabras cómo hizo Eratóstenes para medir el radio de la Tierra. ¿Cómo habrá medido la distancia entre las dos ciudades? Consulten otros libros, revistas o sitios de Internet y traten de averiguarlo. ›› estudio de experimentos históricos.

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curva y pudo medir el radio del planeta de forma muy precisa, con un experimento muy ingenioso.

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E XP E R I M E NTO S E N P A P E L Eratóstenes y la Tierra redonda

HIPÓTESIS: la Tierra es esférica y el Sol la ilumina desde una distancia muy grande. PREDICCIÓN: dos varas iguales, situadas en lugares alejados de la Tierra, darán sombras de distinta longitud en el mismo momento del día. PROCEDIMIENTO: Eratóstenes observó que, para una determinada fecha del año, una vara en la ciudad de Siena no proyectaba sombras, el Sol estaba justo por encima. Sin embargo, en esa misma fecha, una vara colocada en Alejandría, ciudad situada muchos kilómetros al norte, proyectaba una larga sombra. Rayos solares

vara α

Siena

Alejandría

longitud de la sombra

Radio terrestre α'

Centro de la Tierra

RESULTADOS Y CONCLUSIONES: la superficie de la Tierra es curva, o ambas sombras tendrían la misma longitud, ya que la luz del Sol llegaría con igual inclinación. Eratóstenes estimó un radio terrestre de 6.300 km (muy cercano al real). Lo hizo calculando el ángulo α, que es igual al ángulo α'. Con eso dedujo el radio. ›› Análisis de datos. estudio de experimentos históricos.

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Las constelaciones En el cielo nocturno se pueden ver muchas estrellas de distinto brillo, distribuidas sin un orden en particular. Sin embargo, cada noche, las estrellas mantienen sus posiciones, unas con respecto a las otras. Los pueblos de la Antigüedad crearon formas en el cielo al unir las estrellas con líneas imaginarias. Estas formas se llaman constelaciones. Una constelación visible desde la Argentina es la Cruz del Sur. Se trata de cuatro estrellas que forman una cruz imaginaria. Las constelaciones recibieron su nombre en latín, idioma muy usado en las ciencias durante mucho tiempo. A la Cruz de Sur de la llama Crux, por ejemplo. Actualmente, se considera que hay 88 constelaciones que cubren todo el cielo. Su observación facilita la identificación de las estrellas. Los nombres de las constelaciones pueden representar animales, objetos o seres mitológicos. Distintas civilizaciones imaginaron formas diferentes para las mismas estrellas. Por ejemplo, los

mapuches veían una pisada de ñandú en las estrellas de la Cruz del Sur. Un grupo muy importante es el de las constelaciones del zodíaco. Son 13 constelaciones. Desde la Tierra, a lo largo de un año, parece que el Sol pasara por cada una de estas constelaciones. En orden, las constelaciones del zodíaco son: Aries, Tauro, Geminis, Cáncer, Leo, Virgo, Libra, Escorpio, Sagitario, Ofiuco, Capricornio, Acuario y Piscis. Las estrellas que forman las constelaciones no están cerca unas de otras, se encuentran separadas por enormes distancias. Las vemos próximas en el cielo debido a la perspectiva.

De acuerdo con la posición del observador, dos cosas que están lejos, pueden verse cerca, eso pasa con las estrellas.

Ejemplos de constelaciones

Los mapuches imaginaron una pata de ñandú en las estrellas de la Cruz del Sur.

Animales

Objetos

Seres mitológicos

Taurus (toro)

Libra (balanza)

Centaurus (centauro)

Corvus (cuervo)

Crux (Cruz del Sur)

Orion (el cazador)

Camelopardalis (jirafa)

Fornax (horno)

Draco (dragón)

Ursa Minor (osa pequeña)

Telescopium (telescopio)

Hercules (Hércules)

ActividAdes 1. ¿Las estrellas de una constelación están cerca entre sí? ¿Por qué? 2. ¿Las estrellas de una constelación están todas a la misma distancia de la Tierra?

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3. Imaginen a dos observadores ubicados en lugares distantes de la Tierra. ¿Verán las mismas estrellas en el cielo? ¿Sus horizontes serán los mismos? ¿Por qué?

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3 • capítulo 7

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La rotación de la Tierra Como se dijo antes, nuestro planeta rota alrededor de un eje imaginario que pasa por el centro de la Tierra y atraviesa su superficie en los polos geográficos. Imaginen un plano perpendicular al eje de rotación que quede a la misma distancia de los dos polos, este plano imaginario, que “corta” el globo terrestre en dos mitades, se llama Ecuador. Y las dos mitades en las que queda dividida la Tierra son los hemisferios Norte y Sur. A medida que la Tierra rota, el Sol ilumina diferentes partes de su superficie y se produce la sucesión de días y noches. En un lugar de la Tierra, durante el día el Sol se ve por encima del horizonte. Esto ocurre porque la posición de rotación de la Tierra en ese momento hace que ese lugar quede iluminado por el Sol. En cambio, durante la noche, el Sol queda por debajo del horizonte. Esto ocurre porque se cambió de posición con respecto al Sol. También se llama día al tiempo total en que la Tierra da un giro completo sobre su eje. La duración del día es exactamente 23 horas y 56 minutos, aunque en la vida cotidiana se usa un sentido de rotación día de 24 horas.

eje de rotación

La Tierra rota en torno a su eje de Oeste a Este. Eso produce que veamos la salida del Sol aproximadamente por el punto cardinal Este y la puesta en proximidades del Oeste.

cieNciA EN LA NET

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El día y la noche en este momento Para saber en qué lugares del mundo es de día y en cuáles es de noche, pueden entrar en la siguiente página web: http://bit.ly/PEASr También pueden ver la Tierra desde la dirección del Sol (From Sun), desde la Luna (From Moon) o en la región de noche (Night Side). Después de cada opción deben hacer clic en update para ver la nueva pantalla. ›› Uso de tic en el análisis de modelos científicos.

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La Tierra rota de Oeste a Este, por lo tanto, el Sol la ilumina de Este a Oeste. Para visualizar este movimiento podemos usar nuestra mano derecha. Al cerrar los dedos de la mano y mantener el pulgar arriba, tenemos un modelo de la Tierra y su eje. La mano representa la Tierra y el dedo pulgar el eje. La dirección en la que apunta el dedo pulgar representa el Polo Norte. Entonces, podemos imaginar que la Tierra gira en el mismo sentido en el que cerraron los dedos. Al girar, recibe luz del Sol, primero en las uñas de los dedos y después en los nudillos. En este modelo, las uñas son el Este y los nudillos, el Oeste. Debido al movimiento de rotación de Oeste a Este, durante un día, el Sol ilumina primero Australia y el extremo este de Asia. A medida que transcurre el tiempo, el Sol pasa sobre África y Europa, y finalmente sobre América.

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El día y la noche

e br

cieNciA EN LA HISTORIA Un observador que se encuentra ubicado en el hemisferio Sur, ve que el Sol sale en el horiEl cielo como guía zonte en cercanías del punto cardinal Este. Tan Las constelaciones que permanecen en el cielo sólo dos días al año, el Sol sale exactamente en durante toda la noche han tenido una gran imese punto cardinal: en el comienzo del otoño y portancia para los viajeros en la historia de la de la primavera. Dependiendo de la época del humanidad. Los navegantes del hemisferio Norte usaban la estrella Polaris, de la constelación de la año, la salida del Sol se desplaza ligeramente haOsa Menor, como referencia para saber dónde cia el Sudeste o hacia el Noreste. estaba el Norte. Una vez que el Sol se encuentra por encima ›› La ciencia como construcción histórica y cultural. del horizonte, se va moviendo en el cielo, describiendo una trayectoria que se llama arco diurno. Cuando alcanza la altura máxima sobre el horizonte, el Sol se encuentra justo por encima del punto cardinal Norte. Luego, comienza a bajar hasta alcanzar nuevamente el horizonte en proximidades del punto cardinal Oeste, y al ponerse da comienzo a la noche. Las noches y los días tienen una duración variable según la estación del año. En invierno hay más horas de oscuridad que de luz, es decir, las noches son más largas. Esto pasa porque el arco diurno está más bajo y el Sol permanece menos tiempo sobre el horizonte. En cambio, en el verano, el Sol sube mucho sobre el horizonte y describe un arco diurno más alto. Por lo tanto, el Sol permanece más tiempo en el cielo. En otoño y primavera la cantidad de horas de día es casi similar a las de noche, porque los arcos diurnos son prácticamente iguales. Debido al movimiento de rotación de nuestro planeta, las estrellas también parecen moverse en el cielo. Algunas constelaciones a lo largo del día salen y se ponen. Es el caso de las constelaciones del zodíaco. No todas las constelaciones son 21 de d iciem visibles desde cualquier lugar de la bre Tierra. Para los observadores en la 21 de m arzo Argentina, la Cruz del Sur está visiy2 1d es ble todas las noches del año y, si se 21 de Ju ep nio tie pudiera apagar al Sol durante el día, m también se la vería. Por el contrario, para estos observadores hay constelaciones que no se ven nunca como la Osa Menor (Ursa Minor), que sí se puede ver desde el hemisferio Norte Arcos diurnos o trayectos que describe el Sol para distintas fechas del de nuestro planeta. año. En verano, el arco diurno es más alto y por eso hay más horas de día que de noche. En invierno, la situación es la inversa.

ActividAdes 1. ¿Existirá algún lugar de la Tierra en el que, en este mismo momento, esté amaneciendo? Expliquen cómo es esto posible.

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2. ¿En invierno hay igual cantidad de horas de día que de noche? ¿Por qué?

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bloquE

3 • capítulo 7

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La traslación La Tierra se traslada alrededor del Sol. El tiempo que tarda en dar una vuelta completa es de 365 días y un cuarto. Es decir, en ese tiempo, da 365 vueltas y un cuarto sobre su eje. Normalmente, en los calendarios se considera que un año normal tiene 365 días pero, para tomar en cuenta ese cuarto de día de más que tiene cada año, se suman los cuartos de 4 años. Así, cada 4 años, se agrega un día más al calendario: el 29 de febrero. A los años en los que sucede esto se los llama años bisiestos. La órbita, es decir, el camino que hace la Tierra alrededor del Sol, es plana. Durante toda su trayectoria está sobre el mismo plano. Las órbitas de los demás planetas se encuentran casi en el mismo plano que el de la Tierra. plano de la órbita terrestre Sol Tierra

Luna

plano de la órbita lunar

La órbita de la Tierra está sobre un plano imaginario. A su vez, la Luna gira sobre un plano distinto alrededor de la Tierra, que está inlcinado 5º respecto de la órbita terrestre.

Tal como lo descubrió Kepler, las órbitas de todos los planetas del Sistema Solar tienen forma de elipse, que se asemeja a un círculo levemente achatado. Debido a esto, en algunas épocas del año, la Tierra se encuentra un poco más cerca del Sol que en otras. La posición más cercana de la Tierra al Sol se llama perihelio y la más lejana, afelio. La distancia media entre la Tierra y el Sol es de, aproximadamente, 150 millones de km. Pero en el perihelio es de 147 millones de km, mientras que en el afelio alcanza 152 millones de km. Aunque, en términos humanos, la diferencia de distancias parece enorme, es pequeña con respecto a la distancia media. Si bien la distancia entre la Tierra y el Sol cambia, esto no produce ningún efecto apreciable en nuestro perihelio afelio planeta. El hecho de que la Tierra se encuentre más alejada del Sol no implica que haga más frío. Tampoco, al Sol estar más cerca del Sol hace más calor. Esa diferencia de distancias no tiene efectos sobre el clima, ni es la órbita de la Tierra razón de las estaciones del año. La verdadera razón de las estaciones es La Tierra alcanza su punto más cercano al Sol en los primeros días de enero (perihelio), mientras que la inclinación del eje terrestre ressu punto más lejano es alcanzado a comienzos de pecto del plano de su órbita. julio (afelio). En este esquema, la diferencia está exagerada.

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Las estaciones del año El eje de rotación de la Tierra está inclinado en un ángulo de 23º 27’ respecto de la línea perpendicular a la órbita. Esa inclinación se mantiene constante a lo largo del año y es la causa de las estaciones. En determinada posición de la trayectoria, el hemisferio Sur recibe los rayos del Sol de forma más directa que el hemisferio Norte. Desde el hemisferio Norte se verá que el Sol traza un arco diurno bajo. En cambio, desde el hemisferio Sur, el arco diurno es alto. Esta posición de la Tierra en su órbita se llama solsticio y marca el inicio del invierno en el hemisferio Norte y del verano en el hemisferio Sur. Cuando el Sol está más elevado, el día es más largo que la noche, se acumula más energía y hace más calor. Esta es la causa del verano. Cuando se da la situación opuesta, con pocas horas de Sol en el día, la Tierra pierde calor, la temperatura baja y se produce el invierno. En el extremo opuesto de la órbita se da el otro solsticio, la situación es inversa. En el hemisferio Norte comienza el verano y en el hemisferio Sur comienza el invierno. En las dos posiciones intermedias de la órbita, los rayos del Sol llegan con la misma inclinación en ambos hemisferios. Estas posiciones se llaman equinoccios y corresponden a las estaciones otoño y primavera según el hemisferio. En ellas, las noches y los días tienen la misma duración.

II 21 de marzo

III 21 de junio

23º 27' eje de rotación

El eje de rotación de la Tierra no es perpendicular al plano de la órbita. Está inclinado 23º 27’ respecto de una línea perpendicular al mismo.

Polo Norte eje

radiación solar Ecuador

Polo Sur Representación de la Tierra en el solsticio del 21 de diciembre.

1 21 de diciembre

IV 21 de septiembre

La posición 1 corresponde al solsticio de verano en el hemisferio Sur e invierno en el Norte. La posición III es el solsticio con las estaciones opuestas. La posición II corresponde al equinoccio de otoño en el hemisferio Sur y primavera en el Norte. La posición IV es el equinoccio con las estaciones opuestas.

ActividAdes 1. ¿Cómo afecta a la Tierra la diferencia de su distancia al Sol a lo largo del año? ¿Es la causa de las estaciones?

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2. ¿Por qué hay estaciones opuestas simultáneas en los hemisferios Norte y Sur de la Tierra? 3. ¿Por qué hay años bisiestos?

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3 • capítulo 7

La observación del espacio: el telescopio

bloquE

Cuando observamos el cielo en un lugar oscuro y sin la contaminación de las luces de la ciudad, vemos una enorme cantidad de estrellas. Sin embargo, el ojo humano tiene una capacidad limitada para captar la luz de los astros más débiles o más lejanos. Los planetas Urano y Neptuno, por ejemplo, no se ven a simple vista. Estos planetas se descubrieron con telescopios, que son instrumentos que permiten captar la luz de cuerpos muy lejanos. El telescopio fue inventado alrededor del año 1590, pero la primera persona que lo usó para observar los astros fue el astrónomo y físico italiano Galileo Galilei en 1609. Galileo pudo construir los mejores telescopios de su época y se dedicó minuciosamente a estudiar el cielo. Sus telescopios se basaban en los mismos principios que los telescopios modernos. Un telescopio es un artefacto óptico construido con lentes o espejos que permiten captar la luz en uno de sus extremos. La lente o el espejo por el que incide la luz se llama objetivo. La curvatura del objetivo hace que los rayos que lo atraviesen se desvíen y formen una imagen pequeña del objeto lejano. Para poder observar esa imagen, se coloca otra lente, a modo de lupa. Esta lente, que aumenta el tamaño de la imagen que se forma, se llama ocular. Cuanto mayor sea el área del objetivo, mayor cantidad de luz entrará, permitiendo distinguir los astros más débiles y los más lejanos. Los telescopios actuales pueden tener objetivos mayores a 10 m de diámetro, mucho más que los de Galileo. Además, en lugar de lentes como objetivos, actualmente se usan enormes espejos cóncavos. reflector

luz de los astros

refractor

espejo secundario objetivo

luz de los astros

objetivo

lente ocular

lente ocular Un telescopio es un artefacto óptico construido con lentes o espejos que permiten captar la luz de las estrellas.

cieNciA EN ACCIÓN

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El lugar importa

Los telescopios Gemini, uno de los cuales se encuentra en Hawai, Estados Unidos, y otro en Chile, tienen un espejo de 8 m de diámetro como objetivo.

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Actualmente, para construir un observatorio astronómico con un telescopio de gran tamaño, se elige un lugar apartado de las ciudades. Esto evita la contaminación lumínica de las luces urbanas. Además, se buscan sitios con muy baja humedad y poca cantidad de nubes. Algunos lugares excepcionales son el desierto de Atacama en Chile o las montañas de las islas Hawai, donde se encuentran los telescopios más grandes del mundo. ›› Relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente.

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Planetas extrasolares Uno de los mayores desafíos de la ciencia actual es encontrar vida extraterrestre. siendo tan inmenso el Universo y tan descomunal su cantidad de estrellas, parece razonable suponer que existan otros mundos habitados. en el Universo hay millones de estrellas parecidas a nuestro sol. Los seres vivos estamos formados por materiales muy abundantes en el cosmos: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, entre otros. si hay estrellas parecidas al sol, y si los materiales propios de la vida están por todas partes, es natural pensar que pueda existir vida en otros lugares además de la tierra. esto incentiva el interés para emprender la búsqueda de vida en otros planetas. ¿Pero cómo podemos buscar vida extraterrestre? Aun las estrellas más cercanas están a distancias enormes. Alfa centauri, la estrella más próxima a nuestro sistema, se encuentra a 40.000 millones de kilómetros. sería difícil que un telescopio fuera capaz de observar directamente un planeta alrededor de esa estrella. Para darnos una idea, sería como intentar observar una arveja en tucumán, desde la ciudad de Buenos Aires. sin embargo, la tecnología actual nos permite descubrir la presencia de planetas que pertenecen a otros sistemas planetarios, es decir que tienen otras estrellas como centro. A estos planetas se los llama extrasolares y se pueden detectar sin verlos directamente. si uno de estos planetas cruza por delante de su estrella, es posible medir la pequeña disminución del brillo de la estrella causada por el paso del planeta. este método ha permitido descubrir casi 700 planetas y reunir datos tales como su distancia de la estrella, el tiempo que tarda en girar a su alrededor y hasta su radio. La mayoría de los planetas extrasolares descubiertos son gigantes de gas, semejantes a los planetas exteriores del sistema solar. sin embargo, se está comenzando a descubrir planetas del tamaño de la tierra, separados de sus estrellas a distancias adecuadas para ser habitables. Uno de los indicios de la posible existencia de vida en un planeta, es la presencia

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de agua líquida, y eso solo es posible bajo determinadas temperaturas. esto es posible si el planeta no está muy cerca de su estrella como para ser muy caliente, ni tan lejos como para ser muy frío. ¿Podremos saber algún día si esos planetas están habitados? con nuevos y más potentes telescopios se podrá identificar la composición química de las atmósferas de estos planetas. el hallazgo de agua, aun en cualquier estado, sería una excelente pista para ilusionarnos con la existencia de otro mundo habitado. Gliese 581

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Ciencia en acción

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Planeta extrasolar

Recientes estudios en la estrella Gliese 581 han permitido descubrir varios planetas a su alrededor. Están a una distancia de la estrella que les permitiría tener agua líquida en su superficie. Esta es una representación, no es una fotografía.

¿Por qué podemos suponer que hay vida *en otros planetas? ¿Cuáles son las dificultades que se en*cuentran para ver los planetas extrasolares directamente con los telescopios? ¿Cómo se han descubierto estos planetas? En tu opinión, ¿debemos buscar vida ex*traterrestre? ¿Será vida inteligente u organismos simples como bacterias? ¿Qué mensaje le enviarías a una civilización extraterrestre? Relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente.

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Taller de Ciencias

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La Cruz del Sur en 3D en la constelación de la cruz del sur se destacan cuatro estrellas: α (Alfa), β (Beta), γ (Gamma) y δ (delta), ordenadas de la más brillante a la más débil. Una quinta estrella llamada ε (Épsilon) también es visible en sitios oscuros. Aunque estas estrellas aparecen próximas entre sí en el cielo, en realidad están muy separadas unas de otras en el espacio. desde cualquier otro punto del espacio, no se podrían reconocer como una cruz. Les proponemos construir una maqueta que les permita comprender mejor este fenómeno.

δ Delta ε Épsilon α Alfa

γ Gamma

β Beta

Constelación de la Cruz del Sur o Crux.

[HIPÓTESIS de tALLeR] Las estrellas que forman parte de una constelación no tienen vínculos físicos entre sí y el aspecto que presenta la constelación solo se debe a la perspectiva bajo la cual la observamos desde la tierra. [PREDICCIÓN] Observadas desde otro punto del espacio, las estrellas de una constelación no tendrán el mismo aspecto que presentan desde la tierra. [MATERIALES A UtiLiZAR] 1 caja de zapatos de base rectangular sin tapa Palillos de brochette Plastilina Figura de la constelación tijera Adhesivo vinílico Marcador negro Regla. [PROCEDIMIENTO POR PAsOs]

1. copien el siguiente esquema en una de las caras internas de la caja.

δ (delta)

Mantengan la misma distancia relativa entre cada estrella.

2. con la tijera realicen un orificio cuadrado de 1,5 cm de lado en la cara

γ (gamma)

ε (épsilon) α (alfa)

opuesta de la caja.

3. Midan el largo de la caja. divídanlo en 4 partes iguales y márquenlas

β (beta)

en la cara interior de la base. tracen líneas y rotulen las marcas a partir de la cara perforada hasta la opuesta, en intervalos de 100 años luz, desde 0 (un año luz corresponde aproximadamente a 10 billones de kilómetros).

4. coloquen verticalmente un palito de brochette sobre una de las estrellas del dibujo de la constelación del

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fondo. Los pueden fijar con plastilina. cuando la punta del palito toque la base, marquen en el palito la altura a la cual se encuentra la estrella. corten el palito a esta altura y repitan el procedimiento para cada estrella.

5. con plastilina de otro color armen bolitas pequeñas para representar las estrellas y colóquenlas en las puntas de cada palillo.

6. Usando la tabla de distancias de cada estrella a la tierra, ubiquen en el interior de la caja, el palito que cortamos para la estrella α a la distancia que le corresponde. Estrella α de β de γ de δ de ε de

Distancia en años luz

la Cruz del Sur la Cruz del Sur la Cruz del Sur la Cruz del Sur la Cruz del Sur

320 280 88 350 230

7. Luego, mirando desde el orificio, deslicen el palito de la estrella α suavemente, a derecha o a izquierda, sin cambiar su distancia a la cara opuesta, hasta que vean que la bolita de masa se superpone a la estrella α del dibujo de fondo. Repitan el procedimiento con cada estrella. Para fijar los palitos a la base de la caja usen más plastilina.

[RESULTADOS] Mirando desde el orificio veremos que la disposición de las estrellas se asemeja a la de la cruz del sur. se podrían trazar dos líneas imaginarias para marcar la forma de cruz. si miramos la caja desde arriba, ¿es posible identificar la forma de la cruz? ActividAdes

1. ¿A qué conclusión llegaron respecto de la ubicación de las estrellas que forman una constelación? 2. ¿Están todas las estrellas de una constelación a la misma distancia de la Tierra? 3. Si pudiéramos mirar desde otra estrella de la galaxia, ¿se vería la forma de una cruz con las es-

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trellas de esta constelación? a. ¿La estrella más brillante de la constelación (α) es también la más cercana? ¿La más lejana también es la más débil? b. ¿Puede una estrella lejana ser más brillante que una cercana? ¿cómo podrías explicarlo? Busquen un ejemplo en la tabla.

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Propuesta de actividades

ICONO

ESTUDIO de cAsO

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Los modelos sirven para mejorar nuestro conocimiento de cosas como un átomo, el cuerpo humano o una galaxia. Son simplificaciones que sirven para explicar algo a partir de un conjunto de ideas y de datos, y que dejan de lado algunos elementos de la realidad. Las sondas enviadas al espacio tomaron fotos de distintas partes del Sistema Solar pero no es posible tomar una foto de la “escena completa”. Nuestra representación del Sistema Solar, en el que pueden verse todos sus elementos, sigue siendo el mejor modelo para poder entenderlo.

1. Escriban un texto en el que expliquen las diferencias entre los esquemas que conocen por los libros y el aspecto real del Sistema Solar. 2 . El modelo heliocéntrico original establecía que el Sol era el centro del Universo. Ajusten este modelo explicando qué le cambiarían para que se aproxime más a la realidad.

sol Asteroide Júpiter supercúmulo de galaxias sistema solar

5. Unan cada uno de los siguientes conceptos astronómicos con las definiciones que les corresponden. Brazo espiral cúmulo de galaxias Galaxia sistema solar

3. Completen el siguiente texto con las palabras que correspondan de la lista que está abajo. (En algunos casos pueden repetirse). trescientos años antes de cristo, el filósofo griego Aristóteles imaginó que el Universo estaba centrado en __ ______, y que todos los demás _________ y el ___ giraban a su alrededor. Ptolomeo ideó un modelo que perfeccionaba las ideas de Aristóteles. A este modelo se lo llamó modelo _________. en el año 1543, copérnico propuso un nuevo modelo, en el cual el ____ se encontraba en el centro del Universo y __ _______ se movía a su alrededor. este modelo llamado ___________ fue adoptado por muchos astrónomos, como Galileo Galilei, quien encontró evidencias a su favor observando el cosmos a través del ______________. Por su parte, Kepler llegó a la conclusión de que las órbitas de los __________ no tenían forma _________ como se suponía hasta el momento, sino que eran __________. _________________________________________ circular - sol - elipses - geocéntrico - heliocéntrico la tierra - planetas - telescopio

4. Numeren los siguientes objetos según el tamaño, de mayor a menor. tierra

el sol y los cuerpos que giran a su alrededor. Un enorme conjunto de estrellas y nebulosas. Regiones de la galaxia con estrellas brillantes. Grupos de galaxias unidos por la gravedad.

6. La siguiente tabla indica las distancias de los planetas al Sol.Tengan en cuenta que la unidad equivale a la distancia entre la Tierra y el Sol, que es de 150.000.000 km. Planeta 1

Distancia en años luz

Mercurio Venus Tierra Marte Júpiter Saturno Urano Neptuno

0,4 0,7 1 1,5 5,2 9,4 19,2 30

a. en una hoja larga, tracen una línea recta de 40 cm y marquen cada uno de los centímetros. Numérenlos comenzando desde 0. suponiendo que el sol se encuentra en el 0, ubiquen cada uno de los planetas de la tabla según su distancia al sol, considerando que, en esta escala, cada centímetro equivale a la distancia media entre la tierra y el sol. ¿Que diferencias hay entre los planetas interiores y los exteriores?

vía Láctea

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b. ¿Qué planetas serán más cálidos y cuáles más fríos? c. ¿dónde se ubican los planetas rocosos?, ¿y los gaseosos? d. ¿cuáles son los planetas de mayor tamaño? e. Busquen en el texto del capítulo dónde se encuentra la mayoría de los asteroides. Hagan un esquema del sistema solar e indiquen la posición de los asteroides. si los planetas tienen anillos o satélites naturales, indíquenlos.

d. Año. 8 . Completen el siguiente cuadro de las estaciones del año.

7 . Relacionen cada fenómeno del sistema Tierra-Sol, con los efectos correspondientes. Fenómenos:

Solsticio

Equinoccio

Solsticio

Equinoccio

Fecha de inicio

21 de diciembre

21 de marzo

21 de junio

21 de septiembre

Hemisferio Norte

Invierno

Hemisferio Sur

Rotación de la tierra. inclinación del eje terrestre.

Otoño

traslación de la tierra. Órbita elíptica de la tierra.

9 . Luego de haber leído este capítulo, ¿qué aprendieron acerca del Sistema Solar?

Efectos:

a. Las estaciones del año.

1 0 . ¿Cambió alguna de las ideas que tenían con respecto los temas del capítulo?

b. distancia variable entre la tierra y el sol. c. día y noche.

1 2 . ¿Qué tema no entendieron? ¿Sobre cuál les gustaría seguir leyendo?

[RED cONcePtUAL]

Nuestra GALAXIA es en ella está

el sisteMA cuya estrella es

eL en torno a ella giran que pueden tener

lunas y

PLANetAs PLANetAs

eXteRiORes

iNteRiORes

sAtURNO

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MOviMieNtOs

tiene su

tRAsLAciÓN efecto

cOMetAs

efecto

eJe iNcLiNAdO efecto

dÍA Y NOcHe

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Se prohibe la teo- Galileo puGalileo empieza a Galileo descubre las lunas ría heliocéntrica blica el libro y publica el libro Diálogos Se patenta el primer usar el telescopio de Júpiter de Copérnico o de las estrellas sajer cielo Men el ver para telescopio 1632 1616 1610 1609 1590 1590

Por Diego Golombek

El viajero del tiempo

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1610

1633

1630

La aguja de la máquina marcaba 1633. Roma estaba un poco golpeada por la epidemia de peste en esos años, pero seguía siendo una ciudad magnífica. Yo estaba preparado para entrevistar a uno de los más grandes de todos los tiempos, a quien puede considerarse el padre de la ciencia moderna y quien nos enseñó a mirar a las estrellas, el gran Galileo Galilei. Entré al Palacio de la Inquisición y subí hasta uno de los cuartos. Allí estaba, sentadito en un rincón cerca de la ventana, mirando el cielo.

Galileo Galilei: "La razón debe guiarnos"

—¿Ya vienen a buscarme? —preguntó una voz envejecida. Frente a mí había un hombre de entre 65 y 70 años de edad, cabizbajo, hundido en su asiento. ¿Sería… —…Galileo? —pregunté tímidamente. —Sí, claro, ¿a quién esperaba? ¿Al Papa? Acérquese, que no veo bien. Del ojo derecho, ya casi no veo nada —me dijo, cansado. —No… es que… pensé que iba a estar, no sé, trabajando, mirando por su telescopio, algo… —¡Eso mismo querría yo! Estar en mi casa en la Toscana, mirando el cielo en estas hermosas noches estrelladas de primavera. Pero ya ve, joven, acá estoy en este cuarto, esperando que la Santa Inquisición decida si soy un hereje o no. Están ahí al lado, deliberando. —¿Lo están juzgando, justo ahora? ¡Qué mala pata la mía! —Habla raro, usted, eh. Pero no se preocupe, ya me adelantaron el resultado: prisión perpetua. —¡No! ¿Y todo por hacer ciencia? —me lamenté. —Sí, pero una ciencia que ofende a alguna gente —señaló hacia la puerta— no les Dibujo realizado por Galileo de las fases de la Luna.

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Encuentro con el Viajero del tiempo

gusta nada porque dicen que va contra la Biblia, que habla de una Tierra fija, perfecta e inmóvil, como el resto de los planetas. Pero… ¡si ellos mismos lo vieron con mi telescopio! —¿De verdad lo van a condenar por eso? —Dicen que mi último libro, los Diálogos, que trata los dos máximos sistemas del mundo, es herético, y que encima uno de los personajes ridiculiza al Papa. ¡Ridiculiza a todos los que no aceptan ver lo que tienen enfrente de sus narices! —¿Pero cómo? ¿Mantienen las ideas de Ptolomeo y de Aristóteles, después de tanto tiempo? —quise saber. —Y, si fuera por ellos…las mantendrían por siempre. A mí me parece que lo que más les enoja es que escribí en italiano, para que lo entendiera todo el mundo. En esa época, los libros sobre ciencias se publicaban en latín, idioma que solo comprendían los académicos y los religiosos. Galileo fue también uno de los primeros divulgadores científicos y quería que todos tuvieran al conocimiento. —El Universo no es menos hermoso porque la Luna y el Sol no sean esferas perfectas, o porque la Tierra no sea el centro. No entiendo por qué niegan lo que prueba el telescopio: las montañas de la Luna, las manchas solares, ¡hasta las lunas de Júpiter! A ver, ¿alguien me puede decir que esas lunas giran alrededor de la Tierra? Por favor… —Así que lo van a condenar, entonces… Galileo miró hacia los costados y me hizo señas de que me acercara.

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o r e j a i o v p L m E e o i r t e j el a d i o v p L E tiem d el 135

—Escuche —susurró—. Mis amigos me pasaron información confidencial: si abjuro de mis ideas me perdonan la pena y me mandan a casa. —¿Y qué va a hacer? —¿Usted qué haría? —me desafió. —Y… hay que seguir con la ciencia, ¿verdad? —Mire, joven, nunca voy a olvidar la primera vez que levanté el telescopio al cielo y vi la Vía Láctea… ¡Estaba llena de estrellas! ¿Sabe la emoción que fue eso? Mientras me queden años, aun con mi reuma y con mis ojos casi inútiles, quiero seguir entendiendo el mundo, aunque a ellos —otra vez señaló la puerta— les caiga mal. Estos mismos que, cuando les mostré Murano desde Venecia con mi telescopio y la veían ahí cerquita, creyeron que era algún tipo de brujería. —Bueno, dicen por ahí que no todos sus telescopios eran tan buenos… —¿Pero a usted quién lo manda? ¿El cardenal? ¿Kepler? ¡Mis telescopios eran todos perfectos!... más allá de algún defectito sin importancia. Pero no solo me dediqué al cielo, eh. —Ya sé, hizo de todo: las leyes del movimiento, la trayectoria balística… —¡Muy bien! Veo que está informado. Pero lo más importante: todo lo hice con experimentos… —Dejará discípulos, al menos, para que sigan. —Sí, hay unos cuantos: Torricelli, Viviani, y varios más. Pero le confieso que en quien más confío es en mi hija Virginia, bueno, es conocida como sor María Celeste en el convento. Es de las únicas personas que me entienden y aportan buenas ideas. Pero últimamente ha estado muy enferma, pobrecita. ¡Si entendieran! Que no tengo nada en contra de la santa Biblia, solo creo que es un problema de interpretación. Yo sé lo que vi a través de mi telescopio, lamentablemente ya no puedo ver tan claro, pero, cuando los sentidos fallan, la razón debe guiarnos. —Si, créame cuando le digo que sus razonamientos serán las bases de la astronomía. Incluso allá, de donde yo soy, existe un planetario que lleva su nombre en Telescopio de Galileo. su honor.

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Portada de Diálogos. Libro publicado en italiano.

—¿Cómo un planetario? ¿De dónde viene usted? Habla raro, se viste más raro aun… En ese momento se abrió la puerta y entraron dos guardias a buscar a Galileo.Yo aproveché para programar la máquina y salir corriendo. A lo lejos, se escuchaba la sentencia.

El Planetario de la ciudad de Buenos Aires se llama Galileo Galilei. Allí pueden verse modelos del cosmos y aprender sobre el Universo.

1 . ¿Por qué motivo estaba siendo juzgado Galileo? ¿Sería esto posible en la actualidad? ¿Por qué? 2 . Investiguen acerca de las actividades que se llevan a cabo en el Planetario Galileo Galilei. ¿Existen otros observatorios cerca de tu escuela? ¿Qué actividades se realizan en ellos?

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136 contenidos: Los recursos de los subsistemas terrestres • clasificación de los recursos naturales: renovables y no renovables • Recursos energéticos • el agua como recurso • Los recursos biológicos • el suelo como recurso.

8 La Tierra y sus recursos

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[ESTUdIO de cAso] La misteriosa Isla de Pascua La Isla de Pascua, que es conocida por sus pueblos originarios como Rapa Nui, se encuentra casi perdida en el océano Pacífico a miles de kilómetros del continente americano. No ha cambiado mucho desde que la vieron los europeos por primera vez a principios de 1700. Yerma, con pocos pastos secos y ni un solo árbol, pero dominada por imponentes y misteriosas esculturas de cabezas colosales. La isla era un verdadero desierto; aparte de las gallinas y ratas, casi no había una especie animal más grande que un insecto. Los habitantes, unos pocos miles, eran de claro origen polinesio. A ojos de los europeos parecían salvajes y no conocían ni la más elemental de las tecnologías. ¿Pero de dónde han salido las más de 200 inmensas cabezas de piedra? ¿Quién las hizo? ¿Con qué conocimientos y herramientas? La isla no posee plantas con las que construir ni siquiera una soga, menos aun carros, ruedas o rodillos. ¿Acaso fueron extraterrestres, como sostuvo alguno? La ciencia nos dice que Pascua estuvo alguna vez cubierta de densos bosques y grandes palmeras y que contenía numerosas especies de aves. La habitaba una compleja y rica sociedad con muchos miles de personas. Pero los árboles

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fueron talados paulatinamente para ser usados como combustible, para hacer herramientas, barcos y para transportar las gigantescas esculturas. Sin la cobertura de los árboles, el suelo de la isla fue más vulnerable a la erosión, bajó la calidad y cantidad de agua potable y el suelo perdió fertilidad. Las aves perdieron fuentes de alimento, lugares de nidificación o fueron devoradas por los humanos. En síntesis, los habitantes originales de Rapa Nui consumieron sus recursos clave a una velocidad escalofriantemente mayor que la tasa con la que estos recursos eran renovados por la naturaleza. En el curso de un poco más de 1.000 años, lo habían consumido todo y su brillante civilización había colapsado. Solo quedaron sus misteriosas esculturas de piedra. de materia prima para transportar *las Además esculturas de piedra sobre rodillos, ¿qué tipo de recursos ofrecían los bosques a los antiguos habitantes de la Isla de Pascua?

el agua potable llega al mar, ¿se pier*de Cuando como tal? ¿Por qué? El suelo se renueva lentamente por descomposición de material orgánico procedente de la vegetación reinante y por la erosión de la roca madre. Es un proceso lento. ¿Cuáles son los mecanismos principales de la erosión de suelos? ¿Por qué la cobertura es tan importante para la conservación de los suelos?

*

›› Relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente. La ciencia como construcción histórica y cultural.

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Los subsistemas terrestres y sus recursos El planeta Tierra está compuesto por diferentes elementos que se relacionan entre sí. Por ejemplo, el viento transporta arena, tierra y pequeñas piedras que desgastan las superficies sobre las que chocan. Los seres vivos consumen agua y modifican el ambiente en el que habitan. Para estudiar los diversos fenómenos de la Tierra, los científicos consideran que sus elementos conforman un sistema dinámico. Los sistemas se caracterizan por presentar diversas partes que interactúan e influyen unas a otras. Esto quiere decir que cuando una de las partes de un sistema se modifica, se producen cambios en otras de sus partes. Los elementos que integran el planeta están, a su vez, formados por varios componentes, se los llama subsistemas. La atmósfera, la geosfera, la hidrosfera y la biosfera son los subsistemas terrestres. Cada subsistema en la Tierra es una fuente de materiales que los seres humanos aprovechan para su beneficio, como los minerales de la geosfera, de los que se obtienen metales utilizados en la construcción, o los seres vivos de la biosfera, a partir de los que se producen medicamentos, fibras y alimentos.

atmósfera

biosfera

geosfera

hidrosfera

Cada subsistema terrestre está relacionado con los demás componentes del planeta y proporciona recursos que los humanos aprovechamos para nuestro beneficio.

La atmósfera es la capa de gases que rodea el planeta. Esta capa de aire se hace menos densa a medida que aumenta la altura, por lo que no tiene un límite definido con el espacio exterior. La atmósfera tiene oxígeno en su composición, un gas indispensable para la respiración de la mayor parte de los seres vivos. El oxígeno, además, se combina para formar ozono, que absorbe parte de la radiación ultravioleta proveniente del Sol que es dañina para los seres vivos. Otros gases de la atmósfera mantienen un rango de temperatura en la superficie terrestre que es compatible con la vida. Sin la atmósfera, la vida en la Tierra sería insostenible. La atmósfera presenta recursos, como el viento y la radiación solar, que el ser humano aprovecha para obtener energía eléctrica.

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La geosfera es la parte rocosa de la Tierra y está dividida en capas de diferente densidad y composición. De la capa externa, o corteza terrestre, se extrae la mayoría de los materiales sólidos, la arena y otros materiales para la construcción, y los minerales a partir de los que producen el vidrio, las baterías, los fertilizantes y el acero. En la geosfera, también se encuentran recursos como el petróleo y el carbón que, además de usarse como recursos energéticos, se utilizan en la fabricación de medicamentos, plásticos, fibras textiles, pinturas y muchos otros productos.

Los recursos de los subsistemas proveen materiales que pueden ser abióticos o bióticos, como los seres vivos de la biosfera.

La hidrosfera está compuesta por toda el agua que se encuentra bajo o sobre la superficie del planeta: los océanos, que cubren la mayor parte de la superficie terrestre; los glaciares, compuestos por agua en estado sólido; los ríos y los lagos; el agua subterránea, distribuida bajo la superficie de todo el planeta; las nubes, en la atmósfera y el agua que forma parte de los seres vivos de la biosfera. El agua se usa en la elaboración de alimentos. Además, las grandes masas de agua mueven las turbinas de centrales hidroeléctricas y hacen posible el transporte de productos y personas. Todos los organismos necesitan agua para vivir. Sin embargo, la mayoría de los seres vivos no puede consumir agua salada. Solo el 0.3% del agua del planeta es apta para el consumo, pero de esta el 80% se encuentra en estado sólido formando parte de los casquetes polares y los glaciares, por lo cual no puede ser consumida. La biosfera incluye todos los seres vivos del planeta. Las especies que la conforman interactúan entre sí y con los demás subsistemas terrestres. Así forman una gran variedad de ecosistemas. La biosfera es un recurso del que se obtienen medicinas, alimentos, madera y productos textiles, como la lana y el algodón, entre otros materiales. Muchos animales y plantas de la biosfera son utilizados para la ganadería y la agricultura, a partir de las que obtienen alimentos y otro productos. También se aprovechan diferentes microorganismos en procesos industriales y biotecnológicos, como la elaboración de panes, yogures y bebidas alcohólicas. Es necesario preservar los elementos que conforman este subsistema para poder seguir aprovechando sus recursos.

Actividades 1. ¿Qué elementos componen el sistema terrestre? ¿Cómo se relacionan? 2. Hagan una lista con recursos que utilicen a diario. Luego, clasifíquenlos de acuerdo al subsistema terrestre del que provienen.

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3. Realicen un cuadro comparativo de los subsistemas de la Tierra. Incluyan características de los subsistemas, el tipo de recursos que proporcionan y ejemplos de estos últimos.

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Los recursos naturales

cienciA EN LA NET

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Ya vimos que las personas utilizamos materiales de la naturaleza. La utilización de los recursos naturales siempre provoca alteraciones, no solo de los subsisteEstos se usan para fabricar ropa, pamas terrestres sino también en las poblaciones pel, alimentos, muebles y toda clahumanas. se de objetos. También los aproBusquen en el sitio YouTube el video "La histovechamos para obtener energía ria de las cosas" http://goo.gl/U3YO8 Luego de verlo con atención, discutan entre y combustibles. Los recursos que todos cómo puede afectar al ser humano el provienen de los diferentes subsismal uso de los recursos y cuándo los recursos temas terrestres, se llaman recursos pueden ser considerados renovables. naturales. ›› uso de tic en la búsqueda y análisis de información. Las primeras poblaciones de humanos aprovechaban los recursos del ambiente para satisfacer sus necesidades básicas, como alimento, abrigo y refugio. De esta manera, la superficie donde se cultivaba y se criaba animales era pequeña, la necesaria para abastecer a una familia o una comunidad. A medida que la población humana creció y se estableció en grandes ciudades, el uso de los recursos cambió notablemente. La necesidad de contar con productos elaborados fue cada vez más grande, y los procesos para obtenerlos fueron haciéndose cada vez más complejos. Así aparecieron las técnicas de producción industrial, el comercio y el transporte de productos. A su vez, el uso de los recursos naturales también se transformó. Por ejemplo, las áreas naturales que se modifican para convertirlas en áreas de cultivo son cada vez mayores para abastecer a la gran población. Además, cambió la forma de practicar la agricultura, se pasó de una agricultura extensiva, que se hace en superficies muy grandes, a una agricultura intensiva, enfocada en obtener mayor cantidad de alimentos en menos superficie y tiempo, con un mayor desgaste de los recursos naturales. Cada ambiente, además de los recursos que se utilizan de manera directa —como alimento o materias primas— ofrece un conjunto de beneficios para las personas que van más allá de los productos que se extraen de ellos. Los bosques, por ejemplo, producen grandes cantidades de oxígeno, retienen el agua en el terreno y fijan el suelo, entre otros efectos beneficiosos. Este conjunto de beneficios “indirectos” se conoce con el nombre de servicios ambientales. Los ambientes naturales, además de ofrecer paisajes

impresionantes y posibilitar el turismo, aportan recursos que brindan beneficios indirectos.

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Los recursos renovables y no renovables Algunos recursos —como las mareas y el viento— pueden regenerarse a la misma velocidad con la que son consumidos. Por esta razón, se los llama recursos renovables. Pero otros recursos no llegan a renovarse al mismo tiempo que son consumidos por los seres humanos, por lo que, si el ritmo de consumo aumenta, pueden agotarse. Durante mucho tiempo, se pensó que diversos recursos, tales como el agua, la pesca, la madera y el suelo, eran ilimitados, pero estos recursos no son renovables. Sin embargo, se puede evitar que se agoten si son explotados de manera sostenible o sustentable, es decir, a una velociESTUdIO de cAso dad que permita su regeneración. Por ejemplo, si se De acuerdo con el texto que leyeron en la aperpescan muchos peces pequeños, no llegan a crecer tura de este capítulo, ¿qué subsistemas terresy a reproducirse, y la población puede desaparecer. tres explotaron los nativos de la Isla de Pascua? Pero si se pescan solo peces grandes, la población ¿Qué tipo de explotación hubo en este caso? tiene tiempo de recuperarse. De esta manera la ex¿Por qué? ¿Esta explotación tuvo efectos en otros subsistemas? ¿Cuáles? plotación del recurso pesquero pasó a ser sustenta›› observar e interpretar fenómenos naturales. ble. Por el contrario, cuando un recurso se explota a un ritmo mayor al de su regeneración, se produce la sobrexplotación. También existen recursos cuya velocidad de renovación es tan lenta, que es imposible que se regeneren al mismo tiempo que se consumen. No hay manera de explotarlos de forma sustentable. Es el caso de los combustibles fósiles, los metales y los elementos radiactivos a partir de los que se obtiene energía nuclear. Estos materiales tardan millones de años en formarse o en depositarse en la corteza terrestre. La cantidad en la que se encuentran es limitada. Por eso se los considera recursos no renovables. En general, estos recursos no están distribuidos de manera uniforme por el planeta, sino que hay zonas parEl agua es un recurso renovable solo si ticulares de la geosfera donde están presentes se controla su uso y su tratamiento. Por el en grandes cantidades. A estas zonas se las llacontrario, si se explota irresponsablemente ma yacimientos o reservas y forman parte de y no se evita su contaminación, se vuelve un recurso no renovable. los recursos económicos de los países.

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ActividAdes

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1. ¿Cómo puede afectar a un recurso su sobrexplotación?

3. ¿En qué casos un recurso natural puede llegar a desaparecer?

2. Investiguen sobre los recursos naturales y mencionen tres maneras de clasificarlos. ¿A qué característica le da mayor importancia cada clasificación?

4. ¿Qué caracteriza a los recursos no renovables? ¿Qué medidas consideran que hay que tomar para anticiparse al momento en el que un recurso se termina?

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Los recursos energéticos La energía que utilizamos a diario para el funcionamiento de los electrodomésticos y para iluminar y calefaccionar nuestras casas y escuelas —al igual que la energía que se emplea en las industrias y las fábricas— proviene de diferentes recursos naturales. Por esta razón, a los recursos naturales de los que se puede obtener energía se los llama también recursos energéticos. Este tipo de recursos también se clasifica según su capacidad de regeneración: los recursos energéticos renovables y los recursos energéticos no renovables. En la construcción de centrales La mayor parte de la electricidad que consumimos proviene de hidroeléctricas, se interponen grandes paredones en el cauce de un río. Así recursos energéticos no renovables, como el gas, el petróleo y la enerse forma un lago artificial o embalse. gía nuclear; y de recursos renovables, como la energía hidráulica. La energía hidráulica se obtiene de la fuerza de una caída de agua. Para lograr esta caída, se construyen embalses en los que el agua se acumula hasta alcanzar una altura muy grande, que se denomina cota; cuando se abren las compuertas del embalse, el agua cae con fuerza y hace girar grandes turbinas que están acopladas a generadores eléctricos. De esta manera, se obtiene energía eléctrica a partir de la energía potencial acumulada del agua. central eléctrica

red de transporte de electricidad

generador

reservorio

canal

turbina

río

Esquema que representa el funcionamiento de una central hidroeléctrica.

Los combustibles son materiales que liberan energía al quemarse. Esta energía se puede utilizar para generar electricidad. Los combustibles fósiles como el gas, el carbón y el petróleo provienen de restos de seres vivos que vivieron hace millones de años. Además, si bien su explotación es barata, su utilización es altamente contaminante. Una forma de energía alternativa para complementar el uso de los combustibles fósiles es el biocombustible. Este recurso energético se obtiene a partir de cultivos, como la caña de azúcar, el trigo, el maíz y la soja; por lo tanto, es considerado renovable.

