CIENCIAS NATURALES Conceptos -...

BIOLOGÍA Y EDUCACIÓN AMBIENTAL195

FÍSICA, QUÍMICAY AMBIENTE

FÍSICA, QUÍMICA Y AMBIENTE197

ESTRUCTURA CURRICULAR

CONCEPTOS BÁSICOS

Capítulo 1HORIZONTES DE LA FÍSICA, QUÍMICA Y

AMBIENTE

1.1 Importancia de la física y la química.1.2 Enfoque y contenidos.1.3 Proyecto personal.

Capítulo 2LA FÍSICA Y LA QUÍMICA EN EL ENTORNO

2.1 Naturaleza y movimiento.2.2 Tipos de fenómenos.2.3 Mecanismos físicos simples.2.4 Mecanismos físicos combinados.2.5 Las mezclas.2.6 Los compuestos.

Capítulo 3LA ACTIVIDAD CIENTÍFICA Y SUS

PARTICULARIDADES

3.1 Las preguntas y las hipótesis.3.2 La medición y la experimentación.3.3 Casos científicos y tecnológicos.3.4 Algunos resultados de la investigación científica.3.5 Observación sistemática y registro de datos.3.6 Registro de fenómenos.3.7 Gráficas de fenómenos.

SESIONES DE APRENDIZAJE Y DE VIDEOS

Núcleo Básico 1HORIZONTES DE LA FÍSICA, QUÍMICA Y

AMBIENTE

1. Dos ciencias hermanas.2. ¿Cómo trabajan juntas?3. ¿Cuánto aprendí?4. ¿Qué y cómo aprenderé?5. Mis propósitos.6. Otros propósitos.

Núcleo Básico 2LA FÍSICA Y LA QUÍMICA EN NUESTRO

ENTORNO

7. ¿Por qué se mueven?8. ¿Cuántos hay?9. Sencillamente se mueven.10. Complicados, pero se mueven.11. Todos se mueven.12. Aleación o mezcla.13. Siempre unidos.14. Revueltos o unidos.15. Interactúan juntas.16. Amistad y hermandad.

Núcleo Básico 3LA ACTIVIDAD CIENTÍFICAY SUS PARTICULARIDADES

17. Interrogantes.18. Conjeturas.19. Interrogantes y conjeturas.20. Comparar es bueno.21. La experiencia es importante.22. Experiencias calculadas.23. Sucesos verídicos.24. Camino de hallazgos.25. El camino de un suceso.26. Mira.27. Apunta.28. Tablas ordenadas.29. Dibuja cambios.30. Traza los cambios.31. Transforma los datos.32. Detalles científicos.33. Singularidades de la ciencia.34. Armando las piezas I.

CONCEPTOS BÁSICOS198

SESIONES DE APRENDIZAJE Y DE VIDEOS

Núcleo Básico 4EL LUGAR DE LA EXPERIMENTACIÓN

35. Los clásicos.36. Herramientas ambulantes.37. Prudencia en el trabajo.38. Construcción de materiales.39. Elaboración de utensilios.40. Fabricación de herramientas.41. Construcción de aparatos.42. Descubre las cargas.43. Muy inclinado.44. Lugar experimental.45. Experimentos de salón.

Núcleo Básico 5NATURALEZA DE LA MATERIA

46. Por todos lados.47. Las comunes.48. Las exclusivas.49. Las típicas.50. Juntos forman un todo.51. Igual, pero muy pequeña.52. Fuerte y pequeño.53. Un pequeño para una pequeña.54. Lo interesante de la masa.55. La masa tiene lo suyo.

Núcleo Básico 6MATERIA, MAGNITUDES Y MEDIDAS

56. Con la vara que midas serás...57. Magnitudes básicas.58. Grandes y pequeños.59. Transformaciones.60. Sólidos medibles.61. Fuertes medibles.62. Cálculo de amorfos.63. Sin forma y con volumen.64. Ligeros medibles.65. ¡Eureka! ¡Eureka!66. Cuerpos caprichosos.67. Son diferentes.68. Pegados al suelo.69. Nunca cambia aunque se mueva.70. Todo se puede medir.71. La masa sí se mide.72. Armando las piezas II.

CONCEPTOS BÁSICOS

Capítulo 4EL LUGAR DE LA EXPERIMENTACIÓN

4.1 Materiales de laboratorio.4.2 Materiales del entorno.4.3 Reglas de la experimentación.4.4 Elaboración de algunos materiales.

El dinamómetro.La balanza.

4.5 Confección de algunos aparatos.Termómetro.Péndulo.

Capítulo 5NATURALEZA DE LA MATERIA

5.1 Importancia y clasificación de la materia.5.2 Propiedades generales de la materia.5.3 Propiedades particulares y específicas de la

materia.5.4 Cuerpo, sustancia y elemento.5.5 La molécula.5.6 El átomo.

Capítulo 6MATERIA, MAGNITUDES Y MEDIDAS

6.1 Unidades convencionales y noconvencionales.

6.2 Unidades fundamentales.6.3 Equivalencia de unidades.6.4 Determinación geométrica del volumen

de sólidos.6.5 Precisión geométrica del volumen de

líquidos.6.6 Delimitación del volumen de gases.6.7 Medición del volumen de cuerpos irregulares.6.8 Masa y peso.


HORIZONTES DE LA FÍSICA,QUÍMICA Y AMBIENTE

La importancia de la física, la química y el ambiente radica en las aplicaciones que tienenen las diversas actividades que realiza el ser humano. Ambas ciencias ayudan acomprender todos los fenómenos que suceden en la naturaleza y los provocados por laacción humana.

Hay países en donde el conocimiento científico de los habitantes se ha fomentadocuidadosamente desde la escuela primaria. Este conocimiento se convierte en un recursovalioso cuando la ciencia y la tecnología están al alcance de todas las personas para mejorarlas condiciones de vida dentro de una concepción de desarrollo sostenible y generar fuentesde empleo.

El desarrollo de la física y la química ha sido preocupación clave en el desarrollo tecnológicode muchos países para no deteriorar el ambiente.

La física y la química tienen una gran importancia debido al avance tecnológico que hanexperimentado muchos países del mundo.

Capítulo 1


1.1 IMPORTANCIA DE LA FÍSICA Y LA QUÍMICACorresponde a las sesiones de GA 1.1 DOS CIENCIAS HERMANAS y 1.2 ¿CÓMOTRABAJAN JUNTAS?

En su gran afán por conocer el mundo que le rodea, el ser humano ha desarrolladoconocimientos para comprender la naturaleza; en este proceso surgieron las cienciasnaturales, entre ellas la física y la química.

El desarrollo de estas dos ciencias ha contribuido al progreso de otras, como la medicina,la geografía, la biología, la astronomía, la astrofísica, etcétera, y a la satisfacción de algunasde las necesidades humanas, como alimentación, vestido, vivienda y transporte entre otras.

De igual forma la física y la química han sido ciencias clave en la evolución de la tecnología.

Figura 1. Aportaciones de la física y la química a la industria.

La física explica los fenómenos en los cuales la materia no sufre ninguna alteración en sucomposición. Su contribución es importante en los medios de comunicación y transporte,en la construcción de carreteras, puentes, complejos industriales, computadoras, aparatospara usos diversos dentro de la medicina, etc., y para la explicación de fenómenos como elfrío y el calor, el día y la noche, los colores, la luz, el sonido, la caída y el movimiento de losobjetos, el vuelo de un pájaro o el andar de un mosquito en la superficie del agua.

La física se centra en el estudio del movimiento, dirección, trayectoria, velocidad de caída ymagnitudes que manifiestan los cuerpos, así como de las transformaciones de un tipo deenergía (luminosa, calorífica, de movimiento, etc.) a otra y sus propiedades.


A la química le corresponde el estudio de fenómenos en donde se verifican cambiosen la naturaleza de las sustancias; ha contribuido al avance industrial en la fabricaciónde materiales resistentes y ligeros y de materias primas para la industria de laconstrucción, extracción de metales, preparación y conservación de alimentos,obtención de solventes, materias primas para la medicina, fertilizantes, combustibles,etcétera.

Figura 2. Aspectos en los que contribuyen la física y la química.

Figura 3. Elaboración de productos químicos.


Aunque se han mencionado varias aplicaciones de cada ciencia, ambas están íntimamenterelacionadas, pues estudian la materia y la energía; en ocasiones colaboran para unmismo objetivo, aunque con métodos diferentes. Veamos algunos ejemplos:

La física se ocupa de los fenómenos como el movimiento, así como de las manifestacionesy propiedades de la energía, y propone modelos que expliquen esos comportamientos.

La química se ocupa del estudio de aquellos fenómenos en los que se verifican cambios enla naturaleza de las sustancias cuando se someten a reacciones químicas y producen otrassustancias completamente diferentes de las iniciales.

APORTESDE LA QUIMICA

- Proporciona materia primapara su construcción.

- Proporciona combustible parasu funcionamiento.

- Análisis de suelos.- Fabricación de fertilizantes,

insecticidas, fungicidas.- Fabricación de vacunas,

hormonas, concentradosy medicamentos paraanimales.

- Obtención de metalespara la fabricaciónde herramientas.

- Preparación de aleacionesmetálicas para mejorarresistencia, maleabilidady dureza.

- Fabricación derecubrimientos queprotegen superficiesmetálicas.

- Proporciona sustancias quefacilitan el reconocimiento deresiduos industriales tóxicospara la salud humana ydemás seresde la naturaleza.

CAMPOS DEAPLICACIÓN

TRANSPORTE

AGRICULTURA

MECÁNICA

TECNOLOGÍAS LIMPIAS

APORTESDE LA FISICA

Principios teóricosque fundamentanel funcionamientode maquinaria, aparatose instrumentos.

Principios físicos aplicadosa sistemas de riego, equiposde ordeño, maquinaria yherramienta en general.

Principios físicos quefundamenta el funcionamientode máquinas y herramientas.

Elaboración de instrumentospara hacer control decontaminación ambientalen tierra, agua y aire


1.2 ENFOQUE Y CONTENIDOSCorresponde a la sesión de GA 1.4 ¿QUÉ Y CÓMO APRENDERÉ?

Para el estudio y comprensión de cada una de las asignaturas de las ciencias naturalesque se cursan durante este ciclo escolar, es necesario saber con qué finalidad fueronplaneadas; es por ello que aquí se explica la forma como fue organizada la asignaturade física, química y ambiente.

En primera instancia, se establece que dicha asignatura se curse desde el sexto grado conla finalidad de tener una secuencia entre el nivel de formación científica de carácter general(la cual se obtuvo durante la educación primaria) y el aprendizaje en forma más sistematizadaque requieren la física, la química y sus relaciones con el ambiente.

Los conocimientos que se adquieren en esta asignatura serán de gran importancia; poresto se dan a conocer los propósitos que se pretenden alcanzar durante su estudio, loscuales se enuncian a continuación:

- Aumentar la capacidad de observación sistemática, para comprender los fenómenosfísicos, químicos y ambientales que se presentan en la naturaleza, así como los quesuceden en los avances de la ciencia y la tecnología del mundo moderno.

- Comprender que la asignatura tiene formas variadas para darse a conocer y paraaprenderse, de tal manera que se deben evitar las formulaciones rígidas (formas únicaspara solucionar un problema), así se adquirirán habilidades para plantear preguntasadecuadas que lleven a encontrar explicaciones a las incógnitas que constantementese presentan.

- Propiciar la experimentación en el laboratorio escolar o en algún sitio acondicionadopara ello, siempre y cuando haya seguridad, normas y vigilancia del profesor al momentode realizarse.

El tratamiento de la asignatura es interesante, con contenidos sencillos y claros que hacenfácil su comprensión; aunque se han utilizado palabras técnicas, pues son necesarias, seexplican en la mayoría de los casos; cuando no se hace esto, aparecen explicaciones en unglosario de términos científicos y tecnológicos al final del libro.

El método de trabajo que se propone en el desarrollo de la asignatura es flexible: algunasveces los alumnos identifican situaciones problemáticas y a partir de sus conocimientos yexperiencias se realizan actividades experimentales y con base en la información obtenidaen los videos, en el libro de conceptos básicos y en el desarrollo de las sesiones deaprendizaje el estudiante aumentará su capacidad para observar sistemáticamente,identificar dudas, formular preguntas, experimentar, tomar datos y graficarlos para llegar aobtener conclusiones sobre el fenómeno estudiado. Otras veces, parte del video y de lainformación escrita para ampliar sus conocimientos sobre determinados temas. Tododepende de la orientación del profesor y la naturaleza del tema.


Los contenidos fundamentales son la naturaleza y la estructura de la materia, losaspectos fundamentales de la energía y la interacción entre ellas, además de lainstalación o adecuación del laboratorio escolar con recursos disponibles en lacomunidad.

El propósito es lograr que el o la estudiante desarrolle una experiencia que le ayude aformarse como persona y que lo prepare para enfrentarse a su vida futura comociudadano que debe tomar decisiones en un mundo altamente tecnificado.

Se debe tener presente que la responsabilidad del aprendizaje es función propia decada estudiante, orientada, dirigida y apoyada por una eficiente labor de la profesora odel profesor.