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Los recursos energéticos que se explotan desde el siglo pasado, como los combustibles fósiles y los materiales radiactivos, son no renovables y son muy contaminantes. Todas las formas de obtener energía eléctrica, ya sean más o menos contaminantes, producen una modificación en el ambiente. A esto se llama impacto ambiental, y si bien no se puede evitar completamente, existen fuentes de energía alternativas que permiten reducirlo. Las fuentes más utilizadas son la energía solar —en la En los generadores eólicos o aerogeneradores, que se aprovecha la radiación del sol— y la energía eólila fuerza del viento se transforma en energía eléctrica. ca —con la que se transforma la fuerza del viento en energía eléctrica—. La radiación solar, si bien no se regenera, permanecerá por miles de millones de años más. Y la energía del viento es un recurso renovable. Además, estas fuentes son mucho menos contaminantes que las tradicionales. Sin embargo, el costo de los artefactos necesarios para obtener energía eléctrica de esta manera es mayor y se necesitan condiciones ambientales especiales para que funcionen de manera óptima. Por ejemplo, la energía eólica requiere una cierta velocidad y constancia del viento, y la energía solar solo puede aprovecharse en días soleados. De todas maneras, para compensar estas desventajas, su utilización puede ser complementada con fuentes tradicionales. cienciA EN LA HISTOrIA En la actualidad, el 1% de la generación total de la electricidad de la Argentina se obtiene a partir de esLa historia del viento como recurso tas energías alternativas. Existen plantas de energía eólica instaladas en distintas zonas del país, en especial en La energía eólica es aprovechada desde los primeros barcos a vela, hace miles de años. Alredeprovincias de la Patagonia, como Chubut, Santa Cruz, dor del 700, en Persia, Asia, se desarrollaron los La Pampa y Neuquén. primeros molinos de viento, que transforman la Existe otro tipo de recurso energético alternativo, se fuerza del viento en energía mecánica. En 1831, el físico inglés Michael Faraday (1791-1867) inventó trata de la energía geotérmica. En este caso, se aproveel primer generador eléctrico acoplado a molinos cha el calor del interior de la Tierra. En algunas zonas de y permitió generar electricidad a bajo costo. la corteza terrestre, como las zonas volcánicas y en los lí›› La ciencia como construcción histórica y cultural. mites entre placas tectónicas, el agua subterránea puede alcanzar altas temperaturas y sale a la superficie en forma de vapor. La fuerza del vapor impulsa turbinas que generan electricidad. En otras zonas donde el agua subterránea alcanza temperaturas altas pero no llega a pasar a vapor, el agua caliente se utiliza solo para calefaccionar viviendas.

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ActividAdes

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1. ¿Todos los recursos energéticos son combustibles? Expliquen.

3. ¿Qué recursos se pueden utilizar para generar electricidad? ¿Cómo se utilizan?

2. Investiguen acerca del clima en la Patagonia argentina. ¿Por qué consideran que hay parques eólicos instalados allí? ¿Qué tipo de recurso se aprovecha?

4. Elaboren un cuadro para comparar los diferentes recursos energéticos. Indiquen ventajas y desventajas de cada uno.

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Ciencia en acción bloque 3 • capítulo 8

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[ ] La energía mareomotriz Las mareas mueven una cantidad enorme de agua por día. este ascenso y descenso periódico del agua del mar ocurre por las fuerzas gravitatorias que ejercen el sol y la Luna. este fenómeno también se puede aprovechar para obtener energía renovable. se sabe cuándo ocurren las mareas en cada zona marina y la energía asociada a ellas es mucha, pero la forma de convertirla en energía eléctrica no es sencilla. existen varias maneras de transformar la energía mareomotriz en energía eléctrica. Las técnicas principales aprovechan el movimiento horizontal del agua cuando avanza o retrocede, o la subida y bajada de los niveles del mar. en el primer caso se utilizan generadores de la corriente de marea ancladas en el fondo del mar con una turbina y hélices que giran siguiendo el flujo del agua durante las mareas. estos dispositivos funcionan de manera similar a los aerogeneradores: las aspas giratorias, o rotores, son movidas por la fuerza del mar y convierten la energía de la marea en energía eléctrica.

¿En qué zonas geográficas de un mar creen que es conveniente instalar una central mareomotriz? Piensen que el embalse tiene que extenderse de una costa a la otra.

*

¿Que un recurso energético sea renovable, significa que no produce modificaciones en el ambiente? Den ejemplos.

*

Varias especies de peces nadan contra *la corriente desde el mar hasta el río para reproducirse y poner sus huevos. a. ¿cómo afectaría a las poblaciones de estos peces la instalación de una central mareomotriz en la desembocadura del río por el que ingresan? b. ¿Y a los animales que se alimentan de estos peces? ›› Relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente.

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generador

turbinas

Los generadores de corriente de marea utilizan el flujo horizontal del agua en las mareas.

este tipo de planta de generación de electricidad se considera sustentable porque la energía mareomotriz es renovable. Además, a diferencia de las centrales que funcionan mediante la quema de combustibles, los generadores de corriente de marea no liberan dióxido de carbono a la atmósfera. su costo es más bajo y provoca un menor impacto ambiental que el método que aprovecha la subida y bajada del nivel del mar que son las centrales mareomotrices. Las centrales mareomotrices tienen un funcionamiento parecido a las centrales hidroeléctricas: un embalse se llena con la marea alta y el agua es retenida hasta que baja la marea, se abren las compuertas y el agua pasa por turbinas que generan electricidad. La energía producida en una central mareomotriz tiene bajo costo de materia prima, está disponible durante todo el año, es renovable y silenciosa, y no contamina. Pero este tipo de instalación también tiene varias limitaciones. Para que se pueda obtener la energía necesaria tiene que haber una diferencia de al menos 5 m entre la marea alta y la baja. Además, produce un gran impacto ambiental, ya que modifica el ecosistema.

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El agua como recurso 10% domicilios El agua es un recurso vital para todos los seres vivos. Sin 20% industrias embargo, del agua total del planeta, solo el 0,26% puede ser aprovechado por los seres humanos. Es el agua de lagos y 70% agricultura ríos, el agua subterránea poco profunda y la de la humedad del suelo. Como utilizamos el agua continuamente, puede parecernos que es un recurso abundante y accesible, pero el agua no El agua se usa en su mayor parte para la agricultura. es abundante y accesible para todos en todos lados. Tener al agua potable es muy importante para el desarrollo de las poblaciones, ya que es fundamental para tener una buena nutrición y mantener la higiene, cosas que evitan contraer enfermedades. La cantidad y la calidad del agua potable dismunuye de manera constante en todo el mundo. Esto ocurre en parte porque la mayoría de los ríos importantes del mundo están contaminados. La mayor parte del agua que consume la humanidad se usa para regar los cultivos, otra gran parte se usa en procesos industriales y una menor proporción se usa en las casas para cocinar, bañarse y lavar la ropa. Como vimos, la fuerza del agua se puede aprovechar para generar electricidad. Además, es un material fundamental en muchas industrias. Se usa en la fabricación de papel y de pinturas y en la elaboración de bebidas y alimentos. El agua es el medio en el que viven muchas especies que consumimos, como peces, moluscos y crustáceos. Sin embargo, el agua es uno de los recursos peor utilizados del planeta. Es común su contaminación por el vertido de los residuos de las cienciA EN ACCIÓN industrias y de la actividad humana sin el adecuado tratamiento, o por la filtración de los pesticidas El derecho al agua tóxicos que se usan en la agricultura. Además, la deforestación y la erosión del suelo disminuyen la En junio de 2010, la Organización de las Naciones cantidad de plantas que pueden retener el agua en Unidas (ONU) reconoció el derecho al agua potable. Todos los humanos tenemos derecho al al el suelo. agua para uso personal y doméstico. También dice Existen muchas maneras de revertir esto. Una que los servicios de abastecimiento de agua deben de ellas es el uso responsable del agua en nuestras estar al alcance de todos y que nadie debe verse privado de ellos por no tener la capacidad de pagar. casas: no dejar correr más agua de la que usamos. Con este nuevo enfoque, el al agua potable Además es necesario que los gobiernos controlen se convierte en un derecho legal de las personas. que el agua de desecho de las industrias sea correc›› Relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el tamente tratada antes de ser liberada a ríos y mares. ambiente.

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ActividAdes 1. Hagan una lista con las acciones en las que se usa agua en el pueblo o la ciudad donde viven. Incluyan el uso de este recurso en actividades agrícolas e industriales.

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2. Averigüen cuánta agua se consume en cada una de esas actividades y calculen la cantidad de agua que utilizan por día. ¿Qué opinan de esa cifra? ¿De qué manera podrían reducir su consumo de agua?

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Los recursos biológicos Los humanos usamos materiales que provienen de seres vivos, como alimentos, fibras, madera, pan, entre otros. Las especies de organismos que se utilizan para provecho humano cambiaron a medida que fueron domesticadas. Esto ocurre porque las personas seleccionaron los individuos con las características más provechosas de cada geneLa mayor diversidad de una ración y los hicieron especie se encuentra en la zona de la que es originaria. La papa, reproducirse. Esta seleor ejemplo, es nativa de América, ción es posible gracias a allí es posible encontrar una gran cantidad de variedades diferentes. la inmensa diversidad

que existe en la naturaleza. Los individuos de las especies comparten muchas características, pero tienen otras que les son propias. La información que produce las diferencias y semejanzas en los seres vivos de una especie está en el material genético o ADN de cada organismo. ¿Pero qué pasa si se desea obtener una característica en una especie, que no se encuentra en ninguno de sus individuos? ¿Se le puede “trasplantar” material genético de otra especie?, ¿se pueden obtener nuevas características en una especie a partir del ADN de otra? Los bioquímicos estadounidenses Stanley Cohen (1922) y Herbert Boyer (1936) se preguntaron si es posible poner ADN de una especie en otra. Para responder a esto, en el año 1973 hicieron un experimento.

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E XP E R I M E NTO S E N P A P E L ¿Se puede cortar un fragmento de AdN rias se dividieron y multiplicaron el fragmento de una especie y pegarlo en otra? del ADN del virus que se le había agregado. Las HIPÓTESIS: se pueden formar combinaciones bacterias pueden funcionar como “fábricas” de nuevas de ADN utilizando técnicas de labora- sustancias de otros seres vivos. torio. ADN de virus PREDICCIÓN: si el ADN se rompe en fragmentos, estos pueden combinarse y formar un nuevo ADN. PROCEDIMIENTO: Cohen y Boyer cortaron el ADN de un virus e introdujeron uno de los fragmentos que obtuvieron en el ADN de bacterias. RESULTADOS Y CONCLUSIONES: las bacte-

El experimento de Cohen y Boyer fue el comienzo de una disciplina: la ingeniería genética. Los organismos con ADN de otra especie se llaman transgénicos. Esta técnica puede ser empleada en la fabricación de diversos compuestos por parte de organismos que se reproduzcan rápidamente, como bacterias.

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se corta

virus

bacteria con ADN viral reproducción se corta

bacteria

ADN de bacteria

›› Análisis de datos experimentales. estudio de experimentos históricos.

Sin embargo, para esto es necesario contar con la diversidad que existe en la naturaleza. No es posible fabricar material genético de cero. Ese es otro de los motivos por los que es fundamental preservar la vida de las diferentes especies y los ambientes de nuestro planeta donde habitan.

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El suelo como recurso El suelo es necesario en el desarrollo de muchas especies de seres vivos. En los ambientes aeroterrestres, las plantas crecen en el suelo y allí viven millones de microorganismos. Los nutrientes presentes en las plantas, de las que se alimentan los animales, se encuentran en su mayoría en el suelo. Cuando los organismos mueren, esos nutrientes regresan al suelo. Así, el suelo participa en el ciclo de la mayoría de los compuestos necesarios para la vida de las especies, como el nitrógeno, el azufre, el agua y el fósforo, entre otras sustancias. El suelo es un recurso de la geosfera y es fundamental para las actividades humanas. De la calidad del suelo dependen la cantidad y la calidad de los cultivos que se obtienen, y el tamaño y la reproducción de los animales que crían. Además, el suelo determina, por ejemplo, la calidad de la madera que producen los árboles. La formación del suelo es un proceso que tarda alrededor de quinientos años en completarse. Comienza con la degradación de rocas en trozos cada vez más pequeños; luego, se instalan plantas y microorganismos que lo transforman poco a poco. Finalmente, los excrementos de los animales y los restos de organismos muertos se incorporan al suelo a partir de la acción de microorganismos descomponedores. Pero el desgaste y la pérdida de fertilidad del suelo pueden ocurrir muy rápidamente como consecuencia de la sobreexplotación de este recurso. Por ejemplo, cuando se deforesta un bosque, el suelo queda desprotegido y el viento y las lluvias “barren” su capa de nutrientes. A este proceso se lo llama erosión. Usar un suelo para cultivar siempre la misma planta o criar siempre el mismo ganado, sin darle “descanso”, también agota los nutrientes del suelo. Por otra parte, los basurales, las industrias y los productos empleados para combatir plagas de los cultivos contaminan el suelo con sustancias tóxicas. La capa fértil del suelo puede renovarse de forma natural, pero para que esto ocurra es necesario usarlo de forma sustentable. Por ejemplo, cambiando la especie que se cultiva en un suelo cada año, practicando la llamada siembra directa —en la que se deja una capa de cubierta vegetal que protege el suelo de la erosión antes de sembrar—, controlando la cantidad de ganado que se cría en una determinada superficie y usando fertilizantes orgánicos como el abono, que aporta La sobreexplotación del suelo provoca la erosión y la pérdida nutrientes al suelo. de los nutrientes. Esto puede evitarse si la explotación de este recurso se realiza de manera sustentable.

Actividades

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1. A partir de la información de estas páginas, elaboren una definición de “biodiversidad”.

3. ¿El suelo es un recurso renovable o no renovable? ¿Por qué?

2. Enuncien 5 razones por las que es importante explotar de manera sustentable los recursos de la biosfera.

4. ¿Por qué la erosión provoca la pérdida de nutrientes del suelo?

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Taller de Ciencias

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¿La vegetación evita la erosión del suelo? Las plantas, tanto las más pequeñas como los árboles más grandes, tienen raíces que crecen dentro del suelo. estas raíces mantienen unidas las partículas de suelo y toman los nutrientes necesarios para producir su propio alimento y para crecer. Además, las plantas retienen el agua en los suelos. cuando se quiere utilizar un terreno para construir o para cultivar, se saca la vegetación natural. A esta acción se la llama desmonte. Además de impactar gravemente en la vida de los ecosistemas, los desmontes modifican notablemente las propiedades del suelo.

[HIPÓTESIS de tALLeR] La presencia de plantas en el suelo lo protege de la pérdida de agua y otros nutrientes y evita la erosión. [PrEdICCIÓN] si se deja correr agua por un suelo cubierto de plantas, esta será retenida. en cambio, si se deja correr agua por un suelo descubierto, el agua no será retenida y arrastrará los nutrientes. [MATErIALES A utiLiZAR] 2 moldes rectangulares para torta o 2 contenedores de plástico (deben ser de tamaño similar) tierra semillas de pasto 1 recipiente que mida volumen (por ejemplo, los de cocina) 2 libros o guías telefónicas (deben ser de tamaño similar) Agua cámara fotográfica o teléfono celular con cámara. [PrOCEdIMIENTO PoR PAsos]

1. Llenen los 2 moldes con tierra. 2. en uno de los moldes con tierra, siembren las semi-

recipiente sin pasto

llas de pasto. Para esto pueden hacer surcos con una regla o una lapicera y sembrar en los huecos las semillas. si no, simplemente esparzan las semillas sobre el recipiente.

3. el otro recipiente permanecerá sin ser sembrado. 4. coloquen los 2 recipientes en un lugar de la escuela al que llegue la luz del sol y rieguen con agua los 2 recipientes diariamente por algunos días.

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recipiente con pasto

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5. Rieguen los recipientes hasta que el pasto en el recipiente sembrado crezca hasta alcanzar un centímetro de altura.

6. una vez que las plantas lleguen a esa altura, coloquen los dos recipientes de forma inclinada, para esto utilicen los libros o las guías. Hagan este paso en el patio de la escuela o en un lugar que se pueda mojar.

7. Llenen el recipiente que mide volumen con agua y viértanla desde la parte más alta del recipiente con pasto. Midan qué cantidad de agua absorbe el suelo antes de que se rebalse (viertan tantos recipientes de agua como sean necesarios).

8. Repitan la operación para el recipiente sin sembrar. 9. Registren en video lo que ocurre en los pasos 7 y 8. [rESULTAdOS]

1. indiquen qué volumen de agua absorbió cada porción de suelo antes de rebalsarse. 2. expliquen qué observaron en cada caso. ¿en qué caso cayó solo agua?, ¿en qué caso salió algo más que agua del recipiente?

3. ¿cómo relacionan esta experiencia con el fenómeno de los desmontes?, ¿qué representan los recipientes?

4. ¿el experimento confirmó su hipótesis? ¿Y su predicción? 5. un grupo de chicos realizó una experiencia similar a esta. colocaron tierra en 3 recipientes, en uno sembraron pasto, en otro cubrieron la tierra con hojas secas y en el tercero no sembraron ni cubrieron el suelo con nada. Luego hicieron pasar agua continuamente por los tres recipientes y recogieron el agua que salía de cada uno de ellos.

6. Al observar el aspecto del agua en cada caso, obtuvieron los resultados que muestra la tabla. Recipiente

Aspecto del agua que drena

Con pasto

Transparente

Con hojas secas

Un poco turbia

Descubierto

De marrón rojizo intenso

a. expliquen la diferencia entre los tres resultados. b. ¿Qué diferencia hay entre un suelo cubierto con hojas secas y uno con plantas? c. ¿Qué diferencia hay entre un suelo sin cobertura y uno con hojas secas? d. Relacionen estos tres recipientes con distintos tipos de suelos que se pueden encontrar en la realidad.

ActividAdes

1. Antes de sembrar un cultivo, existen dos formas de preparar el terreno. La siembra directa, como se vio en el capítulo, consiste en dejar los restos de la cosecha anterior cubriendo el suelo. Otro método consiste en eliminar los restos de la cosecha anterior y dejar desnudo el suelo antes de sembrar. a. ¿Qué puede ocurrir si llueve en cada uno de los dos casos?

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b. Los suelos cultivados tienen agroquímicos, sustancias que pueden ser tóxicas. ¿Pueden llegar a los ríos y mares? ¿cómo? c. ¿cuál de los dos métodos les parece que está relacionado a un uso sustentable del suelo? ¿Por qué? d. ¿Qué ventaja tiene el método de siembra directa para el nuevo cultivo? ¿es necesario agregar mucho fertilizante en este caso?

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Propuesta de actividades

ICONO

ESTUdIO de cAso

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La Isla de Pascua es un claro ejemplo de la sobreexplotación de los recursos naturales.

1 . ¿Cuál fue una de las mayores consecuencias del uso desmedido de los árboles de esta isla? 2 . ¿Qué consejos sobre el uso de los recursos les darían a los nativos precolombinos de Rapa Nui?

5 . Lean el siguiente artículo periodístico y respondan a las preguntas. Debora Swintun, de vecina de villa inflamable a investigadora de su polución Antropología de un barrio contaminado

3. Observen las siguientes imágenes. 1

2

a. ¿Qué subsistemas terrestres están siendo afectados en cada imagen? b. expliquen brevemente cómo afecta lo que ocurre en cada imagen a elementos de otros subsistemas terrestres. c. ¿Qué actividades realiza el ser humano en cada caso? ¿Qué se obtiene de esas actividades? d. ¿cómo podrían realizarse de una manera sustentable?

4 . Organicen una campaña para concientizar acerca del uso responsable de los recursos naturales. a. Hagan una lista con acciones que cualquier persona pueda hacer diariamente para aprovechar mejor los recursos energéticos y usar de manera eficiente los recursos naturales. b. elijan un criterio y organicen los puntos que propusieron. Pueden hacerlo de acuerdo al orden de tareas que hace una persona desde que se levanta. otra opción es organizar las acciones de acuerdo a cada recurso.

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c. con las acciones que seleccionaron, elaboren afiches y péguenlos en los pasillos de la escuela. Pónganles título e imágenes que ilustren el contenido. incluyan una frase que explique por qué estas acciones son importantes.

Debora Swintun nació y pasó casi toda su vida en Dock Sud, provincia de Buenos Aires, al lado del polo petroquímico. Desde ese lugar y con dudas sobre la contaminación en su propio cuerpo, investigó los efectos sociales de la contaminación ambiental. […] PERIODISTA: […] Entonces, se preguntó “¿qué hago aquí?” Y, más directamente, “¿no estaré enferma?”. D. SWINTUN: No lo había asociado y esto tiene que ver con otro tema que desarrollamos: el acostumbramiento. Estar arraigado al espacio y a tu vida cotidiana. […] P: Con las empresas algo se avanzó. Pero a usted le parece que en la actividad, la organización de la gente, no pasó lo mismo. ¿Por qué? D.S: […] hay más sensibilidad con respecto a los temas ambientales. Pero no sé si hay conciencia real de lo que implican en todos sus aspectos. Entonces sí, la gente está sensible por inflamable... pero consciente, no me parece. Y, por el otro lado, me parece que hay una falta de decisión. Página/12, 14 de abril de 2008.

a. investiguen acerca del polo petroquímico de dock sud y de su imacto ambiental. b. ¿cómo se relaciona la explotación de los recursos naturales con esta historia? c. ¿Qué alternativas se les ocurren frente a una situación como esta? d. investiguen acerca de la calidad del agua, el suelo y el aire de su ciudad, ¿existe alguna situación parecida a la de este artículo? ¿cómo se maneja? e. en el relato de la entrevistada, ¿qué diferencia creen que hay entre que la gente esté “sensible” y “consciente”? f. ¿de parte de quién les parece que hay “falta de decisión”? g. ¿La gente tendría que pedir que se cuide el ambiente donde vive y su salud? ¿Por qué?

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6. El siguiente fragmento proviene de un artículo de Edición Cuyo del 31 de marzo de 2012. Luego de leerlo, respondan a las preguntas en grupos. Vale aclarar que esta situación de tantas décadas se ha transformado en el principal desafío geopolítico que Argentina y América Latina enfrentan en su historia, después de la gesta de su independencia. Nuevamente enfrentamos un agudo conflicto territorial con la principal potencia europea, con una extensa zona en disputa de por medio, que posee enormes riquezas hidrocarburíferas, mineras e ictícolas.

a. Averigüen a qué conflicto hace referencia el texto. ¿Quiénes son los actores involucrados? b. ¿Cuál es el motivo del conflicto? c. Investiguen qué significa “desafío geopolítico”. ¿Por qué está relacionado con los recursos naturales en este caso? d. ¿Los recursos naturales que se mencionan son renovables o no renovables? ¿Todos son igual de valiosos? Fundamenten sus respuestas.

7. Lean el siguiente texto y respondan a las preguntas. Alicia, la madre de Valentín, abre la ducha cuando se levanta, prepara el desayuno y luego de despertar a toda la familia, entra a bañarse. El papá de Valentín enciende el motor del auto y espera en la puerta hasta que su hijo termina de desayunar. Valentín sale con un paquete de galletitas que se ter-

mina de comer en el auto. Cuando pasan por una plaza, Valentín tira el envase de las galletitas en el pasto. a. ¿Qué consejos les darían a esta familia para que empiecen a tomar consciencia del uso de los recursos? b. ¿Qué recursos son afectados en cada caso?, ¿de qué manera?

8. A partir de lo que leyeron en este capítulo confeccionen en sus carpetas un cuadro como el siguiente y complétenlo con lo que corresponda en cada caso. Subsistema Ejemplo de Impacto Modos de uso sustentable un recurso ambiental o recursos alternativos Geosfera Hidrosfera Biosfera

9 . Luego de haber leído este capítulo, ¿qué aprendieron acerca de los recursos naturales de la Tierra? 1 0 . ¿Cambió alguna de las ideas que tenían con respecto a los temas del capítulo? 11. ¿Qué tema les interesó más? ¿Por qué? 1 2 . ¿Qué tema no entendieron? ¿Sobre cuál les gustaría seguir leyendo?

[red conceptual] Energía

RENOVABLES Se los usan para obtener

RECURSOS NATURALES

Materias primas

ATMÓSFERA

formada por Viento

————

———— Dióxido de carbono

———— Glaciares Nubes, etc.

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formada por

Océanos ————

Requiere de una

SUBSISTEMAS TERRESTRES

Medicamentos, etc.

HIDROSFERA

o

pueden ser

GEOSFERA formada por Corteza terrestre

Explotación

BIOSFERA

Para conservar

formada por ——————

Otras capas sólidas

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152 contenidos: Los seres vivos como sistemas abiertos • Niveles de organización de los seres vivos • Las funciones de los seres vivos • Biodiversidad • clasificación de los seres vivos.

9 Los seres vivos

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[ESTUdIO DE cASo] Los tatarabuelos de todos El universo de los seres vivos es inmensamente variado. Imaginen todos los seres vivos que conocen, que viven debajo del suelo, en la profundidad de los océanos, dentro de nuestros cuerpos, escondidos en las selvas, bajo la corteza de los árboles, en los climas extremos. Basta este ejercicio para empezar a entender que las formas vivas son una gran colección de diferencias, desde lo delicado y hermoso a lo enorme o grotesco. Insectos, gusanos, corales, plantas parásitas, frutos exóticos, árboles milenarios... Y tengan en cuenta que los seres vivos que conocen son solo una parte de los que existen en este planeta. Pero toda esta variedad tiene un orden. Es evidente que un tigre y un león son dos versiones de la misma cosa: los felinos. Lo mismo pasa con un zorro y un lobo. Pero los zorros, si bien están más emparentados con los lobos, son vivíparos, dan de mamar a sus crías, tienen pelos y son carnívoros. Todo esto los hace más parecidos a los tigres y a los leones que, a las serpientes o a los pájaros, por ejemplo. A su vez, aves, mamíferos, reptiles, anfibios y peces, se parecen más entre sí que lo que cualquiera de estos a un insecto. Las aves, los mamíferos, los reptiles, los peces y los anfibios son animales vertebrados. Las semejanzas entre ellos son evidentes y los humanos nos

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reconocemos, a veces remotamente, en ellos. Los lagartos tienen, como nosotros, ojos, lengua, patas, costillas, vértebras, sangre, huesos, hígado. Los insectos o moluscos parecen más extraños, pero una inspección cuidadosa revela que tienen músculos y nervios, están constituidos por células y algunas de sus células son casi indistinguibles de las nuestras. Las plantas, por distintas a nosotros que nos parezcan, también están conformadas por células y hay cosas en las que se nos parecen. Todos los seres vivos tenemos ADN, por ejemplo. Pero entonces, ¿tenemos algo en común con todas las formas de vida? Sí, algo tenemos. Y esta es una de las observaciones que nos llevan a pensar que toda la vida tiene un ancestro común, que todos los seres vivos en el planeta, no importa cuán diferentes seamos, somos descendientes de una misma forma original. Piensen en un ratón. Ahora ordenen la si*guiente lista de animales de acuerdo al grado

de parentesco que crean que tengan con un ratón. Primero coloquen los que más emparentados estén y luego los que menos. Anguila, canguro, mariposa, hámster, lombriz.

¿Un murciélago está más relacionado con un flamenco o con un canguro? ¿Por qué?

*

Todos los seres vivos están constituidos por células. ¿Qué otras cosas tienen en común todos los seres vivos?

*

›› Describir y explicar fenómenos biológicos utilizando teorías y observaciones personales.

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Los seres vivos son sistemas abiertos

bios que se producen entre el sistema y el entorno, por ejemplo. De la misma manera, para comprender los procesos que ocurren en los organismos, es posible considerarlos sistemas. Los seres vivos estamos formados por materiales como proteínas, lípidos, hidratos de carbono, entre otros. Estos materiales también se encuentran en los alimentos, ya que estos, a su vez, provienen de seres vivos (hojas, semillas, músculo, huevos, etcétera). Estos materiales pasan de los alimentos al cuerpo de los seres vivos que los consumen a través de una serie de transformaciones que permite que sean absorbidos y utilizados. En este proceso ocurre una serie de etapas, algunas de las cuales requieren energía y otras, que generan energía. Así, parte de la energía que proporcionan los alimentos es utilizada en la fabricación de materiales, pero otra parte se libera al ambiente, por ejemplo, en forma de calor. De este modo, cada organismo intercambia materia y energía con el ambiente. Por esta razón, se dice que un ser vivo es un sistema abierto.

Si desarmamos una computadora veremos que está formada por diferentes componentes electrónicos como cables, placas de memoria y de video, entre otros. Estos elementos interactúan y funcionan como un conjunto. Pero este conjunto necesita electricidad para funcionar, que llega desde afuera de la computadora. Para reparar o entender la computadora se la considera un conjunto de elementos conectados. Lo mismo hace un investigador para comprender una parte del Universo: lo “separa” del entorno y considera varios elementos que se relacionan entre sí y funcionan de manera coordinada. Al conjunto que queda delimitado por el investigador se lo llama sistema, y el entorno, que queda fuera de la delimitación, se llama ambiente. Esta separación facilita el estudio de las interacciones que ocurren entre los componentes de un sistema, las transformaciones en su interior, y los intercamcalor

energía solar

calor

calor alimentos

alimentos

carnívoro

hervívoro alimentos

alimentos

alimentos reciclaje de materia

descomponedores

calor

depósito de nutrientes

Un ser vivo intercambia materia y energía con el entorno de manera constante. Esto le permite mantenerse con vida y realizar sus actividades.

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¿Qué distingue a los seres vivos? Hasta ahora no se han encontrado seres vivos en otras partes del Universo, pero son ciertas propiedades de la vida en nuestro planeta las que buscan los científicos cuando tratan de encontrar vida extraterrestre. Los seres vivos, como se dijo, son sistemas formados por diversos componentes. Pero tienen cualidades que los distinguen de una computadora o cualquier otro sistema. Los seres vivos están compuestos por una o más células. La célula es la unidad de la vida. Nada que sea más simple que una célula se considera un ser vivo, es el caso de los virus, por ejemplo. Al ser sistemas abiertos, los seres vivos intercambian materia y energía con el entorno. Esto les permite llevar a cabo actividades que también son particulares de los organismos vivos. Los seres vivos se nutren. Esto les permite crecer, desarrollarse, reparar partes que estén dañadas y disponer de la energía que necesitan para vivir.

Los seres vivos se relacionan, es decir, captan señales del ambiente y de otros seres vivos y responden a ellas. Los seres vivos se reproducen. Esto no es fundamental para la supervivencia de cada individuo, pero garantiza la continuidad de cada especie y, por lo tanto, de la vida en su conjunto. Cada ser vivo cumple un ciclo de vida: nace, se desarrolla y muere; no permanece de manera indeterminada en el planeta. Los seres vivos evolucionan. Los individuos no lo hacen pero sí las especies. A partir de la reproducción se originan organismos similares a los progenitores pero que pueden tener diferencias con ellos. Estas diferencias son ventajosas para sobrevivir en un ambiente determinado, son heredadas a las próximas generaciones y así sucesivamente. Esto es lo que hace que las especies puedan cambiar a lo largo del tiempo. Cuando los cambios en una especie son muchos, puede originarse una nueva especie.

Todos los seres vivos se nutren, se relacionan, se reproducen y evolucionan. Pero existen muchas formas en las que llevan a cabo estas funciones.

AcTiviDADES 1. ¿Qué características tiene un sistema? ¿Para qué se define un sistema? 2. ¿Qué distingue a un ser vivo de otros sistemas? 3. ¿Los virus, son seres vivos? ¿Por qué?

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Los niveles de organización de los seres vivos Los átomos componen todo lo que existe en el planeta, tanto los seres vivos como los materiales inertes. Sin embargo, a pesar de que estén formadas por una cantidad de átomos parecida, una mosca es mucho más compleja que una tuerca. La diferencia se debe, en especial, a cómo están organizados los elementos que las forman. Los átomos, en general, se combinan y forman moléculas. En los seres vivos, las moléculas pueden estar formando parte de pequeñas estructuras llamadas organelas, que realizan las distintas funciones de la célula. Las organelas están dentro de las células de muchos seres vivos y cumplen distintas funciones. Las mitocondrias son organelas en las que se produce la respiración celular, por ejemplo. Átomos, moléculas y organelas son distintos niveles de complejidad en la organización de los seres vivos. Aunque las organelas y ciertas moléculas sean indispensables para la vida, no pertenecen al mundo vivo. Solo a partir del nivel de la célula se considera que la materia es viva, ya que se nutre y puede replicarse o perpetuarse. Estas moléculas complejas propias de los seres vivos se llaman biomoléculas. Se cree que el origen de estas moléculas fue clave para que se generaran las primeras organelas, las primeras células y, por lo tanto, la vida en el planeta. ¿Pero cómo se originaron las primeras biomoléculas? En 1922, el bioquímico ruso Alexander Oparin (1894-1980) propuso que las condiciones de la Tierra hace 3.500 millones de años eran propicias para que los materiales que existían entonces se combinaran y formaran estructuras más complejas, como biomoléculas, organelas e incluso células. En 1953, el estadounidense Stanley Miller (1930-2007) puso a prueba esta hipótesis, se propuso obtener materiales propios de los seres vivos a partir de compuestos simples.

[ ]

E XP E R I M E NTO S E N P A P E L ¿Se puede formar materia viva a partir de compuestos abióticos?

HIPÓTESIS: es posible que se generen compuestos presentes en los organismos a partir de compuestos presentes en la Tierra hace 3.500 millones de años. PREDICCIÓN: si se recrean las condiciones de la Tierra primitiva —temperatura, radiación solar, composición del mar y de la atmósfera— es posible obtener compuestos bióticos. PROCEDIMIENTO: Miller generó una “atmósfera” de hidrógeno, amoníaco y metano, sustancias abundantes en la atmósfera terrestre hace 3.500 millones de años. Luego, pasó una descarga eléctrica que añadió energía, similar a la energía que llegaba del Sol. sustancias simples

calor

descargas eléctricas

sustancias obtenidas

Dispositivo de Miller.

RESULTADOS: se formaron algunos aminoácidos, las moléculas que conforman las proteínas, que solo están presentes en los seres vivos. CONCLUSIONES: si bien este ensayo no pudo reconstruir los eventos que ocurrieron en el desarrollo de las primeras células, proporcionó evidencias de que las moléculas complejas que forman parte de los seres vivos pudieron originarse a partir de los materiales de la Tierra primitiva. ›› interpretar experimentos históricos.

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157 sistemas de órganos

Actualmente, la evidencia científica indica organismos que los antecesores de los seres vivos fueron moórganos léculas complejas envueltas por una membrana que las aislaba del medio. Estas estructuras habrían dado origen a organismos unicelulares poblaciónes muy sencillos, parecidos a las bacterias actuales, tejidos a partir de los que evolucionaron el resto de los átomos seres vivos. Estos organismos están dentro de un moléculas nivel de organización celular. En muchos casos, los organismos unicelulares se reproducen y forman colonias. En esos células organelas casos, todas las células son iguales y llevan a cabo las mismas funciones; si están aisladas puecomunidades den sobrevivir. Pero en muchos seres vivos llamados pluricelulares, las células están asociadas y se especializan de manera tal que cada grupo biosfera realiza determinadas funciones. Estas células no pueden vivir aisladas mucho tiempo porque deecosistemas penden del resto del individuo. A este nivel de organización se lo llama tisular, las células están organizadas en tejidos, como el tejido óseo o el tejido muscular. Cada nivel de organización es más complejo que el anterior Los organismos pluricelulares complejos, y tiene propiedades particulares. como la mayoría de las plantas y de los animales, poseen órganos. Estas estructuras están constituidas por varios tejidos que llevan a cabo una función en conjunto. El corazón, por ejemplo, es un órgano que está formado por tejido muscular, tejido conjuntivo, tejido nervioso y sangre. Los órganos, a su vez, pueden actuar en conjunto, como sistemas de órganos. Los organismos también se asocian en niveles de diferente complejidad. Las poblaciones son grupos de seres vivos de la misma especie que conviven en un mismo hábitat. Sin embargo, las poblaciones nunca están aisladas, conviven e interactúan con poblaciones de otras especies. A este nivel de organización se lo llama comunidad. Si además de la comunidad se tiene en cuenta su relación con los componentes no vivos del ambiente, se trata de un ecosistema o bioma. Finalmente, el conjunto de todos los ecosistemas del planeta forma la biosfera. AcTiviDADES 1. ¿Qué son los niveles de organización? a. ¿Qué características son propias de algún nivel en particular? b. ¿una organela puede evolucionar?, ¿y un individuo?

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2. Si los átomos de los objetos sin vida, como los del agua de un charco, son los mismos que forman parte de los seres vivos, ¿cómo se incorporan a su organismo?

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Las funciones de los seres vivos Todos los seres vivos realizan funciones que les permiten mantenerse con vida, relacionarse con el ambiente y dejar descendencia.

La nutrición Los seres vivos incorporan materiales y energía del medio. Los materiales son transformados y esto genera desechos que son eliminados. Este conjunto de procesos es la nutrición. A partir de los alimentos los organismos obtienen energía y los materiales que los forman. Los seres vivos con nutrición autótrofa incorporan sustancias sencillas como agua y dióxido de carbono y las transforman en moléculas más complejas que son su alimento. Esta transformación requiere energía que los autótrofos obtienen de la luz solar o de reacciones químicas. Las plantas, las algas y muchas bacterias son autótrofas. Los seres vivos con nutrición heterótrofa, toman el alimento de otros seres vivos. En este caso, los alimentos son su única fuente de energía. Los animales, los hongos y diversos microorganismos son heterótrofos. alimento (materiales de la planta)

energía solar alimento

materiales del animal energía

sustancias sencillas

materiales energía de la planta desechos

desechos

La función de nutrición consiste en la incorporación o elaboración de alimentos, en su transformación y en la eliminación de los desechos. Es distinta para los autótrofos y para los heterótrofos.

La reproducción Todo ser vivo proviene de otro ser vivo. Los seres vivos son capaces de dejar descendencia, es decir, de reproducirse. Algunos seres vivos se multiplican mediante reproducción asexual, en la que un único progenitor se divide y origina uno o varios descendientes idénticos. En la reproducción sexual, en cambio, intervienen dos progenitores y el nuevo organismo se forma a partir de la unión de células sexuales o gametas. El nuevo organismo no es idéntico a ninguno de los progenitores, tiene una combinación de características de ambos. Los organismos que se reproducen asexualmente generan un descendiente por sí solos. La reproducción sexual requieren gametas masculinas y femeninas para originar un nuevo organismo.

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reproducción asexual células hijas

célula madre reproducción sexual padre

madre

cigoto gametos masculinos

gameto femenino

hijo

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La relación Esta capacidad les permite a los seres vivos detectar y microorganismo reaccionar ante los cambios del medio. A los cambios que ocurren en el ambiente se los llama estímulos y a las reacciones que genera el organismo, respuestas. La respuesta puede ser alejarse o acercarse al estímulo. Si la reacción consiste en desplazamientos, por ejemplo, hacia sustancias que sirven de alimento, se denomina taxismo. fuente de alimento A pesar de que no pueden desplazarse, las plantas tamMuchos organismos detectan sustancias alibién generan respuestas a los estímulos del medio. En algumenticias y se acercan a ellas. Es un taxismo. nos casos, producen movimientos lentos y permanentes del tallo o las raíces, por ejemplo, para orientarse hacia la luz. Estas respuestas se llaman tropismos. Si los movimientos son rápidos y temporales, como el de las flores del girasol durante el día, se trata de nastias. Los animales son los organismos que pueden responder a los estímulos de manera más rápida. Las especies más complejas, como los vertebrados, tienen un sistema nervioso que actúa en conjunto con los músculos y da como resultado movimientos rápidos. Las plantas y muchos animales producen hormonas que provocan cambios en el organismo como respuesta a las condiciones del ambiente.

La homeostasis Las condiciones en el ambiente pueden cambiar muy bruscamente. Los seres vivos tienen la capacidad de mantener su medio interno estable a pesar de estas variaciones. Ante un cambio, el medio interno se desequilibra, entonces se desencadena una serie de modificaciones que permiten volver al equilibrio. Esto se denomina homeostasis. En los organismos más complejos, como muchos animales, la homeostasis está regulada por el sistema nervioso y las hormonas. 2. Este cambio es detectado por un receptor que se encuentra en un tipo particular de células.

3. La información se envía a un centro de control, como un órgano o glándulas donde se centro elaboran las hormonas. de

control receptor

1. Los estímulos del ambiente provocan la alteración del equilibrio interno.

efector

variable en homeostasis

4. El centro de control envía la información a un efector, que es un órgano que efectúa la respuesta.

5. La acción del efector produce la respuesta que restituye el estado de homeostasis.

AcTiviDADES 1. ¿En qué se diferencia la nutrición autótrofa de la heterótrofa? Expliquen cómo obtienen los materiales para crecer y la energía en cada caso.

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2. ¿En qué consiste la función de relación? ¿Cómo se vincula con la homeostasis?

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La diversidad de los seres vivos

ESTUdIO DE cASo

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¿Por qué creen que todos los seres vivos tenemos características en común? ¿Cómo lo relacionan con el origen de la vida?

Si nos detenemos a observar diferentes seres vivos, encontraremos ›› Describir y explicar fenómenos biológicos utilizando que son muy distintos entre sí pero teorías y observaciones personales. que, al mismo tiempo, comparten muchas características. Además, si analizamos organismos que viven en un mismo ambiente veremos que tienen más similitudes entre sí que con grupos de seres vivos de otros ambientes. A esta enorme variedad de seres vivos que existe en la naturaleza se la llama diversidad biológica o biodiversidad.

La biodiversidad en los individuos

Algunos individuos se parecen más que otros, sin embargo, cada ser vivo es único y tiene características propias.

Se considera individuo a un organismo que intercambia materia y energía con el entorno, y que realiza ciertas funciones, como la nutrición, la relación, la homeostasis y la reproducción. Cada ser vivo es diferente a los demás, incluso a los individuos con los que está más emparentado. Por ejemplo, un ser humano es parecido al resto de las personas y, mucho más, a sus padres y hermanos. Sin embargo, siempre tiene rasgos o características que lo diferencian, como el color de ojos o del pelo, el tono de voz o la estatura.

La biodiversidad en las especies El conjunto de poblaciones se llama especie. Todas las poblaciones de caballos del mundo constituyen una especie, por ejemplo. Una de las características de una especie es que sus integrantes pueden reproducirse y que la descendencia, a su vez, también puede hacerlo. Una hembra de caballo puede reproducirse con un burro macho. El resultado es una mula, un animal que no se reproduce. Por lo tanto, los caballos y los burros son de especies diferentes. Actualmente, existen alrededor de 2 millones de especies conocidas en el planeta, pero pueden existir hasta 100 millones en total. Se cree que la vida se originó hace 3.500 millones de años. A partir de las primeras células, a lo largo del tiempo y debido a la evolución, se originaron todas estas especies y otras que están extintas. Algunas especies viven solo en ciertas regiones del planeta, como los osos polares, que viven en el Polo Norte, pero otras se encuentran en casi todos los lugares de la Tierra, como las bacterias y los insectos. Los insectos y las orquídeas están entre los grupos de seres

vivos con mayor diversidad de especies.

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La biodiversidad en los ambientes Seguramente, al observar un ser vivo, como un animal, pueden darse cuenta casi de inmediato si este vive en un ambiente acuático o aeroterrestre. Esto ocurre debido a que en el proceso de evolución las especies acumulan pequeños cambios entre una generación y la siguiente. Si estos cambios son ventajas que les permiten a los nuevos individuos aprovechar mejor los recursos de un ambiente, estas características se mantienen y se llaman adaptaciones. Así, por ejemplo, las aves que habitan lagos, lagunas o el mar tienen piel entre los dedos, de esta manera, sus patas funcionan como remos: arrastran más agua y les permiten desplazarse más eficientemente en el agua, capturar mejor a sus presas o huir más rápido de predadores. Pero esta adaptación no es única de los patos y otras aves acuáticas, los lobos marinos y las focas también tienen estructuras similares, al igual que las ranas y los sapos. Todos estos seres vivos perteneCada ambiente tiene una biodiversidad particular. Las cen a especies muy diferentes, sin embargo, comespecies que conviven en un mismo ambiente tienen ciertas adaptaciones similares. Los arrecifes de coral y las parten ciertas características propias del ambiente selvas son ambientes con mucha biodiversidad. donde viven. Los ambientes tienen propiedades particulares relacionadas con la cantidad de luz solar y de agua, el tipo de suelo, el relieve del terreno y la temperatura, entre otras cosas. Estas particularidades provocan que solo ciertas especies, las que poseen determinadas adaptaciones, puedan vivir en ellos. Por eso, los ambientes con condiciones más favorables presentan una gran diversidad biológica. Las selvas, por ejemplo, tienen abundante agua —que es esencial para la vida de los organismos—, suficiente luz —necesaria en especial para el desarrollo de las plantas— y una temperatura en la que puede crecer y reproducirse una gran cantidad de especies. En los desiertos, por el contrario, el agua disponible es muy escasa y las especies con adaptaciones que les permitan aprovecharla de manera eficiente son pocas, por eso, su biodiversidad es menor. AcTiviDADES 1. ¿Qué es la diversidad biológica? Expliquen a qué se considera biodiversidad de individuos, de especies y de ambientes. 2. Observen las siguientes imágenes y respondan a las preguntas. a. ¿Estos individuos son de la misma especie? ¿Por qué? b. ¿cómo se podría comprobar?

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4. Busquen imágenes de diferentes ambientes. ¿Qué seres vivos viven en ellos? ¿Qué características comparten los organismos que habitan en cada uno? ¿En qué se diferencian de las especies de los otros ambientes? 5. ¿Por qué los seres vivos que comparten un ambiente tienen ciertas características similares aunque sean de distintas especies?

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Ordenar la naturaleza

A veces, se nombra dos especies con el mismo nombre común. Por ejemplo, tucu-tucu designa a un escarabajo y a un roedor.

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ciENciA EN LA HISTOrIA Como vimos, la vida en la Tierra es muy diversa. El diario de Colón Desde la formación de las primeras sociedades el ser humano se En el diario de su primer viaje a América, Cristóbal Colón describió los paisajes y los seres vivos que interesó por el resto de los seres viveía en las nuevas tierras :“[…] Y vi muchos árboles vos. Este interés de entender y comuy disformes de los nuestros, y de ellos muchos nocer otros organismos surgió de la que tenían los ramos de muchas maneras y todo en necesidad, por ejemplo, de enconun pie, y un ramito es de una manera y otro de otra, y tan disforme que es la mayor maravilla del mundo trar nuevas fuentes de alimento. cuánta es la diversidad de una manera a la otra […]”. En el caso del descubrimiento de ›› La ciencia como construcción histórica y cultural. América por parte de los europeos, surgió una suerte de curiosidad por un mundo natural que se ampliaba ante los ojos de los colonos. A medida que aumentó el conocimiento sobre los organismos, fue necesario conocer el nombre que otras personas le habían dado a un determinado ser vivo para saber si ya había sido descripto y poder agregar nueva información a los estudios que ya existían sobre él. La mayoría de los organismos que crecen en los lugares que vivimos tienen un nombre común que le dan las personas del lugar. Sin embargo, muchas veces, un mismo ser vivo tiene varias denominaciones en distintos lugares —como la planta americana con raíz comestible llamada yuca, en Perú, y mandioca, en Argentina— o un mismo nombre designa dos organismos diferentes, por ejemplo, el algarrobo europeo es otro árbol, distinto del algarrobo americano. Por esta razón, los científicos denominan a cada ser vivo con un nombre en latín que es reconocido por organizaciones internacionales. El nombre científico de la yuca o mandioca es Manihot esculenta. Para llegar a este acuerdo, fue necesario un largo camino en la historia de la ciencia. Aun así, la descripción y denominación de los organismos no es suficiente para comprender la biodiversidad. Es necesario un sistema que permita ordenarlos y clasificarlos.

Amburana cearensis es un árbol nativo de América del Sur, según la zona, se lo llama ishpingo, sorioco, roble americano, palo trébol, roble del país, amburana, baru, cumaré, yvyra-piriri-guasu, entre otros.

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Distintas maneras de clasificar y nombrar Cuando se empezaron a nombrar y a describir los organismos, surgió la necesidad de agruparlos. Si alguien sabe qué es un roble puede imaginarlo, pero si le quiere contar a otra persona qué es un roble, necesita decir que es un árbol. La disciplina que estudia las descripciones de los organismos y su clasificación es la taxonomía. Hace alrededor de 2.400 años, el filósofo y naturalista griego Aristóteles (384-322 a. C.) se dedicó a clasificar los organismos. Así, dividió los animales en enaima, “animales con sangre” (que agrupaba los vertebrados), y anaima, “animales sin sangre” (que incluía los invertebrados). En ese momento, la materia viva se dividía en dos grupos o reinos: animales y plantas. El reino animal incluía los seres vivos que se desplazaban, comían y crecían hasta un cierto punto; mientras las plantas no se movían, no comían y tenían un crecimiento indeterminado. En el siglo xvii, el naturalista inglés John Ray (1627-1705) elaboró la definición del concepto de especie basándose en las características de la estructura y la reproducción de los organismos. Además, describió miles de especies de plantas, las que nombró con varias palabras. A esta forma de nombrar las especies se la llama sistema polinomial. En el siglo xviii, el médico sueco Carl von Linné o Linneo creó el sistema moderno de clasificación. Es el sistema binomial, en el que se utilizan dos palabras en latín para identificar cada especie: la primera designa el género (que agrupa las especies semejantes) y la segunda suele ser una palabra relacionada con alguna característica o con el des-

cubridor de la especie. En el caso de la yuca o mandioca, Manihot es el género y esculenta quiere decir "comestible" en latín. El desarrollo de este sistema facilitó la comunicación entre los científicos y su uso se expandió rápidamente. En el siglo xix, el naturalista inglés Charles Darwin (1809-1882) desarrolló una teoría de la evolución en la que postulaba que todos los organismos compartían un antepasado común. Esto permitió ordenar y agrupar los seres vivos por su parentesco evolutivo, y brindó nuevos aportes a la sistemática, la disciplina que analiza las relaciones evolutivas entre los seres vivos. sin flor plantas con flor

seres vivos

sin sangre

animales

con sangre

Aristóteles clasificó los seres vivos según sus semejanzas aparentes. Como los delfines y los peces tienen aletas, los agrupó juntos. Hoy se los considera de grupos distintos de vertebrados.