1.3 PROYECTO PERSONALCorresponde a las sesiones de GA 1.5 MIS PROPÓSITOS y 1.6 OTROS PROPÓSITOS.

Desde la más remota antigüedad el ser humano ha estado interesado en encontrarexplicaciones a las situaciones del mundo que lo rodea. Comenzó solucionando aquellassituaciones que le producían curiosidad con la ayuda solamente de la observación yposterior explicación de lo ocurrido en forma especulativa.

En la actualidad, el ser humano busca planear y desarrollar proyectos que tienen unafinalidad muy definida: buscar soluciones, encontrar respuestas acerca de hechos oproblemas del mundo en que vive. El desarrollo del proyecto requiere una organizacióncuidadosa.

Desarrollar un proyecto exige el cumplimiento de una serie de pasos que ayudan a orientarlas ideas de cómo realizarlo, estos pasos se pueden adecuar a las necesidades decada persona o grupo de personas.

El proyecto personal se desarrolla desde el aula de clase, tiene en cuenta la instituciónescolar y la comunidad; debe nacer de situaciones cotidianas de la comunidad escolar,tiene relación con diversas áreas del conocimiento, promueve conductas de respeto,responsabilidad, solidaridad y tolerancia que preparan a los estudiantes en la búsquedade una mejor calidad de vida. Sus propósitos son:

• Buscar soluciones a problemas ambientales, que tengan relación con lacontaminación producida por residuos, gases, sólidos o líquidos derivados deprocesos químicos.

• Identificar conductas o hábitos culturales que se convierten en fuentes decontaminación, para tratar de modificarlas positivamente.

MI PROYECTO PERSONAL

Es indispensable conocer nuestro entorno para saber qué problema es el que queremos

•


solucionar. Por ejemplo, para investigar sobre el cuidado del agua, hay que definirexactamente qué queremos saber de su cuidado ya que es un tema muy amplio. Lopodemos limitar al cuidado del agua en el hogar. Una vez delimitado se debe preguntar:

• ¿PARA QUÉ se desarrolla este estudio?

Una posible respuesta es: para educar a los miembros de la familia en el cuidado yahorro del agua, ya que es un líquido muy importantes para la vida que se puedeacabar si no se le da un cuidado apropiado.

Ahora es importante pensar.

• ¿CÓMO se va a desarrollar el proyecto?

• ¿CON QUIÉNES se va a realizar el proyecto?

En este caso se habla con la familia, sobre la importancia de este recurso y el cuidadoque se debe tener para su conservación.

No todos los proyectos llegan a la solución total de los problemas, algunos no se cumplenen su totalidad o fracasan debido a diversas causas, como carencia de recursoseconómicos, falta de cooperación de la gente, ausencia de recursos humanos. Antecualquiera de estas situaciones se debe replantear el proyecto en forma total o parcial,según la necesidad.

Planear ordenadamente cualquier actividad, lleva a obtener resultados positivos;debemos observar los resultados de las actividades que realizamos y planear con ordenpara obtener conocimientos significativos, soluciones a los problemas y satisfaccionespersonales ya sea como adolescente, adulto, profesional o padre de familia.

Figura 4. Elaboración y realización del proyecto.


Capítulo 2

LA FÍSICA Y LA QUÍMICA EN EL ENTORNO

Todo lo que hay en el ambiente tiene movimiento, si lo comparamos con algún punto dereferencia adecuado. Éste puede ser observable a simple vista u ocurrir en el interior delos cuerpos debido al movimiento de las moléculas; algunos de ellos forman mezclasque a veces están formadas por diferentes compuestos.

2.1 NATURALEZA Y MOVIMIENTOCorresponde la sesión de GA 2.7 ¿POR QUÉ SE MUEVEN?

En la descripción del movimiento de cualquier cuerpo resulta útil considerar a éste comoun punto que se mueve de una posición a otra, con respecto a un punto de referencia;por ejemplo, el movimiento del sistema solar, el cual está formado por el Sol, que esuna estrella, en torno al cual giran nueve planetas, algunos cometas y miles de asteroides;en torno a algunos planetas giran satélites.

Los planetas se dividen en dos grupos, los cuatro primeros son llamados interiores, yaque se encuentran entre el Sol y la franja de asteroides (Mercurio, Venus, Tierra y Marte),


son sólidos y pequeños en comparación con el Sol; otros cinco planetas, los exterioresestán situados más allá de la franja de asteroides; los cuatro primeros (Júpiter, Saturno,Urano y Neptuno), son gigantes, compuestos principalmente de elementos ligeros; el novenoplaneta es Plutón; poco se conocen sus características, pero hay indicios de que se parecemás a los planetas interiores.

Figura 1. Nuestro sistema solar. En la parte superior se comparan las distanciasde los planetas al Sol. En la parte inferior se comparan los tamaños de los planetas.

Las distancias y los diámetros están a diferentes escalas.

JÚPITER

SOL

MERCURIO

VENUS

TIERRA

MARTE

PLUTÓN

NEPTUNO

URANO

SATURNO

VENUSTI

ERRAM

ARTE

ASTEROIDES

JÚPITERSATURNO

URANONEPTUNO

PLUTÓN

SOL

MERCURIO


Se han formulado muchas ideas con relación al origen del universo: la más aceptadaúltimamente se conoce como la teoría del Big-Bang o de la Gran Explosión, la cualafirma que había una gran masa de pequeñisímo volumen pero de una gran energía, lacual al estar bajo una gran presión, explotó y se formaron partículas elementales, losátomos, los elementos, las moléculas, los cuerpos celestes, como galaxias, sistemassolares y polvo cósmico.

El Sol gira sobre su eje de oeste (occidente) a este (oriente), o sea, en sentido contrario alas manecillas del reloj, y los planetas se mueven alrededor de él, también en esa dirección,giran sobre su propio eje, como trompos, en el mismo sentido. Los planetas Venus y Uranogiran sobre su eje al revés. Estos movimientos los observamos así, si los vemos desde unsitio muy lejano, encima del Polo Norte. Así veríamos nuestro sistema solar si lo pudiéramosver desde la Estrella Polar, que está a muchísima distancia, encima del Polo Norte.

Figura 2. Movimiento que presentan algunos planetas.

La fuerza de gravedad es considerada como una fuerza que mantiene unido al universoy “sujeta’ a los seres humanos y a las cosas sobre la superficie de la Tierra, impidiendoque caigan al vacío. La escasa gravedad que hay en la Luna –seis veces menor que lade la Tierra– permite a los astronautas moverse con mucha libertad a pesar de lamucha masa de sus equipos. Una persona daría en la Luna un salto seis veces másalto que en la Tierra, por lo que es difícil imaginar qué ocurriría si no existiera gravedad;no habría un orden en la naturaleza.

Figura 3. En la Luna el salto es mayor.

URANO TIERRA

MOV. OESTE A ESTE MOV. OESTE A ESTE

W E W E

SOL SOL

URANO TIERRA

Luna se mueve de oeste a este

Tierra se mueve de oeste a este

TIERRA

MARTE

LUNA


Los planetas tampoco pueden resistirse a la atracción gravitacional que los mantieneunidos, como si cada uno fuera un gran imán, y que los mantiene en movimiento alrededordel Sol.

A causa de las fuerzas de atracción de la Luna y del Sol sobre la Tierra, principalmentede la Luna, por su cercanía, se debe el fenómeno de las mareas, éstas son más notoriasen la luna nueva pues el Sol y la Luna están halando en una misma dirección. Porestas fuerzas, en la luna nueva se presenta mayor facilidad que la savia suba a lacopa de los árboles o la sangre a la cabeza, durante el día. Por esto no se acostumbrapodar los árboles en luna nueva.

2.2 TIPOS DE FENÓMENOSCorresponde a la sesión de GA 2.8 ¿CUÁNTOS HAY?

Se dice que un cuerpo está en movimientocuando cambia de posición a medida que eltiempo transcurre. Sin embargo, a veces no sepuede ver este cambio. En algunos fenómenosnaturales se pueden observar diferentes tiposde movimiento, que cambian de direcciónsiguiendo una recta, una curva, en generalmodificando su velocidad, como lo hace elviento.

“... Todas las personas han sentido alguna vezel viento, desde una leve brisa hasta losventarrones que les arrebatan el sombrero ylos hacen correr tras él para recuperarlo.Incluso hay tornados que pueden arrancarobjetos que estén muy firmes en el suelo, peronadie ha visto a ese elemento alborotadorporque está hecho de aire: es la atmósferaen movimiento.

Los vientos son ríos de aire que vuelan sobre laTierra a diferentes velocidades”.1

1 Nueva Enciclopedia Temática, México, Cumbre, t. 1, 30ª ed., 1983, pág. 249.

Figura 4a. Movimiento del viento


Los vientos son muy importantes, ya que provocanlas lluvias primaverales y tormentas de verano.

Por la inclinación del plano de rotación de la Tierracon respecto al plano de translación alrededor delSol, los rayos luminosos inciden perpendicularmentea la Tierra en diferentes regiones, según la épocadel año como puede observarse en la figura 5a.

Figura 5a. Movimientos de la Tierra.

La siguiente figura (5b) permite analizar con más detalle cada una de las cuatroposiciones de la Tierra, que dan inicio a las estaciones:

Figura 4b. Velocidad del viento.

22 Mar

22 Jun

Plano de rotación, paraleloal plano ecuatorial

Hacia la Estrella Polar

Translación

22 Sep

22 Dic Sol

Plano de translación

Rotación


Figura 5b. Explicación de las estaciones.

Rayos solares

T. de

Cap

ricor

nio

Ecuad

or

T. de

Cán

cer

22 de Diciembre:El Trópico de Capricornio recibe rayos solaresque inciden en forma perpendicular a él. En estedía y los cercanos a él, el Polo Norte no reciberayos solares y el Polo Sur permanece iluminado.En el Ecuador, el Sol se ve salir entre el sur y eloriente, a 23.5º del oriente. En este día se iniciael invierno en el hemisferio Norte.

22 de Marzo:El Ecuador recibe rayos solares que inciden enforma perpendicular a él. En este día y los cer-canos a él, todos y cada uno de los puntos so-bre la Tierra reciben rayos solares. En cualquierade esos puntos el día solar es de 12 horas. Entodas partes del mundo el Sol se ve salir exac-tamente por el oriente y en el Ecuador, además,el Sol pasa por el cenit.En este día se inicia la primavera en elhemisferio Norte.

22 de Junio:El trópico de Cáncer recibe rayos solares queinciden en forma perpendicular a él. En este díay los cercanos a él, el Polo Norte permaneceiluminado y el Polo Sur no recibe rayos solares.En el Ecuador, el Sol se ve salir entre el norte yel oriente, a 23.5º del oriente. En este día seinicia el verano en el hemisferio Norte.

22 de Septiembre:En el Ecuador los rayos solares caen, nueva-mente en el año, perpendiculares a él. En estedía y los cercanos a él, todos y cada uno de lospuntos sobre la Tierra reciben rayos solares. Encualquiera de esos puntos el día solar es de 12horas. En todas las partes del mundo el Sol seve salir exactamente por el oriente y en el Ecua-dor, además, el Sol pasa por el cenit. En estedía se inicia el otoño en el hemisferio Norte.


El globo terráqueo, usado en clases, está constituido con esta inclinación (23.5º) paramejorar el modelo que explica los movimientos de rotación y translación de la Tierra y conél, la explicación del porqué de las estaciones.

En los polos, los rayos del Sol penetran oblicuamente, es decir, inclinados, y se distribuyensobre una mayor área, ocasionando que la llegada de calor sea menor y el aire permanezcamás frío.

Al ser calentado el aire en el Ecuador, se eleva y viajahacia los polos, desplazando el aire frío; éste se va haciael Ecuador y allí se calienta, luego se eleva y regresa a lospolos; este proceso se repite un sinfín de veces.

El movimiento de rotación de la Tierra influye en el rumbodel aire que va del norte hacia el ecuador, pues se desvíay en realidad llega del noreste; el viento que va del surhacia el Ecuador también se desvía y llega del sureste.

Al igual que el viento, hay en la naturaleza infinidad defenómenos u objetos en los que se pueden apreciardiferentes movimientos; éstos han sido estudiados y losconocimientos aplicados en las actividades cotidianas.Este conocimiento lo aprovechamos para controlar laserosiones que causan los vientos. Colombia, por tocar la línea del ecuador, estáinfluenciada por los vientos alisios del noreste y del sureste.

2.3 MECANISMOS FÍSICOS SIMPLESCorresponde a la sesión de GA 2.9 SENCILLAMENTE SE MUEVEN

Se considera que un mecanismo es la combinación de diversas piezas o partes paraproducir o modificar un movimiento; un mecanismo físico simple requiere piezas a lascuales se aplica una fuerza para realizar un movimiento determinado; en estos casos nose requiere ninguna sustancia química para producir, regular o transformar el movimiento.

Los mecanismos físicos simples son muy importantes y útiles en las actividadescotidianas; por ejemplo, se considera que las tijeras trabajan por medio de un mecanismofísico simple. Podríamos decir que están constituidas por dos hojas de cuchillo o dospiezas unidas en un punto, las cuales, al aplicarles una fuerza, producen un trabajodeterminado; se utilizan tanto en el hogar como en los talleres o negocios. Existenvarios tipos de tijeras, pero todas están constituidas básicamente de la misma manera.

Figura 6. Dirección que sigueel viento en la Tierra.

N

S


Figura 7. Objetos que presentan mecanismos físicos simples.