AcTiviDADES 1. ¿Cómo surgió la necesidad de nombrar los seres vivos? ¿Y la de agruparlos? 2. ¿La forma de agrupar los seres vivos hace 2.400 años es la misma que ahora? a. ¿Dónde pondría Aristóteles los hongos?

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b. ¿Dónde colocaría un animal que no se mueve, como las esponjas de mar? c. ¿Qué pensaría Aristóteles de las plantas que atrapan insectos y los digieren?

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¿Cómo se pueden clasificar los seres vivos? Clasificar los organismos significa organizar la gran diversidad que existe de manera tal que, si dos seres vivos tienen muchas cosas en común, formen parte del mismo grupo y, si no las tienen, se encuentren en distintos grupos. Todas las culturas, incluida la de Aristóteles, han clasificado los seres vivos según distintos criterios. Uno de los criterios más comunes ha sido el de agrupar los seres vivos de acuerdo con su utilidad o perjuicio para el ser humano. Así, se consideraba germen cualquier organismo que causara enfermedades que no pudiera ser visto sin microscopio. Otro criterio de clasificación ha sido el aspecto. Así quedaban agrupados, por ejemplo, todos los animales con escamas o con aletas. Si bien a partir del uso del microscopio comenzó a ponerse en duda la división de los seres en animales y plantas, la clasificación de Aristóteles se mantuvo por casi dos mil años. Hasta que, a fines del siglo xix, el biólogo alemán Ernst Haeckel (1834-1919) creó el reino Protista que agrupaba los microorganismos. Más tarde, en 1938, el biólogo estadounidense Herbert Copeland (19021968) contribuyó a la teoría de los reinos y propuso un nuevo grupo que incluía los organismos unicelulares sin núcleo, las bacterias. A este nuevo reino lo llamó Monera. Hasta ese momento, los hongos se clasificaban junto con las plantas o con los microorganismos, según su estructura. Pero en 1969, el botánico estadounidense Robert Whittaker (1920-1980) los reconoció como un reino aparte y elaboró una clasificación general de los seres vivos en cinco Ernst Haeckel distinguió reinos: Animalia (animales vertebrados e invertebrados), Plantae (musgos, los reinos Animal, Planta y helechos, coníferas y plantas con flor), Monera (bacterias), Protista (algas, Protista. protozoos y otros microorganismos) y Fungi (líquenes y hongos). METÁFITAS angiospermas (plantas) helechos

peces

HONGOS

mamíferos METAZOOS anfibios (animales)

equinodermos

aves

musgos reptiles

cnidarios moluscos

gimnospermas licopodios

platelmintos equisetos protozoos

algas

arácnidos anélidos

insectos

esponjas

PROTISTAS

arqueobacterias

MONERA

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eubacterias

Robert Whittaker propuso dividir los seres vivos en cinco reinos: Animalia, Plantae, Monera, Protista y Fungi.

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En la actualidad, se clasifica los seres vivos por las relaciones evolutivas que existen entre ellos. Los peces y los delfines evolucionaron a partir de ancestros muy diferentes. El ancestro común que comparten probablemente vivió hace cientos de millones de años y no tenía aletas. Pero los delfines y los hipopótamos tienen un ancestro común más cercano en el tiempo. Desde el punto de vista evolutivo, los delfines están más emparentados con los hipopótamos que con los peces. A la hora de agrupar seres vivos, las apariencias engañan. Hoy en día, se consideran muchas características para saber si dos especies están cercanamente emparentadas. Una herramienta muy importante son las técnicas de biología molecular. Con ellas es posible estudiar las moléculas que forman parte de los seres vivos, como el ADN y las proteínas. A partir de la utilización de estas herramientas, el microbiólogo estadounidense Carl Woese (1928) creó una taxonomía molecular. En estos estudios se comparan las biomoléculas de distintas especies. Cuantas más biomoléculas tengan en común, más Eubacteria Spirochaetes Protobacteria Cianobacteria Planctomyces Bacterioides cytophaga

Luego de haber leído estas páginas del capítulo, ¿cambiarían la respuesta que dieron al inicio con respecto a los murciélagos? ¿Por qué? ¿Qué criterio de clasificación usaron al responder a la pregunta de la apertura? ¿Cuál usarían ahora? ›› Describir y explicar fenómenos biológicos utilizando teorías y observaciones personales.

emparentadas están. A este análisis en el que se intenta reconstruir la historia evolutiva de las especies se lo llama filogenético. En 1977, Woese propuso una categoría mayor a la de reino, los dominios. Esta clasificación incluye tres grandes líneas evolutivas o grupos emparentados: Eubacteria (“bacterias verdaderas”), Archaea (arqueas o arqueobacterias) y Eukarya (eucariotas). De esta manera, se reorganizó el agrupamiento de los seres vivos. El reino Monera se dividió entre los dominios Eubacteria y Archaea, mientras que los cuatro reinos restantes fueron incluidos en el dominio Eukarya.

Archaea Bacteria verde filamentosa Gram positiva

[ ]

ESTUdIO DE cASo

Eukarya

Myxomycota Animales Entamoeba Fungi Methanosarcina

Methanobacterium Methanococcus T. celer Thermoproteus Pyirodicticum

Thermotoga Aquifex

Halófilos

Plantas Ciliophora Flagelados Tricomonadas Microsporidias Diplomonadas

La diversidad de los seres vivos se puede representar como un “árbol” que muestra las relaciones de parentesco entre las especies. Esta representación se llama árbol filogenético.

AcTiviDADES 1. ¿Por qué la clasificación de los seres vivos no es permanente? 2. Entre todos, elijan 40 seres vivos diferentes. Luego, en grupos, busquen imágenes e investiguen acerca de las características de cada organismo.

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Clasifíquenlos y elaboren un árbol para agruparlos. Pónganle un nombre a cada grupo e indiquen qué característica determina su separación. Finalmente, compartan los árboles con el resto de la clase y discutan entre todos los diferentes criterios que utilizó cada grupo.

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bloque

4 • capítulo 9

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Los tres dominios: Archaea, Eubacteria, Eukarya En la actualidad, se utiliza la clasificación propuesta por Carl Woese de tres dominios. Esta clasificación tiene en cuenta las diferencias en el tipo de células que conforman los organismos de cada dominio. Las células procariotas son simples y conformaron los primeros organismos vivos. Su material genético no se encuentra dentro de un núcleo, sino que está libre en el citoplasma. Tampoco poseen organelas como cloroplastos o mitocondrias. Todos los organismos con células procariotas son unicelulares y pertenecen a los dominios Eubacteria y Archaea, cuyos representantes se llaman comúnmente bacterias y arqueas respectivamente. Aunque las arqueas y las bacterias son bastante similares en forma y tamaño, existen grandes diferencias en el tipo de materiales que las forman.

Dominio Archaea

Las arqueas son capaces de sobrevivir en condiciones extremas de temperatura, salinidad o acidez.

Las bacterias son los organismos más abundantes en todos los biomas del planeta. Esta capacidad de haber colonizado tantos ambientes se debe a su gran diversidad. Hay bacterias incluso en nuestro cuerpo y en el de muchos seres vivos, como ocurre con las arqueas y los rumiantes, y son necesarias para el funcionamiento de estos organismos. En el caso de los humanos, constituyen parte fundamental del conjunto de microorganismos que hay en nuestro intestino, que se conoce como flora intestinal. Existe un grupo de bacterias que pueden hacer fotosíntesis, son las cianobacterias.

Las células procariotas de los organismos que se agrupan en este dominio tienen características que son únicas entre los seres vivos. Los materiales que forman la membrana y la pared celulares hacen posible que estos seres vivos habiten bajo condiciones extremas, a muy altas temperaturas o donde las aguas son muy saladas. Existen arqueas en casi todos los ambientes acuáticos del planeta, incluso en algunos en los que otros organismos no podrían sobrevivir. Algunas arqueas viven en el sistema digestivo de algunos animales, como las vacas o las ovejas, y participan en la digestión de los pastos que comen estos rumiantes.

Dominio Eubacteria

Las bacterias son organismos muy diversos y habitan todos los ambientes de la Tierra.

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Dominio Eukarya

Las células eucariotas son más grandes y más complejas que las procariotas. Tienen organelas, como las mitocondrias, el retículo endoplasmático y el núcleo —donde se encuentra el ADN—, que se encargan de funciones específicas. Todos los organismos que pertenecen al dominio Eukarya tienen células eucariotas. Este grupo incluye los hongos, los animales, las plantas y los protistas.

protozoo

alga pluricelular

alga unicelular

El grupo de los protistas incluye organismos muy diversos que no pueden ser clasificados ni como hongos, ni como plantas, ni como animales. Agrupa seres unicelulares heterótrofos como los protozoos y organismos autótrofos, como las algas pluricelulares y unicelulares, que realizan fotosíntesis.

hongo “de sombrero”

Los hongos pertenecen al reino Fungi y son unicelulares o pluricelulares, pero siempre son heterótrofos, es decir, se nutren a partir de otros seres vivos. En este reino se incluyen las levaduras, los líquenes, los hongos “de sombrero”, los hongos “en estante” y los mohos, entre muchos otros.

levadura

hongo “en estante”

moho helecho

conífera musgo

Las plantas son pluricelulares y sus células están rodeadas por una pared, formando tejidos. Son organismos que llevan a cabo la fotosíntesis. Este grupo abarca, entre otros, los musgos, las coníferas, los helechos y las plantas con flor.

planta con flor molusco

Los animales son pluricelulares, heterótrofos y, la mayoría, se desplazan. Sus células no tienen pared y están organizadas formando tejidos. En este reino se encuentran los moluscos, los insectos, los crustáceos, las aves, los mamíferos y los anfibios, entre muchos otros.

mamífero

insecto

crustáceo

Actividades 1. ¿Por qué les parece que antiguamente las arqueas y las bacterias se clasificaban en un mismo grupo? ¿Qué hizo que esto cambiase?

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2. Si cambiaran de repente las condiciones ambientales del planeta, ¿qué seres vivos creen que sobrevivirán más, los más simples o los más complejos? Fundamenten su respuesta.

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bloquE

4 • capítulo 9

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La importancia de la diversidad

ciENciA EN ACCIÓN

[ ]

El uso de la soja transgénica

La biodiversidad es un estimador de Los transgénicos son seres vivos a los que se los cambios en un ambiente a lo largo del les agregó parte del ADN de otras especies que tiempo y sirve para comparar un amles otorga alguna característica nueva. La soja transgénica, por ejemplo, es una variedad de biente con otros. La forma más simple soja a la que se le incorporó ADN de una bacde analizar la biodiversidad de un lugar teria que la hace resistente a ciertos productos es por su riqueza de especies —el número químicos, como los herbicidas. Así, al aplicar estos herbicidas en un cultivo se eliminan todas de especies que allí se encuentran—. La las plantas salvajes, llamadas malezas o “yuyos”, extinción de especies está presente desde pero las plantas de soja no se ven afectadas. Esto que existe la vida en el planeta, pero la acdisminuye la biodiversidad de las zonas cercanas ción del ser humano aumentó las causas a los cultivos. que provocan la desaparición de especies. ›› La relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente. La sobreexplotación de los recursos pesqueros, la destrucción de hábitats, la introducción de especies exóticas —que, al no tener competidores naturales en el nuevo ambiente, aumentan sin control y afectan a las especies autóctonas— y la contaminación aceleraron estos procesos. ¿Pero por qué es importante conservar la diversidad de los seres vivos? Muchas especies son aprovechadas de manera directa, por ejemplo, como alimento o como fuente de medicamentos, madera, papel, etcétera. La mayoría de las especies que se consumen como alimento actualmente provienen de variedades salvajes. Se seleccionaron los individuos más adecuados para el consumo y se los crio o cultivó por generaciones. Pero a veces, cruzar estos individuos domesticados con individuos salvajes puede dar como resultado variedades más productivas, más resistentes a plagas o a sequías, etcétera. Es importante, entonces, conservar las variedades salvajes. De los medicamentos que consumimos, casi la mitad tienen componentes que se obtienen de seres vivos. Por ejemplo, la aspirina se extrajo inicialmente de la corteza del sauce. Sin embargo, la mayoría de las especies del mundo no han sido analizadas, es decir, no se sabe si tienen un valor que pueda ser aprovechado en beneficio del ser humano. Esa es una de las razones por las que es importante conservar la diversidad biológica. La variedad de seres vivos influye en una comunidad o en un ecosistema debido a que cada especie tiene una función particular en ese conjunto de poblaciones. Así, por ejemplo, algunos organismos son productores y otros, consumidores. De hecho, algunos seres vivos se alimentan solo de unas pocas especies y, si estas se ven afectadas, también variará la población de sus predadores. Además, las comunidades naturales permiten el mantenimiento de la calidad del agua, disminuyen el impacto ambiental de algunos eventos —como las inundaciones y las sequías—, protegen los suelos y regulan el clima. Por otra parte, la biodiversidad es un gran atractivo turístico, lo que es una fuente económica imEl reemplazo de especies salvajes por culti- portante para la mayoría de las sociedades.

vos, como la soja, afecta la biodiversidad.

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¿Existe la vida sintética? La posibilidad de cambiar la información genética de los seres vivos despertó la curiosidad y la imaginación de científicos y escritores durante mucho tiempo. incluso hoy en día, se siguen creando historias acerca de mutantes imposibles y con súper poderes. Sin embargo, la estructura y la función del ADN dejaron de ser un misterio para la ciencia. En la actualidad, se pueden obtener organismos transgénicos y clonar animales, actividades que en otro tiempo solo existían en los libros de ciencia ficción. Más aun, crear vida y “fabricar” seres vivos son posibilidades que comenzaron a verse como reales. Por primera vez, el ser humano es capaz de diseñar el ADN de un organismo y lograr que este material genético se copie a sí mismo. De todos modos, para que esto fuera posible, fue necesario introducir este ADN en una bacteria a la que se le había extraído su información genética. La disciplina que se encarga de estas investigaciones es la biología sintética, que estudia la síntesis de biomoléculas en el laboratorio y el diseño de sistemas biológicos que no se encuentran en la naturaleza. Por ejemplo, se busca fabricar seres vivos unicelulares, como bacterias, que produzcan un tipo de fármaco particular y que tengan la capacidad de activar o no su liberación, según el estado de salud de la célula. A estos desarrollos se los conoce como fármacos inteligentes. También, se realizan investigaciones en biorremediación, es decir, en el diseño de seres vivos artificiales como herramientas que eliminen sustancias tóxicas y reduzcan la contaminación de ambientes naturales, especialmente acuáticos. otro campo de aplicación de la biología sintética son los biocombustibles. Se analiza la posibilidad de producir hidrógeno o etanol, utilizados como combustibles, mediante la conversión de residuos por parte de estos nuevos organismos. Estas posibilidades realmente parecen de ciencia ficción, de hecho, hasta hace muy poco, lo eran. Sin embargo, los avances en estas áreas se están produciendo

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Ciencia en acción

[ ]

Hace casi doscientos años se publicó la primera novela de ciencia ficción, Frankenstein, de la escritora inglesa Mary Shelley, en la que un científico construye un monstruo con vida sumando partes de distintos cadáveres y electricidad.

de manera acelerada y es en este momento en que también es necesario que la sociedad se formule ciertas preguntas. En este sentido, por ejemplo, desde hace unas décadas, comenzó a desarrollarse una nueva disciplina: la bioética, que analiza la conducta humana frente a los seres vivos y el ambiente. ¿Es ética la creación de seres vivos? ¿Quiénes los producirán? ¿con qué fines? ¿cómo puede regularse su uso? ¿cómo se verán afectados los países que no cuenten con estas tecnologías? posible crear vida sin fabricar células? *¿Por¿Esqué?

* ¿Les parece ético diseñar seres vivos? ventajas puede tener crear organis*mos?¿Qué ¿Qué riegos pueden generarse? ¿La creación de nuevas especies puede *afectar la biodiversidad natural? ¿Por qué? ›› La relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente. Ética de la ciencia y la tecnología.

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Taller de Ciencias

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¿La levadura es un ser vivo? Las levaduras son seres unicelulares eucariontes que pertenecen al reino Fungi. Entonces, ¿la levadura que usamos para la pizza está constituida por seres vivos? ¿cómo podrían comprobarlo? En esta experiencia les proponemos probar si las levaduras cumplen con ciertas características propias de los seres vivos.

[HIPÓTESIS DE TALLER] Si la levadura para la pizza está compuesta por organismos vivos, entonces estos respiran, se nutren, se reproducen y mueren, como el resto de los seres vivos. [PrEdICCIÓN] La levadura prensada que se usa para hacer pan y pizza está compuesta por seres vivos. Por lo tanto, si tienen a un alimento como el azúcar común, se pueden alimentar; al respirar liberan gases; se multiplican y mueren. [MATErIALES A uTiLiZAR] Levadura prensada fresca (que haya sido conservada siempre en la heladera) Azúcar común Sal de mesa 6 vasos de plástico duro (resistente al calor) Agua tibia Agua hirviendo (a 100 ºc) Agua a temperatura ambiente 2 rodajas de pan lactal Escarbadientes Anotador Lapicera. [PrOCEdIMIENTO PoR PASoS]

1. Primero comprobarán si la levadura respira. Para eso, rotulen 4 vasos con un número cada uno y agréguenles los materiales de acuerdo a la tabla. Vaso

Agua

Levadura

Alimento

1

Un cuarto de vaso

2 cucharadas

Sin sal ni azúcar

2

Un cuarto de vaso

2 cucharadas

1 cucharada de azúcar

3

Un cuarto de vaso

2 cucharadas

1 cucharada de sal

4

Un cuarto de vaso

Sin levadura

1 cucharada de azúcar

2. Luego de 5 minutos, observen la cantidad de burbujas que se formaron en cada vaso y anoten los resultados.

3. Para comprobar si las levaduras mueren, preparen otros 2 vasos según se indica en la tabla.

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Vaso

Agua

Levadura

Alimento

5

Un cuarto de vaso de agua tibia

2 cucharadas

1 cucharada de azúcar

6

Un cuarto de vaso de agua hiviendo

2 cucharadas

1 cucharada de azúcar

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4. Esperen 5 minutos y anoten lo que ocurrió en cada recipiente. 5. Para comprobar si las levaduras se reproducen, tomen las dos rodajas de pan lactal y humedézcanlas con agua a temperatura ambiente. En una de las rodajas, desparramen la levadura con el escarbadientes. observen el pan luego de 4 días y anoten los cambios que ocurrieron.

¿Qué medimos? La formación de burbujas en los distintos vasos es un indicio de si la levadura se nutre y libera gases al respirar. También sabremos cuáles de las sustancias que probamos puede usar como alimento. Al usar agua hirviendo, comprobaremos si el calor extremo las mata, como ocurre con la mayoría de los seres vivos. Finalmente, analizaremos si la levadura se reproduce, a partir de observar si crecen sobre el pan. [rESULTAdOS]

Si la hipótesis es correcta, se espera que se formen burbujas como resultado de la respiración de la levadura, al menos en uno de los vasos con alimento. Por otro lado, se espera que la levadura muera al estar en o con agua hirviendo y que, por lo tanto, en ese vaso no se formen burbujas. Por último, esperamos que el área que ocupan las levaduras crezca sobre el pan, como consecuencia de su reproducción. Anoten en una tabla como la que sigue los resultados de las pruebas. Vaso

Cantidad de burbujas (ninguna, pocas, muchas)

1 2 3 4 5 6 Pan

Cantidad de hongos (igual, mayor, menor que al comienzo de la experiencia)

Con levadura Sin levadura AcTiviDADES

1. ¿Por qué se forman burbujas en algunos vasos? 2. ¿Para qué se prepararon los vasos 1 y 4? 3. ¿Qué sustancias utilizó la levadura como alimento? Fundamenten su respuesta. 4. ¿Qué conclusión se obtiene con los vasos 5 y 6?

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5. ¿Por qué se dejó una rodaja de pan sin levadura? 7. ¿Se comprobó la hipótesis de trabajo? 8. ¿Qué otras características comparten todos los seres vivos? Diseñen un experimento para comprobar al menos una.

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Propuesta de actividades

ICONO

ESTUdIO DE cASo

[ ]

Todos los seres vivos compartimos características, pero a la vez existe una gran diversidad de especies: plantas, animales, protistas, hongos, bacterias, etcétera.

1 . ¿Cómo explicarían esta aparente contradicción entre lo que tenemos en común y las diferencias que hay entre nosotros? 2. ¿Todos los seres vivos se parecen en igual medida? Expliquen a qué se refieren los biólogos actuales cuando hablan de parecido. ¿Es diferente a lo que se referían los naturalistas de otras épocas?

3. Señalen en cada caso si las siguientes afirmaciones son correctas o incorrectas. Justifiquen su elección en todos los casos. a. Los seres vivos son sistemas abiertos porque tienen la capacidad de reproducirse. b. Aristóteles creó el reino Monera luego de ampliar sus estudios utilizando el microscopio. c. Las arqueas son los seres eucariotas más antiguos en la historia de la vida. d. Los seres vivos actualmente se clasifican solo por su aspecto exterior. e. Las herramientas de biología molecular permitieron estudiar aspectos de los organismos que nunca antes habían sido analizados, como su secuencia genética. f. Darwin estableció un sistema para nombrar los seres vivos, llamado binomial. 4. Completen el siguiente cuadro comparativo en el que se tiene en cuenta la clasificación en 5 reinos propuesta por Whittaker. Reino

Monera Protista

Tipos de células que los forman

Plantae Animalia

eucariotas

Tienen representantes pluricelulares Tienen células con pared

Fungi

sí

sí

sí

Tienen núcleo y organelas Pertenecen al/ los dominio/s

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Eukarya

5 . Escriban un texto que incluya los siguientes términos en el que relacionen las características de los seres vivos con la generación de la biodiversidad del planeta. Especie – reproducción – evolución – extinción – millones de años – descendencia 6 . Los virus se multiplican y están constituidos por biomóleculas. Sin embargo, no pueden reproducirse por sí solos. Lo pueden hacer si entran en una célula, ya que utilizan la maquinaria de las células para replicarse. Esto es parte del ciclo del virus, que también puede cambiar a lo largo del tiempo. a. ¿Les parece que los virus son seres vivos? Fundamenten su respuesta y luego debatan entre todos. b. ¿Qué características de los seres vivos no tienen los virus? 7. Lean el siguiente fragmento de una entrevista realizada a Marta Lizarralde, especialista en invasiones biológicas, sobre la invasión de los castores en la provincia de Tierra del Fuego. Luego respondan a las preguntas que están a continuación. La introducción de especies exóticas en un sistema ecológico puede resultar a la larga, como el caso de los castores en Tierra del Fuego, un problema serio, ya que devastan los bosques para construir sus famosos diques. […] La introducción de castores es interesante porque, en un principio, se introdujeron solamente 25 parejas que dieron lugar a una población que, en la actualidad, se calcula más allá de los 100 mil animales. Se introdujeron en un sitio particular, la cuenca del río claro (en el centro de Tierra del Fuego), y de allí se dispersaron a todo el archipiélago magallánico […]. Leonardo Moledo, Página/12, 9 de mayo de 2012 http://bit.ly/KPpdC4

a. ¿cuál es el problema con los castores en el sur de la Argentina? ¿Por qué? b. ¿Por qué creen que se trajeron castores a Tierra del Fuego? investiguen en internet acerca de estos motivos. c. ¿Qué soluciones se les ocurren para este caso? d. ¿cómo podría haberse evitado? e. ¿Les parece que esta situación afecta a la biodiversidad del lugar? ¿De qué manera?

8 . Vuelvan a leer los textos del capítulo que tratan sobre la biodiversidad. a. ¿Qué mecanismos o procesos favorecen el aumento de la diversidad?

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b. ¿Cuáles la reducen?

9 . Observen las siguientes imágenes e indiquen a qué nivel de organización pertenece cada una.

c. ¿Coincidieron algunos de los grupos que hicieron en el punto a y en el b? ¿Por qué? ¿Cuál creen que es la forma de agrupar que tiene más en cuenta las relaciones evolutivas entre los organismos? ¿Por qué?

pez

1. Sistemas de órganos 2. Órgano 3. Tisular (tejido) 4. Celular

murciélago

perro

1 0 . Observen las imágenes de los seres vivos que se muestran a continuación. a. Agrúpenlos de acuerdo a las siguientes características. Presencia de escamas Capacidad de volar Capacidad de realizar fotosíntesis

serpiente

zorzal

helecho

cianobacteria

1 1 . Luego de haber leído este capítulo, ¿qué aprendieron acerca de las características de los seres vivos?¿Y de la manera de clasificarlos? 1 2 . ¿Cambió alguna de las ideas que tenían con respecto a los temas del capítulo?

b. Luego realicen las siguientes agrupaciones.

Presencia o ausencia de células eucariotas. Pertenecen al reino Plantae,Animalia o Monera. Entre los animales, los que son mamíferos y los que no. Dentro de los animales, los que respiran con branquias y los que no.

13. ¿Qué tema les interesó más? ¿Por qué? 1 4 . ¿Qué tema no entendieron? ¿Sobre cuál les gustaría seguir leyendo?

[red conceptual] o

heterótrofa

De manera

de forma

Se

Se Mantienen la homeostasis

Se relacionan

sexual o

Cumplen un ——————

Están formados por __________ Que puede ser

evolucionan

lo que da origen a

Nuevos individuos Que pueden tener Nuevas características

—————

Eucariotas

LOS SERES VIVOS son estudiados como

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Sistemas que tienen distintos

Niveles de organización ————

————— Animales

Se los pueden clasificar en dominios y reinos

ARCHAEA

—————

________

EUKARYA

—————

átomos —————— —————— —————— —————— —————— ——————

organismos —————— —————— —————— biosfera

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Revolución sa 1789

Guerra de los Siete Años en la que pelea Lamarck 1756-1763 1750

Por Diego Golombek

El viajero del tiempo

174

1770

1809 1790

1810

Muere Napoleón Bonaparte 1821

Encuentro con el Viajero del tiempo 1826

1820

Me habían dicho que sería difícil encontrarlo, pero un par de vueltas por los jardines de París y unas cuantas preguntas me llevaron directamente hasta él. Era el otoño de 1826, hacía pocos años que Napoleón había muerto y acababa de asumir Carlos X como parte de los reyes de la restauración. “¿El profe ciego? Lo va a encontrar siempre hablando de las plantas y los animales y rodeado de sus hijas”, me indicaron, “Ah, y dígale caballero”. Efectivamente, allí estaba, acompañado de dos muchachas que lo ayudaban a tomar algo que parecía una sopa pero de la que no me atrevería a asegurar su composición.

Lamarck: “La historia me absolverá”

—¿Monsieur? —atiné a saludar en mi “argenfrancés”. Los ojos vidriosos se levantaron del plato de sopa, tratando de adivinar de dónde vendría la pregunta y, sobre todo, la impertinencia. —¡Chevallier! (caballero) —exclamó con un vozarrón que no coincidía con su cuerpo viejo y enfermo. —Perdón… caballero de Lamarck, es que mi francés —esbocé una disculpa. —Jean-Baptiste de Monet de Lamarck, para servirle —dijo con un tono de pronto amable—. Señoritas, sírvanle algo al señor. Logré zafar de la sopa y le dije que le quería hacer una entrevista, y que los biólogos lo irábamos mucho. —¿Biólogos? ¿Usted sabe que yo inventé la biología? —se ufanó. Yo sabía que Lamarck había sido el primero en usar el término biología, hacia 1802, y que había propuesto cómo clasificar los seres vivos. Es más: a él se deben algunas de las más importantes ideas de la evolución biológica. Estaba por contestar cuando mandó a una de sus hijas a leerme el primer párrafo de su Filosofía zoológica:

Dibujos de algunas de las especies que describió Lamarck.

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Lamarck publica su libro Filosofía Zoológica

“observar la naturaleza, estudiar sus productos, buscar las relaciones generales y particulares que han ido imprimiendo en sus caracteres, intentar comprender el orden que hace imperar por todas partes, es ponerse en camino de adquirir los únicos conocimientos positivos que pueden sernos verdaderamente útiles y nos pueden proporcionar las satisfacciones más dulces y limpias capaces de aliviarnos de las inevitables penas de la vida”. —¿Qué le parece? Y en el libro también digo que no tiene sentido describir nuevas especies, si no logramos que la biología tenga una filosofía propia. ¿Seguro de que no quiere sopa? —Seguro. Pero en realidad yo quería hacerle algunas preguntas. —¿Usted no será amigo de Cuvier, verdad? Georges Cuvier era un científico de la época. Era un hombre muy influyente y muy cercano a los gobiernos de Napoleón y de Carlos X. Además, era un personaje muy carismático y al que le encantaba hablar en público, a diferencia de Lamarck, a quien le resultaba bastante angustiante estar al frente de una audiencia. —No se preocupe, no tengo nada que ver con él. —Ah, bueno, mon ami. Le decía, no alcanza con describir especies, sino también entender que cambian, que evolucionan, en otras palabras. ¿Oyó hablar de evolución? —Algo… me suena. —¡Es que es obvio! —mientras alzaba la voz, sus hijas trataban de calmarlo—.Yo mismo estudié los fósiles de los invertebrados y describí todas las plantas de

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o r e j a i o v p L m E e o i r t e j el a d i o v p L E tiem d el 175

Francia. Si hasta inventé la palabra “invertebrados”, je. Es tan evidente que las especies fueron cambiando, que solo un necio como Cuvier y sus amigos pueden decir que las especies aparecieron y quedaron así, fijas para siempre. Hágame el favor. Lamarck estaba en contra de las ideas de Cuvier y de muchos de sus contemporáneos, quienes creían que las especies habían sido creadas tal como se conocen y que nunca habían cambiado. Él sostenía, en cambio, que los individuos se modifican para adaptarse a su entorno y que esas adaptaciones son heredadas por su descendencia. Claro, hoy sabemos que los mecanismos de la evolución son otros, pero Lamarck estaba en lo cierto en esto de que las especies cambian y fue un adelantado a su tiempo. Puesta así, su teoría es muy fácil de ridiculizar, ya que hoy sabemos muy bien que los cambios adquiridos durante la vida de un individuo no se heredan: si yo pierdo un brazo no voy a tener hijos mancos.Ya en vida de Lamarck se habían burlado de sus ideas. Y una de las historias favoritas era la de las jirafas que se estiraban para alcanzar las hojas más altas, y así las jirafitas venideras resultaban más y más largas. Por supuesto que a la sociedad científica sa de entonces la idea no le cayó nada bien, convencidos como estaban de que todo estaba fijo y era inmutable, más allá de alguna que otra catástrofe. Lamarck era un revolucionario. —Le decía que después de una vida de estudiar plantas y animales y de clasificarlos, no me quedó otra que entenderlos como un fenómeno natural. La vida es una forma particular de organizar la materia como las rocas o el agua. A muchos no les gustó nada… —Sí, el asunto es cómo surgen los seres vivos —me animé a comentar. —Y… en algún momento empezaron, la materia se mueve y de pronto habrá aparecido algún organismo sencillo. Pero después… tuvieron que cambiar. Apis mellifera lamarckii

Actualmente, Lamarck tiene su merecido monumento a la entrada de los jardines botánicos de París.

—¡Evolucionar! —¡Exacto! Veo que lo ha entendido perfectamente, jovencito.Ya verá, en el futuro habrá alguien que volverá a pensar en esto de que las especies cambian y se van adaptando al ambiente donde viven. Entender esto es la única forma de entender la vida y de clasificarla. La historia me absolverá. —Eso seguro… y según mis cálculos, ese alguien se va a ir de viaje dentro de unos pocos años…—dije pensando en Charles Darwin y la travesía alrededor del mundo que inspiró su teoría sobre la evolución. —Habla raro, usted, eh. ¿Seguro que no quiere sopa? Me disculpé lo mejor que pude y me alejé de allí, satisfecho de haber hablado con un visionario. Tal vez Lamarck se haya equivocado —y fiero— en el mecanismo de la evolución, pero se atrevió a pensar distinto, a imaginar una evolución cambiante que hizo que los seres vivos aparecieran y se fueran adaptando al mundo. Casi nada. 1 . Cuando era joven, Jean Baptiste Lamarck luchó en la guerra europea conocida como la Guerra de los Siete Años. Investiguen qué consecuencias tuvo esta participación en la salud de este naturalista. a. ¿Cómo creen que habrá influido esto en su personalidad? 2. Nombren algunos de los aportes de Lamarck a la biología moderna.

Esta variedad de abeja fue nombrada en honor a Jean Baptiste Lamarck.

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3 . Lamarck vivió desde 1744 hasta 1829. ¿De qué manera pudieron haber influido en su pensamiento los acontecimientos en Francia en ese período?

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176 contenidos: La nutrición autótrofa • organismos fotoautótrofos y quimioautótrofos • La fotosíntesis • Adaptaciones a la vida autótrofa • diversidad de fotoautótrofos: plantas, protistas y bacterias • diversidad de quimioautótrofos.

10 Los seres vivos autótrofos

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[eSTUdIO de cAso] Los desiertos mojados Suele decirse que el Sahara y otros desiertos terrestres son los lugares con menor cantidad de seres vivos. Y si se comparan imágenes de esos ambientes con las de una selva, por ejemplo, realmente parecen ambientes desprovistos de vida. Cabe preguntarse por qué son desiertos. La respuesta parece casi obvia: porque en estos ambientes prácticamente no existe el agua que las plantas requieren para crecer. Sin plantas, los herbívoros no tienen su alimento; y si estos escasean, los carnívoros tampoco pueden alimentarse. Sin la presencia de plantas en la base de los ecosistemas, no hay “nada”. Sin embargo, los “desiertos” no solo se encuentran en sitios repletos de arena y sin humedad. Dos de las regiones de la Tierra más despobladas y desprovistas de vida se encuentran en lugares donde el agua no es para nada escasa: el mar abierto y el fondo de los océanos. El mar abierto es en esencia un desierto. Si bien aparecen algunos peces y mamíferos marinos migratorios, estas aguas están deshabitadas. Lo mismo sucede con el fondo del océano: con raras excepciones, no hay casi formas de vida en los abismos oceánicos. ¿Por qué no crecen plantas si hay agua de sobra? Por diferentes razones. En el fondo marino, la luz del

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sol no llega a penetrar las profundas capas de agua. En un lugar oscuro y sin luz, las plantas no pueden llevar adelante los procesos fotosintéticos con los que fabrican su alimento y los materiales que forman sus tejidos. El problema con la alta mar es más complejo. Hay ciertos lugares en mar abierto que son excepciones, verdaderos oasis en el medio del desierto mojado, lugares rebosantes de plancton fotosintético y millares de especies de crustáceos y peces que se alimentan de estos. En esos lugares existen unas corrientes ascendentes llamadas upwellings, que mueven material del fondo marino hacia la superficie. Estos tres tipos de desiertos —Sahara, fondo marino, mar abierto— son desiertos cada uno por una falencia diferente. En base a eso podemos darnos una buena idea de cuáles son las condiciones necesarias para que exista la vida.

¿Cuáles son las condiciones necesarias para que una planta viva? ¿Conocen otros organismos, además de las plantas, que fabriquen su propio alimento? ¿Cuáles?

*

¿Cuáles serán las posibles razones de la escasa abundancia de organismos en la superficie del mar abierto?

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›› observar e interpretar fenómenos naturales.

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La nutrición de los seres vivos

eSTUdIO de cAso

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¿Por qué creen que los organismos quimiosintéticos logran habitar el fondo del océano y el interior de la corteza terrestre, lugares en los que no pueden subsistir los organismos fotosintéticos?

Los seres vivos necesitan sustancias orgánicas para llevar a cabo sus procesos metabólicos. El elemento ›› observar e interpretar fenómenos naturales. principal de las sustancias orgánicas es el carbono. La obtención de estas sustancias es parte de la nutrición y comúnmente lo llamamos alimentación. Entre los seres vivos existe una enorme variedad de formas de alimentarse. Sin embargo, es posible clasificar los organismos en dos grandes grupos. Uno de estos grupos es el de los organismos que toman los nutrientes de otros seres vivos o del ambiente. Estos tienen adaptaciones para la captura, ingestión y transformación del alimento, y son llamados heterótrofos (de las palabras griegas hetero, “otro”, y trofós, “alimento”). Es el caso de todos los animales que conocemos, los hongos y muchos microorganismos. Otro grupo reúne los seres vivos que pueden fabricar las sustancias orgánicas complejas que requieren para alimentarse a partir de sustancias inorgánicas simples. Estos organismos, denominados autótrofos, no necesitan de otros seres vivos para nutrirse. El término autótrofo proviene del griego y significa “que se alimenta por sí mismo”.

Clasificación de organismos autótrofos Los organismos autótrofos pueden diferenciarse a partir de la fuente de energía que emplean para realizar el trabajo de fabricar sustancias orgánicas. De este modo, se reconocen dos grandes grupos de productores. Los organismos fotosintéticos obtienen la energía de la luz solar, como las plantas, las algas —tanto multicelulares como unicelulares— y algunos tipos de bacterias, como las cianobacterias. Los organismos quimiosintéticos, en cambio, obtienen la energía de reacciones químicas entre sustancias inorgánicas que ocurren en el ambiente en el que viven. Los seres vivos con este tipo de metabolismo son las bacterias quimiosintéticas. plantas

fitoplancton: microorganismos fotosintetizadores (protistas, cianobacterias, etc.)

luz solar intensa algas macroscópicas luz solar menos intensa lecho sin oxígeno bacterias verdes y rojas En este esquema se pueden distinguir diferentes autótrofos tanto en la superficie como en el fondo de un ecosistema acuático.

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La nutrición autótrofa La fotosíntesis es el proceso que permite que las plantas y muchos otros organismos fotosintetizadores produzcan su alimento a partir de sustancias inorgánicas. Los autótrofos que hacen fotosíntesis se llaman fotoautótrofos. Las características de este proceso fueron desconocidas para la ciencia por mucho tiempo. Durante siglos, se pensó que las plantas se alimentaban del suelo, a semejanza de los animales, que ingieren su comida. Esta idea era ampliamente aceptada, hasta que, en 1638, el médico belga Jean Baptiste van Helmont (1577-1644) realizó el siguiente experimento. EXPERIMENTO S EN PAP E L

Así se descartó la hipótesis de que las plantas incorporaban la tierra como alimento. ¿Pero, entonces, de dónde provenía el aumento de la masa del sauce? Según Van Helmont, del agua de riego. Unos años después de que Van Helmont diera a conocer los resultados de su experimento, otros científicos descubrieron que el aire estaba compuesto por diferentes gases. Y, mediante nuevas pruebas, empezaron a darse cuenta de que, además del agua, uno de esos gases era también fundamental para el desarrollo de los vegetales: el dióxido de carbono.

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¿de dónde toman las plantas su alimento?

dióxido de carbono

luz solar

HIPÓTESIS: las plantas se alimentan de las partículas del suelo. PREDICCIÓN: si se cultiva una planta en una maceta y se la riega durante un tiempo, la planta crecerá e incrementará su peso mientras que el de la tierra en la maceta irá disminuyendo. PROCEDIMIENTO:Van Helmont colocó en una maceta 90 kg de tierra, que previamente había secado en un horno para eliminar el agua que pudiera contener. Luego, plantó en esa tierra una planta de sauce pequeña, que pesaba 2 kg. Durante cinco años, regó periódicamente la planta con agua de lluvia y observó cómo se iba convirtiendo en un árbol. RESULTADOS Y CONCLUSIONES: transcurridos los cinco años, Van Helmont sacó el árbol de la maceta y lo pesó: la masa del árbol era de 76 kg, es decir que se había incrementado su peso en 74 kg.Volvió a secar la tierra de la maceta y luego la pesó: la masa de la tierra había disminuido solo en 57 g. Por lo tanto, era imposible que el sauce hubiese crecido alimentándose solo de lo que obtenía del suelo. ›› interpretar experimentos históricos.

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agua y otros nutrientes

Actualmente, se sabe que las plantas toman dióxido de carbono del aire y agua y otros nutrientes del suelo, y con ellos fabrican su alimento.

ActividAdes 1. ¿Cuál es el origen del término "autótrofo"? 2. ¿Qué diferencias existen entre los organismos autótrofos y los heterótrofos? 3. Mencionen dos ejemplos de organismos autótrofos y dos de organismos heterótrofos.

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La fotosíntesis Las plantas son el grupo más importante de organismos fotoautótrofos. En estos seres vivos, la fotosíntesis ocurre en las hojas y, en menor medida, en las partes verdes del tallo. Durante este proceso, las plantas utilizan el agua, que obtienen del suelo, y el dióxido de carbono, que toman del aire. El agua es absorbida a través de las raíces, mientras que el dióxido de carbono entra por las hojas, a través de unos orificios muy pequeños llamados estomas. En las células de las hojas y de los tallos, existen estructuras denominadas cloroplastos, que contienen sustancias capaces de captar la energía del sol. Estas sustancias se llaman pigmentos, el más importante es la clorofila; a ella se debe el color verde característico de las plantas. El resto de los organismos fotoautótrofos también emplea diversos pigmentos para la captación de la energía solar. En el interior de los cloroplastos, la energía lumínica captada por la clorofila es usada para romper moléculas de agua. Esta ruptura libera energía que es almacenada en unas moléculas especiales. Luego es aprovechada para unir átomos de hidrógeno al dióxido de carbono. Este proceso da como resultado la formación de glucosa, el alimento principal de los fotoautótrofos. La fotosíntesis es el proceso por el cual los ecosistemas incorporan la energía del sol. Esta energía se transforma en energía química contenida en los alimentos de productores y consumidores. Durante la fotosíntesis se libera oxígeno a la atmósfera, lo que es un aporte fundamental para el desarrollo de todos los seres vivos del planeta.

cloroplasto luz

oxígeno

dióxido de carbono

célula vegetal

agua

compuestos orgánicos (glucosa)

En las células vegetales, la fotosíntesis se realiza en organelas llamadas cloroplastos que se encuentran en abundancia en las células de las hojas.

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Adaptaciones a la vida fotoautótrofa Los organismos fotosintéticos eucariotas presentan en el citoplasma de sus células una cantidad de cloroplastos que difiere de una especie a otra. Esta diferencia suele tener que ver con la disponibilidad de luz en el medio. Mayor cantidad de cloroplastos captan más luz por área de la hoja por lo que aprovechan mejor la poca luz que pueda haber. Los cloroplastos están rodeados por una doble membrana. En el interior se observa un tercer tipo de estructuras membranosas dispuestas en forma de sacos llamados tilacoides que se apilan formando una estructura más compleja denominada grana. El espacio que queda por fuera de las granas se llama estroma. En todos estos compartimentos tienen lugar distintas reacciones de la fotosíntesis de los eucariotas.

tilacoide

En los organismos procariontes fotosintéticos, no hay cloroplastos, pero las membranas celulares tienen prolongaciones similares a los tilacoides. Allí se realiza la fotosíntesis.

Estructura de los fotoautótrofos En algunos organismos fotoautótrofos, las partes que absorben los nutrientes, las que los transportan y las zonas en las que se lleva a cabo la fotosíntesis, están muy bien diferenciadas. Es el caso de las plantas en las que hay raíces, tallo y hojas. Estos organismos reciben el nombre de cormofitas, mientras que aquellos en los cuales no podemos distinguir estas estructuras, como las algas, son llamados talofitas. Estos últimos toman los nutrientes directamente del medio a través de la membrana de sus células, por lo que no tienen ni necesitan órganos de absorción y de transporte.

membrana interna membrana externa planta

grana (pilas de tilacoide)

estroma

Esquema de un cloroplasto.

alga

Las plantas son cormofitas, mientras que las algas son talofitas.

ActividAdes

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1. ¿Qué estructuras presenta un cloroplasto? ¿Están presentes en todos los autótrofos?

los siguientes términos: cloroplasto, cianobacterias, clorofila, membrana.

2. Escriban una definición de fotosíntesis usando

3. ¿Cuáles son las diferencias entre talofitas y cormofitas?

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Las plantas vasculares

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Las plantas terrestres más abundantes son las traqueófitas o plantas vasculares. Este grupo diverso de plantas reúne los helechos, las coníferas —como los pinos, cipreses, araucarias, entre otras— y las plantas con flor. Las vasos especies de este grupo presentan tejidos conconductores ductores que transportan agua y nutrientes: el xilema y el floema. Cada uno de estos tejidos Células de vasos conductores de una planestá constituido por células que están conecta, fotografiados con un microscopio. tadas entre sí. A través de estas células pasan los fluidos de la planta, pero los que pasan por el xilema son distintos a los que pasan a por el floema. A través del xilema sube el agua con otros nutrientes, este fluido se llama savia bruta y es transportado desde la raíz al resto de la planta. En las hojas, debido a la fotosíntesis, se producen sustancias complejas, como la glucosa. Cuando estas sustancias se incorporan a la savia, esta pasa a llamarse savia elaborada y es transportada a todas las partes de la planta a través de los conductos del floema. Así, el xilema y el floema constituyen el “sistema circulatorio” de las plantas vasculares. A través de ellos estas plantas transportan todas las sustancias que necesitan para crecer, desarrollarse y reproducirse.

hoja

floema

xilema

tallo xilema

floema raíz El xilema y el floema están formados por células interconectadas que forman tejidos de transporte. A través del xilema suben el agua y las sales y por el floema se distribuyen los productos de la fotosíntesis.

ActividAdes 1. ¿Qué caracteriza a las plantas vasculares? 2. ¿Cuál es la diferencia entre el xilema y el floema?

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3. ¿Con qué tejido de los animales se pueden comparar los tejidos de conducción de las plantas vasculares?

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Los protistas fotosintetizadores Los protistas son un grupo muy diverso de organismos autótrofos y heterótrofos. Las algas que conforman el fitoplancton son protistas fotosintetizadores que captan energía del sol y fabrican sustancias orgánicas. Como todos los fotosintetizadores, liberan oxígeno a la atmósfera. La superficie de la Tierra está cubierta en un 70% por agua. Esto hace que las algas sean la mayor fuente de oxígeno del planeta, ya que la mayoría flota en la superficie de lagos, ríos, mares y océanos. De formas variadas y características representativas, todos presentan cloroplastos con pigmentos que les permiten realizar fotosíntesis.

Clorófitas También llamadas algas verdes, son organismos unicelulares o pluricelulares, con abundante clorofila, la cual es el único pigmento presente. En general, viven en agua dulce pero también las hay marinas y en ambientes aeroterrestres muy húmedos. Dentro de este tipo de algas están las que se asocian con hongos y forman los líquenes.

Crisófitas Las crisófitas son algas que pueden vivir tanto en agua dulce como salada y se encuentran distribuidas por todo el mundo. Son unicelulares, de forma aplanada y pueden trasladarse mediante dos flagelos, que son prolongaciones de la célula semejantes a “colas”. Estos seres vivos, además de clorofila tienen otros pigmentos que les dan colores marrón, amarillo o verdeazulado.

Xantofitas Las xantofitas son algas que viven en lagos, ríos y arroyos e incluso en ambientes aeroterrestres húmedos. Algunas viven en el mar. Son organismos unicelulares, algunas especies tienen un solo flagelo. Generalmente, se agrupan en colonias con forma ramificada o de largos filamentos. Su pigmento es la clorofila c y les da un color verde amarillento. Estos organismos tienen paredes muy rígidas de un material llamado sílice.

Actividades 1. ¿Cuál es la importancia de los protistas fotosintetizadores acuáticos en nuestro planeta?

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2. ¿Qué es lo que hace que los distintos grupos de protistas fotosintetizadores tengan distintos colores?

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Diatomeas son algas microscópicas unicelulares o coloniales, con pigmentos marrones o amarillos. Lo que distingue a estos organismos es una pared celular o teca, compuesta de sílice, que presenta dos partes que encajan una en otra como una caja. se encuentran en todos los ambientes acuáticos ya que la teca las protege de los microorganismos y como pueden tener diferentes ornamentaciones presentan una gran diversidad de especies.

Dinoflagelados La mayoría de estos protistas vive en aguas marinas, se caracterizan por presentar un surco transversal y otro longitudinal. en cada uno de esos surcos se distingue un flagelo que les permite desplazarse. estos organismos presentan un claro color rojizo, debido a que la abundancia de pigmentos rojos impide observar el característico color verde de la clorofila que también poseen.