Hay otros utensilios que también son considerados mecanismos físicos simples, talescomo las agarraderas de la bolsa, mochila o portafolios; las asas de una taza o de unatapadera, palanca, poleas, planos inclinados, los cuales están formados por una piezaa la que se le aplica una fuerza para producir un movimiento.

En la vida cotidiana se usan aparatos o utensilios simples como las tijeras, los remos,etc., éstos son importantes porque sirven como base para la elaboración de otrosaparatos cada vez más complejos y que han ayudado al ser humano ahorrándoleesfuerzos en la realización del trabajo.

2.4 MECANISMOS FÍSICOS COMBINADOSCorresponde a las sesiones de GA 2.10 COMPLICADOS, PERO SE MUEVENy 2.11 TODOS SE MUEVEN

Se dice que un mecanismo físico combinado es la unión de dos o más mecanismosfísicos simples que producen un movimiento determinado al aplicárseles una fuerza.Estos, al igual que en los mecanismos físicos simples, no requieren ninguna sustanciaquímica para producir, regular o transformar su movimiento.

Ejemplo de un aparato que combina dos mecanismos físicos simples es el abrelatas, elcual necesita una palanca unida a un engranaje (polea), que realizan un trabajo cuandose les aplica una fuerza.


Figura 8. Mecanismos físicos simples.

Otro ejemplo es el triciclo, el cual combina el manubrio, los engranajes (poleas) y pedales(palancas), que realizan un movimiento cuando se les aplica una fuerza.

También la bicicleta utiliza un mecanismo físico combinado, ya que para su movimiento,requiere la aplicación de la fuerza en los pedales; éstos mueven la cadena que se encuentraunida con las horquillas de la rueda de atrás, la cual transmite el movimiento a la ruedadelantera; ésta se comunica con el manubrio y con él se regula la dirección del movimientoprovocado. En la bicicleta se combinan varios mecanismos físicos simples, es decir, funcionamediante un mecanismo físico combinado y, por lo tanto, es considerada una máquina.

La bicicleta y el abrelatas sólo son algunos de los aparatos que se encuentran en el entorno,de gran utilidad en las actividades cotidianas y que funcionan con mecanismos combinados.

El uso de estos mecanismos ha significado para el ser humano el ahorro de grandesesfuerzos; su trabajo se ha facilitado y lo realiza en menos tiempo.

Figura 9. Aparatos que utilizan mecanismos físicos combinados.


2.5 LAS MEZCLASCorresponde a la sesión de GA 2.12 ALEACIÓN O MEZCLA

En la naturaleza existe una gran diversidad de sustancias; en general, ninguna de ellasexiste sola, sino que se juntan unas con otras, es por ello que se les llaman mezclas;por ejemplo: una piedra, el agua de mar, el aire, la arena, y muchas otras más.

Las mezclas en las que se pueden distinguir las partes que las componen se llamanheterogéneas, y aquellas en que no es posible esto, se conocen como homogéneas.Por ejemplo, si en una despensa encontráramos diferentes granos revueltos, es posibledistinguir, a simple vista, unos de otros, mientras en el aire no puede apreciarse a simplevista el oxígeno, el nitrógeno y otros gases que lo forman.

La unión de dos o más sustancias cuya distribución no es uniforme, es decir, donde notodas las partes de la materia son iguales, forma lo que se ha denominado materiaheterogénea.

La ensalada de frutas es un ejemplo de materia heterogénea porque está compuestade varias sustancias diferentes (melón, papaya, mango, piña...) que pueden distinguirseperfectamente una de otra.

Figura 10. Mezclas heterogéneas y homogéneas.

Las sustancias que forman una mezcla no pierden sus propiedades químicas originales.

Otros ejemplos de mezcla:

El jugo preparado de cualquier fruta es una mezclaporque está formado por varias sustancias que nopierden sus propiedades originales. Las sustancias,en este caso, son agua, fruta y azúcar.

Un remolino de polvo también es una mezcla, porqueestá formado por sustancias diferentes: tierra, aire,microbios, entre otras.


Las mezclas también pueden ser homogéneas; éstas se caracterizan porque lassustancias que las forman no se pueden distinguir unas de otras; un ejemplo es el aire, enél no se puede distinguir ninguno de los gases que lo forman.

Un tipo especial de mezcla homogénea es la que produce la unión de una sustancia sólidasoluble y un líquido o dos líquidos diferentes, pues se unen de tal forma que no puedendistinguirse las sustancias; estas mezclas son más conocidas como soluciones odisoluciones.

Para formar una mezcla no es necesario poner cantidades precisas de las sustancias.

A continuación se muestra, a manera de ejemplo, la forma de realizar una mezclahomogénea para obtener un tinto.

La separación de algunas mezclas es fácil en algunos casos, pero en otros se requierenprocedimientos más complicados, por ejemplo:

El fríjol con cascarilla y otras impurezas es una mezcla que puede separarse fácilmente;en cambio, la sal con azúcar es más difícil de separar, porque los gránulos de estassustancias son muy semejantes en su color y tamaño.

1. En un recipiente(vaso o taza) se vierte

agua caliente

2. En losrecipientes

hay café y azúcar

3. Se agrega azúcary café soluble a la taza

con agua caliente

4. Se agita la mezclapara que se disuelvan

las sustancias

4. Se obtienecafé negro o tinto


2.6 LOS COMPUESTOSCorresponde a las sesiones de GA 2.13 SIEMPRE UNIDOS y 2.14 REVUELTOS OUNIDOS

Dentro de la materia existente en la naturaleza, hay una parte de ella que se clasificacomo pura, por ejemplo, la sal y el azúcar.

A este tipo de materia se le conoce como homogénea, porqueen todas sus partes está constituida por el mismo tipo desustancias, lo que no sucede en mezclas heterogéneas.

El agua pura es un ejemplo de materia homogénea, porquecualquier porción que se tome de ella está constituida pormateria del mismo tipo.

El agua pura está formada por dos sustancias, hidrógeno yoxígeno, cada una con características propias, que alcombinarse se pierden, con lo cual el agua adquierepropiedades diferentes a las de las sustancias que la originan.

En general, este tipo de materia se le conoce con el nombre de compuestos.

Ejemplos de compuestos:

Los compuestos se forman mediante procedimientos diferentes. Uno de ellos se ejemplificaenseguida:

Glicerina Bicarbonatode sodio

Ácidoclorhídrico

Yeso Sulfato de sodio


1. La cinta de magnesio sesostiene por un extremo con

las pinzas para crisol

2. Se introduce el otroextremo en la llama del

mechero hasta que prenda

3. Se coloca el producto enun vidrio de reloj

4. El compuesto que seformó es un polvo blanco

llamado óxido de magnesio


Capítulo 3

LA ACTIVIDAD CIENTÍFICAY SUS PARTICULARIDADES

Toda persona dedicada a la investigación científica requiere plantearse problemas parabuscarles una solución. El trabajo científico es una forma práctica de transformar el mundo.Sus resultados deben ser aplicados y comprobados como una práctica social.

Para encontrar la alternativa que solucione el problema, el investigador necesita saberplantear correctamente preguntas y transformar estas en hipótesis para despuéscomprobarlas por medio de la experimentación o del análisis de algunos cuestionamientos.La finalidad de la ciencia está en construir conocimiento científico mediante la investigación.

La investigación científica implica el planteamiento de preguntas y su transformación enproblemas científicos, capacidad de asombrarse y obviamente de aventurar e imaginarrespuestas mediante hipótesis sustentadas, diseñar y montar experimentos, realizar controlexperimental, confirmar teorías, falsearlas, construir otras nuevas o modificar las que el serhumano ya posee y confrontarlas con las teorías científicas actuales. Implica también elexpresarse coherentemente en un buen castellano haciendo uso de las herramientascomunicativas de orden científico, como códigos, símbolos, tablas, gráficas y otros más.


3.1 LAS PREGUNTAS Y LAS HIPÓTESISCorresponde a las sesiones de GA 3.17 INTERROGANTES, 3.18 CONJETURAS y3.19 INTERROGANTES Y CONJETURAS

El ser humano primitivo se cuestionaba cuando los fenómenos naturales sucedían, porqueno sabía qué los provocaba y de dónde provenían.

De este modo empezaron a surgir innumerables dudas, las cuales se plantearon pormedio de preguntas.

Los investigadores también se plantean preguntas cuando están tratando de solucionarun problema. Ilustrémoslo con un ejemplo:

Se sabe que la Tierra está rodeada por una capade aire de 800 kilómetros de espesor y que vivimosen el fondo de un fluido gaseoso llamadoatmósfera.

El notable físico italiano Torricelli (1608 - 1647),discípulo de Galileo, ideó en 1644 un instrumentopara medir la presión del aire sobre la Tierra llamadobarómetro. Logró demostrar con sus experimentosque la atmósfera ejerce presión sobre la Tierra, estoes presión atmosférica.

Después de Torricelli, otros físicos hicierondemostraciones impresionantes sobre la presiónatmosférica, lo cual despertó el interés de investigarsobre las propiedades que poseía el aire.

Uno de los interesados fue Robert Boyle, químico irlandés, quien tal vez empezóformulándose preguntas como: ¿El aire siempre genera la misma presión? ¿La temperaturainfluirá en el volumen de un gas? ¿El volumen variará con la presión?

Después de formularse estas preguntas llegó a la siguiente suposición:

Al aumentar la presión del aire dentro de un recipiente, su volumen disminuirá.

A las aseveraciones o afirmaciones y a las explicaciones razonadas que se hacen cuandose estudia un problema o fenómeno se denomina hipótesis.

Después de experimentar, Boyle llegó a la conclusión de que el volumen del aire disminuíacuando la presión aumentaba; al contrario, el volumen del aire aumentaba cuando lapresión disminuía, siempre y cuando la temperatura fuera la misma.

Figura 1. Experimento de Torricelli.Barómetro.

sin aire

presiónatmosférica

presióndebida al paso de

la columna


Por lo tanto, Robert Boyle comprobó su hipótesis y formuló, como consecuencia de esto,una ley: “Cuando la temperatura es constante, el volumen de un gas es inversamenteproporcional a la presión en su interior”.

Analizando lo anterior, se puede decir que en el momento en que se tiene una duda seformulan preguntas, y de éstas se elaboran una o varias hipótesis, según lo requiera elproblema una vez definido.

Figura 1a. Experimentos de Boyle.

Por lo tanto, una hipótesis es la explicación probable del fenómeno o problema que setenga, es decir, es la suposición o suposiciones que se hagan de porqué suceden.

3.2 LA MEDICIÓN Y LA EXPERIMENTACIÓNCorresponde a las sesiones de GA 3.20 COMPARAR ES BUENO, 3.21 LAEXPERIENCIA ES IMPORTANTE y 3.22 EXPERIENCIAS CALCULADAS

La medición y la experimentación son procesos de gran importancia para el ser humanoa lo largo de la historia, ya que le han ayudado a comprender diferentes fenómenos.

Cuando se observa alrededor se aprecian cuerpos de diferentes tamaños y formas, lo cualayuda a diferenciarlos entre sí.

P = P1 P = 2PV = V1 V = 1/2V1


La longitud, el peso, la masa, el volumen, latemperatura, la velocidad, la aceleración de un cuerpopueden medirse, es decir, se pueden comparar conotras magnitudes de la misma clase tomando comoreferencia un instrumento graduado, diferente paracada magnitud.

Hay diferentes formas de medir las magnitudes de uncuerpo; por ejemplo, cuando se quiere saber el área de un terreno que tiene 355 metrosde largo por 65 metros de ancho, se utilizan cálculos matemáticos, se multiplica el largodel terreno por el ancho y se obtiene el área.

Para conocer la distancia que hay entre la Tierra y la Luna, también se realizan cálculosmatemáticos; a este tipo de mediciones se les denomina indirectas.

Las mediciones directas son aquellas que se realizan directamente con aparatos graduadostales como báscula, probeta, regla, vernier, reloj, metro, cronómetro, pipeta, etc.

Son mediciones directas las realizadas para saber, por ejemplo, la longitud de cada una delas aristas de un libro, envasar un litro de leche y averiguar la distancia que hay entre dosárboles.

Figura 1c. Ejemplos de mediciones directas.

En todos los casos es necesario hacer las anotaciones correspondientes; ejemplo:

Área del terreno (355 m) (65 m) = 23.075 m2

Distancia entre dos árboles = 2 metros

Longitud de los lados de un libro = 24 cm de largo y 19 cm de ancho.

La experimentación surge cuando el ser humano busca solucionar problemas determinadosde su entorno, dando respuestas o probando las hipótesis que se plantea después deidentificar un problema.

área = 23.075 m2

355 m

65 m

19 cm

21 cm


La experimentación es un proceso que nos permite reproducir fenómenos para hacerobservaciones, medir y comprobar las reacciones, cambios o transformaciones al sersometidos a ciertas condiciones como luz, temperatura, presión; durante la experimentaciónse deben anotar las observaciones, consideraciones necesarias y registros de datos queconduzcan a los posibles resultados.

Figura 2. Observaciones y registro.

En el estudio que realizó J.A.C. Charles en 1787 sobre la dilatación (aumento del volumen)de los gases, se ponían en práctica la experimentación y la medición al controlar y modificarla temperatura de un gas; cuando ésta subía, su volumen aumentaba y cuando bajaba latemperatura, el volumen disminuía. A esta propiedad se le conoce como la Ley de Charles.