Euglenas estos organismos unicelulares de agua dulce presentan cloroplastos de triple membrana, con clorofila y flagelos que les otorgan movilidad. en su interior una estructura llamada estigma, que se observa como una mancha roja, capta la luz y estimula a estos organismos a movilizarse hacia la fuente emisora. Prefieren los hábitats con abundante materia orgánica, por lo que se los encuentran en lugares muy contaminados y se los utiliza como indicadores de calidad del agua.

cienciA eN ACCIÓN

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¿diatomeas como filtros?

ActividAdes

Las diatomeas tienen gran valor industrial, ya que sus tecas vacías se usan como filtros, abrasivos, aislantes térmicos, en pinturas para aumentar la visibilidad de señales, etcétera. También se las observa como indicadores de cambios en los ambientes.

1. Construyan un cuadro comparativo entre los diferentes protistas fotosintetizadores, teniendo en cuenta sus características representativas, hábitat y pigmentos que presentan.

›› Relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente.

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2. Imaginen que obtienen una muestra de agua en la que hay muchas euglenas. ¿Beberían esa agua? ¿Por qué?

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Algas que producen combustible el petróleo es un tipo de combustible llamado fósil, ya que se formó a partir de restos de organismos que vivieron hace millones de años en un largo y lento proceso químico. se trata de un recurso no renovable, ya que se consume más rápido de lo que se puede volver a generar. Los llamados biocombustibles, en cambio, se obtienen de organismos vivos o que estuvieron vivos recientemente. es el caso de los aceites vegetales y de los alcoholes, entre otros. Los biocombustibles son recursos renovables y generan menos cantidad de dióxido de carbono que los combustibles fósiles, lo que es una gran ventaja ya que este gas, es el principal causante del efecto invernadero. Los biocombustibles se usan como combustible para autos, para calefaccionar hogares, para generar electricidad, entre otros ejemplos.  A par tir de algunas especies de cromófitas, se pueden obtener sustancias que se pueden usar como combustible biodiesel para automóviles. estas sustancias son biodegradables, no tóxicas y emiten 65% menos desechos a la atmósfera que el diesel derivado del petróleo. Al igual que las plantas, las algas necesitan de tres componentes básicos para su crecimiento: luz solar, co2 y agua. ¿Por qué algas y no plantas para obtener biodiesel? Por un lado, la tasa de crecimiento y producción de las algas es mucho mayor que la de los cultivos terrestres, no requiere de grandes superficies para su producción y constituye una fuente de producción de energía continua y no contaminante porque no moviliza carbono fósil, sino que utiliza el co2 de la atmósfera, por lo que contribuye a disminuir el efecto invernadero y a restablecer el equilibrio térmico del planeta. Por otro lado, y en contraposición a otras fuentes generadoras de biocombustibles, las algas pueden crecer en un amplio rango de condiciones. esto

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Ciencia en acción

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Planta de producción de biodiesel de algas

hace que se las encuentre en zonas muy diversas del planeta. crecen dentro de plantas acuáticas, en lagunas, pantanos, nieve, salinas, sobre rocas, etcétera. Por este motivo, es sencillo encontrar zonas para cultivarlas. Además presentan un alto rendimiento y, por lo tanto, un menor costo. esto significa que con poco dinero se puede producir mucho combustible. otra ventaja importante del uso de algas es que otras plantas, que también sirven como fuente de biocombustibles, quedan disponibles para ser usadas como alimento, como es el caso del maíz y la soja entre otros.

ventajas presenta el uso de biocombusti*bles¿Qué frente a los combustibles fósiles tradicionales? ¿Cuáles son las ventajas que presentan las algas para la elaboración de biocombustibles?

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¿Qué ventajas tiene el cultivo de algas con respecto al de plantas para la obtención de biocombustibles?

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Investiguen acerca de la producción de biodiesel en San Nicolás, en la provincia de Santa Fe.

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›› Relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente.

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Las bacterias autótrofas Las bacterias son los organismos más abundantes del planeta, ocupan tanto ambientes terrestres como acuáticos y viven en los hábitats de condiciones más extremas como los manantiales de aguas calientes y ácidas de origen volcánico, o en los desechos radioactivos. Algunas hasta pueden sobrevivir en el espacio exterior. Muchas son heterótrofas pero también hay autótrofas y algunas pueden tener ambos tipos de metabolismo. Las bacterias autótrofas obtienen su alimento de formas muy diversas, algunas son fotosintetizadoras, es decir que captan la energía lumínica para fabricar las sustancias orgánicas, mientras que otras son quimiosintetizantes, y obtienen la energía necesaria a partir de reacciones químicas.

Las bacterias fotosintetizadoras

Las cianobacterias tienen un pigmento similar al de las plantas y las algas retenido en prolongaciones de la membrana.

Algunos grupos de bacterias son capaces de hacer fotosíntesis. Como todas las bacterias, no tienen organelas. La fotosíntesis en este caso se lleva a cabo en pliegues que tiene la membrana plasmática, donde hay pigmentos como clorofila y bacterioclorofila. Las cianobacterias, también conocidas como bacterias verdeazuladas (cyan en griego significa azul oscuro), tienen clorofila y realizan un tipo de fotosíntesis muy similar a la de plantas y protistas en la que se libera oxígeno como subproducto.

Las bacterias verdes o rojas, a diferencia de la cianobacterias, tienen bacterioclorofila —un pigmento bastante distinto a la clorofila— y usan compuestos de azufre en lugar de agua para realizar la fotosíntesis, por lo tanto, como subproducto de este tipo de fotosíntesis se generan sustancias con azufre. Estos organismos cumplen un rol fundamental en el denominado ciclo del azufre en los ambientes. Al hacer fotosíntesis, los subproductos pueden ser incorporados por las plantas y a través de ellas se incorpora azufre al ecosistema. Todas estas bacterias fotosintéticas están ampliamente distribuidas pero solo en ambientes donde Las bacterias verdes o rojas utilizan compuestos con azufre en lugar de agua durante la fotosíntesis. llegue la luz. Se las puede encontrar en campos nevados donde tiñen la nieve de un suave rosado, en los manantiales calientes de hasta 85 °C, los lagos y la tierra húmeda. Cuando se forman nuevas islas por erupciones volcánicas las cianobacterias son las primeras en crecer sobre la roca desnuda.

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Bacterias quimiosintetizadoras Estos organismos no necesitan luz para sintetizar su alimento. Muchas bacterias usan la quimiosíntesis como forma de producir energía sin el requerimiento de la luz solar, en contraste con la fotosíntesis. Estos seres vivos se encuentran en ambientes en los que existen abundantes compuestos con azufre. Por lo general, se trata Las bacterias quimiosintéticas no nede lugares en los que hay emanaciones volcánicas. cesitan luz para fabricar su alimento. Cuando estos compuestos se transforman químicamente en un proceso que se llama oxidación, se libera mucha energía. Estas reacciones se producen dentro de las bacterias. La energía es almacenada y luego se utiliza en la síntesis de alimento. Los organismos quimiosintéticos usan como fuente de carbono el dióxido de carbono, al igual que los fotosintetizadores; pero usan el sulfuro de hidrógeno en lugar del agua, como ocurre con las bacterias verdes y rojas. Durante este proceso, los organismos quimiosintetizadores también liberan compuestos azufrados. El azufre es un nutriente esencial para los seres vivos porque interviene en la formación de proteínas y ácidos nucleicos. Las bacterias quimiosintetizadoras también forman parte del ciclo de este elemento, pero los hábitats donde predominan algunas de ellas pueden considerarse desiertos, ya que existe muy poca biodiversidad debido a la falta de luz. Estos organismos, entonces, son la base de estos ecosistemas, no solo por producir alimento sino por generar el azufre que necesitan otros organismos para vivir. eSTUdIO de cAso

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¿Cuál es la importancia de las bacterias quimiosintetizadoras en los desiertos marinos de las profundidades del mar? ¿Qué importancia tienen en estos ecosistemas estos seres vivos? Las bacterias quimiosintéticas se encuentran en zonas acuáticas muy profundas en la que hay abundancia de compuestos con azufre.

¿Qué distingue a estos organismos de otros autótrofos en cuanto a lo que necesitan para vivir? ›› describir y explicar fenómenos biológicos utilizando teorías y observaciones personales.

ActividAdes 1. Señalen en cada caso todas las respuestas correctas. a. Las bacterias autótrofas pueden obtener alimento: realizando fotosíntesis. a través de reacciones químicas. b. durante la quimiosíntesis: se consume dióxido de carbono. se elimina oxígeno.

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2. Existe una teoría que sostiene que las células que actualmente constituyen plantas y algas se originaron cuando una célula grande incorporó cianobacterias. Según esta teoría, esto habría dado origen a los cloroplastos. ¿En qué datos creen que se basan los científicos que sostienen esta teoría? ¿Están de acuerdo en que esto es posible? ¿Por qué?

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Taller de Ciencias

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¿Se libera oxígeno durante la fotosíntesis? La combustión es una reacción química que libera gran cantidad de energía en forma de luz y calor, y que se produce en presencia de oxígeno. Además de ser el proceso mediante el cual se nutren los organismos fotoautótrofos, la fotosíntesis es el fenómeno que explica la presencia de oxígeno gaseoso en el planeta, ya que la liberación de este gas por parte de muchos autótrofos durante millones de años, posibilitó su acumulación en la atmósfera terrestre. conociendo la relación entre el oxígeno y la combustión, ¿cómo puede comprobarse que las plantas liberan este gas durante este proceso?

[HIPÓTeSIS de tALLeR] durante el proceso de fotosíntesis, las plantas liberan oxígeno. [PredICCIÓN] si se coloca una vela encendida en un recipiente hermético —al que no puede entrar aire del exterior—, la llama se extinguirá en unos pocos segundos, luego de que el oxígeno contenido en el recipiente se agote. si dentro del recipiente se coloca una planta, el oxígeno liberado por esta mantendrá encendida la llama durante un lapso mayor. [MATerIALeS A utiLiZAR] 1 planta, pequeña pero que tenga muchas hojas 2 velas medianas 2 recipientes de vidrio transparente con tapa (pueden ser peceras pequeñas o frascos grandes) cronómetro Fósforos o encendedor. [PrOCedIMIeNTO PoR PAsos]

1. coloquen las velas sobre el fondo de cada uno de los recipientes (pueden fijarlas con un poco de cera derretida).

2. coloquen la planta en uno de los recipientes junto a la vela, en el otro dejen la vela sola. 3. con cuidado, enciendan las velas dentro de cada recipiente. Luego, tápenlos y utilicen el cronómetro para medir el tiempo que tarda en apagarse cada una de las velas.

Armado del experimento.

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4. observen lo que sucede en cada caso y registren sus observaciones en una tabla como la siguiente. Duración de la llama (en segundos) Vela sola Vela + planta

[reSULTAdOS] ¿en qué caso la vela duró más tiempo encendida? ¿cómo lo explicarían? ¿se confirmó la hipótesis del experimento? ¿Y la predicción? un grupo de alumnos de otro curso realizó el experimento. sus resultados se muestran en la tabla. Duración de la llama (en segundos) Vela sola

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Vela + planta

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A modo de conclusiones, escribieron un texto, pero está incompleto. complétenlo con los compuestos que faltan.

izar la comLa vela necesita __________ para real o resultado de bustión y mantenerse encendida. com . la combustión, liberará ____________ ico, consume si la vela está en un recipiente hermét el oxígeno contenido en él y se apaga. el si la vela está encerrada con la planta, la combus_______________ liberado durante su vez, libera tión es capturado por la planta que, a a continúa en____________. de este modo, la llam cendida por más tiempo.

ActividAdes

1. ¿Por qué creen que la vela dentro del recipiente con la planta al cabo de un tiempo también se apaga, si la planta supuestamente está liberando oxígeno? 2. ¿Coinciden los datos de los alumnos con los suyos? En caso de que no, ¿a qué atribuyen estas diferencias?

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3. Imaginen que quisieran comprobar si las plantas acuáticas también liberan oxígeno durante la fotosíntesis. ¿Qué experimento harían para comprobar su hipótesis?

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Propuesta de actividades

ICONO

eSTUdIO de cAso

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Las corrientes ascendentes o upwellings son movimientos en el agua del mar generados por acción del viento. Cuando el viento sopla a lo largo de una línea costera y provoca que el agua en la superficie del océano se mueva de forma perpendicular lejos de la costa, el agua de las profundidades asciende y ocupa su lugar. Por lo general, el agua que asciende hacia la superficie es fría y rica en alimentos que provienen de la materia en descomposición en las profundidades del mar. Cuando el agua profunda llega hasta la superficie, estos nutrientes adicionales son absorbidos por el plancton que flota en el océano. El número de plancton crece donde hay corrientes ascendentes generando explosiones de vida en los ecosistemas marinos. Sin ellas, estos lugares permanecerían como verdaderos desiertos de agua.

1 . ¿Qué creen que ocurriría con los ecosistemas del fondo oceánico si hubiese corrientes de agua que transportasen nutrientes desde la superficie hacia las profundidades? 2. Existen evidencias de que la extinción de los dinosaurios (junto con la de muchísimas otras especies) sucedió a causa del impacto de un gigantesco meteorito en las costas de lo que hoy es México. Pero el impacto aniquiló de manera directa la vida en un radio de unos 100 km. Los seres vivos fuera de ese radio fueron afectados (hasta la muerte en muchos casos) por una nube de polvo causada por la explosión que cubrió por completo la totalidad de la Tierra. ¿Por qué una nube densa de polvo en la atmósfera puede conducir a la muerte de tantos seres vivos en la Tierra? 3 . Seleccionen la opción correcta para completar cada oración. a. en la fotosíntesis, las plantas liberan a la atmósfera...

los quimioautótrofos. los eucariotas fotoautótrofos. c. Los tejidos de conducción de las plantas vasculares transportan… savia bruta y elaborada. oxígeno y dióxido de carbono. únicamente oxígeno.

4. En la carpeta, escriban la definición de las siguientes palabras. autótrofo heterótrofo fotosíntesis

respiración celular

5 . Lean el siguiente texto. Luego, respondan a las consignas. Las selvas tropicales: ¿pulmones del planeta? A menudo se dice que las selvas son el “pulmón del planeta”, porque su vegetación libera grandes cantidades de oxígeno a la atmósfera. Sin embargo, pese a lo que mucha gente cree, las plantas también respiran. Para mantener sus funciones vitales, las plantas degradan glucosa en sustancias más sencillas. Este proceso, por el cual se obtiene energía a partir de glucosa se denomina respiración celular. En la respiración, las plantas consumen oxígeno y eliminan dióxido de carbono, igual que el resto de los seres vivos. De este modo, la plantas mantienen un balance entre la cantidad de oxígeno liberado por la fotosíntesis y la cantidad del mismo gas que consumen en la respiración. Cuando la temperatura ambiente es muy alta, como ocurre en las selvas tropicales, la cantidad de oxígeno consumido por la vegetación suele ser mayor a la que la misma libera durante la fotosíntesis. De este modo, el balance de gases emitidos por la vegetación de estas regiones suele inclinarse hacia la emisión de dióxido de carbono.

dióxido de carbono. oxígeno. agua. dióxido de carbono. b. Los cloroplastos se encuentran en las células de... las bacterias fotoautótrofas.

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a. Expliquen con sus palabras el título de la nota. b. ¿Cuál de las siguientes frases representa mejor el contenido del artículo? Las plantas liberan oxígeno y consumen dióxido de carbono durante la fotosíntesis y realizan el proceso inverso durante la respiración. En las selvas tropicales, las plantas consumen oxígeno durante la fotosíntesis. En la respiración celular las plantas producen menor cantidad de oxígeno que el que liberan durante la fotosíntesis.

6 . Indiquen si las siguientes afirmaciones son verdaderas (V) o falsas (F). Las algas son organismos autótrofos. Las plantas no requieren oxígeno para vivir Para que se produzca la fotosíntesis, las plantas solo necesitan agua y dióxido de carbono. Las plantas intercambian gases con la atmósfera a través de los estomas.

[red conceptual]

7. Vuelvan a leer “Experimentos en papel” de la página 179. Luego, de acuerdo con lo que estudiaron en el capítulo, respondan a las preguntas. a. ¿Qué demostró Van Helmont en su experimento con la planta de sauce? b. Según Van Helmont, el aumento de la masa del sauce se debía al agua de riego. ¿Consideran que esta explicación es completa? ¿Por qué? c. ¿Cómo explicarían la pequeña disminución en el peso de la tierra de la maceta, al final del experimento? 8. ¿Qué temas del capítulo les resultaron más atractivos? ¿Por qué? Hagan una lista con los conceptos relacionados con la nutrición de los autótrofos que creían entender de una determinada manera, pero que a partir de los contenidos del capítulo descubrieron que en realidad eran de otra manera. Escriban un texto breve explicando cómo entendían los temas de la lista antes de leer el capítulo y cómo los comprenden ahora.

De acuerdo con el tipo de alimentación los seres vivos se clasifican en:

ECOSISTEMAS Son la base alimentaria de los

—————— que obtienen su alimento de otros heterótrofos o de los:

AUTÓTROFOS que sintetizan su propio alimento y se agrupan en:

________________

QUIMIOAUTÓTROFOS

que usan

que usan

la energía de la luz solar Se clasifican en

PLANTAS

Y son

PROTISTAS

CLOROPLASTOS

la energía de reacciones químicas entre compuestos inorgánicos

BACTERIAS

CIANOBACTERIAS

________________

cuyo principal pigmento es

________________

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192 contenidos: diversidad de seres vivos heterótrofos • distintos tipos de alimentación heterótrofa • Los animales • Adaptaciones de los animales a la alimentación: morfológicas, fisiológicas y comportamentales • Los hongos • protistas heterótrofos • Bacterias heterótrofas.

11 Los seres vivos heterótrofos

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[eSTUdIO de cAsO] Lo que dicen los huesos Los paleontólogos son capaces de describir un mundo extinto estudiando lo poquísimo que queda de ellos en el registro fósil. ¿Alguna vez se preguntaron cómo es que pueden reconstruir la postura, la formas de los músculos, el tipo de piel y los hábitos alimenticios y reproductivos de animales de los que solamente han visto los huesos —esparcidos y rotos— y algún que otro resto? La ciencia de la reconstrucción paleontológica fue inventada y llevada a cabo con exquisitez por el francés George Cuvier a fines del siglo xviii. Su truco principal consistía en conocer muy bien la anatomía de los animales vivientes. Como una especie de Sherlock Holmes de la biología, Cuvier podía tomar un cráneo y decir: “Vea aquí, estos afilados dientes caninos y la importancia menor de los molares. Se trata indudablemente de un carnívoro. Además, las órbitas oculares están al frente de la cara”. ¿Eso que tendrá que ver?, se pregunta uno. “Es elemental —contestaría Cuvier—, los ojos al frente ofrecen una visión binocular que permite a un predador evaluar la distancia a la presa. Además, este cráneo en particular tiene órbitas oculares muy grandes por lo que deduzco que el animal en cuestión tenía una excelente visión y posiblemente hábitos nocturnos”.

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Maravilloso, ¿no? Luego, Cuvier tomaba otro cráneo, el de un herbívoro en ese caso, y explicaba cómo los molares eran indicio del tipo de alimentación del animal. Si los ojos estaban al costado de la cabeza, Cuvier explicaba que eso sacrificaba la visión binocular pero le otorgaba al animal un gran ángulo de observación para vigilar la aproximación de un predador. Cuvier fue el primer gran reconstructor del aspecto de los animales extintos: “Esta calavera de carnívoro corresponde a estas extremidades con uñas largas y filosas, mientras que las del herbívoro no pueden sino corresponder a estas patas con pezuñas. Es simple, realmente: la anatomía de un animal está determinada por su forma de vida".

Existen dos especies de aves que están emparentadas. Una se alimenta de semillas y la otra de pequeñas larvas e insectos que viven adentro de los troncos de los árboles. Dibujen el pico de cada una según a cómo lo imaginen. Expliquen por qué lo hicieron de esa manera.

*

Cuvier argumentaba que grandes órbitas oculares seguramente indican hábitos nocturnos. ¿Por qué? ¿Se les ocurre alguna otra razón por la que un animal pueda tener grandes órbitas oculares?

*

¿Los seres humanos somos carnívoros o herbívoros?

*

›› describir y explicar fenómenos químicos utilizando teorías y observaciones personales.

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La diversidad de los seres vivos heterótrofos Los seres vivos que deben obtener su alimento de otros organismos son heterótrofos. Esto implica alimentarse de partes de otros seres vivos, como un predador que come carne de otros animales, o de las sustancias que otros seres vivos producen, como el néctar de las flores del que se alimentan insectos, aves y pequeños mamíferos. Existe una enorme diversidad de heterótrofos que incluye animales, hongos y muchas especies de protistas y bacterias.

Diversidad de bacterias heterótrofas De acuerdo con la forma de incorporar su alimento, las bacterias heterótrofas se clasifican en tres grandes grupos: saprófitas, parásitas y simbiontes. Las bacterias saprófitas obtienen la energía química a partir de la descomposición de restos de organismos en estado de descomposición. Las bacterias parásitas se alimentan de las sustancias que producen las células de otros seres vivos. Se llama parásito a cualquier ser vivo que se alimenta a costa de otro y le causa un daño pero no la muerte. Estas bacterias producen toxinas que pueden provocar la muerte de la célula parasitada y, por lo tanto, causar enfermedades en otros organismos.

Las bacterias simbiontes son las que viven asociadas a otros organismos de forma tal que tanto las bacterias como sus hospedadores se benefician. Es el caso de las bacterias que viven en el intestino de animales herbívoros y facilitan la degradación de la celulosa o las que viven en el intestino humano, que producen vitaminas que necesitamos, al tiempo que toman nutrientes producto de la digestión.

Diversidad de protistas heterótrofos Dentro de los protistas heterótrofos se encuentran tanto organismos unicelulares como pluricelulares. La mayoría son acuáticos de vida libre, pero algunos son parásitos. Tienen diferentes estructuras que les permiten trasladarse: cilias, flagelos o pseudópodos, que son tres tipos de prolongaciones de la membrana celular. Los organismos de este tipo más estudiados son los dinoflagelados heterótrofos, los euglenoides, los sarcodinos, los paramecios y los esporozoos. Entre los multicelulares, se encuentran los mohos filamentosos acuáticos no fotosintéticos. paramecio

tripanosoma

La bacteria Escherichia coli es un simbionte que vive en el intestino humano.

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glóbulos rojos

Los paramecios predan a otros protistas, algas unicelulares o bacterias. El Trypanosoma cruzi es un protista parásito de la sangre que causa la enfermedad de Chagas.

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Diversidad de hongos Los hongos son organismos que absorben sustancias orgánicas elaboradas por otros organismos vivos o de sus restos en descomposición. Para digerir sus alimentos, liberan sustancias que degradan otros seres vivos. Luego, absorben los nutrientes. Algunos son perjudiciales para el ser humano porque causan enfermedades o atacan cultivos; otros son comestibles pero su recolección debe ser realizada por expertos ya que muchas especies pueden ser muy venenosas. Algunos hongos sirven para producir antibióticos. Esto fue descubierto en 1928 por Alexander Fleming (1881-1955). Fleming estaba estudiando cultivos de bacterias cuando notó que uno de ellos había sido contaminado con un moho azul. En un principio, quiso desechar el cultivo pero se dio cuenta de que no crecían bacterias en la zona donde estaba el moho. Realizó un experimento para estudiar este fenómeno.

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El moho que observó Fleming es un hongo, el Penicillium notatum. La sustancia que produce es una enzima que degrada los materiales que conforman las bacterias. Esta sustancia se conoce como penicilina y es usada desde entonces para tratar diversas enfermedades causadas por bacterias.

Diversidad de animales Estos organismos heterótrofos ingieren sustancias orgánicas complejas que digieren en el interior de su cuerpo, a diferencia de los hongos, que las absorben mediante una previa digestión externa. Viven en los hábitats más diversos: acuáticos o aeroterrestres y de transición. La mayoría se traslada para obtener su alimento pero algunos viven fijos, como las esponjas que se encuentran en el fondo del mar. Presentan diversas estrategias para captar el alimento y digerirlo que serán vistas más adelante en este capítulo.

EXPERIMENTO S EN PAP E L ¿Cómo afecta el moho azul el crecimiento de las bacterias?

HIPÓTESIS: el moho azul produce una sustancia que evita el crecimiento normal de las bacterias. PROCEDIMIENTO: Fleming sembró bacterias en diferentes placas de cultivo y las dividió en dos grupos. A unas las puso en o con el moho, a las otras no. En cada caso observó y registró si crecían bacterias vivas. RESULTADOS : observó que las colonias de bacterias desaparecían en presencia del moho azul.

Las esponjas de mar son animales sésiles, es decir que no se trasladan. Se alimentan de partículas y microorganismos que ingresan a sus cuerpos por el movimiento del agua.

CONCLUSIONES: Fleming concluyó que el moho azul fabrica una sustancia que mata las bacterias. Cultivo de bacterias con el moho presente.

ActividAdes Busquen información sobre los distintos heterótrofos mencionados. Indiquen al menos un ejemplo de cada uno e investiguen cómo se alimentan.

*

›› interpretar experimentos históricos.

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Los animales Como ya vimos, los animales son seres heterótrofos, por lo que necesitan alimentarse de materia orgánica de otros seres vivos —que pueden ser autótrofos o heterótrofos— e incorporarlas a su organismo. Los distintos grupos de animales llevan a cabo este proceso de incorporación de alimentos mediante una serie de órganos y sistemas con los que degradan los alimentos hasta convertirlos en las sustancias que necesitan. Muchos animales obtienen su alimento de plantas, otros lo obtienen de otros animales. Pero alimentarse puede ser un verdadero desafío. Por ejemplo, las plantas están constituidas por celulosa, un material que no es fácil de digerir. Por otra parte, los cuerpos de los animales que pueden ser comidos tienen pelos, plumas, escamas, valvas, exoesqueletos u otro tipo de cubierta, que también son difíciles de degradar. Además, los nutrientes presentes en los alimentos no están en una forma en la que puedan ser absorbidos directamente. El alimento debe ser digerido, es decir, degradado hasta ser convertido en sustancias tan pequeñas que puedan circular por el cuerpo del animal que las ingirió y entrar a sus células. La gran variedad de animales que existe presenta una variedad equivalente de formas de alimentarse. Cada una es una adaptación al hábitat en el que el animal vive y a su forma de vida. Sin embargo, dentro de esta variedad hay ciertas funciones que cumplen los sistemas digestivos de todos los animales. Ingestión: los alimentos ingresan al aparato digestivo por una entrada generalmente llamada boca. Digestión: los alimentos se degradan. Esto es llevado a cabo tanto de forma mecánica, por músculos o dientes que los rompen en pedazos pequeños, y de forma química, gracias a enzimas digestivas que los transforman en moléculas más simples. Absorción: las moléculas pequeñas son transportadas hasta el interior de todas las células del cuerpo del animal. Eliminación: aquellas sustancias que no fueron digeridas deben ser expulsadas del cuerpo del animal.

* * * *

Todos los animales presentan cuerpos diferentes y adaptaciones que les permiten comer.

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La alimentación de los animales y su forma

eSTUdIO de cAsO

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Vuelvan a leer la primera actividad de la página 193. Al observar la forma de los huesos y los mús¿Cambiarían los dibujos que hicieron de acuerdo culos de los vertebrados, se puede determinar si con la información de esta página? ¿Por qué? son carnívoros, herbívoros u omnívoros. Si observan la dentadura humana, ¿a qué tipo de Los mamíferos carnívoros tienen una apertualimentación creen que está adaptada? ra amplia de la boca con relación al tamaño de ›› Observar e interpretar fenómenos naturales. su cabeza. Los músculos de la cara se reducen, lo que facilita la apertura de la boca. Las mandíbulas son muy poderosas y pueden romper huesos y caparazones. Los dientes de estos animales son cónicos y con bordes muy filosos. Los mamíferos herbívoros tienen los músculos de la cara bien desarrollados con labios gruesos, una apertura relativamente pequeña de la boca y una lengua musculosa. Los dientes de los herbívoros son chatos, como las muelas de los humanos. Esto brinda superficies rugosas que les permiten moler su alimento. Los omnívoros tienen cráneos similares a los de los carnívoros pero su dentadura es más variada, tienen colmillos pero también tienen muelas adecuadas para comer plantas. En las aves también se observa una gran diversidad de picos en relación con la alimentación. Los tucanes, por ejemplo, tienen picos grandes y fuertes que pueden romper frutas y semillas grandes. Los pájaros carpinteros tienen picos más cortos pero que pueden romper la corteza de los árboles y atrapar insectos que viven dentro. Los colibríes tienen picos finos y flexibles que les permiten libar el néctar de las flores.

herbívoro

carnívoro Los cráneos de los carnívoros y de los herbívoros están adaptados a estos dos tipos de alimentación.

En los picos de las aves se observa una gran diversidad que se corresponde con la dieta y los hábitos de estos animales.

ActividAdes 1. ¿Cuáles son las funciones básicas de cualquier sistema digestivo? 2. En un cuadro, comparen las características de las mandíbulas de herbívoros, carnívoros y omnívoros.

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3. Investiguen y busquen imágenes de mandíbulas de dinosaurios. a. identifiquen cuáles pertenecen a carnívoros y cuáles a herbívoros. ¿cuáles son sus diferencias?

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Los animales y la digestión La mayor parte de los animales, desde los gusanos hasta los mamíferos tienen un sistema digestivo que es básicamente un tubo a lo largo del cuerpo. En su forma más simple, como es el caso de los gusanos parásitos, el tubo es similar en toda su longitud y absorbe los nutrientes directamente. En la lombriz de tierra —que ingiere tierra y fragmentos vegetales—, en cambio, ya existen diferencias: el tubo tienen una faringe muscular, un esófago y un buche que almacena los nutrientes antes de pasarlos a una molleja, donde se degradarán a sustancias más simples que serán absorbidos en el intestino y distribuidos a las células de todo el cuerpo. Al igual que las lombrices de tierra, los seres humanos y otros animales tienen tubos digestivos con varios compartimentos en los cuales los alimentos son transformados, primero físicamente y luego químicamente, hasta obtener nutrientes que pueden circular en la sangre y entrar a las células. Si los humanos comiéramos solo verduras de hoja, como lechuga, probablemente no sobreviviríamos luego de un tiempo. ¿Cómo es que las vacas, las ovejas y muchos herbívoros pueden alimentarse exclusivamente de pastos y hierbas y aumentar su tamaño? Las plantas están compuestas por celulosa, un material que nuestro sistema digestivo no puede digerir y que es expulsado en la materia fecal. La celulosa está formada por moléculas de glucosa, un nutriente muy importante para todos los seres vivos. Los herbívoros rumiantes, como las vacas, los camellos, las ovejas, los hipopótamos, etc., tienen sistemas digestivos con varios compartimentos. En la primera gran cavidad del tubo digestivo, llamada rumen, viven microorganismos simbiontes que sí son capaces de degradar celulosa. Luego de que esto ocurre, el alimento vuelve a la boca del animal, que lo mastica nuevamente y lo devuelve al rumen. La

celulosa se sigue degradando en el resto del tubo y la glucosa que la forma puede ser aprovechada. intestino

rumen boca

esófago retículo abomaso

omaso

En los rumiantes, el bolo es masticado y vuelto a tragar, para luego ser digerido en las cuatro cámaras estomacales.

El sistema digestivo de las aves está adaptado a las necesidades del vuelo. El tubo tiene un buche expandible que sirve como un órgano de almacenamiento que permite guardar alimentos para satisfacer las demandas de calorías durante el vuelo. Una molleja reemplaza los dientes, allí las aves guardan pequeñas piedras que las ayudan a destruir semillas duras o los exoesqueletos de los insectos. Como ocurre con todos los animales, los alimentos no digeridos son expulsados por la cloaca. cavidad bucal tráquea esófago buche recto

hígado molleja

intestino

La mayoría de las aves no tienen dientes y presentan un buche para almacenar alimento, una molleja y una lengua muy áspera.

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La alimentación y el comportamiento de los animales La forma y las funciones de los animales les permiten procesar el alimento luego de que este ingresa al cuerpo. Pero no es suficiente la anatomía o los procesos digestivos para obtener los nutrientes que necesitan. Los animales tienen que realizar acciones que los lleven a obtener el alimento. Para los herbívoros esto suele ser más sencillo: se establecen en áreas en las que están las plantas que consumen, una vez que las comen se trasladan en grupos a otra área. Para los carnívoros, en cambio, la situación es distinta: el alimento suele moverse y a veces muy rápido. Existen varias estrategias de comportamiento que les permiten obtener el alimento. Veamos algunos ejemplos. Las ballenas jorobadas nadan en grupo desde el fondo hasta la superficie. Entre ellas forman un círculo y van liberando burbujas de aire que guardan en sus pulmones. Las burbujas forman una especie de red que atrapa los cardúmenes de pequeños peces. Una vez que llegan a la superficie, las ballenas engullen los peces atrapados. Este comportamiento les garantiza el alimento a toda la manada.

Cuando una abeja obrera encuentra una fuente de alimento, realiza una compleja “danza” que le indica al resto de las abejas de su colmena dónde pueden encontrar flores. Este comportamiento es una adaptación de estos animales que les permite acceder al alimento con mayor eficiencia y rapidez. Es suficiente con que algunas abejas salgan a buscar comida y que las otras se queden en la colmena cuidando las larvas.

Los arowanas son peces del río Amazonas. Se alimentan tanto de pequeños peces como de insectos que vuelan o se posan fuera de la superficie del agua. Estos animales tienen una visión que les permite percibir la posición de una presa que está fuera del agua. Cuando un arowana ve un insecto sobre una ramita de la costa, contonea su largo cuerpo y se impulsa desde el agua, llegando a saltar más de un metro para atrapar a su presa.

Actividades 1. Investiguen cómo es el sistema digestivo de los siguientes animales: anémona de mar, estrella de mar, trucha, boa y jote. Expliquen las características de cada uno de ellos. 2. ¿Cuál es la ventaja que les da el buche a las aves?

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3. Busquen en Internet ejemplos de animales que desarrollen comportamientos especiales para obtener su alimento y preparen un informe breve. 4. ¿Qué ventaja tiene para las abejas poder comunicar dónde están las fuentes de alimento?

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Los hongos Estos organismos fueron considerados plantas durante mucho tiempo. Pero a diferencia de estas, los hongos no son autótrofos, sino heterótrofos. Esta y otras diferencias hicieron que los biólogos los consideren un grupo aparte de las plantas y de los animales. Casi todos los hongos tienen cuerpos con formas de filamentos, llamados hifas, que crecen dentro del suelo, en el agua, en desechos de seres vivos o en los En este tronco, la mayor parte del cuerpos vivos o muertos de plantas y animales. Los cuerpo del hongo está en forma de hifas dentro de él. Lo que vemos son solo los hongos no son móviles, pero sus filamentos pueden cuerpos fructíferos. crecer con rapidez y en cualquier dirección dentro de un ambiente adecuado. El conjunto de hifas forma una estructura que se llama micelio. Esto es lo que vemos cuando observamos la pelusa gris o verdosa que se forma en los alimentos en descomposición. En algunas especies, el micelio forma lo que se conoce como cuerpos fructíferos, que es lo que sale del suelo o de los árboles y que reconocemos fácilmente, ya sea por su forma de “sombrero” o de “estante”. Estas estructuras vivibles son apenas una pequeña parte del hongo, que puede ocupar un área de varios metros cuadrados. Algunos hongos son saprofitos, digieren los cuerpos de organismos muertos; otros son parásitos, se alimentan de organismos vivos y causan enfermedades, y algunos son simbiontes. Las células que conforman los hongos tienen paredes celulares muy gruesas, similares a las de las bacterias y las plantas pero de un material completamente distinto: la quitina. Esta pared impide que los alimentos entren al micelio. Los hongos liberan sustancias que transforman los alimentos en moléculas más pequeñas para así poder absorberlos. Se dice que la digestión es externa.

La pelusa gris verdosa que aparece en el pan es el hongo Penicillium sp., el que produce la penicilina.

Actividades 1. Indiquen cuáles de estas afirmaciones son incorrectas y expliquen por qué. a. Los hongos se parecen a los animales que son heterótrofos y tienen sistemas digestivos en forma de tubos.

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b. Los hongos son plantas, ya que permanecen fijos y realizan fotosíntesis. c. La pelusa que vemos sobre el pan en mal estado y los hongos que vemos en los árboles son solo una parte del cuerpo del organismo.

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Hongos que producen alimentos y otras cosas…

Las propiedades de los hongos son conocidas, aunque no del todo comprendidas, desde mucho antes de que Fleming descubriera la penicilina. La humanidad los ha usado como medicinas contra enfermedades antes de entender el por qué de su efectividad. Muchas culturas han consumido hongos durante rituales religiosos debido a los efectos que algunas sustancias de estos organismos tienen sobre el sistema nervioso humano. Algunos médicos utilizaban hongos para producir contracciones en el útero y ayudar a las mujeres a parir. Hoy muchos antibióticos se fabrican a partir de microorganismos que no son hongos, sin embargo, algunos siguen siendo de gran interés para la farmacología. en la industria alimentaria, se utilizan las sustancias digestivas que producen los hongos en diversos procesos. Algunos hongos se utilizan para la fabricación de bebidas alcohólicas como el whisky o la cerveza; y en el proceso de elaboración del pan se añaden hongos (levaduras) a la masa para que esta aumente su volumen. el sabor característico de los quesos roquefort o camembert se debe a la presencia de hongos que crecen durante el estacionamiento de estos alimentos en lugares húmedos. se denomina comúnmente setas al grupo de hongos con cuerpos fructíferos que se pueden observar a simple vista. dentro de este tipo de hongos, muchos son comestibles, como el champiñón, los portobello o las gírgolas. es muy peligroso recolectar hongos en la calle o en el campo sin saber exactamente a qué especie pertenecen. Muchos hongos son similares a los comestibles pero son extremadamente venenosos. pero los hongos frescos cultivados que se comercializan se pueden comer con toda tranquilidad. Las trufas son un tipo de hongo con cuerpo fructífero subterráneo que crece cerca de los pinos. son muy difíciles de con-

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Ciencia en acción

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Las setas comestibles se cultivan y se comercializan. Se las usa para preparar diversas comidas.

seguir, por lo que son muy caros y apreciados por los chefs de todo el mundo. Las sustancias que producen los hongos se utilizan también en otras industrias. se usan para hacer pinturas, colorantes y hasta pegamentos. todas estas aplicaciones son posibles gracias al conocimiento que se tiene actualmente de estos organismos.

algunas de las aplicaciones en las *queMencionen se utilizan los hongos. ¿Cómo se relaciona el avance de la ciencia con *la utilización de los hongos? ¿Por qué se recomienda consumir hongos *cultivados? ¿Qué función tienen para los hongos las *sustancias que liberan y que son aprovechadas por los humanos?

›› Relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente.

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Los protozoos, un grupo de protistas heterótrofos La palabra protozoo proviene de las palabras griegas protos, que significa primero, y zoo, que quiere decir animal. Fueron considerados como los primeros animales u organismos que daban origen a otros animales. Esta definición se debe a que, por mucho tiempo, se consideró que todos los seres vivos capaces de trasladarse eran animales. La mayoría de los protozoos tienen estructuras que les permiten moverse y son heterótrofos, pero no son animales, sino que pertenecen al gran grupo de los protistas. Por sus características, pueden diferenciarse cuatro grupos: los zooflagelados y sarcodinos, los esporozoarios y los ciliados. Los zooflagelados tienen un flagelo simple y móvil que les permite impulsarse, captar información del ambiente y atrapar el alimento. Muchos viven libres en el suelo y en el agua, pero otros son simbióticos y algunos parásitos. Los sarcodinos presentan membranas celulares flexibles que pueden extender formando pseudópodos o “falsos pies”, que utilizan para moverse y alimentarse en los lagos y lagunas donde viven. Algunos tienen vida libre, pero otros son parásitos como la ameba, que causa una enfermedad llamada disentería. Los esporozoarios son todos parásitos. Reciben este nombre porque tienen la capacidad de fabricar esporas, estructuras reproductivas resistentes en condiciones adversas que pasan de un organismo adulto a otro. Estos protozoos no tienen estructuras especiales para su locomoción y pueden transmitirse por medio de un vector, que es un organismo que actúa como intermediario entre el hospedador y el parásito. Los ciliados, como su nombre lo indica, están cubiertos por cilias, pequeñas estructuras similares a pelos. Son predadores que responden a estímulos del medio externo. Capturan sus presas con una especie de “dardos” microscópicos llamados tricocistos, que se encuentran en la membrana externa de la célula. Estos organismos forman una cavidad que parece una boca por donde ingresan las presas. El alimento pasa a una especie de saco y permanece allí hasta ser degradado.

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zooflagelado

sarcodino

esporozoario

ciliado

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Bacterias heterótrofas Este grupo de bacterias no tiene clorofila ni otro pigmento fotosintético y tampoco tiene la capacidad de aprovechar la energía de reacciones químicas, como ocurre con las bacterias quimiosintéticas. Obtienen la energía necesaria para vivir de los alimentos que toman del medio. La mayor parte de las bacterias heterótrofas se alimenta de materia orgánica de organismos muertos o de sus desechos, como excremento u hojas secas. Así, las bacterias contribuyen al reciclado de la materia en los ecosistemas. Otras bacterias viven en el sistema digestivo de animales. Es el caso de las bacterias que degradan la celulosa en los estómagos de los rumiantes y de las que producen vitaminas en el intestino de los humanos y de otros mamíferos. Existen bacterias que se alimentan de la grasa que producen las glándulas de nuestra piel y de los materiales de las células muertas de nuestro cuerpo. Estas bacterias son las que producen el olor poco agradable debajo de las axilas. Otras son las causantes de las caries en la boca. Estas bacterias viven allí y se alimentan de los azúcares de los alimentos que ingerimos. Otro grupo de bacterias son aquellas que se aprovechan de la materia orgánica de otro ser vivo causándole un perjuicio; es el caso de todas las bacterias que causan enfermedades. Bacterias saprófitas Obtienen la energía de los nutrientes que consiguen a partir de la descomposición de restos de otros organismos que han muerto o de sus desechos. Integran el grupo de los descomponedores en los ecosistemas y son importantes para el reciclado de la materia en cadenas alimenticias. Bacterias parásitas Estas bacterias se alimentan de los materiales de organismos vivos, para ello invaden su cuerpo y pueden causarles daño. Como resultado de esto pueden causar enfermedades. En algunos casos, la enfermedad se manifiesta simplemente por la cantidad de bacterias en el cuerpo; pero en otros casos, las bacterias producen toxinas que pueden matar las células de los tejidos que parasitan. Bacterias simbiontes Son las que viven en el sistema digestivo de animales y en las raíces de plantas, por ejemplo. En este último caso, la bacteria puede aprovechar los compuestos con nitrógeno que hay en el suelo y que la planta no puede usar tal como están. Las bacterias simbiontes los transforman en compuestos disponibles para la planta al tiempo que se alimentan de la glucosa y los nutrientes que la planta produce gracias a la fotosíntesis.

Actividades 1. Investiguen acerca del tipo de células que constituyen los protozoos. ¿Por qué consideran que estos animales pueden incorporar los alimentos y digerirlos dentro de ellos? ¿Qué los diferencia de los hongos? 2. Investiguen ejemplos de diferentes bacterias heterótrofas, busquen su actividad y armen un afiche para la clase.

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3. ¿Cuáles son las bacterias que causan enfermedades? ¿Qué acciones tienen sobre los seres humanos? 4. ¿Qué tienen en común la acción de las bacterias fijadoras de nitrógeno en las raíces de las plantas y las que viven en el intestino de los rumiantes?

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Taller de Ciencias

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¿Qué prefiere comer un caracol acuático? Muchas especies de caracoles viven en el agua. Una de estas especies es Pomacea canaliculata, un caracol de agua que puede llegar a ser del tamaño de una manzana (pomum significa manzana en latín). La dieta de estos animales es bastante variada, viven cerca de las costas de lagos, lagunas, ríos y arroyos. Generalmente se los encuentra cerca de plantas acuáticas, que es uno de sus alimentos. Pomacea canaliculata.

en las ciudades son muy comunes en lagos artificiales de parques públicos. prefieren las aguas estancadas a los ríos y arroyos. ponen huevos de color rosado en las plantas de las orillas.

[HIPÓTeSIS de tALLeR] Fuera de su ambiente natural, un animal preferirá el alimento que encuentra en su propio hábitat. [PredICCIÓN] si se ofrece a un grupo de caracoles acuáticos una variedad de alimentos entre los que se encuentra su alimento natural, estos preferirán este último. [MATerIALeS A UtiLiZAR] 1 pecera de aproximadamente 40 cm de largo 10 ejemplares medianos de Pomacea canaliculata (que también se conocen como ampularias) Agua corriente sin cloro (para eliAgua del lugar en el que obtuvieron los caracoles minar el cloro deberán dejarla reposar 24 horas antes de usarla) plantas acuáticas del lugar en el que obtuvieron los caracoles Lechuga pan Hilo de algodón o tanza cinta adhesiva resistente al agua Guantes de látex. [PrOCedIMIeNTO pOR pAsOs]

1. deberán salir a buscar los ejemplares de caracoles, las plantas y el agua. investiguen qué lugares con aguas quietas hay cerca de sus casas o de sus colegios.vayan acompañados de sus padres o del docente. Lleven botas impermeables, baldes y bolsas plásticas. colóquense los guantes de látex siempre que metan las manos en el agua y manipulen los caracoles.

2. Llenen el balde con un poco de agua del lugar al que vayan. A medida que encuentren los caracoles, colóquenlos con cuidado en el balde. Junten plantas acuáticas (preferentemente elodeas) y guárdenlas en las bolsas.

3. para el armado de la pecera, llénenla con el agua desclorada y agreguen el agua que recolectaron. coloquen los 10 caracoles en la pecera.

4. para evaluar las preferencias alimentarias, aten en los extremos de la pecera pares

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de alimentos. el primer día, coloquen elodea en un extremo y lechuga en el otro. Al día siguiente, coloquen elodea y pan, y el tercer día, elodea y lechuga.

pan

elodea

caracoles

5. en cada caso deberán esperar a que los caracoles se trasladen a una u otra fuente de alimento. deberán repetir el experimento 3 veces, por lo que observarán los caracoles durante 9 días en total.

6. cada día registren el número de caracoles que fueron hacia un extremo y hacia el otro. 7. Al finalizar, sumen los caracoles que observaron sobre cada alimento en todas las pruebas.

[reSULTAdOS] de acuerdo con la predicción del taller, el número total de ampularias que visiten la elodea debería ser mayor al número de ampularias que visiten el pan y la lechuga. ¿sus resultados coinciden con la predicción? en caso de que no, elaboren una explicación acerca de las preferencias y la disponibilidad de alimento en el ambiente natural de este animal. Un grupo de alumnos que realizó la experiencia obtuvo los siguientes resultados. Alimento Número total de caracoles observados en el alimento

Elodea 15

Pan 20

Lechuga 10

Luego buscaron información sobre la composición del pan. el pan tiene mucho almidón, un sustancia compuesta por glucosa, al igual que la celulosa de las plantas, pero que es mucho más fácil de digerir. ¿Qué conclusión creen que habrán sacado estos alumnos? ActividAdes

1. Investiguen acerca de la anatomía del sistema digestivo de la especie Pomacea canaliculata. 2. ¿Qué es la rádula? Relacionen la estructura de la rádula con la dieta natural de estos caracoles.

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3. ¿Qué predadores naturales tiene esta especie? ¿Qué adaptaciones tienen estos predadores para poder comer estos animales?

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Propuesta de actividades

ICONO

eSTUdIO de cAsO

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Cuvier era un gran estudioso de la anatomía de los vertebrados. Él podía determinar qué tipo de alimentos consumía un animal extinto solo con observar su cráneo. La forma de los huesos del cráneo puede dar pistas sobre la musculatura del animal y, por tanto, sobre parte de su digestión. La posición de las órbitas oculares pueden indicar si el animal en cuestión fue un predador o un herbívoro. ¿Pero, qué otras fuentes de información tienen los paleontólogos para determinar cuáles eran los hábitos alimentarios de un animal extinto? Además de observar los restos óseos, los científicos observan animales vivos en la actualidad. Luego elaboran reconstrucciones con la ayuda de dibujantes, en las que muestran cómo eran los hábitos de animales extintos hace millones de años.

1. ¿Qué factor de la alimentación de los animales, que no brinda el estudio de los huesos, observan los paleontólogos al analizar especies actuales? 2 . Ingresen a la siguiente página del sitio Dual: http://goo.gl/EJbQf. Allí encontrarán información acerca de los pinzones que observó Darwin en las islas Galápagos. ¿Cómo relacionarían las diferentes formas de pico con las diferentes dietas de los pinzones? 3 . Unan los conceptos de la izquierda con los de la derecha según corresponda. Muelas grandes

lo que ocurría durante su fabricación fue un misterio hasta que un científico, Louis Pasteur (1822-1885) encontró que el secreto estaba en la actividad de unos hongos llamados levaduras. La palabra, igual que su equivalente fermento, viene del latín “fervere” que significa hervir (de allí también viene el adjetivo ferviente). La fermentación tiene sus bemoles: si se deja levar de más, es posible que el pan se estropee y resulte un poco peligroso. Esa puede ser la razón por la cual en algunas religiones se prohíbe el pan con levadura. Claro, ¿cómo no preocuparse al saber que estamos comiendo hongos en una masa medio fermentada? Cuando Pasteur determinó que las levaduras eran cosas vivientes apareció la oportunidad para cultivarlas y mejorarlas. Tan vivo está este hongo que se reproduce como cualquier otro bicho que camina (o como en este caso en particular “honguea”). Tomado de: Diego Golombek y Pablo Schwarzbaum. El cocinero científico. Cuando la ciencia se mete en la cocina. Colección Ciencia que Ladra. Buenos Aires, Siglo XXI Editores, Año 2007.  

a. ¿cómo se logra el leudado del pan a partir de la actividad de las levaduras? ¿por qué es necesario que estén vivas para que esto ocurra? investiguen en internet acerca de la fermentación de estos organismos. b. ¿es correcto clasificar las levaduras como organismos heterótrofos? ¿por qué? c. ¿en qué industrias es importante su aplicación? d. ¿cuál suponen será la causa de la peligrosidad de las levaduras que lleva a algunas culturas a comer pan sin levadura (matzá)?