Figura 3. Relaciones entre el volumen de un gas y la temperatura a presión constante.

1000litros

1366litros

1091litrosCámara

de gas

Mercurio

agua fría agua vapor

tubo decaucho oplástico

bulbomovible

1 atmósfera1 atmósfera

1 atmósfera

0ºCA

25ºCB

100ºCC


1 Miller, H. Agustín B., Química elemental, México, Harla, 1978, pág. 95.

En una cámara colocó un tubo nivelado (graduado) que contenía gas y mercurio; el tubose conectaba en un bulbo movible en el que se indicaba la presión.

En este experimento, el mercurio y el gas tenían el mismo volumen inicial, es decir, elrecipiente contenía la mitad de mercurio y la mitad de gas, con presión de 1 atmósfera ytemperatura de cero grados centígrados (0ºC). El volumen que ocupó el gas en estascondiciones era de 1 000 litros; después aumentó la temperatura a 25ºC y el volumen delgas fue de 1 091 litros; cuando aumentó la temperatura a 100ºC, el volumen del gas fuede 1 366 litros1.

Los datos de estos tres experimentos pueden registrarse sistemáticamente, así:

TABLA DE DATOS

Experimento Volumen Presión Temperatura(en litros) (en atmósferas) (ºC)

A 1 000 1 0

B 1 091 1 25

C 1 366 1 100

El registro de los datos permite concluir:

Si la presión permanece constante, el volumen del gas aumenta cuando aumenta latemperatura.

De la misma manera en que A.J.C. Charles puso en práctica la experimentación y la mediciónpara formular una ley, actualmente los investigadores están haciendo lo mismo en diversostemas; esto ha sido de gran importancia para el desarrollo de los países, ya que fue asícomo se difundieron grandes leyes, teorías, principios e inventos tecnológicos, entre ellos latelevisión, la radio, la refrigeración, las técnicas para mejorar algunos cultivos como el maíz,el café, lodos frutales; todo ello ha traído grandes beneficios a la humanidad.

3.3 CASOS CIENTÍFICOS Y TECNOLÓGICOSCorresponde a la sesión de GA 3.23 SUCESOS VERÍDICOS.

A lo largo de la historia el ser humano ha buscado explicarse interrogantes tales como ¿en


qué forma está compuesta la materia?; para ello ha formulado preguntas y elaboradohipótesis con las cuales intenta dar respuestas a las preguntas que formula. Sin embargo,la forma más apropiada de rechazar o confirmar sus hipótesis fue por medio de laexperimentación, proceso al cual se unieron muchos científicos interesados en el tema.

El ser humano prehistórico, al buscar el origen y la naturaleza de todo lo que le rodeaba,creó los mitos: cada fuerza natural era un dios o una figura humana.

Los fenómenos naturales se imaginaban producidos por la acción de fuerzassobrenaturales; así se mantiene la ciencia durante siglos hasta que aparece en Greciauna escuela de filósofos que observan y piensan sobre el mundo, la naturaleza de lamateria y plantearon muchos problemas de la ciencia.

Por esa época los filósofos griegos Leucipo y su discípulo Demócrito de Abdera enseñaronque la materia estaba formada por partículas pequeñísimas llamadas átomos, separadosentre sí que permitían su movimiento. Los caracterizaron diciendo que los átomos son eternos,indivisibles (de donde deriva su nombre) y de la misma naturaleza pero de diferente forma,por el orden en que están colocados en el cuerpo; por su posición y por su magnitud.

Esta teoría no se desarrolló en su momento a pesar de ser la base de teorías científicasmodernas.

Sin embargo, en 1803 un profesor inglés, John Dalton, luego de algunos experimentosargumentó que los átomos eran iguales, dentro de un mismo elemento, en tamaño, formay masa, pero diferentes de los de otros elementos, es decir, todos los átomos de aluminioson iguales entre sí pero son diferentes de los átomos de cobre; para Dalton, el átomono era una esfera metálica cargada eléctricamente, se podían unir o separar unos átomoscon otros originando cambios químicos.

El científico J. Thomson, en 1904, con sus experimentos propuso considerar al átomocomo esferas de electricidad positiva, dentro de las cuales estaban incrustados loselectrones, como las uvas pasas en una torta o ponqué; los identificó como partículasde carga eléctrica negativa.

Figura 4. Modelos atómicos de Dalton y Thomson.

DALTON THOMSON


“... En 1919 Rutherford, interpretando los resultados de su experimento, llegó a la conclusiónde que en el núcleo del átomo se encontraban partículas con carga eléctrica positiva quemás tarde fueron llamadas protones; además identificó que los electrones con carga eléctricanegativa giraban alrededor del núcleo para neutralizar la carga eléctrica del átomo”2.

Sin embargo, este modelo no era aceptado del todo, ya que no explicaba con claridad porqué los electrones y el núcleo estaban cargados eléctricamente.

El científico danés Niels Bohr propuso que en 1913 un modelo atómico en el cual suponíanque los electrones se movían alrededor del núcleo, distribuidos en órbitas y podrían pasarde una órbita a otra, lo que semejaba a un sistema solar en miniatura; a las órbitas lasdenominó niveles de energía y las designó con las letras K,L,M,N,O, P, Q de adentro haciaafuera.

Sin embargo, su modelo funcionó para átomos pequeños, como el hidrógeno pero no pudoexplicar la distribución de átomos complicados, como el bario y el uranio.

Figura 5. Modelos atómicos de Rutherford y de Bohr.

Poco después, en 1916, el científico Sommerfeld modificó el modelo de Bohr y dijo quehabía órbitas circulares y elípticas, las cuales tenían diferentes niveles de energía; estocambió gran parte de la estructura del átomo, como lo demuestra su modelo.

2 Zumdahl, S. Steven, Fundamentos de química, McGraw-Hill, México, 1992.

Figura 5a. Representación delátomo de Sommerfeld; seintroducen órbitas elípticas ysubniveles energéticos.

RUTHERFORD BOHR


Años más tarde, en 1932, J. Chawick identificó a las partículas neutras, que tambiénse encontraban en el núcleo y la denominó neutrones.

Actualmente se siguen realizando experimentos y haciendo deducciones sobre laestructura y funcionamiento atómicos. Sin embargo, éste es sólo un ejemplo de laimportancia que tiene la investigación científica, ya que así se han logrado grandesavances no sólo para conocer el átomo sino para estudiar otros aspectos de la realidad,aún desconocidos por el ser humano.

CASOS TECNOLÓGICOS

El primer viaje aéreo

Cuenta una leyenda francesa que los tres hermanos Verlaine, ante los ojos atónitos delos presentes, elevan el primer globo en el Palacio Real de Versalles (Francia).

Era un globo de 30 metros de diámetro fabricado con tela y recubierto en su parte externacon papel para que el aire caliente, que era el que impulsaba el globo, no escapara.

El globo tenía una canasta y en su interior tres singulares pasajeros: un carnero, unagallina y un pato. Fueron los tres primeros seres que realizaron un viaje aéreo.

El globo subió hasta unos 40 metros y, arrastrado por la brisa, cayó muy cerca del puntode partida.

La invención de este modo de viajar por el aire se realizó por casualidad debido a queuno de los hermanos Verlaine, que era un gran observador, se dio cuenta de que unaspequeñas bolsas que se hallaban en la parte superior de una hoguera, al llenarse delaire caliente que éste producía, se elevaban en el aire. Repitiendo este hechoconsiguieron elevar los primeros globos con el aire caliente producido por unacombustión.

En esta leyenda hay muchos puntos de reflexión: la capacidad de observación, lapaciencia para experimentar, comprobar y construir el globo.

Los conocimientos adquiridos al respecto dieron como resultado las primeras ideaspara el desarrollo tecnológico de la aviación y los viajes en avión que hoy todos podemosdisfrutar.

La trascendental invención de la pila

El médico y físico Luigi Galvani, en 1786 estudió las convulsiones que experimentabaun anca de rana al colocarla en contacto con dos metales diferentes. Creyó que laelectricidad se originaba en el músculo.


El notable físico italiano Alessandro Volta en 1800, en desacuerdo con Galvani, cree quela electricidad se origina en los metales, experimenta colocando dos metales dentro unasolución y comprueba que es cierto.

Utiliza un recipiente con solución salina conectada con discos de cobre y estaño separadospor discos de cartón. Si a un extremo del cobre y del estaño se le conectaba un alambre, seestablecía una corriente eléctrica al cerrar el circuito.

Volta cree haber descubierto una máquina de movimiento continuo aunque observa que laintensidad de la corriente disminuya con el tiempo; no conoció lo que ocurría en el interior dela pila.

Al comprobar las bases científicas de su funcionamiento se descubrió su naturaleza química;ha permitido un gran avance teórico y tecnológico en el desarrollo de la física y la química.

3.4 ALGUNOS RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN CIENTÍFICACorresponde a las sesiones de GA 3.24 CAMINO DE HALLAZGOS y 3.25 EL CAMINO DE UN SUCESO

La ciencia avanza gracias a los trabajos científicos que realiza el ser humano; conellos aumenta el conocimiento acerca del mundo e inventan aparatos y procesos quecambian su forma de vida.

Un aporte importante para la humanidad fue el realizadopor Galileo, quien estaba interesado en conocer la materiaen movimiento; fue por ello que en una ocasión, al estaren la catedral de Pisa, observó cómo se movía unalámpara, siguió su movimiento y se dio cuenta de queera constante; ya que no había reloj en esa época, usósu pulso para determinar los tiempos del movimientode la lámpara.

Cuando llegó a su casa colocó una piedra atada a unacuerda y la colgó; así pudo predecir el ritmo del movimiento,con sólo conocer la longitud de la cuerda. A esto se lellamó la Ley del Péndulo, que fue utilizada por el astrónomoHuygens para inventar el reloj de péndulo.

Posteriormente, Galileo retomó lo que Aristóteles decíaacerca de la caída de los cuerpos: que los más pesadoscaían antes que los livianos. Con sus experimentosobservó que no era verdad, y demostró lo que afirmabaante los sabios y estudiosos de la época; para ello subió

Figura 6. Torre de Pisa.


a la Torre de Pisa y soltó una pesa de media libra, una bala de cañón de 10 libras y unapesa de una libra y los tres cuerpos llegaron al mismo tiempo, ante el asombro de lospresentes.

Galileo continuó con sus experimentos analizando la caída de los cuerpos; midió el tiempoen que caía una hoja de papel, luego la arrugó totalmente y vio que el tiempo se reducíaconsiderablemente, según él, debido a que el papel arrugado oponía al aire una resistenciamenor.

Tiempo después, al observar que todos los cuerpos tenderían a caer, supuso la existenciade una fuerza, a la que actualmente se le conoce como fuerza de gravedad.

Sin embargo, fue Newton quien, basado en los experimentos de Galileo y en otros ensayos,le dio el nombre de gravedad a la atracción de dos cuerpos, y poco después anunció la Leyde la Gravitación Universal.

“... El físico alemán Roentgen, Premio Nobel de Física en 1901, identificó que «cuandolos rayos catódicos chocan contra un obstáculo, como el anticátodo del tubo, producenradiaciones más penetrantes que la luz ordinaria y desconociendo su naturaleza, los denominórayos X. En los modernos tubos de rayos X, los electrones se obtienen de un filamentoincandescente calentado por electricidad”3.

Figura 7. Experimentos de Roentgen.

El científico francés Henri Becquerel, en 1896 descubrió la radiactividad de manerasimilar a como fueron descubiertos los rayos X, al estar investigando el fenómeno defluorescencia de algunos elementos. Años más tarde, Marie S. Curie y su esposo Pierreencontraron dos elementos: el polonio y el radio, que emitían constantemente partículascon mayor potencia que la de los rayos X.

3 Babor, A. José, Ibarz Aznárez, José, Química general moderna, México, ENSA.

A. ÁnodoB. Rayos catódicosC. CátodoD. Rayos XT. Anticátodo

ABT

C

D

+

Corrientede alta tensión

Filamento incandescente

Cátodo

Rayos X

Anticátodo+

-


Actualmente hay muchos trabajos de investigación científica en todos los campos de loscuales saldrán nuevos conocimientos e inventos en beneficio de la humanidad.

3.5 OBSERVACIÓN SISTEMÁTICA Y REGISTRO DE DATOSCorresponde la sesión de GA 3.26 MIRA y 3.27 APUNTA

Todos los humanos, de alguna manera, llevan a cabo la observación; al parecer estapráctica es muy sencilla; sin embargo, no es tan simple observar lo que ocurre en unfenómeno o problema terminado. La observaciones más allá de mirar, depende no sólode lo que perciben los sentidos, sino de la curiosidad, la creatividad, y la sagacidad delobservador.

La observación puede ser directa o indirecta; la primera selleva a cabo cuando se tiene que analizar un objeto o cuerpo asimple vista y no requiere instrumentos; la segunda se realizacuando es necesario observar con más detalle y precisiónalgunos cambios que no son percibidos fácilmente por lossentidos y se tiene que recurrir a medios artificiales e indirectos,como el microscopio, el telescopio, la cámara fotográfica,etcétera.

La observación sistemática es imprescindible para estudioscientíficos; no debe ser aislada y sin sentido, tiene que seguirun orden; debe ser completa en la medida de lo posible;objetiva, es decir, no debe alterarse los datos que pudieranmodificar la observación del fenómeno; metódica, ya que hade realizarse por medio de un proceso, y precisa en susmediciones para indicar las cualidades del fenómeno.

Durante la observación de los fenómenos se deben hacer lasanotaciones de los datos, cifras o medidas correspondientes,es decir, se deben registrar las observaciones que contribuirána los resultados.

Las observaciones deben realizarse de manera que los registrosobtenidos puedan ser reproducidos por cualquier persona que

trabaje en el mismo fenómeno bajo las mismas condiciones, para que así obtenga losmismo resultados.

Por ejemplo: ¿cuál es el mes más frío y cuál es el más caluroso de un lugar en un añodeterminado?

A continuación se presentan los datos de un solo mes y su promedio semanal.

Figura 8. Observaciónsistemática.

Figura 9. Registrode datos.


ENERO

Semana Temperatura (ºC)

1ª 172ª 183ª 194ª 18

Ahora sólo se presentan los promedios de cada mes:

Mes Temperatura Promedio(ºC)

Enero 18

Febrero 20

Marzo 23

Abril 25

Mayo 29

Junio 30

Julio 29

Agosto 28

Septiembre 26

Octubre 24

Noviembre 22

Diciembre 21

Para conocer esto se registra la temperatura cada semana día por día a la misma hora,durante un año; de los datos se obtiene el promedio mensual, y un total de 12 datos.

Una vez registrada la temperatura promedio de cada mes, se determina cuál es el mes másfrío y cuál es el más cálido.

Del registro anterior puede observarse que el mes más frío es enero con 18ºC y el máscaluroso junio, con 30ºC.

Los datos obtenidos en este sitio deben ser aproximados a los obtenidos por otra personainteresada en el mismo fenómeno y bajo las mismas condiciones.


Tanto la observación, como el registro de un fenómeno son importantes para llegar aconocer y solucionar un problema o fenómeno determinado.

3.6 REGISTRO DE FENÓMENOSCorresponde a la sección de GA 3.28 TABLAS ORDENADAS

Cuando se observa un fenómeno, ya sea en el laboratorio o en la naturaleza, debenrealizarse siempre los registros correspondientes; éstos son un conjunto de datos,anotados conforme se va observando; aunque en ese orden no pueden ser analizados ointerpretados de forma adecuada. Para tener un control de ellos, se propone laelaboración de tablas que permiten ordenar los datos de manera que puedan manejarseconvenientemente; por ello se dice que una tabla es un conjunto de datos organizados.

Por ejemplo, a partir del registro de los datos obtenidos al medir la temperatura promediomensual de un sitio, se presenta una tabla.

Los datos son los siguientes: enero 17ºC, febrero 20ºC, marzo 23ºC, abril 25ºC, mayo 29ºC,junio 31ºC, julio 29ºC, agosto 28ºC, septiembre 26ºC, octubre 24ºC, noviembre 22ºC, ydiciembre 21ºC.

La organización de los datos se realiza de dos formas: una ascendente, que va delmenor al mayor valor, y la otra descendente, que va del mayor al menor valor, así:

ºC Mes ºC Mes

17 Enero mínimo 31 Junio máximo

20 Febrero 29 Julio

21 Diciembre 29 Mayo

22 Noviembre 28 Agosto

23 Marzo 26 Septiembre

24 Octubre 25 Abril

25 Abril 24 Octubre

26 Septiembre 23 Marzo

28 Agosto 22 Noviembre

29 Mayo 21 Diciembre

29 Julio 20 Febrero

31 Junio máximo 17 Enero mínimo

Ascendente Descendente


14 5

Una vez organizados los datos, se procede a obtener la diferencia entre el máximo (31) yel mínimo valor (17), lo cual da como resultado 14; este valor sirve para definir los intervalos,los cuales se determinan a criterio de la persona que maneja los datos y de acuerdo conel número de los mismos; en este caso se utilizarán 5. La operación 14/5 nos dará el totalde valores utilizados para cada intervalo: 2.8, y dado que el número no es entero, seaproxima al número entero inmediato, es decir, 3 como se muestra en la tabla.

Valor máximo Valor mínimo Diferencia Número Tamañode los datos de los datos de intervalos del intervaloregistrados registrados

31 17 14 5 = 2.8 ≅ 3

Un intervalo puede considerarse como un grupo de datos limitado por un valor máximo yuno mínimo, que determina qué tan grande o pequeño es: si el intervalo es de 17-19 sutamaño es 3 por cuanto se tienen en cuenta todos sus valores: 17,18 y 19.

La frecuencia se considera como el número de datos que se encuentra en un intervalo; lasuma de las frecuencias (N) debe ser igual al número total de datos, como se muestra en lasiguiente tabla.

Número de intervalos Intervalo Frecuencia

1 17-19 1

2 20-22 3

3 23-25 3

4 26-28 2

5 29-31 3

N=12

Al analizar los datos que arrojan las frecuencias presentadas en la tabla se puede concluirque la temperatura baja dura muy poco, esto se hace notar en el intervalo 1; en cambio, sise observan los intervalos 2, 3 y 5, se deduce que persiste un clima caluroso la mayor partedel año.

Otra observación que se puede detectar en la tabla es que los intervalos 2, 3 y 5 tienen lamisma frecuencia de 3.


Por todo lo anterior, se deduce que es necesario que una tabla sea analizada antes deutilizarla para hacer una gráfica.

3.7 GRÁFICAS DE FENÓMENOSCorresponde a las sesiones de GA 3.29 DIBUJA CAMBIOS,3.30 TRAZA LOS CAMBIOS y 3.31 TRANSFORMA LOS DATOS

Al organizar en tablas los datos registrados de una observación, su manejo se simplifica;sin embargo, las tablas pueden ser representadas en gráficas y por ello se dice que lagráfica es un dibujo que representan un conjunto de datos obtenidos y registrados de unaobservación y de cuyo análisis se puede obtener una información más integrada.

La gráfica debe explicar de manera atractiva, clara y concisa el fenómeno que se va aestudiar, de la misma forma en que lo explica una tabla, pero sin tantos números, para unanálisis más rápido y concreto.

La estadística es una herramienta poderosa en el trabajo científico, en la toma, organización,presentación y análisis de los datos obtenidos; en el desarrollo de una experiencia tanto enla parte de las conclusiones como en la toma de decisiones razonadas de acuerdo con losanálisis que se realicen.

Para elaborar una gráfica, consideramos dos líneas rectas perpendiculares entre sí a lasque llamamos sistema de coordenadas con un eje de X (horizontal) y un eje de Y (vertical).

Estas líneas cortan el plano en cuatro regiones: I, II, III, IV llamadas primero, segundo,tercero, cuarto cuadrantes. El punto cero cero (0,0) es el punto de origen. Observa quelas valores que toma el eje X hacia la derecha del origen son positivos y los que toma eleje Y hacia arriba también son positivos, en tanto que los que toma el eje X hacia laizquierda y el eje Y hacia abajo del origen son negativos.

X

Y

0 0


Al representar un punto cualquiera A, por ejemplo, trazamos las líneas perpendicularesdesde A a los ejes X y Y. Los puntos donde las perpendiculares encuentran a losejes, se llaman coordenadas del punto A y se representan como (X, Y),

La coordenada del eje X se llama abscisa y la de Y se llaman ordenada.

Si a cada valor que una variable X pueda tomar, le corresponde uno o más valores de otravariable Y, se dice que Y es función de X, es decir, los valores de Y dependen de los valoresque tome X. Por esta razón la variable X se llama variable independiente y la variable Y esla variable dependiente.

La dependencia entre las variables se puede registrar en una tabla de datos.

La variable Y (dependiente) es función de la variable X (independiente).

X

Y

0VARIABLE INDEPENDIENTE

VAR

IAB

LE

DE

PE

ND

IEN

TE

-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 +8 +9 +10X

Y

II I

III IV

A (X, Y)(4.5)

+10

+9

+8

+7

+6

-5

+4

+3

+2

+1

-1

-2

-3

-4

-5

-6

-7

-8

-9

-10


Una variable es una característica, que como su nombre lo indica presenta variacionesen sus valores numéricos dentro de un intervalo. Hay varias clases gráficas: de barreras,de curvas, circular, entre otras. Veamos algunos ejemplos:

Los nacimientos ocurridos en el centro de salud de una pequeña localidad durante 10semanas se presentan en la siguiente tabla.

Semana Número de nacimientos

1 2

2 1

3 5

4 3

5 4

6 1

7 2

8 8

9 1

10 1

Después de organizar los datos se obtiene otra tabla como la siguiente, en la cual lafrecuencia es la sumatoria de casos dentro de un intervalo.

Número de intervalos Intervalos Frecuencia

1 1-2 3

2 3-4 8

3 5-6 5

4 7-8 10

5 9-10 2

N= 28

Una vez organizados los datos, se procede a la elaboración de la gráfica de barras. Paraesto se trazan dos ejes, uno horizontal y otro vertical, los cuales se deben cruzar en un puntollamado origen y se representan con el cero (0.0).

Los intervalos se marcan en el eje horizontal, eje de X (variable independiente); para ello

Valor máximo de los datos: 10

Valor mínimo de los datos: 1

Diferencia: 9

Número de intervalos: 5(Diferencia entre un dato y el siguiente)

Tamaño intervalo: 2(Se obtienen dividiendo la diferencia por el

número de intervalos)

9÷5=1.8 que se aproxima a 2 y seráel tamaño del intervalo.


se deja un espacio entre el origen y la primera barrera. También se deja un espacio entrelas barras y éste puede ser equivalente a todo un intervalo o a la mitad de él.

Figura 10. Ejes para graficar.

En el eje vertical se enmarcan las frecuencias, las cuales representan los números denacimientos (variable dependiente); en este caso van de 1 a 10, y se marcan como lomuestra la figura.

El eje donde se marcan las frecuencias, o sea el vertical, siempre debe ser un poco másgrande que el horizontal, para una interpretación correcta de la gráfica.

Enseguida se construye cada una de las barras, relacionando el intervalo con su frecuencia.La gráfica queda como se ilustra en la figura.

Figura 11. Gráfica de barras.

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

1 2 3 4 5

0 0 1 2 3 4 5

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1Intervalo

Ejehorizontal

YEje vertical

X


(100) 28

(3)= = 10.7%

5; 25.5 1; 38.5

4; 128.5

3; 65

2; 102.6

1

2

3

4

5

Los datos también se pueden representar en una gráfica circular; para ello es necesariotransformar las frecuencias en porcentajes. Estos se encuentran multiplicando cadafrecuencia por 100 y dividiéndola entre el número total de datos, que resulta de la suma detodas las frecuencias, por ejemplo:

Posteriormente se transforman los porcentajes en grados; partiendo de que la circunferenciatiene 360º, se obtienen los datos realizando la siguiente operación: 100% es igual a 360º,por lo que, para saber cuántos grados corresponden al 10.7%, esta cifra se multiplica por360 y se divide entre 100%: se obtienen 38.5º. Lo mismo se realiza para los demás datos.

100% 360º (10.7%) (360º) 3 852º10.7% X 100% 100

Número de intervalos Intervalos Frecuencia % Frecuencia (Grados)

1 1-2 3 10.7 38.5

2 3-4 8 28.5 102.6

3 5-6 5 17.8 65

4 7-8 10 35.7 128.5

5 9-10 2 7.1 25.5

Ahora, con el transportador se marcan en el círculo los ángulos que corresponden a cadafrecuencia y resulta el sector correspondiente a cada intervalo.

Figura 12. Gráfica circular.

; X = ; X = ; X = 38.5º


Tanto en la gráfica de barras como en la circular se aprecia que en los intervalos 2 y 4 elnúmero de nacimientos es mayor, mientras que en los otros 3 no hay mucha diferencia;esto muestra que no se sigue un patrón de crecimiento poblacional en esa región, por lomenos en las 10 semanas en que se realizó el estudio.

De la misma manera en que se elaboraron las gráficas para estos datos, que fueronorganizados en tablas, se pueden elaborar gráficas de otras observaciones, analizar einvestigar lo que permitirá visualizar el problema más rápidamente. Además, las gráficasson una forma de comunicar información científicamente.


Capítulo 4

EL LUGAR DE LA EXPERIMENTACIÓN

Los conocimientos alcanzan el carácter de “verdaderos” y científicos en el momento en queson comprobados; generalmente, en física y química esta comprobación puede lograrsepor medio de la investigación científica y en este trabajo el laboratorio cumple un papelpreponderante.

En el laboratorio muchas veces es necesario preparar materiales que se adecúen a lasnecesidades de los experimentos para obtener mejores y relevantes resultados.

Además, para realizar un buen trabajo en el laboratorio es imprescindible seguir las reglasde seguridad que deben observarse en el lugar para no sufrir accidentes que pongan enriesgo la vida de los experimentadores.


4.1 MATERIALES DE LABORATORIOCorresponde a la sesión de GA 4.35 LOS CLÁSICOS

El laboratorio es un lugar importante y fundamental para la investigación científica, ya que esel sitio donde se lleva a cabo la experimentación que nos permite construir y enriquecer losconocimientos. En este sitio se pueden realizar experimentos para hacer más fiable unrazonamiento, una hipótesis, una teoría.

En el laboratorio escolar el estudiante desarrolla destrezas tales como el manejo del materialy de los instrumentos existentes, así como la habilidad para observar los cambios en unfenómeno y el comportamiento de las sustancias.