5 . Observen las siguientes imágenes de cráneos de animales e identifiquen cuál puede ser el tipo de alimentación en cada caso. Argumenten su elección.

Labios gruesos Lengua musculosa Boca amplia

Herbívoros Carnívoros

incisivos cortos y puntiagudos incisivos como cortantes

4 . Lean el siguiente texto y respondan a las preguntas que están a continuación. ¡Está vivo! En cierta forma, el pan de todos los días está o estuvo durante su elaboración muy pero muy vivo. Si bien hemos estado comiendo pan durante miles de años,

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Clostridium sp.? b. ¿Qué otro tipo de bacterias existen de acuerdo con su alimentación y forma de vida?

6 . Indiquen si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. En el caso de las que consideraron falsas, expliquen por qué lo hicieron. a. Todos los animales son capaces de digerir la celulosa. b. Los rumiantes son un grupo de herbívoros con un sistema digestivo complejo, que consta de cuatro estómagos. c. El buche de las aves les permite degradar lentamente los alimentos y reservarlos. d. Los simbiontes causan daño a otros seres vivos para alimentarse.

8. Completen el siguiente cuadro. Animales

Pared celular

no

Sistema digestivo Movilidad

7. La enfermedad del tétanos se desencadena cuando la bacteria Clostridium tetani entra por una herida en la piel y produce una neurotoxina (una sustancia que actúa como veneno para el sistema nervioso), que provoca espasmos en los músculos. Al ser transportada por la sangre, esta toxina termina interfiriendo en todos los nervios del cuerpo. Si el paciente no recibe tratamiento adecuado, puede morir. a. ¿A qué tipo de bacterias heterótrofas pertenece

[red conceptual]

Tipo de organismo heterótrofo

que se agrupan en:

parásitas

sarcodinos __________ ciliados

algunas externa

De acuerdo con el tipo de alimentación los seres vivos de clasifican en:

__________________ que tienen adaptaciones de forma

__________ cuyas etapas fundamentales son ingestión __________ absorción

________________

que obtienen su alimento a partir de otros heterótrofos y de los:

relacionadas con

__________

no

9 . Haciendo un recorrido por los temas del capítulo. ¿Cuáles consideran que les aportaron conocimientos nuevos y cuáles solo ampliaron conceptos que ya sabían? Elaboren dos listas y relacionen los conceptos nuevos con los viejos en un texto.

cuyos representantes heterótrofos son: zooflagelados

Bacterias

no

Tipo de digestión

PROTISTAS

saprófitas

Protistas

la mayoría

HETERÓTROFOS

BACTERIAS

Hongos

de funciones

HONGOS que tienen gran importancia económica por sus usos como

de __________

alimentos —————— pinturas y tinturas —————— ——————

eliminación

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208 contenidos: estructura de los ecosistemas • ecosistemas acuáticos, de transición y aeroterrestres • intercambio de materia y energía en los ecosistemas • cadenas y redes tróficas • Pirámides energéticas • ciclos biogeoquímicos • La contaminación de los ecosistemas.

12 Los ecosistemas

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[eSTUdIO de cAso] ¿Menos carne para combatir el hambre mundial? Muchos especialistas sostienen que comer menos carne es bueno para nuestra salud (porque las grasas de las carnes rojas aumentan el riesgo de sufrir enfermedades cardiovasculares). Sin embargo, no es tan común escuchar que una dieta reducida en carnes puede ayudar a paliar el hambre del mundo. La clave de esto está en las leyes que rigen el flujo de energía en los ecosistemas. Toda la energía que consumimos al comer viene, en última instancia, del sol. Las plantas la "capturan"; parte la usan para vivir y otra parte la acumulan en forma de fibras y azúcares. Los herbívoros comen las plantas y asimilan solo una parte de la energía disponible; de nuevo, usan una parte para sus propias funciones vitales y solo una fracción queda disponible para los carnívoros. En cada eslabón de la cadena trófica se “pierde” algo de energía. Si tenemos a nuestra disposición una parcela de tierra, podremos obtener una cierta cantidad de materia vegetal a partir del cultivo de plantas. Enfrentamos dos opciones para cubrir nuestras necesidades: comer las plantas que cultivamos (opción herbívora) o usarlas para alimentar algún animal doméstico, como pollos,

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cerdos o vacas, y luego alimentarnos a partir de ellos (opción carnívora). Como en cada paso se pierde energía, si esa cantidad de tierra produce unos 100 kg de verdura, aproximadamente, la misma tierra solo puede producir alrededor de 10 kg de carne. O visto al revés, si en vez de cultivar plantas para alimentar animales, las cultivamos para alimentar humanos, podríamos alimentar varias veces más personas. Se calcula que con una disminución del 10% en el consumo de carnes de todo el planeta, podría alimentarse toda la población mundial con hambre. Esto suponiendo que el hambre se reduce a un problema de la producción de alimentos, y no a uno de distribución de los recursos. Si todas las personas del mundo decidiesen comer un bife cada día y medio, como ocurre en algunos lugares de la Argentina… ¡no alcanzarían los recursos sobre la Tierra para mantener a la población mundial!

Los paleontólogos en busca de dinosaurios saben muy bien que es mucho más sencillo encontrar los restos de un saurópodo herbívoro como el braquiosaurio que un dinosaurio como el Tyrannosaurus rex. ¿Por qué son más comunes unos que otros?

*

¿Existen seres que no sean carnívoros ni herbívoros? ¿Cómo se alimentan los hongos?

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›› Relación entre la ciencia y la sociedad.

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¿Qué son los ecosistemas? La ecología es una ciencia que estudia las relaciones de los seres vivos entre sí y con el ambiente en el que viven. Para ello, considera que los seres vivos y el ambiente constituyen sistemas. Cada uno de los componentes de un sistema tiene una función determinada, pero no actúa aisladamente, sino que se integra con los otros. Esta relación permite el funcionamiento del sistema en su conjunto. Cualquier alteración en uno de los componentes repercute sobre el funcionamiento de todo el sistema vivo. Debido a la gran diversidad de organismos, la variedad de ambientes que habitan y las múltiples relaciones que se producen entre los seres vivos, los ecólogos trazan límites imaginarios para poder estudiar solo una porción de la naturaleza. Esa porción de la naturaleza que los ecólogos establecen como su objeto de estudio se denomina ecosistema. Tanto una laguna como una selva, tanto un mar como un desierto, son ecosistemas. Pero también lo son el tronco de un árbol o un

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el origen de la ecología En 1869, el naturalista alemán Ernst Haeckel (1834-1919) fue el primero en utilizar la palabra “ecología” para designar la interrelación entre los seres vivos y el medio abiótico en el que habitan. Además, se considera que fue el primero en estudiar los ecosistemas. ›› el análisis de modelos científicos. La ciencia como construcción histórica y cultural.

charco, en los que es posible observar una variedad de organismos que se relacionan entre sí y con su entorno. Al igual que los seres vivos, los ecosistemas son sistemas abiertos, es decir, sistemas que intercambian materia y energía con el entorno y con otros ecosistemas. Las migraciones de algunos seres vivos de un ecosistema a otros, por ejemplo, son formas a través de las cuales se realiza este intercambio.

Un ecosistema es un sistema abierto que depende del funcionamiento integrado de todos sus componentes.

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Los ecosistemas y sus componentes Todo ser vivo puede considerarse luz solar un sistema abierto y, al mismo tiemlluvias po, es parte integrante de sistemas más complejos, dentro de los cuales se relaciona con otros organismos, sean de su misma especie o de otra. plantas Cada conjunto de seres vivos de la misma especie forma una población restos de seres vivos del ecosistema, y el conjunto de esas poblaciones, la comunidad de un ecosistema. microorganismos Además de relacionarse con otros organismos de la población o de la animales comunidad de la que forman parte, los seres vivos también se relacionan con los componentes no vivos del ambiente y, al mismo tiempo, los nutrientes modifican. Los componentes bióticos y abióticos de un ecosistema interactúan Los componentes vivos y no vivos de forma constante. del ambiente interactúan constantemente y responden de diferentes formas a las variaciones en las condiciones del ecosistema. Por ejemplo, los armadillos y las mulitas cavan cuevas donde se refugian, así modifican el suelo del ecosistema que habitan. Esto, a su vez, altera las condiciones del entorno para otros seres vivos: según la profundidad de los túneles, en ese terreno podrán desarrollarse plantas con raíces de diferente largo, como hierbas, arbustos o árboles. Los seres vivos constituyen los componentes bióticos de los ecosistemas. El agua, el suelo y el aire, entre otros, son parte del ambiente físico que rodea a los seres vivos, y constituyen los componentes abióticos de los ecosistemas. Si bien los seres vivos alteran el ambiente, son los componentes abióticos los que determinan el tipo de vegetación que se puede desarrollar en una zona. La combinación del tipo de suelo, el relieve del terreno, el clima, la cantidad de luz solar y la disponibilidad de agua en un ambiente hacen que solo algunas plantas puedan vivir allí. Los animales de un ambiente dependen de su vegetación. Estas combinaciones entre factoActividades res abióticos y componentes bióticos originan 1. ¿Qué características tiene un ecosistema? ecosistemas muy diversos como la Puna, la 2. En el capítulo 9 se definió a los seres vivos Antártida, la selva misionera, el pastizal pamcomo sistemas. ¿Qué diferencias y similitudes peano, el bosque chaqueño, la costa patagóencuentran entre los sistemas-seres vivos y los nica y el mar Argentino, entre muchísimos ecosistemas? otros.

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Tipos de ecosistemas Uno de los factores abióticos más importantes en los ecosistemas es el agua, ya que resulta un componente indispensable para la vida. De acuerdo con la presencia de agua, se reconocen tres tipos de ecosistemas: acuáticos, aeroterrestres y de transición.

Ecosistemas acuáticos

Los ambientes acuáticos no presentan variaciones marcadas de temperatura ni de humedad, sino que se diferencian, principalmente, por la cantidad de luz que reciben, la concentración de sales que poseen y por el movimiento del agua. Según estas características, los ecosistemas acuáticos se clasifican en marinos y de agua dulce. Los ecosistemas marinos incluyen los mares y los océanos; allí, el agua es salada y la luz solar penetra unos 200 m. La zona iluminada del mar se conoce como zona fótica (foto significa “luz”). En esta parte viven los seres vivos que realizan la fotosíntesis, como ciertas algas y cianobacterias. A mayores profundidades, solo hay oscuzona fótica ridad. Esta parte se denomina zona afótica (a, “sin”), y es donde se depositan los restos de los seres vivos que mueren y, por lo tanto, donde la cantidad de nutrientes es zona afótica mayor. Los ecosistemas de agua dulce agrupan ríos, lagunas y lagos. Pese a lo que su nombre indica, el agua en estos ambientes Los ambientes marinos se caracterizan por tener una zona fótica no es verdaderamente dulce, sino que la y una zona afótica. concentración de sales que la misma contiene es menor que la que presentan los ambientes marinos. Los ambientes de agua dulce se pueden diferenciar según el movimiento de sus aguas. Los ambientes lénticos, poseen aguas calmas, como las lagunas y los panrío tanos. Mientras que otros, denominados lago lóticos, tienen un sistema de agua que coarroyo rre, como los ríos, los arroyos y los manantiales. Esta diferencia determina las ríos subterráneos mar especies de seres vivos que viven en ellos. Por ejemplo, en los ambientes lóticos, la cantidad de plantas arraigadas al fondo es escasa. Esto se debe a que la mayoría de Los ambientes llamados de agua dulce, tienen menos concentralas especies vegetales no logra resistir las ción de sales que los marinos. fuertes corrientes de agua.

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Ecosistemas aeroterrestres

Los ecosistemas aeroterrestres son muy diversos debido a que pueden tener grandes diferencias en la temperatura, la humedad, el relieve y el tipo de suelo. Según los componentes abióticos y la vegetación que predomina en ellos, se pueden distinguir distintos tipos de ecosistemas aeroterrestres. La selva presenta distintos estratos o niveles de vegetación. En el estrato más alto predominan las copas de árboles gigantes, el estrato medio se forma con la copa de árboles más bajos y palmeras y el estrato inferior está compuesto por arbustos, hierbas y helechos. El clima generalmente es húmedo y cálido. El bosque tiene dos estratos de vegetación: uno de árboles y otro de arbustos y hierbas. Existen diferentes tipos de bosque, desde tropicales hasta subantárticos, sobre terrenos llanos y bajos, y de montaña. La sabana presenta relieve llano, con grandes extensiones de pastos y grupos aislado de árboles. El clima es templado o tropical.

Los bosques son ecosistemas con una gran importancia ecológica debido a que regulan el ciclo del agua y conservan los suelos.

El desierto se caracteriza por su escasa disponibilidad de agua, que limita la diversidad de seres vivos que en él habitan. La pradera o pastizal es un ecosistema de clima templado húmedo o semiárido. El relieve es llano y presenta hierbas en toda su extensión.

Ecosistemas de transición

Los ecosistemas que se forman entre un ecosistema aeroterrestre y otro acuático se llaman de transición, y en ellos vive una gran variedad de aves. Algunos ejemplos de este tipo de ecosistemas son: Los humedales. Son zonas llanas que se inundan de manera periódica o permanente. Existen distintos tipos de humedales; por ejemplo, las marismas, que tienen una gran depresión en el terreno donde se mezcla el agua de un río y la del mar, mediante las mareas, y la vegetación dominante son hierbas. Las costas marinas y riberas de ríos. El paisaje de estos ambientes cambia constantemente debido a la erosión del viento y del agua, y al depósito de sedimentos que transporta el agua.

Los humedales son el hábitat de muchas especies endémicas, es decir que solo viven en ellos.

Actividades 1. Investiguen acerca de los organismos que viven en los ecosistemas mencionados en estas páginas y confeccionen un cuadro comparativo con las adaptaciones de cada uno de ellos a su ambiente. ¿Cómo se relacionan estas adaptaciones de las especies con los factores ambientales de los lugares donde viven?

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2. ¿Cómo influye la disponibilidad de agua en cada ecosistema? Fundamenten la respuesta. 3. Busquen fotos de distintos ambientes y señalen las especies que viven en ellos y los factores ambientales que se puedan reconocer.

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Las relaciones en los ecosistemas Los seres vivos se relacionan entre sí y con el ambiente físico en el que viven. Las relaciones que se producen dentro de una población, es decir, entre individuos de la misma especie, se conocen como relaciones intraespecíficas (intra significa “dentro de”). Las relaciones que se establecen entre individuos de diferentes especies, en cambio, se denominan relaciones interespecíficas (inter significa “entre”). cooperativismo reproducción La reproducción sexual se da entre de una misma especie. Los individuos de una especie también compiten por quién es dominante —es decir, por la jerarquía en el grupo—, o cooperan para obtener alimento o cuidar a las crías. Estos son ejemplos de recompetencia por competencia por jerarquía recursos laciones intraespecíficas. Otro tipo de competencia intraespecífica, se trata de la lucha entre individuos de la misma especie por el a un recurso determinado, como alimento, refugio, agua, luz o una pareja. Las relaciones interespecíficas también La reproducción, la cooperación y la competencia son relaciones son diversas. que se pueden dar entre individuos de una misma especie. En el comensalismo, por ejemplo, un individuo de una especie obtiene un beneficio de uno de otra especie sin causarle daño. La rémora es un pez que se adhiere a la piel de los tiburones y se alimenta de los restos de comida que quedan alrededor de la boca de este predador. La simbiosis es una relación en la que los individuos de ambas especies se benefician en extremo, al punto que depende uno de otro comensalismo simbiosis para sobrevivir. Los líquenes son una sociedad simbiótica entre un alga que produce alimento y un hongo, que produce el ambiente húmedo que necesita el alga. El mutualismo también es una relación de beneficio mutuo, aunque no es obligada. Algunas mutualismo competencia aves, por ejemplo, comen los parásitos que tieinterespecífica nen en la piel los hipopótamos. En la competencia interespecífica, los individuos de diferentes especies tienen las mismas necesidades por algún recurso del ambiente y compiten para satisfacerlas. El comensalismo, la simbiosis, el mutualismo y la competencia Las relaciones que se dan entre individuos de son relaciones que pueden darse entre distintas especies. distintas especies que procuran su alimento conforman un grupo diverso de relaciones interespecíficas. Cuando un organismo se alimenta de otro determina un tipo de relación cuyo estudio es muy importante para el conocimiento de los ecosistemas: las relaciones alimentarias.

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La alimentación en los ecosistemas Todos los seres vivos requieren materia y energía para poder realizar sus funciones vitales. Por eso, deben obtener materiales que puedan ser convertidos en nutrientes y energía. Los organismos autótrofos producen su propio alimento a partir de sustancias inorgánicas. Las plantas, por ejemplo, transforman —en presencia de luz solar— dióxido de carbono y agua en glucosa, un tipo de azúcar del que se alimentan.

Los seres vivos autótrofos, como las plantas y ciertas bacterias, producen su propio alimento a partir de factores abióticos.

Los seres vivos heterótrofos o consumidores, en cambio, consumen otros organismos y así obtienen alimento. Los animales, los hongos y algunos protozoos y bacterias son ejemplos de heterótrofos. En cada uno de los procesos que autótrofos y heterótrofos llevan a cabo para alimentarse, se producen transformaciones de materia y energía. Las plantas transforman la energía del sol en energía química contenida en la unión de los átomos que conforman la glucosa. Como resultado del proceso, liberan oxígeno al ambiente. Esta energía y los materiales contenidos en las plantas son los que utiliza, por ejemplo, un mono al alimentarse de sus

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La autopoiesis En 1971, los biólogos chilenos Humberto Maturana y Francisco Varela definieron los seres vivos como sistemas que se “autoproducen”. Es decir, cada ser vivo es un sistema de moléculas que realiza intercambios con el ambiente y responde a las perturbaciones que detecta. Así se “automantiene”. A esta propiedad de un sistema vivo la llamaron autopoiesis. Si un sistema pierde su capacidad de autopoiesis, deja de estar vivo. ›› el análisis de modelos científicos.

frutos. Estas transformaciones se producen gracias a que los organismos intercambian materia y energía entre sí y con el ambiente. Los organismos unicelulares respiran, se nutren y eliminan sus desechos a través de toda la superficie de la única célula que los forma. Los seres vivos pluricelulares, en cambio, tienen células especializadas en las distintas funciones y, según el nivel de organización que posean, los intercambios se realizan mediante tejidos, órganos o sistemas de órganos. Así, los seres vivos extraen materiales del ambiente, los transforman, aprovechan su energía y los retienen en su organismo durante un cierto tiempo, y luego los eliminan nuevamente al medio.

Los seres vivos autótrofos, como las plantas y ciertas bacterias, producen su propio alimento a partir de factores abióticos.

ActividAdes 1. ¿Qué tipo de relación es la que se da entre las abejas que cuidan las larvas de la colmena? Fundamenten sus respuestas.

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2. ¿En cuáles de sus funciones vitales los organismos intercambian materia y energía con el ambiente? Fundamenten sus respuestas.

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Los consumidores

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Para estudiar los intercambios de materia y energía que ocurren en los ecosistemas, los científicos clasifican a los consumidores según el tipo de organismos de los que se alimentan. Por ejemplo, las especies que consumen solo organismos productores son consumidores de primer orden o primarios. Los organismos herbívoros, como las vacas, los conejos, las hormigas y muchas orugas, son consumidores de primer orden porque consumen plantas. Diversos protozoos y larvas de esponjas, erizos y estrellas de mar, moluscos y crustáceos, que se alimentan de productores acuáticos como cianobacterias y algas también son consumidores primarios. Se considera predadores o depredadores los animales que se alimentan de otros animales. Así como a los consumidores primarios se los conoce como “herbívoros”, los predadores también son llamados “carnívoros”. Generalmente, los depredadores capturan o depredan a sus presas, de ahí viene su nombre. Sin embargo, también son depredadores aquellos seres vivos que se alimentan de otros que han muerto, a los que se conoce como carroñeros, y los organismos parásitos, que enferman a otros seres vivos porque se alimentan de ellos mientras están vivos. Un tercer tipo de consumidores está formado por los descomponedores, que son organismos heterótrofos que obtienen nutrientes y energía de la degradación de la materia orgánica que forma parte de los restos de cadáveres y de los desechos de organismos, la cual transforman en materiales inorgánicos. Este grupo está integrado por diversos tipos de bacterias y hongos. Los consumidores muestran adaptaciones relacionadas con su alimentación. Los predadores, por ejemplo, presentan garras poderosas y dentaduras especializadas en desgarrar y cortar carne. Los herbívoros se caracterizan por contar con dientes que facilitan el corte de hojas y tallos de plantas, y muelas grandes y de superficie lisa que facilitan el machacado de los tejidos vegetales.

Los organismos que parasitan a otros seres vivos y se alimentan de ellos también se consideran predadores.

Los animales carroñeros, como el cóndor, se alimentan de organismos muertos.

zooplancton

zorro

Dentro del plancton que flota en los ambientes acuáticos están los organismos productores, a los que se llama fitoplancton, y las especies que se alimentan del fitoplancton, el zooplancton.

Los predadores son seres vivos heterótrofos que se alimentan de otros organismos heterótrofos.

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cóndor

parásito

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Las poblaciones de predadores y presas Las poblaciones de predadores dependen de las poblaciones de presas. ¿Pero cuál es la dinámica entre ellas? Entre los años 1925 y 1926, los investigadores Alfred Lotka y Vito Volterra construyeron un modelo para comprender la interacción entre estos dos tipos de poblaciones.

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EXPERIMENTO S EN PAPEL ¿Las relaciones alimentarias influyen sobre el crecimiento de las poblaciones? HIPÓTESIS: las poblaciones de presas y predadores se regulan entre sí.

PREDICCIÓN: cuando hay abundancia de presas, la población de predadores aumenta hasta que la población de las primeras comienza a disminuir. Al resultar más difícil acceder al alimento, parte de la población de predadores muere y se reduce. PROCEDIMIENTO: los investigadores realizaron ecuaciones matemáticas que representaban cantidad de individuos de predadores y presas en función del tiempo.

Los datos obtenidos por Lotka y Volterra revelaron la existencia de una relación estrecha entre las dinámicas de las poblaciones de predadores y presas. Investigaciones posteriores demostraron que las conclusiones de los científicos eran válidas para muchas especies. A medida que la población de una presa crece, también aumentan los predadores, porque encuentran más alimento. Estos limitan a las presas, y hacen que disminuya su supervivencia y su reproducción. En ese momento la cantidad de alimento para los predadores se vuelve escasa. Cuando los consumidores se reducen, el número de presas vuelve a crecer. Así aumentan su población, es decir, el alimento del predador. Y el ciclo vuelve a repetirse. Esta situación se considera un equilibrio porque las poblaciones se compensan entre sí. Pero se trata de un equilibrio dinámico, ya que estas no permanecen estáticas, sino que varían una junto con la otra. Actualmente, el modelo de Lotka y Volterra se utiliza para estudiar numerosas poblaciones animales.

cantidad de individuos

RESULTADOS Y CONCLUSIONES: los gráficos que reflejaban los cálculos mostraban que la fluctuación en el número de predadores y de presas estaba desfasada en el tiempo. 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0

---- liebre --- zorro

5

10

15

20

25

generaciones

30

35 40

›› observar e interpretar fenómenos naturales.

Las relaciones alimentarias afectan la dinámica de las poblaciones de predadores y presas.

ActividAdes 1. ¿Qué significa “consumidor primario”? ¿Por qué se llama de esta manera a ciertos organismos? 2. ¿Todos los consumidores primarios son herbívoros? Den ejemplos.

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3. Consulten enciclopedias virtuales en Internet y busquen ejemplos de predadores y presas cuyas poblaciones muestren las variaciones observadas por Lotka y Volterra en zorros y liebres.

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La nutrición en los ecosistemas: las relaciones tróficas El estudio de las relaciones alimentarias o tróficas entre las poblaciones aporta información útil sobre el funcionamiento de los ecosistemas. Según la fuente de alimento que emplean las poblaciones de un ecosistema, se las puede organizar en distintos niveles tróficos. El primer nivel trófico está formado por los productores, que elaboran materia orgánica a partir de sustanLos descomponedores degradan los tejidos de los orcias inorgánicas que toman del aire ganismos muertos, los “desarman”, es decir, reducen su y del suelo, y energía que, en general, nivel de organización hasta moléculas. proviene del sol. El segundo nivel trófico lo integran los consumidores. Este nivel se divide en distintos subniveles. Los consumidores de primer orden, por ejemplo, se alimentan de los productores. Los consumidores de segundo orden se alimentan de los herbívoros, y aportan la materia que los consumidores de tercer y cuarto orden necesitan para vivir. Además de los productores y los consumidores, en los ecosistemas se encuentran los descomponedores, que integran el tercer nivel trófico. Estos seres vivos son microorganismos heterótrofos —en su mayoría bacterias y hongos— que se nutren a partir de excrementos y restos de organismos, así se reponen al ambiente los nutrientes que las plantas necesitan para sintetizar su materia orgánica.

Cadenas tróficas Si se analiza de qué se nutre cada ser vivo en una comunidad, se pueden formar cadenas de organismos que se alimentan unos de otros. Esta forma de organizar una serie de poblaciones que conviven en un mismo hábitat se llama cadena trófica. es comido por es comido por

es comido por mara

zorro puma

neneo

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Ejemplo de cadena trófica del ecosistema de la estepa patagónica.

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cienciA eN LA NeT Así, se forman secuencias compuestas por diferentes niveles o eslabones unidos. Estos diaEn el sitio YouTube podrán encontrar muchos gramas indican las relaciones tróficas entre las videos relacionados con las relaciones tróficas. distintas poblaciones, que se representan por Estos son algunos links: la figura de un individuo, y las flechas signifihttp://bit.ly/PJ0Af5 http://bit.ly/PJ0Iv9 can “sirve de alimento a”. Por eso, todas las caMírenlos en grupos y debatan cuáles son las denas tróficas comienzan por los productores y adaptaciones de las especies de los distintos están formadas también por consumidores y por niveles tróficos, y qué diferencias existen en descomponedores. los comportamientos de las poblaciones de Las cadenas tróficas en las que cada población un mismo nivel trófico. Luego, preparen un informe breve que enumere las conlusiones de se alimenta solo de una especie tienen varias desla charla. ventajas. Si desaparece un eslabón, por ejemplo, ›› uso de tic en el análisis de modelos científicos. también desaparecen todos los niveles superiores porque no tienen más alimento. Además, el nivel inferior aumenta de manera abrupta porque no existe su predador. Esto último, a su vez, altera los niveles más bajos, ya que una de las poblaciones que los regula crece sin control.

Redes tróficas

sapo

Es poco común que las relaciones tróficas en un ecosistema se presenten como cadenas. La mayoría de los seres vivos se alimentan caracol de varios tipos de organismos. Por ejemplo, si piensan qué cenaron anoche, encontrarán que se comportaron como consumidores de primer orden si comieron una ensalada, como consu- planta halcón paloma midores de segundo orden, si el menú incluyó carne de vaca, o como consumidores de tercer saltamontes orden, si hubo filete de merluza. musaraña Por esto, si en el diagrama se representan todas las relaciones tróficas entre las poblaciones de un ecosistema, no se obtiene una cadena, sino una red. En cada red trófica, una podescomponedores blación puede ocupar distintos niveles, según En una red trófica, las flechas indican el pasaje de su tipo de alimentación. materia de un nivel a otro, dentro de un ecosistema. ActividAdes 1. ¿Qué representan las redes tróficas de un ecosistema? 2. Averigüen acerca de los organismos detritívoros y busquen distintos ejemplos de este grupo de seres vivos. ¿De qué se alimentan? ¿A qué nivel trófico pertenecen?

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3. Construyan un diagrama representando las relaciones tróficas entre los siguientes seres vivos: langosta, carancho, pastos, zorro, hornero. a. ¿se trata de una cadena o de una red trófica? ¿Por qué? b. ¿cuántos niveles tróficos diferencian?

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bloquE

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el flujo de energía y el reciclado de la materia Cada ecosistema se podría estudiar como un gran organismo vivo: necesita energía y materia para mantenerse y continuar existiendo. Sin embargo, la materia no realiza el mismo recorrido en ambos sistemas. En un ecosistema, los materiales pasan de un organismo a otro a través de sus relaciones de alimentación, es decir, entre los distintos niveles tróficos. Así, la materia que producen los productores (que pasa a formar parte de su organisagua calor dióxido de carbono mo) es incorporada y asimilada por los consumidores de primer orden, la materia de estos pasa a los consumidores de segundo orden y así sucesivamente a través de las redes tróficas. A su vez, la materia que constituye los productores y los consumidores sirve de alimento a los organismos descomponedores. Estos seres vivos se nutren de la materia que proviene de los desechos que producen todos los seres vivos y de sus cuerpos cuando mueren. Pero, además, transforman esta materia en compuestos químicos sencillos que quedan en el suealimento (materia y lo y en el agua. Muchas de estas sustancias son aproexcrementos (alimento energía) vechadas por los productores para fabricar su alimenpara los descomponedores) to. De esta manera, los materiales se reciclan. Es decir, En cada ser vivo, la materia y la energía fluyen: la materia circula en el ecosistema a través de un ciclo siguen un ciclo abierto. cerrado. La energía, en cambio, ingresa al ecosistema a través de los productores. Los organismos fotoautótrofos, por ejemplo, utilizan la energía del sol o energía lumínica para fabricar su alimento. Como producto de la fotosíntesis se produce glucosa, una molécula formada por átomos de carbono, oxígeno e hidrógeno. En este proceso se utiliza energía solar que queda almacenada en las uniones de los átomos que forman las calor moléculas de glucosa. Por eso, se dice que los productores transforman la energía lumínica en energía química. Esta energía es aprovechada por los productores para llecalor var a cabo sus funciones vitales, pero también es utilizada por los consumidores que se alimentan de los productores, y consumidores así va pasando de un nivel trófico al siguiente. Sin embargo, el metabolismo de los seres vivos no es cien por ciento eficiente y, al realizar las funciones vitales, una productores parte de esta energía se pierde en forma de calor. La energía calórica se disipa al ambiente y no puede ser aprovechada descomponedores por ningún otro organismo, tampoco se transforma en otro energía tipo de energía. Por esto, el ciclo de la energía en un ecosistenutrientes materia ma es abierto: se necesita el aporte de energía externa, que proviene del sol, de manera permanente. Es decir, el flujo En los ecosistemas la energía fluye siguiendo un de energía es continuo. sistema abierto, mientras que la materia se recicla y describe un sistema cerrado.

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Pirámides tróficas

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Otra manera de representar las relaciones eSTUdIO de cAso tróficas en un ecosistema es mediante pirámides. En una pirámide trófica, los productores se ¿Por qué creen los productores ocupan la base ubican en la base y los consumidores, en los disde las pirámides energéticas de un ecosistema? ¿Por qué los consumidores de nivel superior son tintos niveles, según su orden. Cada nivel sirve los que conforman la cima de la pirámide? ¿Qué de alimento al nivel superior y se nutre del niinformación nos brinda este dato respecto de vel inferior, excepto los productores que fabrila abundancia de unos y otros en el ambiente? can sus propios compuestos. Así, se representa ›› observar e interpretar fenómenos naturales. el pasaje de la materia y la energía entre los diferentes niveles de un ecosistema. Existen distintos tipos de pirámides que dependen de lo que representen los niveles que la forman. Por ejemplo, pueden indicar el número de individuos que tienen, la cantidad de materia que los compone o la cantidad de energía presente en cada uno. En este último caso, se trata de pirámides de energía. De la energía lumínica que utilizan los autótrofos solo una porción pequeña es almacenada, a través de la fotosíntesis, y consumidor queda disponible para los organismos conenergía 3er orden sumidores. Además, si bien la cantidad de solar organismos —y, por lo tanto, el volumen de alimento que significan— es mayor en los consumidor niveles más bajos, una gran proporción de 2do orden la energía que aportan se pierde como calor al ser aprovechada por los seres vivos que consumidor los consumen. De la energía consumida por 1er orden cada nivel, como máximo el 30%, y a veces solo el 1%, queda disponible para la nutrición del nivel siguiente. Por eso, en general, cada nivel es menor que el anterior. Esto, productor además, implica que las pirámides tienen un tope: a lo largo de los niveles se pierde parte En las pirámides de energía, en cada nivel se indica con un color más oscuro la energía que está disponible para el nivel de la energía y esto limita la cantidad de nisuperior y con un color más claro, la energía que se pierde del veles que puede sostener una cadena trófica. ecosistema en forma de calor. ActividAdes 1. ¿Por qué la energía circula siguiendo un ciclo abierto en el planeta? 2. La energía que proviene de la luz solar es la principal fuente de energía de los ecosistemas. ¿Pero es la única? Investiguen de dónde obtienen energía otros organismos autótrofos. Por ejemplo, los pro-

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ductores que viven en la zona afótica del océano. ¿Qué tipo de ciclo describe la energía en esos casos? ¿Por qué?

3. ¿Cuál es la función de los organismos descomponedores en el ciclo de la materia? ¿Qué pasaría si no hubiese descomponedores en un ecosistema?

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Los ciclos biogeoquímicos Las sustancias que utilizan los seres vivos para realizar sus funciones vitales y crecer, como el agua, el nitrógeno, el fósforo y el carbono, se reciclan continuamente. Además, son transportadas grandes distancias por el viento, la lluvia, los ríos y las corrientes del océano. Por eso, para considerar que el ciclo de la materia es cerrado es necesario observar el planeta entero, con todos los ecosistemas que lo conforman.

nieve

condensación lluvia

transpiración evaporación

lago percolación

océano

corriente subterránea

el carbono se encuentra en la atmósfera, como parte del gas dióxido de carbono. este compuesto es asimilado por los productores que lo transforman en glucosa a través de la fotosíntesis. Así, el carbono pasa a formar parte de los seres vivos y circula de un nivel trófico al siguiente. Al mismo tiempo, los organismos liberan a la atmósfera parte del carbono que consumieron mediante la respiración. Los seres vivos descomponedores también respiran pero, además, liberan carbono durante los procesos que llevan a cabo al descomponer los desechos y los restos de otros organismos. si la descomposición ocurre en zonas en las que no hay oxígeno, como el fondo del océano o los pantanos, esta materia se puede convertir en petróleo, gas natural o carbón. cuando estos combustibles se queman, el carbono que los compone se transforma en gas y pasa a la atmósfera.

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fotosíntesis

La mayor cantidad de agua se encuentra en los océanos. La energía del sol hace que el agua se evapore y pase a la atmósfera. el viento transporta el agua a través de la atmósfera en forma de vapor y, cuando se producen precipitaciones, vuelve al suelo como lluvia, nieve o granizo. en la superficie terrestre, el agua puede almacenarse de manera temporal en el suelo, en los lagos y en los glaciares. Luego, se evapora o corre en un río o lecho subterráneo, y vuelve a los océanos. cuando el agua se encuentra en estado líquido, es consumida por los seres vivos, que la devuelven al ciclo a través de la respiración y la transpiración. este ciclo podría producirse en ausencia de los componentes bióticos pero sin la vegetación se modificaría notablemente ya que las plantas, por ejemplo, evitan que una parte importante del agua que llega a los continentes como precipitación pase a los arroyos o al agua subterránea.

CO2 atmosférico respiración respiración

respiración

respiración

restos de organismos productores

consumidores primarios

heces consumidores de niveles superiores

descomponedores

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N2 atmosférico

heces consumidores productores nitratos (NO3-) restos de microorganismos organismos fijadores

bacterias nitrificantes nitritos (NO2)

descomponedores amonio (NH4)

el nitrógeno forma parte de algunas de las principales moléculas que componen los seres vivos. Mientras viven, los organismos producen desechos que contienen nitrógeno, como la orina, y al morir, este material es reciclado por organismos descomponedores. en este proceso intervienen diferentes tipos de microorganismos, y ciertas bacterias tienen un papel fundamental: transforman los productos de la descomposición que tienen nitrógeno en compuestos que pueden ser incorporados por las plantas. este material también pasa, a través de las relaciones tróficas, de un consumidor a otro, y vuelve al suelo mediante los excrementos y los restos de los seres vivos. sin embargo, la mayor parte del nitrógeno está en estado gaseoso en la atmósfera. este gas es transformado por otro tipo de bacterias que habitan el suelo, las bacterias fijadoras que proveen de compuestos con nitrógeno a las plantas.

consumidores el fósforo compone diversas moléculas en los organismos, por ejemplo, el Adn, algunos compuestos de las membranas celulares y ciertas sustancias que almacenan energía. en la naturaleza, este elemento está presente en el suelo y en el agua. Las plantas lo absorben por las raíces y lo incorporan en su organismo. Así, se transfiere de un nivel trófico a otro. cuando los seres vivos mueren, el fósforo vuelve al suelo. el fósforo del agua proviene de la erosión de ciertas rocas. este compuesto es trasladado por el agua, por ejemplo, por los ríos y arroyos hasta el mar, donde es utilizado por las algas y otros productores de esos ecosistemas.

orina heces productores

descomponedores

fosfatos en el suelo (PO43-) fosfatos en solución, en caparazones y esqueletos

agua

fosfatos en el agua

caparazones

descomponedores y esqueletos consumidores

productores sedimentos profundos

fosfatos en la orina

restos de animales y heces

ActividAdes 1. ¿Todos estos materiales describen un ciclo cerrado? ¿Por qué? ¿Qué consideraciones es necesario hacer? 2. ¿En qué se parecen y en qué se diferencian los

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ciclos del agua, del nitrógeno, del fósforo y del carbono? Hagan una lista con las similitudes y las diferencias que encuentren. Luego, organícenlas en un cuadro comparativo.

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bloque

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La contaminación en los ecosistemas Los ecosistemas son sistemas muy complejos, en los que ocurren cambios de manera permanente. Todo el tiempo se producen variaciones que sacan este sistema de su equilibrio. Sin embargo, las poblaciones que los componen están adaptadas a ciertas modificaciones periódicas, como las variaciones de temperatura y humedad. Pero si la alteración es muy grande o produce impactos que se acumulan a través del tiempo, el efecto sobre el equilibrio de la comunidad puede ser irreversible. Diversas actividades humanas, como el reemplazo de ecosistemas naturales por ciudades y terrenos cultivados, la contaminación del aire, el agua o el suelo, la construcción de carreteras, entre muchas otras, producen alteraciones que repercuten significativamente en el funcionamiento de los ecosistemas. Por ejemplo, la atmósfera se contamina con los gases tóxicos que produce la quema de petróleo y de carbón, utilizados en ciertas industrias y en los automóviles; la biosfera se altera a partir de la deforestación y la extinción de especies, y la geosfera y la hidrosfera se ven afectadas por el vertido de residuos, entre otras cosas. En muchos casos, las sustancias tóxicas que se generan como desecho de las actividades humanas se acumulan en los seres vivos. La incorporación de estos químicos puede producirse a través de las vías respiratorias, la vía digestiva o por la piel, ya que estos compuestos pueden encontrarse en el suelo, el aire, el agua o, incluso, en otros seres vivos. A veces, estas sustancias alcanzan concentraciones mayores en los organismos que en el medio ambiente: se bioacumulan. Más aun, ciertas sustancias tóxicas se presentan en bajas concentraciones en las poblaciones de los primeros niveles de la cadena trófica y aumentan a medida que se asciende en cada nivel trófico. Esto puede suceder porque el compuesto no puede ser destruido o transformado por procesos ambientales, ni metabolizado, degradado o eliminado por el organismo en el que se acumuló. En este caso se habla de biomagnificación. Este proceso ocurrió, por ejemplo, con un insecticida llamado DDT que fue muy utilizado en la primera mitad del siglo xx hasta que se Diversas sustancias utilizadas como insecticidas en los cultivos son bioacumulables y tóxicas para los seres prohibió su uso al detectar que se acumulahumanos. ba en las redes tróficas. Actividades 1. ¿Cuál es el recorrido que hace el carbono en los ecosistemas? Investiguen cómo influye en el ambiente la emisión de compuestos con carbono proveniene de diversas actividades humanas.

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2. En grupos, elijan un subsistema terrestre e investiguen las actividades humanas que lo afectan de manera negativa. ¿Cómo podrían minimizarse esos efectos? Preparen una exposición sobre lo que investigaron y compártanla con el resto de la clase.

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El control biológico de plagas A partir del estudio del funcionamiento de los ecosistemas se comprendieron distintas formas en que las especies se relacionan, por ejemplo, a través de la alimentación o de la competencia por los recursos como el agua, el espacio o el alimento. estos saberes comenzaron a ser utilizados en beneficio del ser humano, por ejemplo, para mejorar las cosechas al evitar que los cultivos se enfermen o sean atacados por plagas. Aunque parezca extraño, el ser humano “inventó” o desarroLas vaquitas de San Antonio son predadolló primero compuestos químicos artificiales para eliminar pestes, res de áfidos, cochinillas y otros insectos insectos y malezas en los cultivos a gran escala. Recién bastante que atacan a las plantas. tiempo más tarde, en particular debido a que comenzaron a evidenciarse los efectos negativos de los agroquímicos, se empezaron a estudiar y a aplicar métodos más “naturales”, en los que se manipulan factores de ese ecosistema artificial que es el campo de cultivo. A estas técnicas se las llama control biológico porque se basan en el uso de ciertas especies como reguladoras de las poblaciones de otros organismos perjudiciales para la agricultura. Así, se emplean hongos que atacan a otros hongos patógenos de las plantas (ya sea porque se nutren a partir de ellos o porque producen antibióticos que impiden su crecimiento), hongos Trichoderma sp. es un hongo muy utilizaque controlan insectos que son plaga (porque crecen sobre ellos do en el control biológico de Rhizoctonia y los matan, o porque afectan a sus huevos), bacterias que resp., un hongo que causa enfermedades en los vegetales. gulan hongos que enferman cultivos, insectos que predan sobre otros insectos que comen las plantas, entre muchos otros ejemplos. Investiguen sobre distintos casos de control biológico en la Argentina y en otros países del estos métodos tienen varias ventajas con resmundo. Luego, respondan a estas preguntas. pecto a los agroquímicos, por ejemplo, no proa. ¿Qué organismo se quería controlar? ¿Por vocan la contaminación del agua ni del aire, y no qué? son tóxicos para otros seres vivos. sin embargo, b. ¿Qué ser vivo se empleó como agente de también poseen algunas desventajas: su efecto es control biológico? ¿era natural de ese lugar o fue introducido? lento y depende fuertemente de las condiciones c. ¿el control biológico fue exitoso o no? ¿cuáles ambientales. fueron las causas? un método de control biológico es introducir

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Ciencia en acción

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*

una especie exótica “nueva” en un ecosistema determinado, que ataque a la población plaga. Pero esto puede desencadenar una serie de efectos imprevistos, como que también afecte a otras especies o reduzca de manera drástica el alimento de otras poblaciones de su mismo nivel trófico.

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Pongan en común los resultados de su investi*gación con el resto de la clase. Entre todos, deba-

tan cuáles son las ventajas y las desventajas de este tipo de manejo de los cultivos. Luego, escriban las conclusiones a las que llegaron en sus carpetas. ›› Relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente.

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Taller de Ciencias

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¿La luz y los nutrientes influyen sobre el crecimiento de las plantas? cada nivel trófico de un ecosistema necesita energía y materia para su supervivencia. en el caso de los productores fotoautótrofos, la energía proviene de la luz y los materiales, del suelo y del aire. si bien los nutrientes son imprescindibles para el desarrollo de las plantas, la cantidad adecuada de estos varía dentro de un cierto rango. ¿Qué sucede si las plantas no reciben nutrientes?, ¿y si se estos encuentran en exceso? ¿Pueden las plantas crecer sin luz?

[HIPÓTeSIS de tALLeR] Para que el nivel trófico de los productores se mantenga en un ecosistema es necesaria la energía proveniente de la luz solar y cierta cantidad de materiales, que estos obtienen del suelo. [PredICCIÓN] si se cultivan plantas en recipientes con distintas condiciones de luz y nutrientes, se observarán diferencias en el desarrollo de las plantas. Los recipientes que reciban luz tendrán más plantas que los recipientes en oscuridad. La cantidad de nutrientes que se le agregue a cada recipiente hará que varíe el número de plantas vivas.

[MATerIALeS A utiLiZAR] semillas de alfalfa o de soja tierra Fertilizante granulado (se consigue en viveros, florerías o ferreterías) 6 bandejas de plástico transparentes 6 bandas elásticas tierra 6 trozos de tul 3 cajas de cartón una cuchara de café. [PrOCedIMIeNTO PoR PAsos]

1. tomen las 6 bandejas y agréguenles una capa de tierra a cada una. sobre la tierra, distribuyan 20 semillas de alfalfa de manera uniforme (por ejemplo, en 4 hileras de 5). Luego, cubran las semillas con una fina capa de tierra.

2. Rotulen las bandejas y prepárenlas según los tratamientos que se indican en la tabla. Primero, esparzan la cantidad que corresponda de fertilizante y luego, riéguenlas con agua. el fertilizante contiene una combinación de nutrientes necesarios para el desarrollo de las plantas. es importante evitar que los recipientes tengan agua en exceso. Para evitar que estos se “inunden” pueden utilizar un vaporizador (como el que se usa para humedecer la ropa antes del planchado). Tratamiento 1 2 3 4 5 6

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Luz Sí Sí Sí No No No

Fertilizante No Media cucharada por bandeja 2 cucharadas por bandeja No Media cucharada por bandeja 2 cucharadas por bandeja

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3. tapen todas las bandejas con un trozo de tul y sujétenlo con las banditas elásticas. 4. Finalmente, pongan las bandejas que van en la oscuridad dentro de las cajas de cartón. Asegúrense de que no les pase nada de luz.también pueden guardarlas en un armario o casillero.

5. Rieguen las bandejas cada dos o tres días, durante 10 días. cada vez que rieguen, anoten el número de plantas que hay en cada bandeja. organicen los resultados en una tabla como la que sigue:

Tratamiento

Día 0

Número de plantas Día 4 Día 6

Día 2

Día 8

Día 10

1 2 3 4 5 6

[¿QUÉ MedIMOS?] vamos a contar la cantidad de plantas que germinan de las semillas plantadas. de este modo, veremos si existen diferencias en la supervivencia de los productores debido a la cantidad de luz y de nutrientes. [¿QUÉ reSULTAdOS eSPerAMOS?] si la hipótesis es correcta, esperamos que crezcan más plantas en presencia de luz y que la cantidad de semillas germinadas varíe con las distintas concentraciones de nutrientes, creciendo más cuanto mayor sea la cantidad de nutrientes. [reSULTAdOS] imaginen que la siguiente tabla refleja los resultados que obtuvieron, ¿se confirma o se refuta la hipótesis? ¿Por qué?

Tratamiento 1 2 3 4 5 6

Día 0 0 0 0 0 0 0

Número de plantas Día 4 Día 8 16 18 16 18 2 2 8 8 10 12 0 0

ActividAdes

1. ¿Para qué se preparan las bandejas 1 y 4? ¿Qué información aportan? 2. ¿Por qué crecieron plantas sin el agregado de fertilizante? ¿De dónde obtienen los nutrientes las plantas en la naturaleza? 3. ¿Qué piensan que hubiese pasado si en lugar de tul los recipientes se hubiesen tapado herméticamente? ¿Por qué? 4. ¿Por qué fue necesario regar periódicamente las bandejas? ¿Para qué utilizan el agua las plantas? ¿Cómo influyó el agua en la fertilización? 5. ¿Se comprobaron las hipótesis de trabajo? 6. ¿Cómo podrían poner a prueba estas hipótesis en otro nivel trófico del ecosistema? Diseñen una experiencia que les permita comprobarlas.

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Propuesta de actividades

228 eSTUdIO de cAso

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1 . Imaginen que fueran consultados por una comisión de la Organización de las Naciones Unidas dedicada al estudio de medidas para resolver el déficit de alimentos en el mundo en calidad de ecólogos especialistas. Teniendo en cuenta las características del flujo de la energía en los ecosistemas, expliquen por qué la disminución en el consumo de carne podría contribuir a reducir el hambre en el mundo. 2. Supongan que otro grupo de investigadores consultados por la comisión del punto anterior propusiera el reemplazo de consumo de carne de vaca por carne de un consumidor de segundo orden. Desde el punto de vista de la eficiencia energética, ¿sería una buena alternativa para alimentar poblaciones humanas? 3 . Investiguen sobre las características de los ecosistemas prehistóricos en los que vivieron braquiosaurios y tiranosaurios. ¿En qué lugar de una pirámide energética los ubicarían? ¿Qué relación existirá entre este dato y la respuesta a la segunda consigna de las actividades del inicio del capítulo? 4 . Completen los rótulos en el diagrama y respondan a las preguntas.