Además les permite comprobar algunas leyes o teorías propuestas para desarrollar suinterés por temas científicos y, en el futuro, poder encauzar sus conocimientos al medio en elque vive.

Figura 1. Laboratorio ideal.

Para obtener mejores resultados en el laboratorio, al estudiar un fenómeno u objeto, espreferible trabajar en equipo, ya que de esta forma cada integrante puede aportar susideas para mejorar la práctica; además, durante la misma se fomentan otras actividadescomo la organización e integración de los compañeros, así como la solidaridad en el grupo.

Durante el desarrollo de los experimentos se utilizan varios aparatos, instrumentos ysustancias, los cuales deben ser usados correctamente para obtener resultados adecuados.

El hecho de tener todo el material de laboratorio facilita la realización de los experimentos,por tanto, el no contar con ellos implica dificultad en la realización de las prácticas; en este


caso se sugiere usar la imaginación y creatividad del experimentador para sustituirmateriales sofisticados por algunos de la región.

El material de laboratorio que más se utiliza es el siguiente:

Vaso de precipitados (beaker). Es de vidrio, lo hay de diferentes tamaños y se utilizapara guardar sustancias, para hacer evaporaciones de las mismas, etcétera.

Matraz Erlenmeyer. Es de vidrio, tiene forma cónica con fondo plano, lo hay de tamañosdiversos y se utiliza principalmente para calentar los líquidos de los experimentos.

Agitador. Es una varilla de vidrio, sirve para mezclar o disolver una sustancia.

Mechero de Bunsen. Consta de un tubo unido a una base; el tubo tiene pequeños orificiospor donde pasan gas y aire, así como una manguera por donde entra el gas y se usa paracalentar las sustancias.

Tubo de ensayo. Está hecho de vidrio y se utiliza para contener sustancias en pequeñascantidades; en él se pueden realizar experimentos sencillos que no presentan peligro.

Embudo. Puede ser de vidrio o de plástico y sirve para filtrar o verter algunas sustancias.

Vidrio de reloj. Se utiliza para contener sustancias en cantidades pequeñas y para taparvasos de precipitados.

Gradilla. Puede ser de madera, de hierro o de plástico y se utiliza para colocar tubos deensayo.

Cucharilla de combustión. Es una cuchara con mango largo, de hierro, sirve para calentarsustancias.

Mortero. Es de porcelana o de vidrio y sirve para pulverizar sustancias.

Pinzas para tubo de ensayo. Son de alambre y se utilizan para sostener los tubos deensayo cuando se calientan.

Soporte universal. Está constituido de una varilla unida a una plancha de hierro que sirvepara sostener el anillo al triángulo de porcelana, en él se montan varios dispositivos requeridosen la experimentación.

Tapones. Son de caucho o de corcho. Sirven para tapar tubos, frascos u otros recipientes.

Tela metálica con asbesto. Sirve para colocar el material con la sustancia que se quierecalentar; distribuye uniformemente el calor de la llama.


Figura 2. Material de laboratorio.


Termómetro. Es un aparato de vidrio graduado que contiene mercurio o alcohol y sirvepara medir la temperatura. Sin embargo hay otros tipos de termómetros.

Balanza. Sirve para medir la masa de los cuerpos.

Plano inclinado. Es una máquina simple que se utiliza para subir o bajar objetos, constade una tabla plana y lisa colocada a manera de rampa.

Palanca. Sirve para levantar objetos y consta de una tabla o palo y un punto fijo llamadofulcro, al aplicársele una fuerza produce un trabajo.

Polea. Se utiliza para subir y bajar objetos, consta de una o más ruedas montadas en uneje por el cual pasa una cuerda que le produce un movimiento.

Péndulo. Consta de un pendiente o cuerpo suspendido de un hilo que se mueve por laacción de una fuerza.

Calorímetro. Es un aparato que sirve para medir la cantidad de calor absorbido o cedidopor un cuerpo.

Hay otros aparatos e instrumentos que pueden encontrarse en un laboratorio; sin embargo,estos son los más utilizados para la realización de prácticas en física y química. Por mediode estas prácticas el alumno integra los conocimientos de un tema y adquiere el interés porconocer el medio en el que habita.

4.2 MATERIALES DEL ENTORNOCorresponde a la sesión de GA 4.36 HERRAMIENTAS AMBULANTES

La mayoría de las investigaciones científicas se llevan a cabo en el laboratorio; es por elloque una escuela debe contar con uno para promover en los y las estudiantes su interés porla investigación. Sin embargo, a veces no es posible tener todo el material necesario, por locual los estudiantes deben contribuir a la formación de un pequeño laboratorio que les permitarealizar sus prácticas; para ello deberán acondicionar aparatos y utensilios caseros.

Algunos materiales que pueden ser sustituidos por utensilios o instrumentos que hay en lacomunidad son los siguientes:

Materiales de laboratorio Posibles sustitutos

Vasos de precipitados Pocillos o frascos de boca ancha

Tubos de ensayo Frascos de vidrio pequeños y angostos

Buretas y probetas Biberones


Vidrios de reloj Tapas de frascos

Agitador Tira de madera o tubo de vidrio

Mechero de Bunsen Frasco pequeño con alcohol o petróleo y mecha(mechero común)

Cucharilla de combustión Cuchara de peltre con mango largo

Papel filtro Servilletas de mesa, pedazos de franelao tela delgada

Espátula Lámina pequeña y alargada o cabo de unacuchara inoxidable

Cuba hidroneumática Recipiente de plástico transparente, recortado.

Además hay otros instrumentos que se pueden construir a partir del material aprovechableque hay en la región, como láminas para hacer un embudo formando un cono; una tabla conclavos grandes, distribuidos de manera que entre ellos quepan los frascos que se usaráncomo tubos de ensayo. Esto se utilizaría como una gradilla.

Estos son algunos ejemplos de lo que se puede hacer para adecuar el material con que secuenta a las necesidades de un laboratorio; sin embargo, utilizando la imaginación y lacreatividad se pueden elaborar tantos como se deseen y requieran.

Figura 3. Laboratorio de la antigüedad.

Hay sustancias que también pueden encontrarse en la comunidad, como la sal, el vinagre,el azúcar, el bicarbonato de sodio, el aceite y el agua oxigenada, entre otras; o bien, que sepueden extraer de objetos que se encuentran en la región, como el zinc y el carbono que se


encuentran en los clavos y otros que pueden ser sustituidos como el ácido acético por elvinagre y el carbonato de calcio por las cáscaras de huevos, trituradas.

Otra forma de aumentar el material de laboratorio puede ser mediante el intercambio delmismo con el de escuelas cercanas.

Figura 4. Materiales del entorno.

Figura 5. Sustancias del entorno.

Varios aparatos que se utilizan durante la elaboración de los experimentos también puedenser construidos por el estudiante, tales como el termómetro, el péndulo, el barómetro, eldinamómetro, la balanza, reloj de sol, etcétera.

Tomando en cuenta la situación que existe en la mayoría de las escuelas, las prácticas estándiseñadas para que se utilice material de fácil adquisición en la comunidad, o bien quepueda elaborar el estudiante mismo, con el fin de introducirlo en la investigación de losfenómenos de la naturaleza.


4.3 REGLAS DE LA EXPERIMENTACIÓNCorresponden a la sesión de GA 4.37 PRUDENCIA EN EL TRABAJO

Para que un laboratorio funcione adecuadamente y se logre el objetivo en cada experimento,es necesario que haya orden tanto al hacer las prácticas como en el uso, manejo, cuidado ylimpieza del material.

El orden se puede lograr mediante la aplicación de una serie de reglas para trabajar en ellaboratorio; al conjunto de ellas se le llama reglamento y se basa en las necesidades detrabajo y organización del lugar.

Al no respetar las reglas para trabajar en el laboratorio se corre el riesgo de sufrir accidentestales como quemaduras de diferentes grados, intoxicaciones, envenenamiento, cortadas,etcétera.

Por lo anterior, las reglas que se deben cumplir en el laboratorio son las siguientes:

• No se debe correr en el laboratorio o sitio donde se realiza el experimento, ya que alguienpodría tirar el material o lastimarse a sí mismo o a los demás.

• No se debe encender fuego sin la autorización del /de profesor(a), debido a que en ellaboratorio hay sustancias fácilmente inflamables.

• Podrán hacerse los experimentos sólo cuando esté presente el profesor para que dirijala práctica y no ocurra algún percance.

• Al realizar la práctica deben utilizarse las sustancias en las cantidades exactas querequiera el experimento, a fin de que no se desperdicien.

• No probar ninguna sustancia a menos que lo indique el/la profesor(a), ya que podríaser tóxica.

• Nunca debe olerse una sustancia directamente, sino acercarse a una distancia prudentedel frasco y, con la mano, hacer que sus emanaciones lleguen a la nariz; o bien, olersolamente la tapa del frasco.

• No introducir alimentos ni comer durante el desarrollo de la práctica porque podríancontaminarse los materiales del experimento.

• Las sustancias que están en un frasco sin etiqueta no deben utilizarse, ya que esigualmente probable que se trate de las sustancias que se necesitan o bien de otras queno convengan al experimento.

• Al calentar las sustancias en tubos de ensayo, éstos no deben ponerse en direccióna la cara de los demás o del experimentador, debido a que podría saltar la sustanciay causar quemaduras u otros accidentes.


• No introduzca una misma pipeta en frascos con diferentes sustancias, sin antes lavarla,porque las contamina.

• Al quemarse una persona con alguna sustancia debe lavarse inmediatamente con aguaabundante para evitar complicaciones.

• El material de vidrio o de porcelana que se haya puesto a calentar hay que dejarlo enfriar,después tirar el contenido y lavarlo.

• El lugar de trabajo y los materiales de laboratorio deben mantenerse limpios para evitarque los experimentos salgan mal.

• Al terminar con el experimento, si sobró alguna sustancia sin usar, nunca debe regresarseal frasco de donde se sacó, ya que puede contaminar la que todavía se encuentra ahí.Utiliza la cantidad adecuada. Es mejor rotular lo que sobró y guardarlo para un próximouso.

• En caso de que sobre alguna sustancia en un experimento, se debe tirar o verterse en elsitio donde indique el/la profesor(a).

• Las sustancias y materiales que se usaron deben colocarse en su lugar para poderutilizarlos cuando se requieran nuevamente.

• Tenga en cuenta que algunos objetos están constituidos de sustancias tóxicas o dañinas,como la parte interna de las pilas y baterías.

• No inhale vapores ni humo.

Figura 6. Algunas reglas importantes.

En las escuelas donde se sustituya el material de laboratorio por utensilios e instrumentoscotidianos, también debe ponerse en práctica la mayoría de las reglas que se mencionaronanteriormente; por ejemplo:


- El material de vidrio o de porcelana donde se calentaron sustancias se debe dejarenfriar, tirar la sustancias y lavarlo.

- En lugar de lavar el pocillo inmediatamente, debe dejarse enfriar, tirar la sustancia ylavar perfectamente el recipiente.

- Al calentar las sustancias no deben ponerse en dirección a la cara de los compañeros,ni del experimentador.

Por lo tanto, es necesario que en todo laboratorio se apliquen reglas de conducta y detrabajo que los y las estudiantes conozcan y practiquen durante su estancia en el lugar dela experiencia, con el fin de evitar accidentes y lograr el éxito de los experimentos.

4.4 ELABORACIÓN DE ALGUNOS MATERIALESCorresponde a las sesiones de GA 4.38 CONSTRUCCIÓN DE MATERIALESy la 4.39 ELABORACIÓN DE UTENSILIOS

Los aparatos que se utilizan en física y química sirven para apreciar las características de lamateria y para conocer su masa, peso, punto de fusión, punto de ebullición, dilatación, etcétera.

Un aparato es un instrumento con el cual se realiza un trabajo; cada uno de hecho sirve parahacer los cálculos que se necesitan para comprender las manifestaciones tan diferentesque tiene la materia y que se encuentra en el universo.

La construcción de estos instrumentos se hace necesaria debido a que se carece de ellosen las escuelas; por consiguiente, aquí se propone elaborar aparatos, los cuales se hanconsiderado necesarios para realizar algunosexperimentos indispensables para el desarrollo de loscontenidos que más adelante propone la asignatura.

La elaboración de estos aparatos (dinamómetro y balanza)es de mucha importancia pues, de esta manera, sedesarrollarán habilidades y destrezas en su manejo, elconocimiento de cómo están constituidos y la forma decalibrarlos a escalas adecuadas.

El dinamómetro

Es un aparato utilizado en ciencias y sirve para medir laatracción que sobre un cuerpo ejerce la Tierra; por lo quemide el peso de un objeto.

Su construcción rústica se realiza de la siguiente manera: Figura 7. Dinamómetro.


En primer lugar se debe recolectar el material necesario, que es el siguiente: una tabla demadera de 20cm por 40cm, un palo o pedazo de madera de 50 y otro de 30 cm, unresorte resistente y objetos que pueden ser piedras, pesas o una jeringa con agua y teneren cuenta que cada centímetro cúbico (cm3) de agua tiene una masa de un gramo, además,una regla y una aguja grande.

La tabla servirá como base; en ella se clava el palo de 50 cm y en éste, en su parte superior,el palo de 30 cm.

Después se fija de un extremo el resorte al palo de 30 cm como lo indica la figura; ladistancia que habrá del resorte al palo se terminará de acuerdo con la aguja, pues ellatendrá que tocar con la punta la marca del cero (0) que se encuentra en la regla.

En el extremo inferior del resorte se coloca primero la aguja y después una pesa u objeto,al cual de antemano se le terminó su peso, recuerde que una pesa que tengan una masade 1g (como un cm3 de agua) tiene un peso aproximado de newton (en la Tierra).

Esto equivale a decir que 100 gramos de cualquier material tiene un peso de 1N (unnewton) aproximadamente.

La regla se fija, ya sea pegándola o amarrándola al palo de 50 cm, de tal manera que conella se pueda verificar cuántos centímetros o milímetros se alarga el resorte cada vez que sele cuelga una pesa u objeto de diferente peso, o el contenido de determinado volumen deaguja.

La balanza

Instrumento que sirve para medir la masa de los cuerpos; sin embargo, como los conceptosde masa y de peso suelen confundirse, es necesario aclarar que peso y masa no son lo

mismo, pues el peso es el efecto o acción que ejerce la fuerzade gravedad sobre un cuerpo y masa corresponde a la fuerzaque hay que aplicarle a dicho cuerpo para cambiar sumovimiento en una determinada unidad de tiempo.

Lo anterior se entiende analizando el siguiente ejemplo: ya esconocido que la gravedad en la Luna es seis veces menor queen la Tierra; por tanto, cuando un astronauta llega al satélite seobserva como si flotara, debido a que pesa menos; noobstante, su masa es la misma tanto en la Tierra, como en laLuna.

Por ello, se dice que la masa no varía con el lugar donde seencuentre el objeto o persona, mientras el peso sí cambia,

dependiendo de la gravedad que exista en el sitio donde se encuentre el objeto.

1100

Figura 8. Balanza.

escala

base

paral

fiel

brazo


Un cuerpo en cualquiera de los polos pesa más que en el ecuador. Cuanto mayor es laaltura sobre nivel del mar, menor es el peso; pero las variaciones son tan pequeñas, quepara fines prácticos no se toman en cuenta.

La balanza está constituida por: base, paral, brazo, fiel, escala y platillos. Se construye labase con una tabla de madera de 30 cm por 40 cm; el paral, con un pedazo de madera de30 cm de largo y área de base de 5 cm x 5 cm; el brazo, con una tira fuerte de madera de 40cm de largo en el cual se practica un orificio, más arriba del centro de la misma; el fiel se fijaen el centro de los brazos de manera que su punta señale con mejor precisión en la escala,que a su vez está fija sobre la base en la parte delantera inferior del paral; los platillos seconstruyen con dos tapas metálicas grandes o, en su defecto, se pueden hacer platillos decartón resistente según el tamaño que se quiera, uno de los platillos se fija en el extremo deuno de los brazos y el otro se deja en el otro brazo, con una argolla, de manera que permitael deslizamiento para calibrar la balanza antes de realizar cualquier medida.

Como pesas se pueden utilizar piedritas u otros objetos a los cuales se les haya determinadode antemano su masa, por ejemplo, que sean de 1 g, 5 g, 10 g, 50 g, 100 g, 200 g, etc.; sino hay pesas disponibles, en el momento de tomar medidas con la balanza, se puedenutilizar las masas correspondientes a determinada cantidad de agua, teniendo en cuentaque 1 cm3 de agua tiene una masa de 1 g.

Es importante tener en cuenta que los aparatos, una vez que se han construido, debenconservarse, pues servirán para ir equipando el laboratorio, el cual será cada día más ricoen materiales; ello permitirá que se logre una mejor relación entre los conocimientos propiosde la asignatura y su puesta en práctica.

4.5 CONFECCIÓN DE ALGUNOS APARATOSCorresponde a las sesiones de GA 4.40 FABRICACIÓN DE HERRAMIENTASy 4.41 CONSTRUCCIÓN DE APARATOS

Para realizar las prácticas en laboratorio, es necesario contar con aparatos que ayuden allevar a cabo la experimentación de un fenómeno determinado; según el caso, podría tratarsede un termómetro o un péndulo, por ejemplo.

Termómetro

El termómetro es un aparato que está graduado y sirve para medir la temperatura de uncuerpo o un sistema. Hay varios tipos de termómetros: el de laboratorio, que comprende100 divisiones entre el cero, que es la temperatura de fusión del hielo, y el 100, que es latemperatura a la que hierve el agua, o de ebullición a nivel del mar; el termómetro clínico,que está dividido en décimas de grados entre los 32 y 44ºC y se utiliza para tomar latemperatura corporal de las personas; y el de máxima-mínima que sirve para medir lastemperaturas extremas en un determinado tiempo.


Para hacer un termómetro se necesita un frasco pequeño y ancho con tapón de caucho,un pitillo de plástico transparente y largo, plastilina o cera y agua coloreada con algunatintura.

Se vacía el agua coloreada al frasco hasta la mitad;al tapón se le hace un orificio por donde se introduceel pitillo hasta que llegue casi al fondo; el tapón seaprieta para cerrar el frasco y con la cera o plastilinase obstruyen las posibles infiltraciones de aire,incluido el orificio libre del pitillo.

Posteriormente, se observa hasta dónde llegó ellíquido en el pitillo y se marca el nivel, quecorresponderá a la temperatura ambiente a lasombra del lugar; luego se toma el frasco entre lasmanos durante un minuto y se marca en el pitillo elnivel hasta donde llegó el líquido (aproximadamente36ºC); finalmente se coloca el termómetro bajo elcalor directo del sol y se indica hasta dónde ascendióel líquido en el pitillo: la marca corresponderá a latemperatura ambiente bajo el sol.

El líquido sube por el pitillo porque al aumentar la temperatura el aire que está dentro delfrasco aumenta de volumen (se dilata) y sube el agua en el pitillo.

Péndulo

El péndulo puede considerarse como un cuerpo que se balancea (oscila) por la acción de lagravedad alrededor de un punto, del cual está suspendido por un hilo; recibe el nombre depéndulo eléctrico cuando se emplea para indicar la existencia de cargas eléctricas.

Figura 10. Termómetro de laboratorio y péndulo eléctrico.

Figura 9. Termómetro rústico.


Para elaborar un péndulo se necesita una tabla de 12 cmpor lado (puede ser más grande); un palo de 20 cm, unpedazo delgado de madera de 10 cm, un hilo de 10 cm yuna esfera o bola pequeña de plástico o de icopor.

El palo se clava en una punto (a) a la tabla y se le une el pedazodelgado de madera a la parte superior (b); en su extremos seamarra el hilo y de él se suspende la esfera o bola (c).

Al mover la esfera, se observa que sigue la trayectoria de unarco y que su balanceo es constante.

Al frotar con el cabello un bolígrafo de plástico o un peine,se cargan eléctricamente y al acercarlos a la esfera, ésta seles une. Para quitarles la electricidad se toman con la manoy se descargan inmediatamente.

De la misma forma que se construyeron el termómetro y el péndulo, si se utiliza la creatividadse pueden elaborar otros aparatos que faciliten la realización de la práctica y permitan formarel laboratorio escolar, en donde se desarrollará el interés por la investigación.


Capítulo 5

NATURALEZA DE LA MATERIA

Desde tiempos remotos el ser humano ha tenido el deseo y la necesidad de conocer suentorno. Filósofos, sabios, hombres y mujeres de todos los tiempos se han dedicado aescudriñar hasta las características imperceptibles de la materia.

En este capítulo se darán a conocer las propiedades de la materia, que servirán de basepara comprender su naturaleza, características, clasificación y la constitución de las partículasque la forman.


5.1 IMPORTANCIA Y CLASIFICACIÓN DE LA MATERIACorresponde a la sesión de GA 5.46 POR TODOS LADOS

La materia es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. Se pueden mediren ella sus diferentes magnitudes: masa, peso, volumen... Todos los objetos estánconstituidos de materia aunque se diferencian entre sí por tener características especialesllamadas propiedades.

A lo largo de la historia han existido muchas ideas acerca de cómo está formada la materia;por ejemplo, los griegos creyeron que la materia estaba constituida por cuatro elementos:agua, tierra, fuego y aire.

Sin embargo, quienes primero se aproximaron a la constitución de la materia fueron Leucipoy Demócrito al enunciar que era una concentración de partículas visibles llamadas átomos.

Figura 1. Constitución de la materia según los griegos.

Estados de la materia

La materia se presenta en tres estados fundamentales que se designan con los nombres deestado sólido, estado líquido y estado gaseoso.

Figura 2. Estados de agregación de la materia.

Fuego

Seco

Tierra

Frío

Agua

Caliente

Aire

Húmedo


Los cuerpos en el estado sólido tienen una forma definida y un volumen propio,independientemente de otros cuerpos; son rígidos, firmes y estables.

En el estado líquido los cuerpos tienen volumen propio y muy poco se dejan comprimir; seadaptan a la forma del recipiente que los contiene, presentan una superficie libre horizontal.Esta capacidad de adaptación, que hace que el líquido se riegue (pueda fluir) es muy variable;para algunos es grande (líquidos muy movibles) mientras que para otros (líquidos espesos,viscosos) es muy escasa.

En el estado gaseoso, los cuerpos no tienen volumen ni forma propios, llenan totalmenteel recipiente que los contiene, el cual debe estar cerrado. Son fácilmente compresibles ysu capacidad de expansión es muy grande.

En condiciones ordinarias, los cuerpos tienen un estado físico determinado; pero almodificar las condiciones de temperatura que tiene el cuerpo éste puede cambiar deestado.

Existe un cuarto estado de la materia, el estado de plasma, el cual se presenta cuandola materia es sometida a muy elevadas temperaturas. En estas condiciones los electronesque rodean el núcleo salen, se liberan y forman una nube con carga eléctrica negativa; losátomos que han perdido electrones tienen cargas positivas, así se forma el estado deplasma; su presencia es abundante en las estrellas y en regiones del cosmos fuera de laTierra, es mucho más abundante que el estado sólido, líquido o gaseoso.

UNA TÉCNICA QUE NOS AYUDA A CLASIFICAR

Existe una técnica que nos permite resumir e integrar conocimientos anteriores conconocimientos nuevos en el desarrollo de un tema: es el mapa conceptual; para realizarlose parte del concepto más general o abarcador hasta los conceptos más simples o sencillosque pueden incluir ejemplos, dibujos, organizándolos por niveles jerárquicos.

Un concepto es una abstracción o construcción de la mente humana que se designa conpalabras clave, que tienen en las personas una representación mental. Los conceptos seunen por medio de conectores que generalmente son proposiciones que dan sentido a lalectura e interpretación del mapa elaborado.

El siguiente es un ejemplo de mapa conceptual sobre la clasificación de la materia.


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Figura 3. Ejemplos de materia homogénea.

La materia puede presentarse de dos formas diferentes:

Materia homogénea; está formada por una o varias clases de sustancias pero su aspectoes uniforme, sus propiedades y constitución son las mismas en cualquier parte de ella.

Una materia homogénea de composición uniforme y completamente definida e invariablees una sustancia pura como por ejemplo el azufre, el hierro, la sal, el agua, el alcohol.

Cuando la sustancia pura está conformada por una sola clase de átomos es un elemento,ejemplo el oro, el hierro; si la sustancia pura está conformada por varias clases de átomosenlazados químicamente, la sustancia es un compuesto, ejemplo el alcohol, la sal de mesa,el azúcar.

Cuando una sustancia homogénea, mezcla de dos o más componentes, presenta cambiosen su composición es una solución.

Clases de soluciones

Las soluciones pueden ser:

• Gaseosas, cuando se mezclan dos o más sustancias gaseosas. Ejemplo: el aire.

• Líquidas, se forman al disolver en un líquido, una sustancia diferente. Si el líquido esagua y se disuelve azúcar, éste se distribuye por toda la solución en forma homogénea;forma una solución azucarada.

• Sólidas, se unen dos componentes, por ejemplo: las aleaciones que son disolucionesde dos metales como el latón que es una disolución sólida de cobre en zinc; el aceroque son disoluciones sólidas de hierro y carbono.


Figura 4. Sustancias en que se divide la materia homogénea.

La materia heterogénea es aquella en la cual los componentes que la constituyen sedistinguen unos de otros, su aspecto no es uniforme.

A este tipo de materia pertenecen las mezclas heterogéneas o mecánicas, las cualesestán formadas por dos o más sustancias que no pierden sus propiedades originales, porqueno están unidas químicamente, por tanto, se pueden separar por métodos físicos; por ejemplo,la ensalada de frutas, una piedra, agua con tierra y azufre con limadura de hierro.

Figura 5. Ejemplos de materia heterogénea.

El universo está conformado por materia y energía. El ser humano se encuentra inmersoy rodeado por ellas, trabaja y aplica la materia en sus tres estados, razón por la cual esimportante conocer tanto su estructura, propiedades y composición como los cambios queexperimenta.

5.2 PROPIEDADES GENERALES DE LA MATERIACorresponde a la sesión de GA 5.47 LAS COMUNES

Las siguientes son propiedades generales de la materia:

• La masa depende de la fuerza que hay que aplicarle a un cuerpo para cambiar suvelocidad.

Elemento Compuesto Solución

Arena y agua Piedra Agua y aceite


• El volumen, es la cantidad de espacio ocupado por un cuerpo.

Figura 6. Propiedades generales de la materia.