5. Respondan a las siguientes preguntas. a. ¿cómo influyen los factores del ambiente como el clima, el relieve y el suelo, en los seres vivos que habitan un ecosistema? b. ¿Los consumidores de tercer orden podrían vivir si no hubiese plantas? ¿Por qué? c. ¿Qué función cumplen en un ecosistema los microorganismos que viven en el suelo? 6. En el capítulo 9 vieron que los organismos se pueden considerar sistemas abiertos. a. ¿Qué características tiene un sistema? ¿Por qué se dice que es abierto? b. ¿Por qué los ecosistemas son sistemas abiertos? c. ¿en qué se parece un ecosistema a un organismo? tengan en cuenta las funciones que realizan los seres vivos. 7. Los seres vivos también pueden clasificarse, según de dónde provienen, en nativos o autóctonos, es decir que son originarios de una zona, o exóticos, cuando viven en un determinado lugar pero son nativos de otro ecosistema. a. Hagan una lista con, por los menos, 15 seres vivos que habiten el ambiente donde está la ciudad en la que viven ustedes. b. clasifíquenlos, primero, en autóctonos y exóticos, y luego, según el nivel trófico al que pertenezcan. c. Armen redes tróficas con los organismos nativos. d. Ahora, incorporen los seres vivos exóticos a la red trófica anterior. e. Redacten un breve texto en el que expliquen cómo puede haber modificado el ecosistema original la aparición de cada especie exótica. si tienen información acerca de cómo o por qué fueron introducidas las especies exóticas, agréguenla al texto. 8. Lean el siguiente fragmento de un artículo periodístico y luego resuelvan las consignas. La NASA descubre un bosque bajo el hielo del Ártico

a. ¿Qué criterio se tiene en cuenta para clasificar los seres vivos en niveles tróficos? b. ¿Qué características comparten los organismos que permiten agruparlos en cada nivel?

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Científicos patrocinados por la NASA hicieron inesperado un descubrimiento en las aguas del océano Ártico. La expedición perforó casi un metro de gruesa capa de hielo para encontrar aguas muy ricas en plantas marinas microscópicas esenciales para toda la vida marina […]. El hallazgo revela una nueva consecuencia del calentamiento del clima y proporciona una importante clave para comprender los impactos del cambio climático y el medio ambiente en el océano Ártico y su ecología. […]

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d. ¿Por qué se compara este descubrimiento con “un bosque en medio de un desierto”? ¿Qué características tiene cada uno de esos ecosistemas?

Las plantas microscópicas, llamadas fitoplancton, son la base de la cadena alimentaria marina. Se cree que el fitoplancton crece en el océano Ártico solo después de que el hielo del mar se ha retirado para el verano. Los científicos ahora creen que el adelgazamiento del hielo ártico está permitiendo que la luz del sol llegue a las aguas bajo el hielo del mar, catalizando las flores de plantas en las que nunca había sido observado. […] Como el fitoplancton, a su vez, consume grandes cantidades de dióxido de carbono, los científicos tendrán que evaluar, más adelante, cuánto CO2 está entrando en el océano Ártico si resulta que estas plantas llegan a ser comunes bajo el hielo. “En este momento no sabemos si estas floraciones acaban de empezar a producirse o si es que no las hemos observado antes”, señala Arrigo, quien cree que si el hielo sigue adelgazando, al final se convertirá en un bosque sobre el mar.

9 . Comparada con otras sustancias, el agua requiere mucho calor para aumentar de temperatura. Por eso, las grandes masas de agua pueden almacenar gran cantidad de calor sin aumentar demasiado su temperatura. a. ¿Cómo les parece que influye esta característica del agua en el ambiente? b. ¿Qué ecosistemas tendrán mayor diferencia de temperatura entre el día y la noche, los acuáticos o los aeroterrestres? ¿Por qué? c. ¿Los seres vivos influyen en el ciclo del agua? Fundamenten la respuesta.

1 0 . Hagan una lista con algunos de los conceptos que aprendieron en este capítulo que antes no conocían. ¿Les ayudaron a entender mejor el funcionamiento de los ecosistemas?

La Nación, 9 de junio de 2012.

a. Analicen el texto, ¿se trata de un caso de contaminación ambiental? Fundamenten la respuesta. b. ¿Qué ciclos biogeoquímicos están más afectados con la situación que se describe? c. ¿Este hallazgo podría modificar las redes tróficas del Ártico? ¿Por qué?

11. ¿Cuáles fueron los temas que más les gustaron? 1 2 . ¿Cómo pueden poner en práctica lo que aprendieron en este capítulo para colaborar con el equilibrio del ecosistema en el que viven?

[red conceptual]

Clima ___________ __________ Etcétera

Seres vivos son

son

Factores ________ Selvas ___________ __________ Etcétera

Humedales

___________ __________ juntos forman

Aeroterrestres ECOSISTEMA

De transición

__________ Acuáticos

según el ambiente se clasifican en

Materia es un

Sistema abierto

Océanos ___________ __________ Etcétera

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que con el entorno intercambia

Se representa con:

que

Cadenas, redes y ciclos

Fluye

______________ Se representa con

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230 Contenidos: La organización del cuerpo humano • El sistema osteoartromuscular • Los sistemas de relación y control • Los sistemas de la nutrición.

13 El organismo humano

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[ESTUDIO DE CASO] Una ventana al estómago El 6 de junio de 1822, Alexis Saint Martin trabajaba como cualquier otro día, en una compañía de pieles en Michigan, Estados Unidos. Ese día, un disparo accidental en el costado de su cuerpo le rompió varias costillas y le dejó un horrible agujero en el tórax. Alexis fue tratado por el Dr. William Beaumont (1785-1853), quien pensó inicialmente que su paciente moriría. Pero Alexis sobrevivió; y también sobrevivió su extraño agujero. La herida cicatrizó sin infecciones, pero dejó un orificio por el que se podía acceder fácilmente al estómago de Alexis. Beaumont enseguida vio en esto una oportunidad maravillosa para estudiar de cerca un fenómeno que hoy conocemos bien pero del que en ese entonces se sabía muy poco: la digestión. En esa época, los médicos discutían si el estómago trituraba físicamente la comida, despedazándola en pequeñas partículas, o si se trataba de un proceso químico, por el cual los jugos del sistema digestivo descomponían los alimentos en sustancias más simples. Beaumont ideó una manera de estudiar el asunto. Ató pequeñas porciones de alimento a un hilo y las introdujo a través del orificio de la bala en el estómago de Saint Martin. Pudo

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[ ]

constatar así los efectos progresivos del estómago en diferentes alimentos. Luego se le ocurrió extraer los jugos estomacales de Alexis y usarlos en frascos. De este modo pudo confirmar sin lugar a dudas que la mayor parte de la digestión es un fenómeno químico de descomposición. Incluso llegó a determinar que el jugo gástrico debía estar a la temperatura del cuerpo para ser efectivo (el jugo frío no digiere) y que el estado de ánimo de la persona tiene efectos sobre el poder digestivo del estómago (cuando Alexis estaba enojado, su jugo gástrico era menos potente). ¿Alguna vez se preguntaron cómo se descubrió que el corazón bombea sangre, que existe un sistema inmune en la sangre, que los nervios se regeneran poco, que el riñón filtra la sangre y produce la orina? En el estómago, los alimentos son transfor*mados de forma química. Como resultado, se

obtienen pequeños trozos de alimentos. Sin embargo, no es el único órgano del sistema digestivo en el que esto ocurre. ¿En qué parte del cuerpo los alimentos son reducidos a fragmentos pequeños?

¿Qué creen que le pasaría a una persona si no tuviera estómago?

*

¿Qué piensan que le pasaría a una persona si no tuviera huesos?

*

›› La ciencia como construcción histórica y cultural.

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4 • capítulo 13

232

La organización del cuerpo humano Nuestro cuerpo realiza una gran variedad de acciones que nos permiten mantenernos vivos. Intercambia materia y energía con el ambiente, recibe estímulos y elabora respuestas. Nuestro cuerpo además realiza funciones que nos permiten reproducirnos. Todas estas acciones dependen de una organización interna, que incluye estructuras de distinto tamaño y complejidad, que cumplen funciones específicas y operan de manera coordinada. Las células constituyen el nivel más sencillo de esta organización; todo nuestro cuerpo está formado por millones de ellas. Existe una gran variedad de células que se diferencia en su forma y sus propiedades. Cada tipo celular lleva a cabo funciones características. Las células se agrupan en tejidos. Por ejemplo, los adipocitos constituyen el tejido graso, las células musculares forman el tejido muscular y las neuronas se agrupan en el tejido nervioso. Cada tejido cumple funciones características que adipocitos células musculares dependen de las células que lo conforman. Los distintos tipos de tejidos, a su vez, se organizan en forma de órganos, como el cerebro, los músculos, el intestino y el corazón. Cada órgano está especializado en realizar ciertas acciones; el corazón, por ejemplo, se encarga de bomneuronas bear la sangre, y los músculos esqueléticos se contraen y se estiran, determinando el movimiento de las partes de nuestro cuerpo. Los órganos operan de manera coordinada y se encuentran agrupados en sistema de órganos, como el sistema nerLos adipocitos son células que acumulan vioso o el sistema digestivo, que constituyen el máximo nivel grasa. Las células musculares pueden contraerse. Las neuronas transmiten los de organización en nuestro cuerpo. impulsos nerviosos.

tejido muscular

músculo

célula muscular sistema muscular En el cuerpo humano, las células se agrupan y forman tejidos, los tejidos se agrupan y forman órganos, y los órganos funcionan junto con otros órganos y forman sistemas.

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Las funciones y sistemas del cuerpo humano Como se explicó en capítulos anteriores, los sistemas físicos son partes del Universo que se consideran para ser estudiadas, que están vinculadas entre sí. De la misma forma, los sistemas del cuerpo humano actúan de manera coordinada y complementaria entre sí, posibilitando que el organismo realice todas las acciones fundamentales para la vida.

CIENCIA EN LA NET

Ingresen a la siguiente página del sitio Salón hogar: http://goo.gl/1sOG3 Allí, podrán observar animaciones de los distintos sistemas de órganos que tiene nuestro cuerpo. ¿Qué función cumple cada uno de ellos? ›› Uso de TIC en la búsqueda y análisis de información.

Función

Características y sistemas involucrados

Sostén y movimiento

El sistema osteoartromuscular está formado por los huesos, los músculos y las articulaciones. Da soporte y sostén y permite realizar todos los movimientos.

Control y relación

El sistema nervioso y el sistema endocrino controlan y coordinan el funcionamiento del resto de los sistemas. El sistema nervioso recibe los estímulos del ambiente y elabora respuestas que determinan nuestro comportamiento.

Nutrición

La nutrición de nuestro organismo ocurre gracias a la acción de cuatro sistemas: el digestivo, el respiratorio, el excretor y el circulatorio.Todos ellos reciben el nombre de sistemas de nutrición. El sistema digestivo se encarga de incorporar los nutrientes a partir de los alimentos. El sistema respiratorio nos permite tomar el oxígeno del aire. El sistema excretor elimina las sustancias de desecho que se producen en nuestro cuerpo. Por último, el sistema circulatorio conecta todos los sistemas de nutrición, distribuyendo los nutrientes y el oxígeno, y llevando las sustancias de desecho que serán excretadas.

Reproducción

Los seres humanos, al igual que la mayoría de los seres vivos, podemos dejar descendencia a través de la reproducción, lo que garantiza la continuidad de nuestra especie, es decir, que a lo largo de los años sigan naciendo seres humanos. La reproducción depende de la acción del sistema reproductor.

Defensa

[ ]

El sistema inmunológico genera respuestas de defensa cuando ingresan al cuerpo agentes que provocan enfermedades, como bacterias o virus.

La capacidad de leer y entender lo que se lee depende del sistema nervioso.

Los nutrientes presentes en los alimentos ingresan a nuestro organismo gracias a la acción del sistema digestivo.

ACTIVIDADES 1. Ordenen las siguientes estructuras de la menos compleja a la más compleja: glóbulo rojo, sistema excretor, riñón, tejido muscular. 2. Indiquen qué sistema o grupo de sistemas permiten realizar las siguientes acciones.

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a.Tomar oxígeno del aire. b. Aprovechar los nutrientes de los alimentos. c. Liberar las sustancias de desecho. d. Distribuir el oxígeno dentro de nuestro cuerpo. e. Evitar enfermedades.

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El sistema osteoartromuscular El sistema osteoartromuscular permite al cuerpo moverse y desplazarse. Está formado por huesos, músculos y articulaciones. Además de brindar sostén, este sistema protege órganos muy importantes de otros sistemas, como el cerebro, el corazón y los pulmones.

Los huesos y el esqueleto

CIENCIA EN LA HISTORIA

[ ]

Da Vinci y el cuerpo humano El italiano Leonardo Da Vinci (1452-1519) fue músico, poeta, filósofo y científico. Sobre la base a sus estudios realizó dibujos del cuerpo humano con El hombre de Vitruvio. mucha precisión, como El hombre de Vitruvio. Allí, Da Vinci dejó plasmada una de las proporciones que descubrió: la longitud de los brazos extendidos de una persona es igual a su altura.

Los huesos son estructuras rígi›› La ciencia como construcción histórica y cultural. das. Tienen distintas formas y tamaños. Hay tres tipos de huesos: planos, el esqueleto. El esqueleto es lo que le da escortos y largos, y cada tipo de hueso cumple tructura y rigidez al cuerpo. Actúa como un una función diferente. armazón que sostiene y hace posible realizar En total, tenemos aproximadamente dosmovimientos o mantenernos de pie. cientos huesos que, en conjunto, conforman cabeza El cráneo está formado por huesos planos, y protege el cerebro.

columna vertebral

Las vértebras son huesos cortos y forman la columna vertebral, que permite realizar movimientos con el torso y mantener la posición erguida, y protege un órgano del sistema nervioso llamado médula espinal.

tronco

extremidades

El fémur es un hueso largo –el más largo de nuestro cuerpo–, y participa en el movimiento de la pierna. En el esqueleto se pueden distinguir tres partes: cabeza, tronco y extremidades.

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235

Las articulaciones

[ ]

CIENCIA EN LA NET

Las uniones entre los huesos son las articulaciones. En algunos casos, funcionan como Accedan a la animación disponible en el portal las bisagras de una puerta, permitiendo que los educativo KidsHealth: http://goo.gl/0czIb Allí podrán observar una infografía de la articuhuesos se muevan unos respecto de los otros. lación de rodilla. Observen el funcionamiento Este tipo de articulaciones son las móviles, esde los huesos, los músculos y los tendones tán presentes, por ejemplo, en la rodilla y en el durante la flexión de la rodilla. codo. Otro tipo de articulaciones, las semimó›› Uso de TIC en el análisis de modelos científicos. viles, permiten realizar menos movimientos. Son las que unen, por ejemplo, las vértebras, que pueden moverse de lado a lado. Las articulaciones inmóviles no permiten el movimiento de los huesos. Los huesos del cráneo se articulan mediante uniones inmóviles. cadera (móvil)

del cráneo (inmóviles)

entre las vértebras (semimóvil)

Tipos de articulaciones.

Los músculos Los músculos son órganos que pueden contraerse y estirarse. Están unidos a los huesos a través de estructuras fibrosas llamadas tendones. Cuando un músculo se contrae, el tendón tira del hueso y se produce el movimiento. Cuando esto pasa hay otro músculo que se relaja ubicado del otro lado del hueso. La capacidad de mover partes del cuerpo requiere de la acción de dos músculos antagónicos, uno se contrae al tiempo que el otro se estira. Los músculos que hacen movimientos de los que somos concientes, como caminar o correr, se llaman músculos voluntarios. Los músculos involuntarios, en cambio, se contraen y se relajan sin que nosotros lo ordenemos, como sucede con el corazón o con los músculos de los órganos del sistema digestivo.

bíceps contraído

bíceps relajado

cúbito

tríceps húmero relajado húmero

radio

tríceps cúbito contraído

La flexión del brazo depende de dos músculos antagónicos: el bíceps y el tríceps. Cuando uno se contrae, el otro se relaja y viceversa.

ACTIVIDADES 1. Identifiquen en su cuerpo: a. Dos articulaciones móviles. b. Una articulación semimóvil. c. Una articulación inmóvil. 2. Una persona está corriendo. Para que esto ocurra,

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el corazón late más fuerte. a. Expliquen qué acción es involuntaria y cuál es voluntaria. b. ¿Cómo se mueven los huesos de las piernas para que la persona pueda correr?

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4 • capítulo 13

236

Los sistemas de relación y de control Todos los días nos vestimos, caminamos, escribimos, saboreamos una comida, respiramos, etcétera. Todas estas acciones pueden ocurrir de forma simultánea, cuando caminamos también estamos respirando y tal vez haciendo la digestión. Esto es posible porque existen dos sistemas que coordinan todas estas actividades. Se trata de los sistemas nervioso y endocrino, que llevan a cabo las funciones de control y relación.

El sistema nervioso

núcleo dentritas

cuerpo celular

axón

Las neuronas son las células del sistema nervioso capaces de recibir, procesar e interpretar la información de diversos estímulos, y de elaborar respuestas.

Todos los estímulos del ambiente y del cuerpo, como una imagen o un aroma, llegan al sistema nervioso. Este sistema percibe y procesa esta información y elabora las respuestas que determinan nuestro comportamiento, nuestros pensamientos y nuestros sentimientos. Las células que forman el sistema nervioso son las neuronas. Se pueden distinguir dos grandes partes en este sistema: el sistema nervioso central, constituido por el encéfalo y la médula espinal, y el sistema nervioso periférico, que está formado por nervios. Los nervios conducen la información de los estímulos al sistema nervioso central y la información de las respuestas desde el sistema nervioso central hacia los órganos que la efectúan. La información se mueve a lo largo de los nervios en forma de señales eléctricas llamadas impulsos nerviosos. cerebro cerebelo tronco encefálico

Los nervios están formados por las prolongaciones de muchas neuronas y actúan como cables que trasmiten los impulsos nerviosos.

En el encéfalo se procesa la mayor parte de la información. Está formado por el cerebro, el tronco cerebral y el cerebelo.

La médula espinal recibe menos información que el encéfalo, y coordina únicamente acciones involuntarias.

Sistema nervioso humano.

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Los receptores y los órganos de los sentidos El sistema nervioso es capaz de detectar estímulos gracias a los receptores, estructuras que actúan como sensores. Existen receptores específicos para cada estímulo y son los que participan de nuestros sentidos —la vista, el oído, el olfato, el gusto y el tacto—. La información que captan los receptores viaja hacia el cerebro, y este se encarga de interpretarla como imágenes, sonidos, gustos, aromas o sensaciones. Los ojos tienen receptores que detectan la luz. Esta capacidad es parte fundamental en la generación del sentido de la vista. El sentido del olfato depende de los receptores presentes en la nariz, que detectan ciertas sustancias en el aire.

Los oídos poseen receptores que detectan las vibraciones sonoras. Estos participan del sentido de la audición. Los receptores que se hallan en la lengua detectan ciertas sustancias presentes en los alimentos y participan del sentido del gusto. El sentido del tacto está determinado por los receptores presentes en la piel, que detectan cambios de temperatura y presión.

El sistema endocrino Este sistema también elabora respuestas a partir de estímulos, pero actúa de forma más lenta. Regula procesos que pueden durar días, meses e incluso años, como el crecimiento. Está formado por órganos llamados glándulas, que se ubican en distintos lugares del cuerpo. Las glándulas producen sustancias llamadas hormonas y las liberan a la sangre. En ella viajan a órganos lejanos, y allí trasmiten su mensaje y se produce la respuesta. Hipófisis: fabrica varias hormonas que regulan el funcionamiento de otras glándulas. Páncreas: fabrica insulina y glucagón, que regula la cantidad de glucosa en la sangre. Ovarios y testículos: fabrican hormonas sexuales que intervienen en el desarrollo sexual y en la reproducción.

Tiroides: fabrica la hormona tiroidea, que regula el gasto de energía del cuerpo.

Paratiroides: produce la parathormona, que regula los niveles de calcio en la sangre.

Suprarrenales: fabrica corticoides, que intervienen en muchos procesos, entre ellos, la formación de la orina.

ACTIVIDADES 1. ¿A qué sistema de control y relación corresponden las siguientes afirmaciones? a. Su acción es veloz. b. Está formado por neuronas.

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c. La información se transmite por medio de hormonas. d. La información se transmite a lo largo de nervios. e. Su acción es relativamente lenta.

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La nutrición en el ser humano El cuerpo necesita nutrientes que incorpora del medio. Algunos nutrientes son fuentes de energía y otros son la “materia prima” de la fabricación de los materiales que forman el organismo. Los humanos tomamos los nutrientes de los alimentos y del aire. Además de ser incorporados, deben ser distribuidos por todo el cuerpo. Una vez que los nutrientes son transformados y que se obtiene energía a partir de ellos, se producen desechos que deben ser eliminados. Este conjunto de procesos es llevado a cabo por los sistemas de nutrición: el sistema digestivo, el sistema respiratorio, el sistema circulatorio y el sistema excretor. A través del sistema digestivo, el cuerpo incorpora los alimentos y los digiere. Es decir, los transforma en sustancias más simples que pueden pasar al sistema circulatorio y ser distribuidos a todas las células. Los distintos tejidos del cuerpo aprovechan los nutrientes y fabrican distintas sustancias, pero en todos los tejidos se produce la respiración celular. En este proceso, algunos nutrientes obtenidos en la digestión, principalmente la glucosa, se combinan con el oxígeno. El oxígeno del aire es incorporado a través del sistema respiratorio y también es repartido por el sistema circulatorio. La respiración celular es un proceso químico en el que se obtiene energía de los nutrientes y es almacenada en las células. Tanto la respiración, como la fabricación de materiales necesarios para el cuerpo, producen sustancias que deben ser eliminadas. La sangre del sistema circulatorio recolecta todas estas sustancias de desecho y las transporta a los sistemas que las eliminan. La respiración genera dióxido de carbono que es llevado por la sangre hasta los pulmones, desde donde sale del cuerpo. Otros desechos son llevados al sistema excretor. Allí la sangre es filtrada y los desechos son excretados a través de la orina.

Aire

Alimentos oxígeno

SISTEMA DIGESTIVO nutrientes

dióxido de carbono

SISTEMA RESPIRATORIO dióxido de carbono

oxígeno oxígeno

SISTEMA EXCRETOR

Los alimentos nos aportan materia necesaria para el crecimiento y el desarrollo, y la energía que los músculos necesitan para moverse.

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desechos

otros desechos

SISTEMA CIRCULATORIO

nutrientes

CELULAS TODO EL CUERPO

dióxido de carbono y otros desechos

Orina

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Corazones artificiales El sistema circulatorio lleva nutrientes a todas las células, recolecta desechos y transporta hormonas que regulan muchas funciones del organismo. El órgano más importante de este sistema es el corazón, que es hueco y está conformado por tejido muscular. Funciona como una bomba que impulsa la sangre a través de vasos o conductos que la distribuyen por todo el cuerpo.Todo lo que hace el sistema circulatorio es posible siempre que el corazón funcione bien. Cada año, más de dos millones de personas mueren a raíz de fallas en el corazón. Los factores que producen estas fallas son muchos y muy diversos. La mayoría puede prevenirse con una buena alimentación y con actividad física. Pero en otros casos, no hay dieta comportamiento o medicamentos que puedan revertir esa falla. Es muy importante el desarrollo de terapias que permitan corregir el mal funcionamiento del corazón, o incluso suplirlo. Desde 1967, se realizan trasplantes de corazón humano, esto es, colocar el corazón de una persona, el donante, en el cuerpo de otra, el receptor. Sin embargo, para que la terapia resulte exitosa se necesita un donante adecuado y que el sistema de defensas del receptor no rechace al órgano implantado. A diferencia de lo que ocurre con los trasplantes de riñón o de hígado, en los que puede haber donantes vivos, el donante de un corazón debe ser una persona que haya perdido la vida. Esto se presenta como un obstáculo extra en la realización de un trasplante, ya que se requiere que el donante exprese su voluntad de donación antes de morir o que sus familiares la autoricen. Además, hallar un corazón compatible para el trasplante es sumamente difícil y el tiempo de espera del paciente puede ser muy prolongado. Como consecuencia de esto, muchas personas mueren a la espera de un corazón. Los científicos buscan alternativas que eviten el requerimiento de un donante; y desde hace más de cincuenta años, trabajan en el desarrollo

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de cor azones ar tificiales que complementan o reemplazan por compleCorazón artificial. to el funcionamiento del corazón natural. Los corazones artificiales son dispositivos electromecánicos capaces de bombear sangre y suplir las funciones de un corazón. En 1969, en los Estados Unidos se implantó por primera vez un corazón artificial completo. El equipo que lo hizo estaba a cargo del médico argentino Domingo Liotta (1924). En muchos casos, estos dispositivos eran externos y se utilizaron solo por unos días. También se los utilizaron en pacientes a la espera de un transplante, lo que permitió que muchos de ellos sobrevivieran hasta conseguir una donación. Desde 1981, se investigan dispositivos internos que reemplacen total y definitivamente el corazón. Si bien se han logrado muchas pruebas exitosas, presentan algunos inconvenientes. Están hechos de materiales sintéticos, lo que puede producir rechazo del organismo y coagulación de la sangre. Además utilizan una batería que debe ser recargada, y limitan la movilidad de los pacientes. Actualmente se están desarrollando corazones artificiales hechos con materiales orgánicos que disminuirán los efectos secundarios negativos.

239

Ciencia en acción

[ ]

ventajas y limitaciones tiene el uso *de ¿Qué los corazones artificiales que existen actualmente? ¿Cuál puede ser la ventaja de un corazón artificial interno y definitivo respecto de un trasplante?

*

›› Relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente.

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4 • capítulo 13

El sistema digestivo

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El sistema digestivo incorpora y transforma los alimentos, y absorbe los nutrientes presentes en ellos. Está constituido por un conjunto de órganos huecos conectados, que forman un tubo o conducto. Además lo componen otro tipo de órganos llamados glándulas rias, que no forman parte del tubo, pero que se unen a él a través de conductos y vierten sustancias en su interior. El tubo digestivo está formado por la boca, la faringe, el esófago, el estómago, el intestino delgado, el intestino grueso, el recto y el ano, y las glándulas rias son el páncreas, el hígado y las glándulas salivales. A lo largo del tubo digestivo, los alimentos son transformados en nutrientes que pueden ser absorbidos y transportados a todo el cuerpo. Esto se conoce como proceso digestivo. Cada órgano del sistema digestivo cumple una función diferente dentro de este proceso.

1

La boca Es el sitio por el que ingresan los alimen-

7

tos. Los dientes los cortan y los trituran, y la saliva ayuda a formar una mezcla llamada bolo alimenticio.

2 1

2

Las glándulas salivales

2

3

Producen saliva que liberan a la boca. La saliva tiene sustancias que transforman algunos alimentos en sustancias más sencillas.

3

8

4 La faringe Lleva el bolo alimenticio desde la boca hacia el esófago.

4

El esófago Conduce el bolo alimenticio desde la

faringe hacia el estómago.

5

El estómago Fabrica y libera el jugo gástrico, que

6

El intestino delgado Recibe la bilis y el jugo pancreático, y a su vez fabrica el jugo intestinal. Estas tres secreciones terminan de convertir los alimentos en sustancias simples, transforman el quimo en quilo. Aquí, los nutrientes en el quilo son absorbidos por la pared del intestino delgado y pasan al torrente sanguíneo.

9

5 7

El páncreas Es una glándula ria. Produce el jugo pancreático, y lo vierte en el intestino delgado. Este jugo también transforma sustancias complejas en simples.

incorporadas en el intestino delgado siguen su recorrido por el intestino grueso, donde son transformadas en materia fecal.

9 8

transforma las proteínas en sustancias más sencillas. El bolo alimenticio se convierte en un líquido llamado quimo.

10 10

6

El hígado Esta glándula produce un líquido llamado

11

bilis, y lo libera al interior del intestino delgado. La bilis ayuda a la digestión de las sustancias grasosas.

El intestino grueso Las sustancias que no fueron

El recto Transporta la materia fecal

hacia el ano.

11

El ano Es el orificio por el que la materia fecal sale del tubo digestivo.

Esquema del sistema digestivo humano.

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La digestión mecánica y la digestión química Los alimentos ingeridos son transformados mediante dos procesos digestivos: la digestión química y la mecánica. La digestión mecánica es el conjunto de movimientos que produce la ruptura de los alimentos en fragmentos cada vez más pequeños. Esto ocurre en la boca, por la acción de los dientes y muelas, y en el estómago y el intestino delgado, por los movimientos peristálticos de los músculos que forman estos órganos. La saliva, el jugo gástrico, el jugo intestinal, el jugo pancreático y la bilis contienen sustancias llamadas enzimas, que son las responsables de la digestión química. Gracias a la digestión mecánica, las enzimas pueden acceder a todo el alimento y transformarlo en materiales más simples: los nutrientes.

En la boca la digestión ocurre de las dos formas: mecánica y química.

[ ]

La absorción intestinal Los nutrientes que se obtuvieron por digestión química atraviesan la pared intestinal, llegan a los vasos sanguíneos y son distribuidas por todo el cuerpo. Esta pared es plegada y cada pliegue se llama vellosidad. Las vellosidades ofrecen una mayor superficie de absorción que las superficies lisas.

ESTUDIO DE CASO

¿Qué creen que habría observado Beaumont si la herida de Saint Martin hubiera estado en el esófago? ¿Y el intestino delgado? ¿Qué tipo de digestión estudió principalmente Beaumont? ›› Describir y explicar fenómenos biológicos utilizando teorías y observaciones personales.

papel estirado: 60 cm2 pared plegada 20 cm papel plegado: 240 cm2

intestino delgado

Un papel plegado tiene más superficie que otro estirado que ocupe el mismo largo. Algo similar ocurre con las paredes del intestino delgado. Al ser plegadas, la superficie de absorción es mayor.

La egestión Las sustancias que no son absorbidas en el intestino delgado, continúan su recorrido por el intestino grueso. Allí se absorbe y recupera el agua en la que están disueltas las sustancias y se forma una masa sólida llamada materia fecal. La materia fecal continúa su camino por el recto, y sale del tubo por el ano. Este proceso se llama egestión. ACTIVIDADES 1. ¿Qué órganos del sistema digestivo conforman el tubo, y cuáles no? 2 ¿Cuál es la función de los jugos del sistema digestivo, qué órganos los producen?

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3. ¿Qué cambios se producen en los alimentos durante la digestión mecánica? ¿Y durante la física? ¿Qué ventaja tiene que la pared del intestino sea plegada?

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4 • capítulo 13

El sistema respiratorio

CIENCIA EN LA NET

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Así como los nutrientes preIngresen a la sección “Actividades” del “Escritorio Alumnos” del portal Educ.ar: http://goo.gl/wb9nX sentes en los alimentos ingresan al Allí se les propone descargar un archivo con una cuerpo a través del sistema digestiexperiencia relacionada con el sistema respiratorio. vo, el gas oxígeno, ingresa a través ›› Uso de TIC en la búsqueda y análisis de información. del sistema respiratorio. Este sistema además excreta el dióxido de carbono que generan todas las células durante la respiración, y que debe ser eliminado para evitar su acumulación en el organismo. El sistema respiratorio está formado por las vías respiratorias y los pulmones. Las vías respiratorias están constituidas por las fosas nasales, la faringe, la laringe, la tráquea y los bronquios, que establecen los conductos por donde el aire ingresa, se desplaza y luego sale. Los pulmones son los órganos donde se encuentran las finalizaciones de las vías respiratorias, y es el sitio donde se da el intercambio gaseoso, es decir, donde la sangre toma oxígeno y libera dióxido de carbono.

1

2

Las fosas nasales

Por aquí ingresa y sale el aire. Son dos, y se encuentran en la nariz. Tienen pelos que impiden el ingreso de partículas de polvo. Están irrigadas con capilares sanguíneos que calientan el aire que ingresa.

6

1

2

La faringe Conduce el aire desde las fosas nasales

3

La epiglotis Es una estructura que funciona como una tapa que cierra la conexión con las vías respiratorias cuando ingresa alimento. Así, el bolo pasa de la faringe al esófago. Cuando el conducto está abierto, el aire pasa de la faringe a la laringe.

4

La laringe Contiene las cuerdas vocales,

que son los músculos responsables de la voz.

5

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anillos de cartílago. En su interior se fabrica mucosidad que retiene las partículas de polvo. Tiene cilias, estructuras que actúan como pequeñas palancas que impulsan la mucosidad hacia la parte superior de las vías respiratorias.

3 4

hasta la laringe. Es un órgano compartido con el sistema digestivo; por este motivo también es posible tomar y liberar aire por la boca, aunque si ingresa por allí no se limpia ni se calienta como cuando ingresa por las fosas nasales.

La tráquea Es un tubo rígido. Lo que le da rigidez son

7

6

7

Los bronquios El conducto traqueal culmina en otros dos conductos, llamados bronquios, por donde se mueve el aire. Los bronquios se ramifican en muchos conductos pequeños llamados bronquíolos.

8

5

8 9

Los alvéolos pulmonares Son estructuras con forma de bolsa

que se encuentran al final de cada bronquíolo. Es el sitio donde ocurre el intercambio de oxígeno y dióxi do de carbono con la sangre.

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El diafragma Es un músculo que permite que ingrese aire al sistema respiratorio.

Los pulmones El conjunto de bronquiolos y alvéolos conforman dos órganos de aspecto esponjoso llamados pulmones.

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La respiración celular, la hematosis y el intercambio gaseoso

capilar sanguíneo CO2

El proceso que realizan todas las células para obtener energía a partir de los nutrientes de la digestión y del oxígeno se llama respiinterior O del alvéolo 2 ración celular. Este proceso genera dióxido de carbono como proglóbulo ducto de desecho. Cuando el aire ingresa al sistema respiratorio, rojo llega hasta los alvéolos pulmonares que son estructuras con forma de bolsa, rodeadas por vasos sanguíneos muy delgados, llamados capilares. El oxígeno del aire atraviesa la pared de los alvéolos glóbulo rojo O2 y pasa a los capilares, este pasaje se llama hematosis. El dióxido de célula del carbono que trae la sangre se mueve hacia el interior de los alvéocuerpo los, y viaja por las vías respiratorias hasta el exterior. CO2 La sangre transporta el oxígeno de los alvéolos hacia todos los tejidos por vasos sanguíneos que se ramifican hasta formar capilares que llegan a las células. Allí, el intercambio gaseoso se da a la inverEn los alvéolos pulmonares se produce sa que en la hematosis: el oxígeno pasa de la sangre hacia las células, la hematosis. En las células del cuerpo, en cambio, el oxígeno pasa de la sangre y las células liberan dióxido de carbono, que va a parar a la sangre. a las células y el dióxido de carbono pasa de las células a la sangre.

La ventilación

En la vida cotidiana decimos “respiración” para referirnos a la entrada y salida de aire del cuerpo, pero este proceso se llama ventilación. La respiración solo ocurre en las células. El ingreso del aire se llama inhalación o inspiración, y la salida recibe el nombre de exhalación o espiración. Los pulmones se encuentran en la cavidad torácica que está formada por las costillas, y por el diafragma. Entre las costillas hay músculos llamados intercostales. Cuando el diafragma y los músculos intercostales se contraen, la caja torácica aumenta de tamaño y el aire ingresa. Cuando los músculos se relajan, se reduce el tamaño de la cavidad y el aire sale del sistema respiratorio. inspiración

espiración músculos pectorales

músculos intercostales contracción y ascenso del diafragma

La ventilación pulmonar.

relajación y ascenso del diafragma

ACTIVIDADES 1. ¿En qué parte del sistema respiratorio ocurre el intercambio gaseoso con el aire? ¿Qué gas es el que ingresa al organismo y qué gas es el que sale?

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2. ¿Cuál es la diferencia entre respiración y ventilación? Cuando corremos, inhalamos y exhalamos más a menudo. ¿Por qué creen que sucede eso?

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4 • capítulo 13

244

El sistema circulatorio El sistema circulatorio es el que conecta todos los sistemas de la nutrición. Lleva los nutrientes desde su sitio de ingreso hacia el resto del cuerpo. El sistema circulatorio además transporta las sustancias de desecho hacia los sitios donde serán eliminadas. Está formado por el corazón, los vasos sanguíneos —arterias y venas— y la sangre. Antiguamente se creía que la sangre era producida a través de los alimentos en el hígado o en el corazón, y que era absorbida en su totalidad por el organismo. El médico inglés William Harvey (1578-1657) demostró que la sangre no era absorbida, sino que circulaba en el cuerpo en una única dirección, siguiendo un recorrido circular. E XP E R I M E NTO S E N P A P E L ¿Cómo se mueve la sangre en nuestro cuerpo? HIPÓTESIS: la sangre se mueve en una sola dirección; sale del corazón por las arterias, viaja hacia el cuerpo y vuelve al corazón a través de las venas. PREDICCIÓN: si se corta el pasaje de la sangre en una arteria o en una vena, la sangre se acumulará en el sentido en el que está moviéndose.

[ ]

entre el corazón y el punto bloqueado, mientras que cuando bloqueó la vena, el vaso se hinchó por la sangre acumulada del otro lado del punto bloqueado. Luego hizo el experimento en el brazo de una persona. CONCLUSIONES: la sangre circula con una única dirección: desde el corazón hacia el resto del cuerpo a través de las arterias, y desde el cuerpo al corazón a través de las venas.

PROCEDIMIENTO: Harvey trabajó con un animal vivo al que le bloqueó primero una arteria y luego una vena. En ambos casos observó la circulación. RESULTADOS: cuando bloqueó la arteria, la sangre se acumuló en el lado correspondiente

El experimento de Harvey en un brazo humano.

›› Estudio de experimentos históricos.

arteria células

vena

capilares

William Harvey dejó una pregunta sin responder y es de qué modo la sangre pasa de las arterias a las venas. Unos años después de la muerte de Harvey, en 1661, el médico italiano Marcello Malpighi realizó observaciones de pulmones de rana en el microscopio, y encontró que las arterias y las venas se unían por unos vasos muy pequeños a los que llamó capilares. Las arterias se comunican con las venas a través de los capilares.

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El corazón, la circulación y la sangre válvula

El corazón es un órgano muscular que se aurícula derecha contrae y se relaja de manera involuntaria. Se divena aurícula vide en dos partes, izquierda y derecha, separaizquierda das por un tabique. Cada parte, a su vez, tiene dos cavidades: una aurícula y un ventrículo, divididas por válvulas. La sangre llega al corazón arteria por las venas e ingresa a las aurículas, pasa a los ventrículos, y desde allí es impulsada fuera del ventrículo izquierdo corazón por las arterias. Cuando la sangre llega al corazón, las aurículas están relajadas o en diástole. Una vez que se llenan, se contraen y empujan la sangre a los ventrículos, que se enventrículo derecho cuentran en diástole. Cuando los ventrículos se Las venas son vasos muy elásticos y tienen válvulas. Las llenan, se contraen, es decir, entran en sístole, e arterios tienen paredes musculosas. impulsan la sangre por las arterias. Las arterias y las venas son los dos tipos de vasos sanguíneos y se extienden en forma de red por todo el cuerpo. Las arterias transportan la sangre que sale del corazón, y tienen paredes musculares gruesas y elásticas, capaces de contraerse y de relajarse. Las venas llevan la sangre hacia el corazón, y tienen paredes más delgapulmones das y extensibles. Las venas tienen válvulas que actúan como puertas que impiden que la sangre retroceda y la empujan hacia el corazón. Las venas y las arterias se ramifican y forman capilares por los que se conectan. circuito menor Existen dos circuitos de la sangre: el circuito mecorazón nor o pulmonar, en el que la sangre circula entre los pulmones y el corazón; y el circuito mayor o sistémico, entre todos los tejidos del cuerpo y el corazón. La sangre está constituida por un líquido llamado plasma y distintos tipos de células. El plasma tiecircuito mayor ne agua, proteínas, nutrientes y desechos. En la sangre hay varios tipos de células. Los glóbulos rojos, que transportan oxígeno y dióxido de carbono, y los glóbulos blancos, que participan en la defensa del orgatodo el cuerpo nismo. La sangre contiene, además, restos de células Esquema que representa los circuitos mayor y menor. La llamadas plaquetas, que participan en la cicatrizasangre que está cargada de oxígeno se representa con ción de las heridas. color rojo, mientras que la que está cargada de dióxido de carbono, se representa con color azul.

ACTIVIDADES 1. ¿Cómo llegó William Harvey a su conclusión respecto del sentido del movimiento de la sangre en las arterias y en las venas?

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2 ¿Dónde se oxigena la sangre?, ¿dónde se llena de dióxido de carbono? ¿La sangre podría ir de los pulmones al resto del cuerpo, sin pasar por el corazón?

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4 • capítulo 13

La excreción

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La excreción consiste en la liberación al exterior de los desechos de la actividad celular. Existen tres vías de excreción: la piel, los pulmones y el sistema urinario. En todos los casos, los desechos llegan a estos órganos a través de la sangre. La piel es un órgano que recubre todo el cuerpo y, entre otras funciones, es capaz de realizar la excreción de algunos desechos. Tiene glándulas llamadas sudoríparas, que se encargan de fabricar el sudor. El sudor es un líquido que contiene sales y otros desechos disueltos en agua. Es liberado al exterior mediante la transpiración. Los pulmones eliminan el dióxido de carbono exterior que producen todas las células como un desecho de la respiración celular. Este gas llega a los pulmones a través de la sangre, es liberado hacia el interior de los alvéolos pulmonares y luego es eliminado hacia el exglándula receptor terior mediante la exhalación. sudorípara El sistema urinario efectúa la excreción de la mayor parte de los desechos. Forma y libera la orina que es una mezcla de agua y todos los desechos que este sistema filtra de la sangre. El sistema urinario está músculo formado por los riñones y las vías urinarias. La excreción en la piel se produce a través de las glándulas sudoríparas.

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Los uréteres La orina formada en los riñones es conducida por los uréteres hacia la vejiga.

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La uretra Es el conducto que le da paso a la orina desde la vejiga hacia el orificio por el cual sale al exterior. En las mujeres es corta, mientras que en los hombres es más larga, ya que es un órgano compartido con el sistema reproductor.

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Los riñones Son los órganos donde la sangre se filtra y se seleccionan las sustancias de desecho que forman la orina.

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forma de bolsa y paredes elásticas que le permiten estirarse. Allí se acumula la orina. Cuando la vejiga está llena hasta la mitad, dan ganas de orinar. Un músculo en forma de anillo, el esfínter, permite descargar la vejiga de forma voluntaria.

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La vejiga Es un órgano hueco con

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El meato urinario Es el orificio por el que la orina sale al exterior.

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La formación de la orina Los riñones actúan como filtros por los que pasa la sangre que trae los desechos de todas las células del cuerpo. Dentro de los riñones existen estructuras llamadas nefrones. En total hay alrededor de un millón de nefrones y cada uno de ellos filtra la sangre y produce orina. La orina es un líquido que contiene agua, sales y las sustancias de desecho del cuerpo. La sangre, además de desechos, contiene proteínas y nutrientes que siguen circulando en el cuerpo. Estas sustancias no son parte de la orina, sino que siguen su curso fuera de los nefrones.

Cuando los riñones fallan Existen enfermedades que impiden el buen funcionamiento de los riñones. Una persona con un riñón sano puede vivir sin problemas si lleva una dieta adecuada. Si ambos riñones fallan, es necesario recurrir al tratamiento de diálisis en el cual una máquina filtra toda la sangre del cuerpo. Los pacientes en diálisis deben filtrar su sangre durante algunas horas, varias veces por semana. ›› Relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente.

nefrón

Arteriola aferente Por esta arteriola, la sangre llega a los nefrones.

Túbulo contorneado distal Aquí termina de formarse la orina luego de haber pasado por el asa de Henle.

Túbulo contorneado proximal El líquido filtrado es conducido inicialmente por este túbulo que tiene paredes que captan los nutrientes que fueron filtrados como, por ejemplo, la glucosa, y los hace volver a la circulación sanguínea.

Glomérulo Es una estructura en forma de ovillo que forman los vasos sanguíneos que vienen de la arteriola aferente. Arteriola eferente La sangre sale desde el glomérulo y es filtrada, y aquello que no pasa por el filtro vuelve al torrente sanguíneo para seguir su camino por la arteriola eferente. Cápsula de Bowman En esta estructura la sangre es filtrada el agua, las sales, las sustancias tóxicas de desecho —fundamentalmente urea—, y también algunos nutrientes, como la glucosa y los aminoácidos pasan a formar parte de la orina.

[ ]

CIENCIA EN ACCIÓN

Asa de Henle El filtrado sigue su camino por este tubo en forma de U, donde se extraen sales y agua de la orina en formación.

riñón

Tubo colector Recoge la orina de varios nefrones y la conduce hacia tubos de tamaño mayor, que finalmente desembocarán en el uréter.

ACTIVIDADES 1. Decidan si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas, y justifiquen su respuesta. a. El único líquido que produce el cuerpo humano para liberar sustancias de desecho es la orina. b. Las sustancias de desecho son transportadas por la sangre hacia el exterior.

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2. ¿Cómo llegan los desechos a los distintos órganos que participan de la excreción? 3. ¿En qué consiste el tratamiento de diálisis? ¿La función de qué órgano es reemplazada o complementada en este tratamiento?

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Taller de Ciencias

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Experimentar con los sistemas nervioso y circulatorio El objetivo de este taller es poner en evidencia el funcionamiento de algunos de los sistemas de nuestro cuerpo a partir de experiencias muy sencillas. Para eso, les proponemos dividir el trabajo en dos partes. PRIMERA PARTE: EL SISTEMA NERVIOSO Y EL TIEMPO DE REACCIÓN El sistema nervioso se ocupa, entre otras cosas, de recibir estímulos del exterior, procesar la información y elaborar una respuesta. Con esta experiencia podrán estudiar la relación entre un estímulo y el tiempo en el que se efectúa la respuesta. En este caso, el estímulo será una regla que cae, y la respuesta será tomar la regla. El tiempo que pasa entre el estímulo y la respuesta se llama tiempo de reacción.

[HIPÓTESIS DE TALLER] Existe una relación entre la distancia que recorre una regla al caer y el tiempo que tarda una persona en sostenerla para impedir su caída. [PREDICCIÓN] Cuanto menor sea el tiempo de reacción de la persona, más rápidamente tomará la regla y menor va a ser la distancia que esta recorra. [PROCEDIMIENTO POR PASOS]

1. Formen parejas. Uno de los dos debe sostener la regla desde el extremo superior. El otro estudiante debe colocar la mano en el extremo inferior, sin sostener la regla, como se muestra en la figura.

2. El estudiante que sujeta la regla tiene que dejarla caer y el otro estudiante tiene que agarrarla lo más rápido que pueda.

3. Se debe medir el punto donde se tomó la regla, lo que indica la distancia recorrida, y a partir de la información presente en la tabla, se puede averiguar a qué tiempo de reacDistancia (cm) Tiempo aproximado de reacción coción corresponde. rrespondiente (milésimas de segundo)

4. Repitan la experiencia cambiando el rol de los estudiantes.

5. Pueden registrar todo con la cámara digital y luego armar una presentación multimedia de la experiencia utilizando los programas Microsoft Power Point o Impress, de Open Office.

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SEGUNDA PARTE: EL SISTEMA CIRCULATORIO Y EL RETORNO DE LA SANGRE EN LAS VENAS Como se vio en este capítulo, la sangre de todo el cuerpo, retorna al corazón a través de las venas. Esto ocurre tanto con la sangre oxigenadada como con la carboxigenada. Como la sangre naturalmente tiende a bajar por acción de la gravedad, las venas tienen válvulas que ayudan a impulsar la sangre hacia arriba. En esta experiencia, veremos qué sucede con el retorno venoso cuando el recorrido de la sangre queda a favor de la gravedad.

[HIPÓTESIS DE TALLER] El regreso de la sangre por las venas hacia el corazón puede modificarse con la postura del cuerpo respecto de la gravedad. [PREDICCIÓN] Si el recorrido de la sangre en las venas queda a favor de la gravedad, el retorno será más veloz. [PROCEDIMIENTO POR PASOS]

1. Coloquen un brazo hacia arriba y el otro brazo déjenlo al costado del cuerpo, como lo muestra la figura. Mantengan esa posición durante tres minutos.

2. Observen y comparen el color de las dos manos. [RESULTADOS] PRIMERA PARTE ¿Qué resultados obtuvieron al medir el tiempo de reacción? Tomen nota del tiempo de reacción que obtuvo cada estudiante. Si hubo diferencias, ¿cómo podrían explicarlas? ¿Se confirmó la predicción? ¿Pudieron comprobar la hipótesis? SEGUNDA PARTE ¿Qué resultados obtuvieron en el experimento de las manos? ¿Qué mano tendrá más sangre y por qué? ¿En qué brazo habrá vuelto más sangre al corazón y por qué? ¿Se confirmó la predicción? ¿Pudieron comprobar la hipótesis?

ACTIVIDADES

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1. ¿Qué estímulos recibe el integrante del equipo que debe tomar la regla? ¿Cómo son captados y procesados? ¿Qué partes de su cuerpo reciben la señal para efectuar la respuesta?

3. Diseñen otro experimento para medir el tiempo de reacción. Piensen cuál o cuáles serían los estímulos, y cuál debería ser la respuesta. Pruébenlo con un compañero.

2. ¿Consideran que hay alguna diferencia en el regreso venoso cuando una persona está parada, sentada o acostada? ¿Qué sucede si una persona está haciendo la vertical?

4. Diseñen un nuevo experimento que permita poner en evidencia el fenómeno de retorno venoso. Piensen cuál debería ser el resultado. Luego compruébenlo.

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Propuesta de actividades

ICONO

ESTUDIO DE CASO

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El Dr. Beaumont encontró una posibilidad única de estudiar el funcionamiento del sistema digestivo. Hasta ese momento solo se podía estudiar con elementos y materiales presentes en el laboratorio o con animales parecidos a los seres humanos.

1 . ¿Qué limitaciones existían para entender el funcionamiento del sistema digestivo hasta entonces? 2. ¿Qué otros sistemas influyen en el funcionamiento del sistema digestivo del paciente? 3 . Alexis Saint Martin se ofreció voluntariamente al estudio. ¿Qué opinarían de Beaumont si esto no hubiera sido así? ¿Y si el agujero en el estómago hubiese sido hecho por el médico en lugar de ser causado por un accidente?

4. ¿Qué sistemas permiten que realicemos las siguientes acciones? Puede ser más de uno. Expliquen de qué manera participan dichos sistemas. ¿Algún sistema está presente en todos los casos? ¿Cuál? ¿Por qué? a. Leer un libro. b. Jugar al fútbol. c. Saborear un helado. d.Tomar los nutrientes de una comida. e. Sentir el aroma de un perfume. 5. Indiquen cuáles son las diferencias entre: a. Una célula y un tejido. b. La egestión y la excreción. c. El control nervioso y el control endocrino. d. Los músculos voluntarios y los involuntarios. e. El sudor y la orina. f. La circulación mayor y la circulación menor. g. Las arterias y las venas. 6. ¿En qué órganos ocurren los siguientes procesos? a. Hematosis. b. Formación de la orina. c. Absorción de los nutrientes. d. Producción y liberación de hormonas. e. Eliminación de sustancias tóxicas. f. Degradación de los alimentos. 7 . Decidan si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas, y justifiquen su elección. a. Todas las articulaciones permiten que los huesos se desplacen.

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b. El sistema respiratorio participa en la excreción. c. Todas las sustancias presentes en los alimentos son absorbidas. d. El esófago par ticipa en la digestión de los alimentos. e. El sabor de la comida es captado por receptores presentes en la piel. f. El oxígeno entra al cuerpo a través de la piel y llega a todas las células.

8. Completen los siguientes textos. El sistema _____________ es el que conecta todos los sistemas de nutrición. La ________ transporta los ____________ que se incorporan por la acción del sistema digestivo a través del proceso de _________ intestinal. También transporta el _________ que ingresa a los pulmones a través del proceso de __________, el dióxido de carbono que producen las células a través del proceso de ____________ celular, y las sustancias de desecho que serán eliminadas a través de la _________ formada en los _________ , o bien a través del _________ formado en las glándulas __________ de la piel. El sistema _______________________ es el que le aporta soporte y movimiento a nuestro cuerpo. Los _______ son órganos rígidos que conforman el _____________, y nos aportan rigidez y sostén, y se unen por medio de _____________. Los ___________ son órganos capaces de contraerse y __________ , y se unen a los huesos a través de los ___________. El sistema __________ y el sistema _____________ se ocupan de regular y controlar el funcionamiento de todos los sistemas. El sistema _________ está dividido en dos: el sistema ________ _______ y el sistema ________ __________. Está formado por un tipo de células llamadas ________. El sistema __________ está formado por órganos llamados _________ , que producen sustancias que liberan a la sangre llamadas __________ .

9. La orina contiene nutrientes. Les proponemos algunas preguntas en las que tendrán que resolver incógnitas con la información de este capítulo. a. Habrán notado que si toman muchas bebidas orinan con más frecuencia. ¿Por qué creen que ocurre esto? b. El 70% del aire está formado por el gas nitrógeno, que no utilizamos. ¿Qué creen que sucede con el nitrógeno en los alvéolos pulmonares? ¿Cuál será la cantidad de nitrógeno en la inhalación y en la exhalación?

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c. Aproximadamente 200 litros de sangre son filtrados desde el glomérulo al interior de la cápsula de Bowman en los nefrones para formar la orina. ¿Por qué únicamente eliminamos un litro y medio de orina por día? ¿Qué sucede con el agua?

1 0 . Expliquen a qué nivel de organización pertenecen las siguientes partes del cuerpo. a. riñón b. piel c. sistema urinario d. adipocito e. fémur f. tejido óseo g pulmón h. glóbulo rojo 11. Lean el texto que está a continuación y resuelvan las consignas. Camila y Martín corrieron una carrera para definir quién pagaba el helado. Martín llegó último, se molestó tanto por eso que las mejillas se le pusieron rojas de furia. Pero como sabía cumplir una apuesta, la invitó a Camila con el helado. Llegaron a la heladería y leyeron la lista de sabores, de solo imaginarse el helado se les hacía agua la boca. Pronto estaban los dos en la plaza saboreando sus ricos helados hechos con cremas, huevo y otros alimentos muy nutritivos. Después de una hora ya estaban con toda la energía

para seguir corriendo carreras. Camila lo propuso pero Martín le dijo que lo espere porque se moría de ganas de hacer pis. Cuando finalmente corrieron la segunda carrera para ver quién usaba la compu primero, Cami se tropezó y se lastimó la rodilla. Era común que esto le pase, pero no se preocupó, siempre cicatrizaba muy rápido. a. Identifiquen en el relato acciones que involucren el funcionamiento de los siguientes sistemas. nervioso osteoartromuscular circulatorio digestivo respiratorio excretor b. Expliquen cómo interviene cada sistema en cada caso. ¿Hay casos en los que intervenga más de uno?

1 2 . Luego de haber leído este capítulo, ¿qué aprendieron acerca del funcionamiento y las características del organismo humano? 1 3 . ¿Cambió alguna de las ideas que tenían con respecto a los temas del capítulo? 14. ¿Qué tema les interesó más? ¿Por qué? 1 5 . ¿Qué tema no entendieron? ¿Sobre cuál les gustaría seguir leyendo?

[RED CONCEPTUAL] El ORGANISMO HUMANO

esta formado por

Un conjunto de sistemas de órganos que cumplen funciones específicas:

De sostén y movimiento

Sistema digestivo

Sistema osteoartromuscular

De control y relación

Sistema nervioso

De reproducción

Sistema inmunológico

Sistema respiratorio Sistema circulatorio

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252 contenidos: teorías acerca de la reproducción • el sistema reproductor humano • el sistema reproductor masculino y sus partes • el sistema reproductor femenino y sus partes • La gametogénesis • ciclo menstrual y fertilidad en la mujer • desarrollo y nacimiento • el ciclo de vida humano.

14 La reproducción y

el desarrollo humanos

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[ESTUDIO de cAsO] Peculiaridades de la sexualidad humana Los humanos somos excepcionalmente extraños. No solo en nuestra capacidad de hablar o de razonar. Nuestra sexualidad es distinta a la de otros mamíferos y está llena de misterios. Por ejemplo, las mujeres tienen, al igual que las hembras de otras especies, períodos en los que son fértiles, es decir, en los que es posible la fecundación. Esto sucede cuando se produce la ovulación. En esos momentos el útero de una mujer se prepara para alojar un embrión. Pero si no se produjo la fecundación, al final de este período las paredes del útero se desprenden en una descarga de sangre: la menstruación. La mayor parte de las hembras de otras especies de mamíferos no tienen menstruación, sino que tienen períodos de “celo” en los que se produce un sangrado pero que coincide con la ovulación. En estos períodos, estas hembras no solamente son fértiles sino que además están sexualmente receptivas —dispuestas a aparearse con los machos—. En los momentos de celo, las hembras de muchos animales despliegan o emiten señales para atraer a los machos: colores llamativos u olores irresistibles. Las mujeres y las hembras de otras especies de primates —como los chimpancés—, en cambio,

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no tienen celo, es decir son sexualmente receptivas durante todo el ciclo menstrual. No producen ningún tipo de señal para anunciar su ovulación. De hecho, muchas mujeres ni siquiera se dan cuenta cuándo están ovulando. ¿Qué efectos puede tener esto en la vida y en la reproducción de los humanos? ¿En qué otras cosas es distinta nuestra sexualidad a la de otros animales? Por ejemplo, los humanos somos únicos también en la menopausia, que es el cese en la producción de óvulos. ¿Por qué los otros animales no la tienen? A veces lo obvio no es tan obvio, y lo familiar está lleno de preguntas. A veces, esas preguntas no tienen respuesta.

Hagan una lista con las palabras del texto que no conocen y subrayen aquellas cuyos significados pueden deducir a partir de la información contenida en la oración o el párrafo donde se encuentran.

*

Si tienen como mascotas perras hembras, *sabrán que cada seis meses aproximadamente pierden sangre. ¿En este período, las perras son sexualmente receptivas o no? ¿Son fértiles en este período?

¿Las mujeres son fértiles durante su menstruación?

*

diferencia existe entre los momentos fér*tiles¿Qué de una mujer y los de un varón? ¿A qué edad comienzan a ser fértiles en cada caso?

›› describir y explicar fenómenos biológicos utilizando teorías y observaciones personales.

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4 • capítulo 14

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Teorías sobre la reproducción y el desarrollo El filósofo griego Aristóteles, en el siglo iv a. C, sostenía que los distintos órganos y estructuras del cuerpo humano en desarrollo se formaban progresivamente a partir de la materia sin vida. Él describió el desarrollo en los huevos de distintas aves, y en todas observó que gradualmente iban apareciendo estructuras, primero el corazón, luego los vasos sanguíneos, los ojos, el contorno del cuerpo. Esto mismo lo aplicaba a los humanos. Creía que los hombres aportaban el “espíritu” del nuevo ser y las mujeres la materia. Mucho tiempo después, durante el siglo xvi de nuestra era, el desarrollo del microscopio permitió descubrir la presencia de diminutas estructuras móviles en el semen masculino. Se los denominó animálculos. Hoy sabemos que los animálculos del semen no eran otra cosa que células sexuales o gametos masculinos: los espermatozoides. Pero en dicho momento, hubo investigadores que sostenían que dentro de ellos habría un ser vivo íntegro previamente formado u homunculus que con la fecundación se activaría y crecería hasta desarrollar un nuevo ser. Otros sugirieron que el nuevo ser vivo estaba, pero en los gametos femeninos u óvulos. Se definió como “animalculistas” a quienes sostenían la primera de las teorías y “ovistas” a quienes eran partidarios de la segunda.

En 1786, el naturalista italiano Lazzaro Spallanzani quiso probar las hipótesis de los ovistas y los animalculistas y determinar quiénes tenían razón. Para eso realizó un experimento.

[ ]

E XP E R I M E NTO S E N P A PE L ¿Los nuevos seres se encuentran “preformados”?

HIPÓTESIS: alguno de los gametos (femenino o masculino) tiene en su interior un ser vivo en miniatura que se activa con la fecundación y se desarrolla. PREDICCIÓN: si los seres vivos están previamente formados en alguno de los gametos, deberán parecerse únicamente a uno de los progenitores, según el gameto en el que se encuentre. PROCEDIMIENTO: Spallanzani mantuvo encerrada a una perra hasta que entró en el período de celo. Luego consiguió semen de un perro y se lo introdujo a la perra de manera artificial, usando un dispositivo similar a una jeringa. De este modo, se aseguró la procedencia de los dos tipos de gametos. RESULTADOS: la perra quedó embarazada, y luego de dos meses parió tres cachorros que no eran idénticos ni al macho ni a la hembra, se parecían a ambos. CONCLUSIONES: los nuevos perritos no estaban previamente formados ni en los óvulos de la perra ni en los espermatozoides del perro. Las características del nuevo individuo provenían de ambos gametos. macho

hembra

espermatozoide con homunculus óvulo de homunculus Algunos naturalistas apoyaban la idea de que dentro de los animálculos había un ser vivo completo en miniatura. Otros decían que estaba en los óvulos.

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cachorros Interpretar experimentos históricos.

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La reproducción humana Actualmente, se sabe mucho más acerca de la reproducción que lo que se sabía en tiempos de Spallanzani. A través de la reproducción, los seres vivos generan nuevos individuos, seres similares a ellos pero con diferencias, lo que permite que una especie perdure a lo largo del tiempo y pueda evolucionar. Los seres humanos tienen reproducción sexual, lo que implica la participación de dos sexos: el masculino y el femenino; ambos tienen igual importancia en la formación del nueSolo uno de los millones de espermatozoides vo individuo. del semen llega a fecundar un óvulo. La unión entre el óvulo y el espermatozoide, es decir, los gametos femenino y masculino, respectivamente, es la fecundación. En los seres humanos, como en la mayoría de los mamíferos, la fecundación es interna, ya que ocurre dentro del sistema reproductor femenino. El hombre posee un órgano copulador llamado pene, que penetra en el cuerpo de la mujer y deposita allí millones de espermatozoides que se mueven hasta encontrarse con el óvulo. Si se produce la fecundación, se forma un cigoto que es la célula que dará origen al nuevo individuo. El cigoto crece y se desarrolla también dentro del sistema reproductor de la mujer, en el útero; luego de unas horas pasa a ser un embrión. El desarrollo tiene una duración de aproximadamente 38 semanas o 9 meses y, durante ese tiempo, la madre le otorga nutrientes al bebé en gestación a través de una estructura que los comunica, llamada placenta. Al igual que otros mamíferos, las hembras de los seres humanos alimentan a los hijos recién nacidos dándoles de mamar. La leche materna contiene todos los nutrientes necesarios para el crecimiento durante los primeros seis meses de vida, y además aporta sustancias de defensa. Por lo general, los seres humanos tienen un solo hijo por parto. Sin embargo, ocasionalmente se dan casos de embarazos múltiples, como sucede con los gemelos, mellizos o trillizos. Los gemelos se forman por una separación del embrión en las primeras instancias del desarrollo, es decir, provienen del mismo óvulo y el mismo espermatozoide. Los casos de mellizos o trillizos se dan cuando fueron fecundados 2 o 3 óvulos simultáneamente. Esto es poco frecuente debido a que las mujeres, en general, liberan un solo óvulo por ovulación. Actividades

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1. ¿Qué pensaba Aristóteles sobre la reproducción humana?

experimento con perros? ¿Por qué rechazó la hipótesis?

2. ¿En qué consisitía el debate entre animalculistas y ovistas?

4. ¿Por qué se dice que la reproducción en los seres humanos es sexual?

3. ¿A qué conclusiones llegó Spallanzani con su

5. ¿A qué se llama fecundación y desarrollo interno?

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4 • capítulo 14

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El sistema reproductor masculino Los espermatozoides se forman en el sistema reproductor masculino. Este sistema también produce hormonas masculinas, que son un grupo de sustancias que controlan y regulan el desarrollo de ciertas características corporales que aparecen en la pubertad, alrededor de los 12 años de edad. Estas características se llaman caracteres sexuales secundarios. Algunos de ellos son la presencia de vello en varias partes del cuerpo, el ensanchamiento de la espalda, el tono de voz, entre otras. Las hormonas masculinas también influyen en el comportamiento de los varones y son las que regulan la producción de espermatozoides.

1

Testículos son dos, en ellos se producen los espermatozoides y las hormonas masculinas. se ubican fuera de la cavidad abdominal, dentro de un repliegue de piel en forma de bolsa llamado escroto.

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Epidídimos son conductos que forman parte de las vías genitales, se conectan directamente con los testículos, y reciben y retienen por un tiempo los espermatozoides recién formados.

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El sistema reproductor masculino visto de frente.

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Próstata es otra glándula anexa, que fabrica un líquido que nutre y protege los espermatozoides, y lo libera dentro de la uretra.

7 vejiga

Glándulas de Cowper o bulbouretrales son glándulas que producen un líquido que facilita la circulación del semen por la uretra.

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Conductos deferentes se encuentran a continuación de los epidídimos. conducen los espermatozoides hacia la uretra. Vesícula seminal es una glándula que produce sustancias nutritivas para los espermatozoides. Junto con los conductos deferentes, vuelcan su contenido en el conducto eyaculador que desemboca en la uretra.

El sistema reproductor masculino está constituido por los testículos, que son las gónadas o glándulas masculinas; las vías genitales, que son una serie de conductos que incluvejiga yen la uretra; un grupo de glándulas anexas:, y el conductos próstata deferentes pene. Cada uno de ellos cumpene ple una función testículos característica.

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Conducto eyaculador conecta las vesículas seminales y el conducto deferente con la uretra.

Uretra es un conducto largo, compartido con el sistema urinario, cuya función es conducir hacia el exterior el semen o la orina. el semen es un líquido formado por los espermatozoides y las sustancias producidas por las glándulas.

Pene es un órgano externo, cuya función es depositar el semen en el interior del cuerpo femenino. está formado por un tejido que se llena de sangre cuando el varón se excita. Así el pene se erecta y puede penetrar en el sistema reproductor femenino.

El sistema reproductor masculino visto de perfil.

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El sistema reproductor femenino El sistema reproductor femenino es el que produce los óvulos. Además, fabrica las hormonas femeninas que regulan las características sexuales secundarias femeninas como el vello en algunas zonas, la forma del cuerpo, y la forma de los senos, entre otras. Estas hormonas también regulan el ciclo menstrual e influyen en el comportamiento. Este sistema también tiene como función albergar y nutrir al embrión durante el embarazo. Está formado por gónadas o glándulas femeninas llamadas ovarios, por las trompas de Falopio, el útero, la vagina y la vulva.

1

Ovarios son las dos gónadas del sistema reproductor femenino. Allí maduran los óvulos y se producen las hormonas sexuales femeninas, ya que son los órganos productores de los gametos femeninos u óvulos.

2

Trompas de Falopio son dos conductos que comunican los dos ovarios con el útero. es el sitio donde ocurre la unión entre el óvulo y el espermatozoide.

3

4

Las glándulas mamarias no forman parte del sistema reproductor. Sin embargo son órganos vinculados estrechamente a la reproducción. Responden a la acútero ción de las hormonas sexuales ovario femeninas y son las que produ- trompa cen la leche con de Falopio vagina la que se alimenta el bebé al nacer y durante alvulva gunos meses. El sistema reproductor femenino visto de frente.

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Vulva está formada por los labios mayores, los labios menores y el clítoris. en ella se encuentran también dos orificios: el orificio vaginal, que comunica la vagina con el exterior, y el meato urinario por donde sale la orina. este conducto es independiente del sistema reproductor.

2 1

Útero es un órgano muscular hueco, con forma de pera invertida. tiene la capacidad de aumentar mucho su tamaño. Allí es donde se aloja, se nutre y crece el bebé durante el embarazo.

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Labios mayores y menores son pliegues que recubren los orificios y el clítoris. Los labios mayores son más grandes, tienen vello y glándulas. Los labios menores son más pequeños e internos.

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Clítoris es una estructura pequeña formada por tejido eréctil, al igual que el pene, y que se llena de sangre durante la excitación sexual.

3 vejiga

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Vagina es un tubo muscular elástico que comunica el útero con el exterior. es por donde ingresa el pene para depositar los espermatozoides.

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Esquema del sistema reproductor femenino en un corte visto de perfil.

ActividAdes 1. ¿Qué función tienen las glándulas sexuales masculinas? ¿Y las femeninas?

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2. ¿Qué son los caracteres sexuales secundarios? ¿En qué momento de la vida de mujeres y varones aparecen?

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4 • capítulo 14

La formación de los gametos

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La producción de gametos se llama gametogénesis y es un proceso controlado por hormonas y que comienza en la pubertad. Los gametos son células que tienen la mitad de la información genética que cualquier otra célula del cuerpo. Esto sucede porque la gametogénesis es un proceso en el que las células que dan origen a los gametos se dividen varias veces y se reparten la información genética en partes iguales. Cuando se unen un espermatozoide y un óvulo la información genética de ambos se complementa.

La espermatogénesis La gametogénesis masculina se llama espermatogénesis. Ocurre a partir de unas células llamadas espermatogonias, que se encuentran dentro de los tubos seminíferos. El primer paso consiste en la transformación de las espermatogonias en espermatocitos primarios. Luego, los espermatocitos primarios se dividen y reducen su material genético a la mitad, dando origen a los espermatocitos secundarios. Los espermatocitos secundarios, a su vez, se dividen generando las espermátidas. Finalmente, las espermátidas sufren una serie de transformaciones hasta convertirse en espermatozoides. La espermatogénesis se lleva a cabo de manera continua a partir de la pubertad, y por cada espermatogonia se producen cuatro espermatozoides. espermátidas

túbulo seminífero espermatogonia espermatocito primario

cola

testículo espermatocito secundario

espermatozoides

cuello

pared del túbulo núcleo

luz del tubo

cabeza Partes de un espermatozoide.

Si se observa un corte transversal de un tubo seminífero, es posible detectar células en todos los estadios de la espermatogénesis.

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La ovogénesis La gametogénesis femenina se llama ovogénesis. Comienza con la transformación de células llamadas ovogonias en ovocitos primarios pero, a diferencia de la espermatogénesis, esto ocurre cuando la mujer está gestándose en el útero materno alrededor del tercer mes de la fase embrionaria; desde esa instancia entonces queda determinada la cantidad total de ovocitos primarios que poseerá una mujer. Los ovocitos primarios se rodean de una capa de células, que conforman una estructura llamada folículo primordial, y comienzan su división, que queda detenida hasta la pubertad. La reactivación ocurre de a un ovocito por vez cada mes —en la mayoría de los casos—. Estos continúan su división y en torno a ellos crece una estructura folicular que produce sustancias nutritivas y hormonas. Al culminar la división, se genera un ovocito secundario, con la mitad del material genético, y se libera fuera de la estructura folicular y fuera del ovario, rodeado de una delgada capa de células. Las células que formaban parte del folículo se transforman y conforman una estructura llamada cuerpo lúteo o amarillo, que produce hormonas sexuales. Finalmente, el ovocito secundario culmina su división en el momento en el que entra en o con el espermatozoide, y da origen al gameto femenino u óvulo. En este caso, por cada ovogonia se conserva solo un óvulo. ovocito primario

ovocito secundario en distintas etapas

ovario

vasos sanguíneos

cuerpo lúteo maduro

óvulo cuerpo lúteo inicial

Esquema del corte transversal de un ovario en el que se muestran las distintas etapas de la ovogénesis. Estas etapas no se dan simultáneamente.

ActividAdes 1. ¿Qué diferencias existen entre la espermatogénesis y la ovogénesis? 2. ¿Qué diferencia existe en cuanto al número de gametas que producirá un hombre durante su vida con

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respecto a las que producirá una mujer?

3. ¿En qué órgano se produce la espermatogénesis? ¿Y la gametogénesis?

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4 • capítulo 14

260

El ciclo menstrual y la fertilidad en la mujer

ESTUDIO de cAsO

[ ]

¿Por qué existe un período determinado en el

La reanudación de la ovogéneque las mujeres pueden ovular? ¿Por qué llega un momento de la vida de la mujer en la que no sis en los ovocitos primarios ocuovula más? rre a partir de la pubertad, cuando ›› Observar e interpretar fenómenos naturales. empieza a producirse un grupo de hormonas femeninas. Madura un ovocito cada 28 días aproximadamente. El ciclo recibe el nombre de ciclo menstrual, y se divide en dos etapas o fases que duran alrededor de 14 días cada una: la fase folicular y la fase luteal. Durante la fase folicular, dos hormonas femeninas —conocidas como LH y FSH— estimulan el desarrollo y maduración del folículo que contiene un ovocito primario. El folículo produce una hormona sexual llamada estrógeno, que estimula la formación de un tejido en la pared del útero. Este tejido se llama endometrio. Esta fase culmina con la liberación del ovocito secundario fuera del ovario. Así se produce la ovulación. Durante la fase luteal, el ovocito puede ser fecundado por un espermatozoide. En esta etapa, las células que formaban parte del folículo generan el cuerpo lúteo y producen la hormona sexual progesterona, que fomenta el crecimiento del endometrio. La progesterona también frena la liberación de LH y FSH, motivo por el cual ningún otro ovocito podría madurar en esta etapa. Si no ocurre la fecundación, el ovocito muere dos o tres días después de la ovulación; el cuerpo lúteo deja de liberar hormonas y muere a los 14 días, y el endometrio se desprende. Así se produce la menstruación. La primera menstruación menstrual posmenstrual premenstrual menstrual se llama menarca, y pueovulación ciclo hormonal de suceder entre los 8 y los 16 años de edad, y el períoprogesterona do en el que la mujer deja de menstruar recibe el nombre de menopausia y ocurre enLH FSH tre los 45 y los 55 años. estrógeno ovario

ovulación

endometrio útero

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óvulo

El ciclo menstrual se divide en dos fases: folicular y luteal. Durante la fase folicular madura un folículo, hasta que se produce la ovulación. Durante la fase luteal se engrosa el endometrio y si no hay fecundación, se desprende y se produce la menstruación.

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La ovulación y la fertilidad La fecundación es la unión de los gametos que da lugar a la primera célula del nuevo ser humano, llamada huevo o cigoto. Ocurre en las trompas de Falopio, donde se halla el ovocito secundario luego de la ovulación, durante la fase luteal. El día 1 del ciclo es el día en el que empieza el sangrado menstrual. Para un ciclo que dura 28 días, el día 14 es el que se estima que puede producirse la ovulación. En ciclos de 32 días, la ovulación se produce alrededor del día 16. Los días fértiles son aquellos en los que puede ocurrir la fecundación si llegan espermatozoides al óvulo y no siempre coinciden con el día 14 o el día 16 en los casos de ciclos más largos. Es por eso que la etapa fértil puede variar en cada mujer e incluso de un ciclo a otro en una misma mujer. Depende de varios factores. La ovulación está regulada por hormonas y estas dependen de un complejo sistema de regulación que puede verse afectado por situaciones de estrés o de nerviosismo, o incluso por la influencia de hormonas de otras mujeres con las que conviven. Esto hace que no siempre se produzca a la mitad del ciclo. Además, el ovocito puede ser fertilizado hasta 24 horas después de la ovulación. Los espermatozoides pueden vivir dentro del cuerpo femenino hasta 3 días después de la relación sexual. Por este motivo, si se tienen relaciones sexuales —sin ningún método que frene la llegada de espermatozoides— antes del día de la supuesta ovulación, puede ocurrir que el espermatozoide sobreviva hasta que el óvulo llegue a la trompa de Falopio y que se produzca la fecundación.

ESTUDIO de cAsO

[ ]

Las perras son fértiles cada 6 meses, ¿y las mujeres, cada cuánto son fértiles? ›› Observar e interpretar fenómenos naturales.

Todos estos factores combinados hacen que el período fértil se extienda desde 3 días antes de la ovulación hasta 2 días después, aproximadamente. Y es muy difícil saber exactamente cuándo se produce la ovulación cada mes, ya que, a diferencia de las hembras de otros mamíferos, las mujeres no presentan síntomas indicadores de que están ovulando. El deseo sexual de las mujeres tampoco depende estrictamente de su ciclo menstrual, es decir, están sexualmente receptivas durante todo el ciclo. Esto hace que sea posible que tengan relaciones durante todo el mes y que aumenten las probabilidades de fecundación. premenstruación

menstruación

menstruación

días fértiles

óvulo

ovulación endometrio engrosado

El período de fertilidad puede variar. En este caso se representa el de un ciclo de 28 días.

ActividAdes 1. ¿Qué sucede en el ovario en la fase folicular del ciclo menstrual?

4. ¿Qué ocurriría si la progesterona no evitara que se sigan produciendo las hormonas FSH y LH?

2. ¿Qué cambios ocurren en el útero en la fase luteal? ¿Qué provoca esos cambios?

5. ¿Qué puede ocurrir si llega semen a la vagina dos días antes de que una mujer ovule? ¿Y si llega dos días después de que se liberó el óvulo?

3. ¿Qué es el endometrio y cuál es su función?

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4 • capítulo 14

Desarrollo y nacimiento

bloquE

Si ocurre la fecundación, el cigoto comienza a dividirse y da origen al embrión. Primero, las células en las que se divide el cigoto son exactamente iguales, se las llama células madre embrionarias. Cada una de estas células tiene la capacidad de transformarse en la célula de cualquier tejido humano. Luego de 8 o 9 días de la fecundación, aproximadamente, el embrión se dirige desde la trompa de Falopio hacia el interior de la cavidad del útero y se adhiere al endometrio. Esto se conoce como implantación. A partir de ese momento comienza la diferenciación de tejidos y órganos en el embrión, y se fabrica una estructura llamada placenta que está formada, en parte, por tejido del útero y, en parte, por tejido del embrión, que queda conectado a la placenta a través del cordón umbilical. A través del cordón, el embrión toma sustancias nutritivas de la placenta y elimina sustancias de desecho. También se desarrollan las

membranas extraembrionarias que forman la bolsa llena de líquido donde crece el nuevo ser en desarrollo. Al estar rodeado de líquido, el emCon el uso de la tecnología del ultrasonido se puede visualizar el aspecto brión no puede de un feto antes del nacimiento. tomar aire por los pulmones. El intercambio gaseoso lo realiza también a través de la placenta. Luego de dos meses aproximadamente, el embrión ya tiene forma humana y pasa a llamarse feto. Alrededor del quinto mes, todos los órganos están formados y comienza la etapa de crecimiento en la que el feto aumenta de tamaño. En total, el desarrollo se lleva a cabo en aproximadamente 38 semanas (nueve meses), y culmina con el nacimiento o parto.

Primer mes el corazón empieza a latir, el embrión mide unos 5 mm.

Segundo mes se empiezan a diferenciar las extremidades y los genitales. comienza a formarse el sistema nervioso.

Cuarto mes el feto mide unos 15 cm y empieza a cubrirse con pelos.

Quinto mes el feto mide unos 20 cm, la madre ya puede sentir que se mueve dentro del útero.

Séptimo mes el feto mide unos 30 cm. Ya abre los párpados y se inicia la circulación pulmonar.

Octavo mes el feto mide unos 35 cm. Pierde una cubierta de pelusa que le cubría la piel. en esta etapa se empieza acumular grasa en distintas partes de su cuerpo.

Tercer mes el feto mide unos 10 cm. se diferencia bien la cabeza y están formadas las extremidades.

Sexto mes el feto mide unos 25 cm. Ya están formados todos los órganos.

Noveno mes Luego de acumular la grasa suficiente debajo de la piel, el feto mide unos 40 cm y se mueve notablemente.

Desde que se forma el cigoto hasta que el feto está maduro, ocurren una serie de cambios durante 38 a 42 semanas.

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¿Qué detecta una prueba de embarazo?

La presencia de ciertos síntomas puede ser indicio de un embarazo: retraso de la menstruación, hinchazón y sensibilidad en los senos, náuseas y/o vómitos, y ganas de orinar con mucha frecuencia, entre otros. sin embargo, para confirmar el embarazo se debe realizar una prueba o test. existen dos tipos de pruebas; una de ellas es un análisis de sangre, y la otra un análisis de orina. Ambas se basan en la detección de una hormona que produce el embrión llamada gonadotropina coriónica humana o HcG, por sus siglas en inglés. La hormona HcG es producida por la placenta luego de los nueve o diez días posteriores a la fecundación, cuando el embrión se adhiere a la pared del útero. esta hormona impide la desintegración del cuerpo lúteo, de modo que este siga funcionando dentro del ovario, produciendo progesterona. La progesterona mantiene grueso el endometrio e inhibe nuevas ovulaciones. tanto el análisis de orina como el de sangre tienen un altísimo porcentaje de certeza, aunque el de sangre puede brindar resultados antes, y además permite conocer la cantidad exacta de hormona presente. Actualmente, es posible encontrar pruebas de embarazo que se pueden realizar fácilmente en casa. son de venta libre, se adquieren en cualquier farmacia, y ponen en evidencia la presencia de la hormona HcG en la orina. La mayoría están formados por una tira blanca que contiene sustancias que reaccionan ante la presencia de la hormona. Para realizar la determinación, se la debe sumergir o colocar debajo del chorro de orina, y luego esperar unos pocos minutos: si aparece una nueva línea de color, el resultado es positivo, es decir, hay un embarazo; en cambio, si solo queda la línea que había originalmente, el resultado es negativo.

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Ciencia en acción

[ ]

texto sobrante

Si había hormona, en la orina la segunda línea se colorea y el resultado es positivo.

cuando se obtiene un resultado negativo pero se sigue sospechando de un embarazo, debe repetirse la prueba unos días después. Puede ser que se trate de un falso negativo debido a una implantación muy reciente, por lo que la hormona aún no es detectable en orina. cuando se obtiene un resultado positivo, en cambio, la probabilidad de que la mujer esté efectivamente embarazada es casi del100%. existen, no obstante, algunos casos de falsos positivos no muy frecuentes, que pueden deberse a embarazos en los que se forma placenta pero no embrión, implantaciones en zonas no adecuadas, o bien a la presencia de quistes ováricos.

¿Qué es lo que detecta una prueba de *embarazo? ¿En qué casos puede dar positivo y no desarrollarse el embarazo? ¿Qué función cumple la primera línea de la tira? ¿Qué creen que detecta? ¿Qué puede estar pasando si al hacer la prueba no aparece ninguna línea?

*

›› La relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente.

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4 • capítulo 14

264

El parto y el alumbramiento

La lactancia

Una vez que se completó el desarrollo y el crecimiento del feto, se empieza a desencadenar una serie de cambios en el cuerpo de la madre que la preparan para el parto. Durante el embarazo, los huesos de la cadera y la pelvis comienzan a separarse levemente. Esto permite el paso del bebé por el canal de parto. Previo al nacimiento, por lo general, se rompe la bolsa que recubre al feto. La madre empieza a sentir contracciones rítmicas del útero que se van haciendo cada vez más frecuentes. Debido a la acción de varias hormonas, la vagina empieza a dilatarse. Cuando esta dilatación alcanza los 10 cm de diámetro el bebé es expulsado y se produce el nacimiento. Una vez que sale el bebé se produce el alumbramiento, que es la expulsión de la placenta. Se debe cortar el cordón umbilical que une el bebé a la placenta. Luego de unos días, el resto del cordón que quedó en el bebé se seca y se cae, lo que deja una cicatriz: el ombligo.

Durante los primeros seis meses de vida, el bebé se alimenta exclusivamente de leche materna. En algunos casos, la madre no produce suficiente leche, por lo que esta debe suplantarse con las llamadas leches de fórmula, recetadas por un especialista. Sin embargo, la succión del bebé de los pezones de la madre durante el amamantamiento y algunas hormonas femeninas estimulan la producción de leche. De este modo, si la madre amamanta al bebé frecuentemente, se estimula la producción de leche y puede evitarse el suplemento de leche de fórmula. La leche materna tiene nutrientes y sustancias que protegen el bebé de enfermedades hasta que termine de desarrollarse su sistema inmunológico. Por esta razón, los especialistas coinciden en que la lactancia materna es muy importante para el bebé en sus primeros meses de vida.

útero

vagina La lactancia es muy importante durante los primeros 6 meses de vida.

cordón umbilical

cieNciA EN ACCIÓN

[ ]

Células madre de cordón umbilical

placenta

El parto es la salida del bebé del cuerpo de la madre.

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La sangre del cordón y de la placenta tiene un tipo de células madre que pueden transformarse en cualquier tipo de célula de la sangre. Los avances científicos permiten usar estas células para tratar a personas con problemas en estas células. Si la madre así lo desea, en el momento del parto puede donar la sangre de cordón umbilical a bancos de sangre especializados que la istran a quien lo necesite. ›› La relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente

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Las etapas en la vida Desde que nacemos hasta que morimos, los seres humanos cambiamos y pasamos por distintos momentos o etapas que establecen, en total, el ciclo de la vida. En cada etapa se producen cambios tanto físicos como mentales y emocionales. La expectativa de vida de los humanos ha aumentado gracias a la tecnología y a los avances en la medicina. Hace miles o incluso cientos de años, el promedio de vida era de unos 40 años, por lo que algunas de estas etapas no se vivían.

La infancia Esta etapa comienza con el nacimiento. Los niños recién nacidos requieren el cuidado y la ayuda de los adultos para alimentarse y para satisfacer todas sus necesidades. Durante los primeros años, los cambios son muy marcados: el cuerpo crece muy rápidamente, aparecen los dientes, se adquiere la capacidad de caminar, de alimentarse por cuenta propia, de hablar y de comunicarse con otros. Al ingresar en la escuela, los niños adquieren otras habilidades, como escribir, leer y realizar cálculos.

La adolescencia Esta es la segunda etapa y comienza a los 11 o 12 años con la pubertad, cuando empiezan a producirse en mayor cantidad las hormonas sexuales. Los órganos sexuales adquieren su madurez, y aparecen los caracteres sexuales secundarios: aparece vello en la zona púbica y bajo las axilas, en los hombres cambia la forma del cuerpo y la voz, y en las mujeres crecen los senos y se ensanchan las caderas. A partir de la pubertad, los seres humanos tenemos la capacidad de reproducirnos.

La adultez La tercera etapa es la adultez y se inicia aproximadamente a los 20 años. En este periodo, el cuerpo terminó de desarrollarse, y las personas tienen la capacidad de tomar decisiones importantes, como elegir una profesión y/o un trabajo. Esta es la etapa en la que las personas forman una pareja y empiezan a reproducirse.

La vejez La última etapa es la vejez, y comienza pasados los 60 años. En las mujeres ya ha ocurrido la menopausia. Los sistemas del cuerpo comienzan a deteriorarse y requieren especial cuidado. Manteniendo una dieta sana y adecuado ejercicio físico, los efectos de esta etapa pueden minimizarse. El promedio actual de vida de los humanos es de alrededor de 75 años.

Actividades 1. Expliquen qué son las células madre de embrión. ¿Qué las distingue de las células madre de cordón umbilical? 2. Piensen y respondan: ¿por qué tenemos ombli-

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go?, ¿qué otros animales tienen ombligo? Investiguen en Internet y comprueben sus respuestas.

3. ¿A qué edad comienza la adolescencia? ¿Qué cambios ocurren en esta etapa?

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Taller de Ciencias

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¿Cuánto saben mis compañeros sobre reproducción humana? después de haber leído este capítulo, seguramente comprendieron temas que antes no entendían bien. esto les puede pasar a otros chicos y chicas de su edad o incluso más grandes. Una encuesta es una herramienta que permite obtener datos sobre las opiniones, preferencias, o sobre la información que manejan los individuos de una población acerca de un tema determinado. Les proponemos diseñar y aplicar una encuesta para averiguar cuánto saben las personas de su edad sobre reproducción humana.

[HIPÓTESIS de tALLeR] Los chicos y las chicas de entre 12 y 14 años de edad saben mucho sobre reproducción humana. [PREDICCIÓN] si le asigno puntos a las respuestas correctas, la mayoría de los encuestados sumará muchos puntos al responder la encuesta. [PROCEDIMIENTO POR PAsOs]

1. Reúnanse en grupos. deben decidir sobre qué temas del capítulo quieren preguntar. elijan 5 temas y hagan una pregunta por tema y den varias respuestas posibles.

2. Asignen puntajes altos a las opciones que son totalmente correctas, puntajes intermedios a las que son parcialmente correctas y puntaje bajo a las que son incorrectas. como opciones incorrectas pueden incluir cosas que ustedes creían antes de leer el capítulo y que después descubrieron que eran falsas. el encuestado no debe saber el puntaje de cada opción.

3. A modo de ejemplo, una de las preguntas podría ser “¿en qué momento del ciclo es fértil una mujer?”. Las respuestas posibles y sus puntajes serían como los siguientes. a. durante todo el ciclo. (2 puntos) b. durante la menstruación. (1 punto) c. solo el día de la ovulación. (4 puntos) d. entre dos días antes y dos días después de la ovulación. (5 puntos)

4. cada grupo deberá realizar la encuesta a, por lo menos, 20 chicos y chicas de entre 12 y 14 años que no estén en su clase de ciencias Naturales.traten de que entre los encuestados haya igual cantidad de varones que de mujeres.

5. Armen fichas como las que se muestran en la página 267 para registrar los resultados. Pueden cargar los datos en una planilla de los programas excel de Microsoft Office o calc de Open Office.

6. deben determinar el puntaje mínimo que creen que debe sumar un encuestado para consider que la hipótesis de la encuesta es válida. Por ejemplo, pueden establecen el límite en 30 puntos y considerar que los que sumaron menos puntos que eso tienen que informarse más acerca de los temas de reproducción humana.

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267

1

Personas encuestadas 2 3

4..

Edad Sexo Pregunta 1 Opción a Opción b Opción c Opción d Puntos sumados: Pregunta 2 Opción a Opción b Opción c Opción d Etcétera… Puntos totales:

[RESULTADOS] Una vez que completen las fichas con las respuestas de los encuestados, deben calcular qué porcentaje de personas sumó más del límite de puntos y cuántas menos. Para calcular el porcentaje deben hacer una regla de tres simple. Número de encuestados ______________________________ 100% Número de personas que sumó más de 30 puntos __________ X% X % = ____________________________________________ Número de personas que sumó más de 30 puntos . 100 Número de encuestados

también pueden hacer gráficos que expresen los resultados, como el que se muestra a continuación. Luego, pueden contar por separado los puntos de encuestados de distintas edades o de sexos distintos y obtendrán resultados que puedan comparar. La pregunta entonces sería otra: ¿saben más la mujeres que los varones sobre reproducción?, por ejemplo.

70% sabe lo suficiente

30% debe informarse más

ActividAdes

1. ¿A qué conclusiones llegaron con los resultados de la encuesta? 2. ¿Se confirmó la hipótesis del taller? 3. ¿Cuáles fueron los temas que menos sabían los

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encuestados? ¿Por qué creen que sucedió eso?

4. Diseñen un folleto explicativo sobre el tema que menos supieron contestar, para repartir en los lugares en los que hicieron la encuesta.

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Propuesta de actividades

268 ESTUDIO de cAsO

[ ]

La sexualidad humana tiene sus particularidades, una de ellas es que no existen temporadas de apareamiento como ocurre con otros mamíferos. Un bebé humano puede nacer en cualquier época del año, ya que las mujeres humanas tienen períodos de fertilidad todos los meses. La ovulación de las mujeres humanas es críptica, esto quiere decir que no está asociada con signos externos visibles. Puede decirse que, de algún modo, está “oculta”. Los seres humanos no dependemos de una etapa de celo para la reproducción.

1 . ¿Qué ventaja puede dar a los otros mamíferos entrar en períodos de reproducción en determinada estación del año? Piensen en animales que viven en zonas que presentan épocas del año más desfavorables para las crías, por ejemplo. 2 . Escriban sus propias definiciones para cada palabra que subrayaron en el estudio de caso. 3 .Indiquen qué órgano/s del sistema reproductor femenino y/o masculino cumple/n las siguientes funciones: a. Producen los gametos. b. Contiene el embrión en desarrollo. c. Son sensibles a la excitación sexual. d. Producen hormonas sexuales. e. Está compartido con el sistema urinario. 4 . Copien en su carpeta el siguiente cuadro comparativo entre la espermatogénesis y la ovogénesis, y complétenlo. Espermatogénesis Órgano en el que ocurre Tipo de célula que se obtiene Cantidad de células que se obtienen por cada célula de origen Edad a la que comienza Edad a la que termina Presencia de ciclos

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Ovogénesis

5 . Decidan si los siguientes enunciados son verdaderos o falsos. Justifiquen todas sus elecciones en su carpeta. a. Las mujeres pueden quedar embarazadas en cualquier día del ciclo menstrual. b. durante la fase luteal aumenta la producción de hormonas LH y FsH. c. La ovogénesis culmina con la fecundación. d. Los espermatozoides pueden fecundar a los óvulos dos días después de haber ingresado al cuerpo de la mujer. e. Los hombres pueden producir espermatozoides continuamente desde la pubertad. f. el desarrollo de los gametos femeninos comienza durante la vida fetal. g. Las pruebas de embarazo detectan una hormona que fabrica el embrión. 6. Contesten las siguientes preguntas. a. ¿cuáles son las funciones de la hormona progesterona? b. ¿Qué diferencias existen entre un óvulo y un espermatozoide en cuanto a forma y movilidad? c. ¿en qué consiste la menstruación, en qué momento del ciclo ocurre y a qué se debe? d. ¿cómo obtiene nutrientes un embrión en desarrollo? e. ¿en qué momento del desarrollo embrionario se forman la mayor parte de los órganos? ¿en qué momento se da el mayor crecimiento? f. ¿Por qué es importante la lactancia del recién nacido hasta los seis meses de edad? 7. ¿En qué etapa/s del ciclo de la vida ocurren los siguientes eventos? a. Aparición de los dientes. b. Maduración en la toma de decisiones. c. Aparición de vello púbico. d. Maduración de los órganos sexuales. e. disminución de la capacidad visual y auditiva. f. debilitamiento de huesos. g. capacidad biológica para reproducirse. h. Madurez psicológica para formar una familia. i. Aprendizaje del habla. j. Maduración completa física y emocional. 8. Expliquen cuál es la diferencia entre los siguientes conceptos. a. espermatogonia y espermatocito. b. cigoto y feto. c. Ovocito y folículo ovárico. d. Fase folicular y fase luteal.

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9. Indiquen el nombre de cada una de las partes numeradas en el siguiente esquema del sistema reproductor humano.

2 8 1

3

7

4 5

11. Definan los siguientes términos. a. Fecundación b. cuerpo lúteo c. Próstata d. Ovulación e. Ovogénesis f. clítoris g. Placenta h. implantación i. Parto f. Alumbramiento

6

1 2 . Luego de haber leído este capítulo, ¿qué aprendieron acerca de la reproducción humana? Vuelvan sobre la lista que hicieron en respuesta a la primera actividad del comienzo del capítulo. ¿Coincide el sentido de las palabras que dedujeron por el contexto con la definición que escribieron luego de leer el capítulo?

10. Respondan a las siguientes preguntas. a. ¿Por qué una mujer no ovula durante toda su vida? b. ¿Qué cambios se producen en el cuerpo de la mujer antes del parto? c. ciertos factores, como por ejemplo los rayos X, pueden causar malformaciones durante el desarrollo embrionario. ¿en qué momento piensan que puede ser más dañino su impacto y por qué? d. Las mujeres embarazadas no deben ingerir ciertas sustancias como drogas o medicamentos. ¿Por qué?

1 3 . ¿Cambió alguna de las ideas que tenían con respecto a los temas del capítulo? 14. ¿Qué tema les interesó más? ¿Por qué? 1 5 . ¿Qué tema no entendieron? ¿Sobre cuál les gustaría seguir leyendo?

[RED cONcePtUAL] en la que participan células sexuales llamadas

REPRODUCCIÓN HUMANA

Que se unen en la

es

——————

_______________

Fecundación

Porque participan dos sexos

Masculinlo cuyos órganos sexuales son:

Que produce

Gametos y hormonas sexuales

Y se forma el

____________ Que produce

_____________ Que luego se transforma en

cuyos órganos sexuales son:

embrión

____________

Ovarios

conductos

___________

Pene

___________

Y luego en

_____________

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Que es el órgano que deposita el semen en la

Que nace en el

Parto

vulva

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270 contenidos: Alimentos y nutrientes • nutrientes energéticos, estructurales y reguladores • Alimentación saludable • déficit de nutrientes •trastornos alimentarios.

15 La alimentación y la salud

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[ESTUDIO de cAso] La vejez en Okinawa El 2 de mayo de 2010 falleció en Okinawa Kama Chinen, una mujer japonesa que era, en ese momento, la persona más anciana del mundo. Había nacido en 1895, y a los 114 años había sido testigo de tres siglos distintos. Lo increíble es que la historia de Kama Chinen no es extraordinaria en Okinawa, una isla de Japón en la que muchas personas, hombres y mujeres, viven más allá de los 100 años en excelente estado de salud. Si bien los investigadores consideran que la longevidad de los okinawenses podría relacionarse con algún factor genético, los estudios indican que el factor más importante sería la dieta. Los habitantes de esta isla comen arroz, batatas, algo de pescado; les encanta el cerdo (aunque generalmente lo comen en días festivos), cocinan con grasa y comen bastante soja. En muchos aspectos es una cocina alta en hidratos de carbono y grasa. Pero esta dieta tiene otros aspectos que no pueden medirse en términos de lípidos, proteínas o azúcares. En primer lugar, es una dieta tradicional que no incluye alimentos altamente procesados, tan frecuentes en la mesa de occidente. En segundo lugar, los okinawenses responden a un precepto del confucianismo —el conjunto de doctrinas predicadas por el célebre pensador chi-

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[ ]

no Confucio— llamado hara hachi bu, que significa “comer hasta estar 80% lleno (y no más)”. Quizá allí esté la clave. Los okinawenses que abandonan la isla y adquieren costumbres occidentales no viven tanto como sus compatriotas tradicionales. Okinawa es uno de varios lugares en el mundo con alta longevidad. Cerdeña en Italia, Symi en Grecia, Nicoya en Costa Rica y Bama en China, son otros. Todavía no está claro qué tienen en común (si es que tienen algo), pero todo parece indicar que la receta para celebrar cumpleaños durante más de un siglo incluye una vida activa y sencilla, con una dieta rica en alimentos poco procesados y con mucha fruta y verdura. Y sin tabaco. No es mucho. ¿O sí?

A partir de lo aprendido en años anteriores, respondan: ¿Qué significa que un alimento sea “altamente procesado”?

*

dieta típica de los países de occidente in*cluyeUnavarios tipos de especies animales y vegetales. En la Argentina son comunes la vaca, el trigo y el maíz. Confeccionen una lista de alimentos derivados de todas las especies animales y vegetales que hayan consumido durante la semana anterior. En el mundo, los humanos cultivamos unas 2.000 especies vegetales para consumo alimenticio. ¿Qué porcentaje de las especies vegetales consumidas por los seres humanos representa la variedad de vegetales que ustedes consumen a diario?

›› describir y explicar fenómenos utilizando teorías y observaciones personales.

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bloque

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Los seres humanos y la alimentación La alimentación es una necesidad vital para cualquier ser vivo. En relación con el tipo de alimentos que ingerimos, los seres humanos somos omnívoros, es decir, tenemos la capacidad de alimentarnos con productos tanto de origen vegetal como de origen animal. A diferencia de otros animales, los humanos no estamos limitados a un solo tipo de alimentos. Nuestra condición de omnívoros determina que necesitemos una amplia variedad de alimentos para cubrir los requerimientos nutricionales del organismo y, a la vez, tenemos la posibilidad de reemplazar unos alimentos por otros. La alimentación humana es un fenómeno complejo, ya que no solo depende de factores biológicos. Existen muy diversas formas de alimentación según las regiones, las creencias religiosas, las tradiciones, las modas y los recursos económicos, ecológicos y tecnológicos.

La comida, en cambio, consiste en la preparación de distintos alimentos que se han seleccionado previamente. Por ejemplo, una milanesa con puré es el resultado de elaborar una comida con carne de vaca, huevos, perejil, pan rallado, papas, sal, etcétera. Todos esos ingredientes son alimentos. A su vez, los alimentos están formados por sustancias más sencillas que el organismo necesita para mantenerse e incorporar energía: los nutrientes. Los nutrientes se dividen en dos clases, según las cantidades requeridas y los procesos en los que intervienen. Los macronutrientes son los que se requieren en grandes cantidades, aportan energía y son los componentes necesarios para el crecimiento y todas las actividades que realizamos; en este grupo se encuentran las proteínas, los hidratos de carbono y los lípidos. Los micronutrientes se requieren en pequeñas cantidades y no aportan energía, sino que regulan las diferentes funciones celulares; en este grupo se hallan las vitaminas y los minerales. Por su parte, el agua es un nutriente imprescindible, ya que constituye el medio para el transporte del resto de los nutrientes y para los diversos procesos que ocurren en las células y los tejidos.

se elaboran con

La alimentación humana es un hecho cultural, además de ser una necesidad vital. Constituye un derecho fundamental que debe ser respetado y asegurado a toda persona.

COMIDAS ALIMENTOS contienen

Comidas, alimentos y nutrientes Cuando se habla de alimento, se hace referencia a cualquier sustancia o mezcla de sustancias que aportan los materiales y la energía necesarios para el desenvolvimiento de los procesos de los seres vivos.

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NUTRIENTES

Los nutrientes están contenidos en los alimentos, con los que se pueden preparar comidas.

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Tipos de alimentos Los alimentos pueden clasificarse de distintas maneras. Por ejemplo, según su origen, se distinguen los alimentos de origen vegetal (como los cereales, las leguminosas, las frutas, los aceites y los azúcares), los de origen animal (como las carnes, la leche y los huevos) y los que provienen de los hongos. Otro modo de clasificar los alimentos es el que tiene en cuenta las principales funciones que estos cumplen en el organismo. De este modo, se reconocen tres categorías de alimentos: energéticos, estructurales y reguladores. Alimentos energéticos Aportan energía y contribuyen a mantener la temperatura del cuerpo. en este grupo se encuentran, por un lado, los que contienen hidratos de carbono (harinas, papa, batata, azúcares) y, por otro, los que contienen lípidos (grasas, aceite, manteca). La energía que aportan los hidratos de carbono puede ser utilizada por el cuerpo rápidamente o bien puede ser almacenada en el hígado. en cambio, los lípidos aportan más energía que los hidratos de carbono, pero esta no puede ser utilizada rápidamente y se acumula como reserva, en forma de grasa corporal.

Alimentos estructurales posibilitan la generación de los tejidos que forman los órganos del cuerpo. son constituyentes fundamentales de los músculos, la sangre, los huesos y los dientes. en este grupo se hallan los alimentos que contienen proteínas (carnes, lácteos, huevos, legumbres). Las proteínas son el principal material que necesita nuestro cuerpo para formar nuevas células y reparar las partes dañadas.

Alimentos reguladores contienen minerales y vitaminas, que son las sustancias que controlan el correcto funcionamiento del cuerpo. entre los minerales se encuentran el calcio (constituyente de los huesos y los dientes) y el hierro (componente de la hemoglobina de los glóbulos rojos de la sangre, cuya función es el transporte de oxígeno). Las vitaminas se encuentran en los alimentos frescos; se destacan la A (fundamental para la vista y el sistema inmune) y la c (que mantiene sanos huesos y dientes, vasos sanguíneos y el sistema inmune). casi todos los alimentos son reguladores.

ActividAdes 1. ¿Qué significa que la alimentación humana no es solamente un hecho biológico? ¿Cuáles son los diversos factores que influyen en la alimentación de las personas?

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2. ¿Qué ventajas y qué limitaciones tiene la alimentación omnívora? 3. ¿Cómo se clasifican los nutrientes?

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Salud y alimentación

cienciA EN ACCIÓN

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La alimentación equilibrada es una Gráficos alimentarios en el mundo de las condiciones necesarias para mantener una buena salud. En una Las organizaciones médicas de diversos países se ocupan de establecer gráficos alimentarios alimentación equilibrada intervienen que contemplan las características alimentarias diversos aspectos, tales como la etalocales. Por ejemplo, en Guatemala y en Honpa de la vida, los factores culturales, duras la imagen utilizada es una olla, mientras familiares y religiosos de cada persoque en los Estados Unidos se emplea una pirámide. También se confeccionan y se difunden na, y el costo y la disponibilidad de los guías alimentarias para promover el consumo alimentos. de alimentos variados, reforzar los hábitos adeSin embargo, existe una serie de cuados y corregir aquellos que pueden resultar perjudiciales para la salud. principios generales que deben tenerse en cuenta. Estos principios se re›› La ciencia como construcción cultural. presentan habitualmente mediante gráficos para favorecer una rápida comprensión. Cada país elabora algún tipo de gráfico que informa a la población acerca de la variedad y la proporción de los alimentos que se recomienda ingerir para tener una alimentación balanceada. En cada gráfico, los alimentos están divididos en grupos, denominados generalmente por sus nombres comunes. En la Argentina, los nutricionistas elaboraron un gráfico en forma de óvalo y una serie de mensajes para orientar a la población acerca de los alimentos y las proporciones recomendadas en una alimentación saludable. En la realización de estos materiales se tuvieron en cuenta diversos aspectos, tales como las costumbres, los recursos sociales y económicos, y las preferencias gastronómicas. El óvalo de la alimentación saludable promueve el consumo de todos los grupos de alimentos a lo largo del día, en una proporción adecuada. Con este objetivo, los alimentos se presentan organizados en seis grupos, de acuerdo con los nutrientes principales que contienen. Teniendo en cuenta este gráfico, puede planificarse una alimentación diaria adecuada que incluya todos los grupos de alimentos en las diferentes comidas. Otras recomendaciones complementarias al óvalo son preparar las comidas con aceite preferentemente crudo y evitar la grasa para cocinar. Disminuir el consumo de azúcar y de sal. Aumentar el consumo variado de panes, cereales, pastas, harinas, féculas y legumbres. También es importante el consumo de fibra alimentaria en gran cantidad. La fibra es una sustancia de origen vegetal que el sistema digestivo humano no puede digerir y que, por lo tanto, no proporciona ningún tipo de nutriente. Sin embargo, resulta muy importante en la alimentación, ya que conComer con moderación e incluir alimentos variatribuye a regularizar el tránsito intestinal. dos en todas las comidas es uno de los hábitos alimentarios más saludables.

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El óvalo alimentario argentino

Grupo 5: aceites y grasas: aportan mucha energía y son fuente de vitaminas A, d, e y K. cantidad diaria sugerida: 3 cucharadas soperas de aceite, 1 cucharada de manteca, 1 puñado de frutas secas (dos veces por semana).

Grupo 4: carnes y huevos: aportan hierro, vitamina B y proteínas de alta calidad. cantidad diaria sugerida: una de las siguientes opciones: 1 churrasco mediano, 1/4 de pollo sin piel, 1 milanesa grande o 2 pequeñas, 2 costillas de cerdo, 1 lata chica de atún o caballa; 3 huevos (por semana).

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5

Grupo 3: leche, yogur y queso: aportan proteínas, vitaminas A y d y calcio. cantidad diaria sugerida: una de las siguientes opciones: 2 tazas de leche, 2 potes de yogur, 2 porciones chicas de queso fresco, 12 cucharadas de queso untable. Grupo 2: verduras y frutas: son fuente de agua, vitaminas A y c, y fibra y minerales, como el potasio y el magnesio. cantidad diaria sugerida: 1 plato de hortalizas crudas de diferentes colores, 1 plato de hortalizas cocidas de diferentes colores, 2 frutas medianas.

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2 Grupo 6: azúcar y dulces: aportan mucha energía, pero no contienen nutrientes indispensables. cantidad diaria sugerida: 6 cucharadas de azúcar, 3 cucharadas de mermelada, dulce o miel.

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La línea que une los grupos representa el agua, el nutriente que debe incorporarse en mayor cantidad. cantidad diaria sugerida: 2 litros.

El gráfico brinda información sobre las proporciones que se recomienda consumir: estas van de mayor a menor en sentido inverso a las agujas del reloj.

1

Grupo 1: cereales y legumbres: constituyen la principal fuente de hidratos de carbono, energía y fibra. cantidad diaria sugerida: /2 plato de arroz, pastas o polenta, 1 cucharada de porotos, lentejas o arvejas, 3 panes chicos.

ESTUDIO de cAso

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¿Qué grupos del óvalo alimentario argentino abarcan los alimentos característicos de la dieta okinawense? ¿A qué categorías funcionales corresponden? ¿A la de los alimentos energéticos, estructurales o reguladores? ›› interpretar y comunicar información.

ActividAdes 1. ¿Qué factores consideran que se tienen en cuenta, en cada país, para diseñar los gráficos de alimentación?

consumir en mayor proporción a lo largo del día? ¿Cuáles son los que deben consumirse en menor cantidad?

2. ¿Qué criterio se utiliza, en el gráfico de óvalo, para reunir los alimentos en seis grupos?

4. ¿Es correcto afirmar que los aceites y las grasas deben consumirse en mayor proporción que las carnes y los huevos? ¿Por qué

3. ¿Cuáles son los alimentos que se recomienda

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Conocer lo que comemos En la mayoría de los países existen leyes que determinan la información obligatoria que se debe proporcionar en las etiquetas de los alimentos envasados. Esta información abarca datos como la fecha de vencimiento y el contenido nutricional, es decir, la información sobre el aporte energético y los tipos y cantidades de nutrientes del alimento. El valor energético indica la cantidad de energía que suministra una porción del alimento. Este valor se calcula sumando la cantidad de energía aportada por los diferentes nutrientes y aparece expresado en kilocalorías (kcal) o kilojoules (kJ). También se indica la cantidad en que se hallan presentes los distintos tipos de nutrientes en una En los envases de los alimentos debe figurar una tabla con inforporción. Este valor suele aparecer expresado en gramos. mación nutricional. En una columna paralela, se analiza el porcentaje del valor diario, tanto de energía como de cada nutriente, que otorga una porción del alimento en relación con las exigencias de una alimentación saludable. La estimación del valor energético se realiza sobre la base de una dieta de 2.000 kcal (u 8.400 kJ) diarias. Es importante tener en cuenta que este valor constituye solamente una referencia, ya que las necesidades nutricionales de una persona varían de acuerdo con diversos factores, como la edad, el sexo y el nivel de actividad física.

Alimentación y estilo de vida Además de una alimentación balanceada, el mantenimiento de la buena salud exige una serie de hábitos que constituyen un estilo de vida saludable. El ejercicio físico es esencial para la buena salud, ya que previene enfermedades del sistema circulatorio, mejora la capacidad respiratoria, aumenta la fuerza muscular, mejora el aspecto físico, reduce el estrés y ayuda a mantener un peso adecuado. La actividad física no debe ser necesariamente el deporte o la gimnasia; también las caminatas o el hábito de subir por las escaleras en lugar de usar el ascensor constituyen buenos ejercicios. cienciA EN LA NET

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Entren al sitio web de la universidad de Colorado de Estados Unidos en la siguiente dirección: http://bit.ly/QYhM06

Se recomienda realizar por lo menos 30 minutos de actividad física todos los días.

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Allí encontrarán simuladores sobre diversos temas de biología. Busquen el que lleva el nombre de “Comida y ejercicio”, descárguenlo en su máquina y modifiquen las variables. Podrán simular los efectos de diversos hábitos alimentarios y estilos de vida sobre la salud. ›› uso de tic en la simulación de fenómenos naturales.

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La higiene y conservación de los alimentos La falta de higiene en los alimentos puede causar su contaminación y, en consecuencia, ser motivo de graves problemas para la salud. La contaminación puede producirse por bacterias o por las sustancias que ellas generan, virus, hongos o sustancias químicas, que provocan un conjunto de alteraciones llamadas enfermedades trasmitidas por alimentos (ETA). Habitualmente, estas enfermedades se manifiestan a las pocas horas de ingerir un alimento contaminado. se presentan con síntomas de duración e intensidad variables, como vómitos, diarreas, dolor abdominal, fiebre, náuseas, malestar general y deshidratación. en ocasiones, pueden provocar la muerte. cuando se sospecha que alguien ha ingerido un alimento contaminado, se debe acudir inmediatamente al médico. para prevenir este tipo de enfermedades, es importante adoptar cuidados especiales con respecto a los alimentos: al comprarlos, al separarlos, al limpiarlos, al cocinarlos, al almacenarlos, al refrigerarlos y al descongelarlos. por ejemplo, siempre debe verificarse la fecha de vencimiento. esta fecha es el límite técnico de “vida útil” de un alimento, a partir del cual comienzan los procesos de descomposición que pueden perjudicar la salud del consumidor. Asimismo, se debe mantener los alimentos fuera del alcance de insectos, roedores u otros animales y utilizar solamente agua potable para cocinar y lavar los alimentos. Los alimentos seguros o inocuos para el consumo humano son aquellos que no perjudican la salud y proveen información sobre las condiciones de conservación que deben tener en cuenta los consumidores. en la Argentina, existen organismos oficiales que se ocupan de certificar la inocuidad de los alimentos, como la istración nacional de Medicamentos, Alimentos y tecnología Médica (anMat) y el servicio nacional de sanidad y calidad Agroalimentaria (senasa). cuando los controles de inocui-

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Ciencia en acción

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Evitar el o entre alimentos crudos y cocidos, lavarse las manos a menudo y mantener limpia la mesada de la cocina son algunos de los hábitos que aseguran la higiene de los alimentos.

dad fallan, los alimentos pueden contaminarse y resultar nocivos para la salud humana.

La conservación de los alimentos con respecto a la conservación, se distinguen tres tipos de productos alimenticios. Los alimentos enlatados y los secos (arvejas enlatadas, fideos secos, arroz, harinas, sopas deshidratadas, etc.) no requieren sistemas especiales de conservación. otros, como los lácteos, las verduras frescas, las carnes y las pastas frescas deben mantenerse refrigerados a bajas temperaturas. por último, hay alimentos que deben mantenerse congelados, si se los quiere conservar durante varios meses. en relación con estos alimentos y con los que deben mantenerse refrigerados, es necesario tener en cuenta que la temperatura ambiente constituye un medio óptimo para el desarrollo de microorganismos.

Investiguen sobre la técnica de envasado de alimentos “al vacío”. ¿De qué modo evita la proliferación de microorganismos en los alimentos?

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* ¿Qué precauciones deben tomarse para mantener una buena higiene alimentaria? ›› Relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente.

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Los trastornos en la alimentación

sa, ya que ese exceso puede estar constituido por masa muscular.

Tanto el exceso como la escasez en el consumo de alimentos o de determinados nutrientes son causas de los denominados trastornos de la alimentación.

La obesidad La obesidad es un trastorno que se manifiesta por el aumento de la grasa corporal, generalmente acompañado de un aumento de peso. Si bien es cierto que los factores hereditarios y determinados problemas del sistema endocrino favorecen su desarrollo, las causas principales de la obesidad son el sedentarismo y la ingesta excesiva de alimentos. Cuando el organismo no alcanza a consumir el exceso de azúcares y de grasas, estas sustancias se acumulan como depósitos de reserva en las células que constituyen el tejido adiposo. La obesidad no solo constituye un problema estético, sino que además es un factor de riesgo para el desarrollo de otros tipos de enfermedades, como el aumento de la presión dentro de los vasos sanguíneos (hipertensión), los problemas en el funcionamiento del corazón, la obstrucción de las arterias, las várices —que son dilataciones en las paredes de las venas— y la diabetes —que es una deficiencia de glucosa en las células por no poder asmilarla—. Se considera que una persona es obesa cuando sobrepasa en un 20% el peso corporal que se estima como adecuado, según su sexo, su estatura y su edad. Si bien existen varios métodos para obtener un dato orientador que permita identificar rápidamente el sobrepeso y la obesidad, el diagnóstico debe ser realizado por un profesional especializado en nutrición después de evaluar a cada paciente en particular. Una persona que sobrepasa ese 20%, no siempre es considerada obe-

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Para prevenir la obesidad se recomienda seguir ciertos hábitos saludables y disminuir otros que son factores que pueden provocar este trastorno.

La desnutrición La desnutrición es un trastorno de la alimentación que se produce cuando la ingesta de alimentos no es suficiente en cantidad y calidad como para satisfacer los requerimientos nutricionales de una persona. Debido a esto, el organismo consume todas las reservas de grasas y azúcares, hasta que finalmente utiliza, como último recurso, las proteínas que constituyen los músculos. Entonces, el peso corporal desciende por debajo de los valores normales y, si el proceso continúa, puede ocasionar graves daños. Quienes padecen desnutrición, sufren fatiga y deterioro del rendimiento físico y mental. En los niños, la situación es más grave que en los adultos, porque influye en el adecuado desarrollo físico e intelectual. La desnutrición infantil es un serio problema social, vinculado generalmente con la pobreza. La desnutrición debilita el sistema de defensa del organismo, y quienes la padecen quedan expuestos a muchas enfermedades infecciosas, como la tuberculosis, la neumonía y la bronquitis.

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Existe otra forma de desnutrición ocasionada por la calidad inadecuada de la alimentación: la desnutrición encubierta. Este tipo de desnutrición, que no se refleja en una disminución del peso, es provocada por aquellas dietas que aportan cantidades insuficientes de vitaminas y minerales. Una de las primeras enfermedades reconocidas como consecuencia de la desnutrición encubierta fue el escorbuto, un mal que afectaba a tripulantes de largas travesías marítimas, causándoles la muerte. Durante años, sus causas fueron un misterio. Pero en 1747, en una travesía a bordo de un buque de la armada británica, el médico James Lind decidió llevar a cabo un experimento controlado para descubrir sus causas.

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EXPERIMENTO S EN PAPEL ¿El escorbuto se produce por la falta de nutrientes?

HIPÓTESIS: la enfermedad se produce por la falta de consumo de alguno de los componentes de los alimentos frescos que los marineros no pueden consumir en altamar. PREDICCIÓN: si se suministran suplementos con alimentos frescos a los enfermos de escorbuto, se curarán. PROCEDIMIENTO: Lind trató a seis grupos de marinos enfermos con distintos suplementos que, según se creía, contrarrestaban la enfermedad. Algunos pacientes bebieron diariamente un poco de vinagre o de sidra; otros ingirieron nuez moscada, ajo y mostaza; otros, agua de mar; otros, naranjas y limones frescos. RESULTADOS: Lind observó que solo la ingesta de cítricos resultaba eficaz como cura. CONCLUSIONES: Lind recomendó el consumo de cítricos como método preventivo del escorbuto. ›› interpretar experimentos históricos.

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Durante muchos siglos, el escorbuto fue la causa de millones de muertes en las ciudades que por cuestiones bélicas estaban sitiadas —aisladas para el intercambio de mercadería y alimentos— y en las largas travesías marítimas. Hoy se sabe que la enfermedad es causada por la falta de consumo de alimentos frescos, que constituyen la principal fuente de vitamina C. La falta de otras vitaminas puede causar enfermedades específicas. Por ejemplo, la carencia de vitamina B12 produce un tipo de anemia, que es una disminución de la cantidad o deficiencia en la función de los glóbulos rojos en la sangre. En los niños, la falta de vitamina D produce raquitismo, una enfermedad caracterizada por la deformación de los huesos. La mejor forma de evitar la desnutrición encubierta es incluir en la dieta alimentos ricos en vitaminas y minerales, como las frutas, las verduras, los lácteos y las legumbres, especialmente en los niños, que suelen padecer problemas en el desarrollo que luego arrastran hasta la edad adulta. Minerales y vitaminas Hierro Zinc Vitamina C

Fuentes Carnes en general, legumbres. Carne de vaca y pollo, mariscos, queso, pescado. Frutas y ciertos vegetales frescos.

Problemas que causa su deficiencia Anemia, dificultades en el funcionamiento cerebral. Problemas respiratorios, diarrea y anorexia. Escorbuto.

Fuentes de algunos minerales y vitaminas y problemas que causa su deficiencia.

ActividAdes 1. ¿Qué otras enfermedades corren riesgo de contraer las personas con obesidad? 2. ¿Por qué la desnutrición puede manifestarse en personas con peso normal o con sobrepeso? ¿Es lo mismo estar desnutrido que estar hambriento? ¿Por qué?

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La imagen corporal y la alimentación La imagen corporal es el conjunto de opiniones, creencias y sentimientos que una persona tiene acerca de su propio cuerpo y de su aspecto físico. El desarrollo de una imagen corporal adecuada está relacionado con la autoestima, es decir, con una apreciación justa del propio ser y la capacidad de sentirse feliz aceptándose tal como es. En las sociedades modernas, los mensajes que se difunden a través de la publicidad acerca de la delgadez extrema como modelo corporal ideal llevan a que algunas personas tengan una imagen distorsionada de su propio cuerpo. Esta distorsión puede desencadenar una serie de desórdenes relacionados con la ingesta normal de alimentos: la bulimia y la anorexia son los dos desequilibrios más frecuentes; ambos están vinculados con una escasa autoestima. Habitualmente, estos trastornos se presentan en la pubertad y la adolescencia, en mayor proporción entre las mujeres que entre los varones; sin embargo, también pueden desarrollarse en la vida adulta. Las personas que padecen estas enfermedades se ven gordas y no están conformes con sus cuerpos, independientemente de cuáles sean su peso y su aspecto reales. Este conflicto con la propia imagen puede conducir a que se sometan a dietas muy estrictas o, directamente, a que rechacen los alimentos.

La bulimia La bulimia es una afección provocada por los ayunos prolongados o las dietas muy estrictas, que generan periódicamente la necesidad de ingerir alimentos en grandes cantidades. Después de estos atracones, las personas sienten culpa y ese sentimiento las impulsa a realizar ejercicios físicos muy exigentes, a volver al ayuno prolongado, a provocarse vómitos o a tomar diuréticos y laxantes. Las personas con bulimia sufren continuos dolores estomacales, debido a que el estómago y los riñones se resienten como resultado del vómito constante. Además, esta afección puede ocasionar el deterioro de los dientes ya que, al vomitar, la boca se llena de ácidos que dañan la dentadura. Como resultado de este desorden alimentario, en las mujeres puede interrumpirse temporalmente la menstruación. Además, el uso continuo de laxantes que realizan las personas con bulimia puede conducir a una disminución del potasio en el organismo. Esta deficiencia contribuye a generar problemas cardíacos y puede, incluMuchos trastornos en la alimentación tienen que ver con una imagen distorsionada del so, ser causa de muerte. cuerpo.

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La anorexia Por lo general, las personas anoréxicas realizan ayunos cada vez más prolongados y, a medida que transcurre el tiempo, tienen una sensación de inapetencia cada vez mayor, debido a que disminuye en ellas la necesidad natural de alimentarse. Un síntoma común de este trastorno es que la persona que lo padece siempre se ve “gorda” a pesar de su extrema delgadez. Esta imagen errónea de sí misma es reforzada por la baja autoestima. El miedo a engordar conduce a estas personas a rechazar todo tipo de alimentos, en especial los ricos en azúcares y grasas o los que tienen muchas calorías. También realizan ejercicios físicos intensos para evitar el aumento de peso. Como consecuencia de estas actitudes, se produce una veloz disminución de la masa corporal, que puede ocasionar graves daños en el organismo. El cuerpo funciona lentamente, lo que provoca un descenso de la presión sanguínea, el pulso y el ritmo Cuando no ingresan nutrientes al cuerpo, se consumen los materiales que forman respiratorio. En el caso de las mujeres, la falta de alilos tejidos y los órganos. La anorexia no mentos conduce, al igual que en la bulimia, a la suspentratada puede causar la muerte. sión temporaria de la menstruación. También puede presentarse caída del cabello y un aumento de la fragilidad de los huesos. Si el problema no es detenido a tiempo, puede conducir a una desnutrición severa e, incluso, producir la muerte.

El tratamiento de la bulimia y la anorexia Las personas que sufren estos trastornos de la alimentación pueden mejorar y volver, gradualmente, a comer de una manera normal. Dado que la anorexia y la bulimia afectan tanto el cuerpo como la mente, el tratamiento y la recuperación deben estar a cargo de médicos clínicos, psicólogos o psiquiatras y nutricionistas. En muchos casos, la familia es la clave para la recuperación de los hábitos saludables de nutrición. Los padres, y otros de la familia, tienen la función de hacerle ver a quien padece el trastorno que posee una percepción errónea de su propia imagen corporal y que la delgadez no es sinónimo de felicidad. Actividades 1. ¿Qué características tienen en común la bulimia y la anorexia? ¿En qué se diferencian?

yor riesgo de padecer estos trastornos de la alimentación?

2. ¿Por qué se dice que estos trastornos tienen un componente físico y un componente mental?

4. ¿Qué función les parece que cumplen la familia y los amigos en la detección y el tratamiento de estas enfermedades?

3. ¿Cuáles son las poblaciones que corren ma-

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Taller de Ciencias

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¿Cómo se alimentan las personas? en esta actividad, podrán analizar los hábitos alimentarios de algunas poblaciones y reflexionar sobre los riesgos que puede ocasionar una alimentación inadecuada, ya que este tipo de reflexión constituye una buena manera de prevenir los trastornos alimentarios. Además, tendrán la oportunidad de actuar como promotores de salud y de reflexionar sobre su propia dieta. PARTE I: LA ALIMENTACIÓN Y LOS MEDIOS DE COMUNICACIÓN

[HIPÓTESIS de tALLeR] Los medios de comunicación (televisión, radio, revistas, diarios) envían mensajes sobre la imagen “ideal” que deberían tener las personas para ser exitosas. [PROCEDIMIENTO poR pAsos]

1. Reúnanse en pequeños grupos y discutan a partir de las siguientes preguntas. a. ¿Qué ejemplos podrían citar acerca de estos mensajes de los medios? b. ¿Qué opinan sobre ello?

2. A lo largo de una semana, recorten avisos de marcas de vestimenta y de productos que, según sus fabricantes, sirven “para tener una buena silueta”. Llévenlos a la clase y analícenlos teniendo en cuenta las siguientes preguntas. a. ¿Qué valores o ideas se transmiten a través de estas imágenes? b. ¿A quiénes les parece que está dirigido este tipo de publicidades? c. ¿para quiénes son útiles estas publicidades? ¿Quiénes creen que se benefician con ellas?

3. elijan una de las imágenes y transfórmenla de modo que transmita un mensaje de advertencia sobre los riesgos de padecer trastornos alimentarios. pueden cambiar las frases, modificar las imágenes o transformarlas del modo que prefieran. confeccionen carteles con sus “avisos publicitarios” y expóngalos en la escuela. una vez expuestos, pueden organizar un “concurso publicitario”. discutan y decidan quiénes debieran ser los “jueces” de este certamen.

[RESULTADOS] ¿confirmaron la hipótesis del taller luego de realizar la actividad? ¿cómo consideran que deberían proceder los entes que regulan los medios de comunicación con respecto a este tema?

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PARTE II: LOS GRÁFICOS ALIMENTARIOS

[HIPÓTESIS de tALLeR] Los gráficos alimentarios constituyen guías que atienden a las características culturales de la alimentación y que establecen las proporciones en las que cada tipo de alimento debe consumirse para mantener una dieta equilibrada. [PROCEDIMIENTO poR pAsos]

1. vayan a la página 275 del capítulo y observen nuevamente el óvalo alimentario. 2. individualmente, realicen una lista de lo que comieron ayer tratando de especificar las porciones de la manera más precisa que puedan. a. ¿Qué grupos de alimentos no han ingerido? b. ¿esos alimentos forman parte de su dieta habitual? c. ¿Qué hábitos creen que deberían modificar en su dieta?

3. Busquen información acerca del círculo alimentario de costa Rica y de la pirámide alimentaria de estados unidos. comparen el óvalo alimentario argentino con estas otras representaciones. Anoten sus observaciones en una tabla como la siguiente. Carácterísticas

Óvalo alimentario

Pirámide alimentaria

Círculo alimentario

Cantidad de grupos de alimentos Alimentos de cada grupo Orden de los grupos de alimentos, de mayor a menor proporción Tipo de gráfico Forma de lectura del gráfico Consumo de agua Actividad física

4. investiguen acerca de las costumbres alimentarias en estos dos países y en los alimentos disponibles.

[RESULTADOS] ¿confirmaron su hipótesis? ¿Los gráficos alimentarios tienen en cuenta todos los factores relacionados con la alimentación en cada país? ActividAdes

1. ¿Cómo influyen la moda y los medios de comunicación en el desarrollo de estos trastornos alimentarios? 2. ¿Qué características debe presentar una dieta equilibrada? ¿Existe una única dieta equilibrada para todas las personas? Justifiquen la respuesta.

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Propuesta de actividades

ICONO

ESTUDIO de cAso

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1. La receta para la longevidad de los habitantes de Okinawa parece sustentarse en una alimentación adecuada, una práctica habitual de ejercicio y una vida tranquila. Los ancianos okinawenses evitan casi totalmente los productos animales y consumen gran variedad de frutas y hortalizas. Su alimentación también incluye pasta, arroz y pescado (los suelen comer hasta tres veces al día), mientras que de carne roja y huevos solo consumen unas pocas porciones a la semana. Además toman mucha agua (de 8 a 12 vasos diarios). a. Mencionen cuáles son las características de la dieta okinawense que, de acuerdo con la información del capítulo, podrían considerarse saludables. b. ¿Qué ocurriría con la salud de estas personas si se dedicaran a consumir exclusivamente solo uno de los alimentos saludables que comen? 2. Respondan a las siguientes preguntas. a. ¿cuál es la impor tancia de la fibra en la alimentación? b. ¿cuál es el principal nutriente que se halla presente en los alimentos formadores de tejidos? c. ¿por qué son importantes los minerales y las vitaminas en la nutrición? d. ¿cuáles son los factores que contribuyen a la desnutrición? e. ¿por qué las personas que padecen desnutrición contraen infecciones más a menudo? f. ¿por qué es importante prestar atención a la fecha de vencimiento de los alimentos? g. ¿por qué el ejercicio físico es un factor importante en un estilo de vida saludable? h. ¿cómo se relaciona la autoestima de una persona con la probabilidad de padecer anorexia y bulimia? 3 . Para diagnosticar la obesidad, los médicos tienen en cuenta, entre otros estudios, el índice de masa corporal. Este índice se obtiene al dividir el peso de una persona en kilogramos por su altura en metros al cuadrado. Si el valor resultante es menor que 20, el peso de una persona es inferior al que corresponde en relación con su altura. Si el valor obtenido se halla entre 20 y 25, el peso de la persona es el adecuado. Un valor entre 25 y 30 indica que la persona tiene cierto sobrepeso. En cambio, si el valor es mayor que 30, la persona es diagnosticada como obesa. a. calculen el índice de masa corporal de una per-

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sona que mide 1,62 m y pesa 58 kg. ¿para qué sirve calcular este índice? b. ¿Qué acciones pueden realizarse para prevenir la obesidad?

4 . Realicen una lista de los alimentos que se utilizan para preparar las siguientes comidas. Arroz con pollo pizza empanadas de humita 5. Elijan una de las comidas de la actividad anterior y averigüen qué nutrientes aportan los alimentos que la componen. Identifiquen y clasifiquen en sus carpetas cuáles de ellos son macronutrientes y cuáles son micronutrientes. 6. Analicen lo que comió cada una de estas personas en el almuerzo. ¿Cuál de las tres consumió una comida más equilibrada? ¿Por qué? Para justificar su respuesta utilicen como guía el óvalo de la alimentación y los mensajes de las guías alimentarias para la población argentina. Persona 1 Una hamburguesa Papas fritas Bebida gaseosa

Persona 2 Un cuarto de pollo Ensalada Pan Agua

Persona 3 Galletitas dulces Leche chocolatada

7 . Busquen en sus casas dos alimentos envasados e identifiquen en sus etiquetas la información nutricional. a. Anoten en sus carpetas el nombre de cada alimento. Luego, corten y peguen el rotulado nutricional de cada uno. b. Analicen cada alimento, representando con barras la comparación entre el aporte energético y el de cada uno de los nutrientes, en relación con el total recomendado, tal como se muestra en el siguiente ejemplo. 60 50 40

gramos

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30 20 10 100% requerimiento diario

25% aporte por porción

c. debatan: ¿les parece que sería recomendable completar el requerimiento diario de un nutriente sumando porciones de la misma comida (por ejemplo, galletitas)? Fundamenten sus conclusiones.

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b. ¿Qué trastorno alimentario es el causante del escorbuto? ¿Qué deficiencia nutricional presentan las personas que padecen esa enfermedad? c. ¿Qué función cumple el jugo de cítricos que Lind propuso como remedio para la enfermedad? ¿Energética, formadora de tejidos o reguladora? Fundamenten la respuesta.

8 . En la carpeta, anoten las definiciones de las siguientes palabras y expresiones. alimento comida nutriente obesidad desnutrición desnutrición encubierta bulimia anorexia

10. Ahora que han leído información sobre los nutrientes que el organismo necesita, seguramente comprendieron por qué hay alimentos que son más saludables que otros. ¿Cambiaron sus ideas sobre algunos alimentos? ¿Descubrieron que antes consideraban como saludables alimentos que en realidad no lo son?

9. Vuelvan a leer el texto de la página 279 y, de acuerdo con lo que estudiaron en el capítulo, respondan. a. ¿Qué condiciones tecnológicas del siglo xviii habrán determinado que la dieta de los marineros que realizaban largas travesías fuera poco equilibrada? Confeccionen una lista de alimentos que no podían transportarse en esos viajes y señalen, junto a cada uno de ellos, la causa por la que no era posible hacerlo.

11. Hagan una lista con tres temas del capítulo que no hayan logrado entender y otra lista con tres conceptos que comprendan y que crean que podrían explicar con sus propias palabras. Comparen sus listas con las de sus compañeros.

[red conceptual] ALIMENTACIÓN HUMANA Es de tipo

Está relacionada con factores como

OMNÍVORA BIOLÓGICOS

_____________

ECONÓMICOS

Que determinan el tipo de

RELIGIOSOS Y DE TRADICIÓN

Que si no se preparan bajo normas de higiene

E.T.A. Que se elaboran con Incluye diversos tipos y fuentes de

ALIMENTOS Que contienen

como Cuya falta puede deberse a

Proteínas Hidratos de carbono Lípidos ___________ Agua

Energéticos __________ Reguladores

Trastornos en la alimentación como

Desnutrición __________ Obesidad Anorexia

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Índice alfabético

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A absorción, 196, 200, 241 aceleración, 100, 101, 106 ADN, 146, 153, 165, 169 afelio, 126 agricultura, 145, 147 agua destilada, 30, 48, 56 agua dulce, 51 212 agua mineral, 48, 56 agua potable, 51, 53, 55, 145 agua salada, 51, 139, 145, 212 aleación, 35, 36 alimentación, 199, 209, 216 alimentación en los ecosistemas, 215 alimentación humana, 271 alimento, 138, 154, 187, 201, 238, 272 alimento energético, 273 alimento estructural, 273 alimento regulador, 273 ambiente, 154, 159 ancestro común, 153 animalculistas, 254 animálculo, 254 Animalia, 164 anorexia, 281 árbol filogenético, 165 Archaea, 165, 166 arco diurno, 125 Aristóteles, 14, 112, 116, 117, 163 atmósfera, 121, 138, 156, 180 átomo, 14, 18, 26, 30, 68, 79, 156, 157 autótrofo, 178, 186, 215 B bacteria, 158, 166, 178, 186, 194, 215 bacterioclorofila, 186 Beaumont, William, 231 biocombustible, 142, 169, 285 biodiversidad, 160, 168, 177, 210 biosfera, 138, 139, 157 Bohr, Niels, 15 Boyer, Herbert, 146 bulimia, 280 C cadena trófica, 218 calor, 143, 220, 61, 68, 77, 78, 81 cambio de estado, 17, 83 cambio físico, 16, 19, 38 cambio químico, 38, 64 carbohidratos, 50 carbono, 129, 220, 222 carga eléctrica, 67, 68, 87 carnívoro, 153, 193, 197, 209, 216 célula, 155, 156, 157, 194, 198, 215, 231 célula eucariota, 167 célula procariota, 166 central hidroeléctrica, 139, 142 central mareomotriz, 144 cianobacteria, 178, 186 ciclo biogeoquímico, 222 ciclo de carbono, 222 ciclo de fósforo, 223 ciclo de la materia, 220 ciclo de nitrógeno, 223 ciclo del agua, 222 ciclo menstrual, 260 cigoto, 255 clasificación de los seres vivos, 163, 175 clorofila, 180, 183 cloroplasto, 180, 181 Cohen, Stanley, 146 color, 77, 88, 90 combustible, 68, 81, 137, 142, 185 combustión, 68, 81, 188 comensalismo, 214 competencia interespecífica, 214 competencia intraespecífica, 214

comunidad, 157, 211 condensación, 17, 83 constantes físicas, 13 constelación, 123, 125 consumidor, 168, 180, 216, 218 contaminación, 52, 147, 169, 224 control biológico, 225 Copérnico, Nicolás, 117 cordón umbilical, 263, 264 corriente eléctrica, 87 corteza terrestre, 139, 141 cráneo, 193, 197, 234, 235 cromatografía, 42 cuerpo lúteo, 259 cultivo, 145, 147, 149, 209, 224 Cuvier, Georges, 174, 193 D Da Vinci, Leonardo, 234 Dalton, John, 15, 26 Darwin, Charles, 163, 175 Demócrito, 14, 15, 26 densidad, 11, 13, 48 depuración del agua, 53, 54 desarrollo, 254, 262 descomponedor, 216, 218 desnutrición, 278, 279 destilación, 40, 41, 48 diástole, 245 digestión, 196, 231 dilatación, 82 dinoflagelado, 184, 194 dióxido de carbono, 121,158, 179, 215 E ebullición, 83 ecología, 210 ecosistema, 157, 180, 209, 210, 211 eje terrestre, 124 electricidad, 67 electrólisis, 21 electrón, 15, 68 elipse, 117, 126, 262, 263 Empédocles, 14 empuje, 107 energía, 61, 62, 84, 87, 90, 158, 209 energía cinética, 61 energía eléctrica, 138, 142 energía eólica, 143 energía geotérmica, 143 energía gravitatoria, 79 energía hidráulica, 142 energía lumínica, 220 energía mareomotriz ,144 energía potencial, 63, 142 energía potencial elástica, 65, 72 energía potencial eléctrica, 67 energía potencial gravitatoria, 66 energía potencial química, 68, 81, 180, 220 energía solar, 143, 156, 220 energía térmica, 68, 78, 81 equilibrio de fuerzas, 104, 107 equilibrio térmico, 81 equinoccio, 127 Eratóstenes, 122 erosión, 145, 213 especie, 160, 174 espectro, 88, 89 espermatogénesis, 258 espermatozoide, 254,258 esporozoo, 194 esqueleto, 193, 234 estados de la materia, 18, 48 estómago, 198, 231, 240 estrella, 117 Eubacteria, 165, 166 eucariota, 181

euglena, 184 Eukarya, 165, 167 evaporación, 19, 40, 83 evolución, 155, 174 excreción, 246 exoesqueleto, 196 F Faraday, Michael, 143 faringe, 198, 240, 242 fases de un sistema material, 33, 34, 35 fecundación, 255 fertilidad, 253, 260 feto, 262, 264 filtración, 39 Fleming, Alexander, 195 floema, 182 fósforo, 147, 223 fósil, 193 fotoautótrofo, 179, 180, 220 fotografía estroboscópica, 99, 101 fotosíntesis, 121, 177, 188 fuerza, 70 ,95, 102 fuerza a distancia, 105 fuerza de atracción gravitatoria, 66, 105, 118 fuerza de o, 105 fuerza eléctrica, 67, 105 fuerza magnética, 104, 105 fuerzas de atracción, 18, 79 función de control, 233, 236 función de defensa, 233 función de relación, 233, 236 función de reproducción, 233 función de sostén, 233 Fungi, 164, 170 fusión, 17, 19 G galaxia espiral, 119 Galilei, Galileo, 117, 128, 134 gameto, 258, 259, 209 gas, 17, 35, 79, 82, 179 gaseoso, 48 geosfera, 138, 147 glucosa, 180, 215, 220 grana, 181 H Haeckel, Ernst, 164, 210 Hall, Charles, 21 Harvey, William, 244 herbívoro, 193, 197, 209, 216 Hérout, Paul, 21 heterótrofo, 178, 194, 202, 215 hidrato de carbono, 273 hidrógeno, 30, 49, 120, 180 hidrosfera, 51, 138, 224 hielo, 47, 83, 121 homunculus, 254 hongo, 158, 167, 195, 200, 215, 225 hormona, 159 hueso, 234 humedal, 213 Huygens, Christiaan, 69 I impacto ambiental, 143 inercia, 104, 106 infancia, 265 infrasonido, 86 ingestión, 196, 198 intestino, 198 intestino delgado, 240 intestino grueso, 240 invertebrado, 175 invierno, 127 J jugos gástricos, 231 Júpiter, 115, 120, 134

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287 K Kepler, Johannes, 117, 118, 126, 135 L Lamarck, Jean-Baptiste Monet de, 174 Leucipo, 14, 26 levadura, 170, 201 Lind, James, 279 Liotta, Domingo, 239 longitud de onda, 85, 87 Lotka, Alfred, 217 Luna, 112, 116, 121 luz, 68, 77, 84 M magnitud escalar, 97, 99 magnitud vectorial, 97, 99 mamífero, 153, 194, 197, 255 máquina, 81 máquina simple, 71 Marte, 115, 120 masa, 12, 63, 81, 104 materia, 12, 78, 154 material, 12, 32, 68, 82, 139 menarca, 260 menstruación, 253, 260, 261 meteorito, 121 mezcla, 19, 29, 34, 38, 42, 48 mezcla heterogénea, 34, 38, 51 mezcla homogénea, 35, 51 microorganismo, 158 Miller, Stanley, 156 modelo, 129, 130 modelo corpuscular, 18, 19 modelo geocéntrico, 117 modelo heliocéntrico, 117 molécula, 15, 18, 30, 49, 156, 157 Monera, 164 movimiento, 63, 96, 102 muestra, 11, 32 músculo, 235, 273 mutualismo, 214 N nefrón, 247 Neptuno, 115, 120, 121 nervio, 236 neurona, 236 Newton, Isaac, 105, 112, 113, 118 nitrógeno, 35, 129, 147, 223 nivel trófico, 218 núcleo atómico, 15 nutrición, 155, 158, 178 nutrición autótrofa, 158, 178 nutrición en el ser humano, 138, 271, 282 nutrición en los ecosistemas, 218 nutrición heterótrofa, 158, 178, 194 nutriente, 196, 238, 272 O obesidad, 278 océano, 139, 145, 177 omnívoro, 197, 272 onda, 84 onda de radio, 64, 89, 87 onda electromagnética, 77, 87 onda sonora, 84 Oparin, Alexander, 156 órbita, 117, 121, 126 organela, 156, 157 organismo pluricelular, 157 organismo transgénico, 146 órgano, 157, 231 orina, 246, 247 ovario, 237, 257 ovistas, 254 ovogénesis, 259 ovulación, 255, 261 óvulo, 254 oxígeno, 30, 49, 68, 129, 180, 238, 273

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P parásito, 194, 202, 216 partícula, 18, 19, 49, 78 Pasteur, Louis, 206 penicilina, 195 perihelio, 126 peso, 71 pirámide de energía, 221 pirámide trófica, 221 plancton, 177 planeta, 116, 117, 120, 121 planta vascular, 182 Plantae, 164 Platón, 112 población, 157, 160, 211, 217 predador, 216 preformacionismo, 254 presa, 217 Priestley, Joseph, 15 productor, 168, 180, 218 propiedades específicas de la materia, 13, 33, 49 propiedades generales de la materia, 12 propiedades químicas, 11 proteína, 50, 156, 165 protista, 164, 183, 194 protista heterótrofo, 194 protón, 15 protozoo, 202, 215 Proust, Joseph-Louis, 15, 31 pseudópodo, 202 Ptolomeo, 134 punto de ebullición, 13, 33 punto de fusión, 11, 13 Q quimiosintético, 178 R radiación, 64, 91 radiación electromagnética, 64, 77 radiación infrarroja, 64, 77 radiación ultravioleta, 89 rapidez, 63, 99, 100, 102 Ray, John, 163 rayos gamma, 87, 89 rayos X, 64, 87, 89 reacción química, 178 recurso natural, 137, 140 red trófica, 219, 220 relaciones alimentarias, 214 represa hidroeléctrica, 66 reproducción, 155, 158 ,170, 217, 254 reproducción asexual, 158 reproducción humana, 253 reproducción sexual, 158 respiración, 170 respiración celular, 68, 243 rotación, 124 rozamiento, 101, 121 rumiante, 198 S Saint Martin, Alexis, 231 salud, 271, 282 sangre, 245, 273 satélite natural, 121 Saturno, 115, 116, 120, 121 savia bruta, 182 savia elaborada, 182 siembra directa, 147 simbiosis, 214 sistema abierto, 32, 154, 210 sistema aislado, 32, 69 sistema cerrado, 32 sistema circulatorio, 233, 238, 244, 248 sistema de órganos, 157, 231 sistema de referencia, 96 sistema digestivo, 233, 238, 240

sistema endocrino, 233, 237 sistema inmunológico, 233, 164 sistema material, 32, 33 sistema nervioso, 159, 233, 248 sistema nervioso central, 236 sistema nervioso periférico, 236 sistema osteoartromuscular, 233 sistema reproductor, 233, 255 sistema reproductor femenino, 257 sistema reproductor masculino, 256 sistema respiratorio, 233, 238, 242 Sistema Solar, 115, 120 sistema vivo, 210 sistemas de nutrición, 233 sistemas físicos, 63 sistemas heterogéneos, 33 sistemas homogéneos, 33 sístole, 245 Snow, John, 52 sobreexplotación, 147 Sol, 113 sólido, 17, 48, 79 solsticio, 127 solubilidad, 37 solución, 19, 35, 42, 48, 56 soluto, 36, 42, 48 solvente, 36, 42, 48 sonido, 86 Spallanzani, Lázaro, 254 sublimación, 17, 83 subsistemas terrestres 138 suelo, 147 sustancia pura, 30, 42, 48 T tamización, 39 tejido, 157, 231 telescopio, 117, 128, 135 temperatura, 49, 50, 78, 79, 81, 83 termómetro, 78 testículo, 237, 256 Torricelli, Evangelista, 135 trabajo, 70, 79 transferencia de energía, 63, 70 transformación química, 20 transformaciones de energía, 63 traslación, 126 trastorno alimentario, 278 trayectoria, 98, 127 trompa de Falopio, 257, 261 U Universo, 15, 32, 87, 116, 134 Urano, 115, 120 uretra, 246, 256 útero, 257 V vacío, 14, 86 Van Helmont, Jean Baptiste, 179 vaporización, 17, 83 velocidad, 63, 84, 99, 100 Venus ,115, 120, 121 vertebrados, 153, 163 Vía Láctea, 118, 119, 120 vitamina, 22, 194, 273, 279 volatilización, 17, 83 Volterra, Vito, 217 Von Linné, Carl, 163 W Whittaker, Robert, 164 Wose, Carl, 165 X xilema, 182 Z zodíaco, 123, 125 zona afótica, 212 zona fótica, 212 zooflagelado, 202

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