• La elasticidad es una propiedad que permite a la materia recuperar su forma y tamañooriginales al dejar de aplicarle una fuerza, como ocurre con un resorte.

• La inercia es la propiedad que impide a la materia cambiar su estado de movimientosin la intervención de una fuerza externa.

• La impenetrabilidad se refiere a que el espacio ocupado por una partícula no puedeser ocupado por otra.

• La porosidad es una propiedad de la materia mediante la cual presenta espaciosvacíos entre las partículas que la conforman.

Figura 7. Otras propiedades generales de la materia.

Las propiedades que se mencionaron permiten conocer la materia, su comportamiento yalteraciones en situaciones determinadas, para su adecuada utilización o aprovechamiento.

Extensión Impenetrabilidad

Masa Elasticidad Porosidad Divisibilidad


5.3 PROPIEDADES PARTICULARES Y ESPECÍFICAS DE LAMATERIACorresponde a las sesiones de GA 5.48 LAS EXCLUSIVAS y 5.49 LAS TÍPICAS

Las propiedades que conservan la materia en cualesquiera de sus estados sirven paraidentificarla, sin importar el lugar donde se encuentre; sin embargo, una clasificación másprecisa permite diferenciar sus propiedades generales de las particulares y de lasespecíficas.

Las propiedades particulares son las que presenta la materia en estado sólido. Por ejemplola madera, el acero y el vidrio tienen diferentes propiedades particulares; algunas deellas se describen a continuación:

• Dureza. Propiedad por medio de la cual los cuerpos oponen resistencia a ser rayados,cortados o penetrados. Por ejemplo: hay algunos materiales muy duros, como eldiamante, el vidrio, el cuarzo y el topacio; otros menos duros como la madera y algunosque son muy blandos, como el jabón y el yeso.

Existe una escala de dureza (escala de MOHS) que indica la dureza del material:

Talco = 1 Ortoclasa = 6

Yeso = 2 Cuarzo = 7

Calcita = 3 Topacio = 8

Fluorita = 4 Corindón = 9

Apatita = 5 Diamante = 10

• Tenacidad. Propiedad por medio de la cual los cuerpos oponen resistencia a rompersecuando se les aplica una fuerza.

• Fragilidad. Propiedad contraria a la tenacidad; por ejemplo, el acero es muy tenaz yel vidrio muy frágil.

Figura 8. Propiedades particulares de la materia.


• Ductibilidad. Propiedad que permite a los cuerpos ser convertidos en hilos o alambres;el oro es el material más dúctil, seguido por la plata; hay otros que también la presentan,como el hierro, el cobre, el aluminio, la plastilina y el yeso, aunque los dos últimos enmenor grado que los metales.

• Maleabilidad. Esta propiedad permite a los cuerpos convertirse en láminas delgadas,algunos ejemplos de ellos son el estaño y el aluminio, con los cuales se hace papelque sirve como envoltura; el oro es el más maleable, aunque se pueden hacer láminasde hierro, zinc, cobre, etc.

Las propiedades específicas son las que van a determinarlas diferencias que tiene una sustancia en relación con otras,por ello permiten identificar los diversos tipos de sustanciasque hay en la naturaleza; algunas de estas propiedadesson: dilatación, conductibilidad, punto de ebullición, puntode fusión, densidad, viscosidad, etc.

Propiedades específicas del agua.

Conductibilidad eléctrica = buena conductoraPunto de fusión = 0ºC.Punto de ebullición = 100ºC

Densidad =1 cm3

Algunas propiedades específicas son:

• La densidad: Cantidad de masa contenida en la unidad de volumen. Para calcularlase utilizan instrumentos que miden la masa y el volumen; se calcula dividiendo lamasa por el volumen.

Masa mDensidad = ; D =

Volumen v

Ejemplo: la densidad del mercurio es 13.6 g/cm3. Esto significa que 1 cm3 de mercuriotiene una masa de 13.6 g.

• El punto de fusión: Es la temperatura que tiene un sólido cuando está pasando aestado líquido.

• El punto de ebullición: Es la temperatura que tiene un líquido cuando está pasandoa estado gaseoso.

Figura 9. Agua de la llave.1 g


• La conductibilidad térmica: Capacidad para conducir el calor.

• La conductibilidad eléctrica: Capacidad para conducir la corriente eléctrica.

• El ferromagnetismo: Propiedad de algunos metales, como el hierro para dejarse atraerpor un cuerpo magnético.

5.4 CUERPO, SUSTANCIA Y ELEMENTOCorresponde a la sesión de GA 5.50 JUNTOS FORMAN UN TODO

El ser humano a través del tiempo ha estudiado ycaracterizado a la materia y también ha definido a loscuerpos, a las sustancias y a los elementos comocomponentes de la misma.

Cuerpo. Es toda porción definida de materia que ocupaun lugar en el espacio y que tiene masa; por ejemplo, unvaso, una piedra, un árbol, un coche, un cuaderno, unlápiz, una silla, etcétera. Es importante señalar que uncuerpo generalmente se asocia con la forma quepresenta; sin embargo, no sólo presenta una forma sinoque, al ser materia, presenta también sus propiedades.

En la naturaleza se puede observar una gran diversidadde cuerpos; sin embargo es posible diferenciarlos entresí a través de las propiedades específicas de lassustancias que los conforman; por ejemplo, se puedendistinguir las sustancias que constituyen un lápiz y lasque constituyen una pila.

Sustancia. Es una porción de materia pura que presenta propiedades específicasque permiten distinguirla claramente. Por ejemplo: el agua, el azúcar, la sal y el aluminioson sustancias, en tanto que la madera es un cuerpo formado por varias sustancias.

Elemento. Sustancia pura, formada por una sola clase de átomos; no puededescomponerse en sustancias más simples. La mayoría de elementos químicos seencuentran en estado sólido; dos en estado líquido y los demás existen en la naturalezaen estado gaseoso.

Algunos elementos son muy abundantes; ocho elementos constituyen casi el total dela corteza terrestre y son: oxígeno, silicio, aluminio, hierro, calcio, sodio, potasio ymagnesio.

Explorando fuera de la Tierra, los más abundantes son hidrógeno y helio; le siguen encantidad el oxígeno, el neón, el carbono y el nitrógeno.

Figura 10. Cuerpos, sustanciasy elementos.


Algunos elementos que forman parte de los seres vivos son: carbono, hidrógeno, oxígeno,nitrógeno, calcio, hierro, magnesio y potasio.

Nombres y símbolos de los elementos químicos

Cada elemento se designa, internacionalmente, mediante un símbolo químico.

Los símbolos de muchos elementos se han derivado de su nombre griego o latino original,o del nombre de su descubridor.

El siguiente cuadro nos da nombres y símbolos de los elementos más comunes.

Cuadro 1

Elementos más abundantes Símbolos Elementos más abundantes Símbolos en la corteza terrestre en la corteza terrestre

Oxígeno O Potasio K

Silicio Si Magnesio Mg

Aluminio Al Hidrógeno H

Hierro Fe Carbono C

Calcio Ca Azufre S

Sodio Na Nitrógeno N

Los elementos fueron clasificados, dependiendo de sus características, en metales y nometales. Dentro de los metales se encuentran el litio, al magnesio, el calcio y el aluminioentre otros, y dentro de los no metales se clasifican el nitrógeno, el fósforo, el oxígeno, elazufre, etc. Esta es una primera clasificación, pues existen a partir de ella variassubdivisiones.

El estudio y análisis de los cuerpos, sustancias y elementos como parte de la materia, permitióconocerla más detalladamente y elaborar la tabla periódica de los elementos químicos,esto ha ayudado al ser humano para que la utilice en su provecho.

5.5 LA MOLÉCULACorresponde a la sesión de GA 5.51 IGUAL, PERO MUY PEQUEÑA

La mínima porción de una sustancia que conserva sus propiedades es una molécula.


Del estudio de las diversas clases de sustancias se observó, por ejemplo, que un terrónde azúcar, al estar disuelto en agua, está completamente separado y no se pueden distinguirlas moléculas que lo forman; sin embargo, están allí presentes y conservan las característicasdel azúcar, aunque aparentemente hayan desaparecido.

Lo mismo ocurre con el agua, ya que si se toman 10 ml de ella se puede observarperfectamente, y si esa cantidad se divide hasta separar una gota todavía se ve, pero si setoma esa gota y se divide aún más, llega el momento en que es imposible separarla y no sepuede observar a simple vista, lo cual indica que el tamaño de la molécula es muy pequeñoy se requieren otros conocimientos que permitan clasificarlas como parte fundamental de lamateria.

Figura 11. Divisibilidad hasta una molécula.

Es importante aclarar que no todas las moléculas son iguales, ni en tamaño, ni en forma, nien constitución; varían dependiendo de los átomos que las conforman.

Se dice que las moléculas de los elementos químicos son monoatómicas si están formadaspor un solo átomo; este es el caso de metales como el aluminio (Al), el oro (Au), etc. Cuandoestán constituidas por dos átomos, se llaman diatómicas; algunos ejemplos son el yodo(I2), el hidrógeno (H2) y el oxígeno (O2).

Las moléculas triatómicas están constituidas por tres átomos, como el ozono (O3) y laspoliatómicas por más de tres átomos, como el fósforo (P4) y el azufre (S8).

Las moléculas de los compuestos estánconstituidas por dos o más clases de átomosde diferentes elementos, por ejemplo, lamolécula de agua, H2O1 está formada por dosátomos de hidrógeno y uno de oxígeno.

Las moléculas pueden estar representadas pormedio de modelos, en los cuales se muestrasu organización.

Figura 12. Molécula de agua.

Agua

(H2O) (H2O)

(H2O) Agua

O

HH


En los tres principales estados de agregaciónde la materia, las moléculas se encuentranacomodadas de diferente forma.

En los líquidos, las moléculas se encuentranen movimiento y, por lo tanto, no estánunidas fuertemente.

En los sólidos, las moléculas están unidasfuertemente, casi no se pueden desplazar.

Finalmente, en los gases, las moléculas seencuentran muy alejadas unas de otras ytienen mucho desplazamiento.

Por lo anterior, se puede decir que las molé-culas forman parte integral y fundamental de todos los cuerpos, incluyendo al ser humano.

5.6 EL ÁTOMOCorresponde a la sesión de GA 5.52 FUERTE Y PEQUEÑO

Entre los años 470 y 400 antes de nuestra era, los griegossostenían que todo el universo estaba constituido por materia,y que la parte fundamental de ella eran los átomos, palabraque en griego significa indivisible (a= no, tomos= divisible);Leucipo de Mileto y su discípulo Demócrito fueron los primerosen enunciar esta teoría; ellos consideraron al átomo comouna partícula muy pequeña e indivisible, uniforme, sólida, durae incomprensible (que no se puede comprimir).

Esta teoría era aceptada ampliamente y prevaleció hastafines del siglo XVIII y principios del XIX, cuando un científicoinglés llamado John Dalton, basado en sus observaciones,dio a conocer la teoría atómica, la cual actualmente siguesiendo importante para los estudios acerca del átomo.

Los principales postulados de la teoría atómica de Dalton son:1

– Los elementos están constituidos por partículas diminutas llamadas átomos.

– Todos los átomos de un elemento dado son idénticos.

– Todos los átomos de un elemento dado, son diferentes de los de cualquier otro elemento.

Figura 13. Distribución de las moléculasde los estados de agregación molecular.

1 Zumdahl, S. Steven, Fundamentos de química, México, MacGraw-Hill, 1992, pág. 88.

Figura 14. John Dalton.

Sólido

Líquido

Gaseoso


– Los átomos de un elemento se pueden combinar con los de otros elementos paraformar compuestos. Un compuesto dado siempre tiene el mismo número relativo ytipos de átomos.

– Los átomos son indivisibles en los procesos químicos. Es decir, no se crean ni se destruyenen las reacciones químicas. Una reacción química simplemente cambia la forma en queestán agrupados.

– Los átomos son indivisibles aun en las reacciones químicas más violentas.

Posteriormente, a través de varios experimentos, secomprobó que el átomo está formado principalmente portres clases de partículas, que son: los electrones quepresentan carga eléctrica negativa; los protones concarga eléctrica positiva, y los neutrones que tienencarga eléctrica neutra. Igualmente se comprobó que elátomo sí es divisible.

El átomo está formado por el núcleo y los niveles deenergía.

El núcleo es eléctricamente positivo, se encuentra en elcentro del átomo y contiene protones y neutrones. Losniveles de energía forman la zona periférica del átomo ycontienen electrones, los cuales son atraídos por la cargapositiva de los protones del núcleo. Por lo general un átomo cuando está completo tieneigual número de protones y de electrones, con lo cual se neutraliza su carga eléctrica.

Algunos ejemplos de átomos son los siguientes:

Figura 16. Configuración de átomos.

El estudio del átomo se ha vuelto cada vez más complejo y ha introducido al ser humano enun mundo fascinante que le ha permitido dar respuesta a muchas de sus incógnitas en suafán por entender la naturaleza.

Figura 15. Estructura del átomo.

HIDRÓGENO

SODIO

CARBONO

CLORO

ELECTRONES (-)

NEUTRONES SIN CARGA

PROTONES (+)

ELECTRONES

PROTONES

NÚCLEO

NEUTRONES

NIVELES DEENERGÍA


Capítulo 6

MATERIA, MAGNITUDES Y MEDIDAS

La medición en Ciencias es una actividad importante dentro de la experimentación, puesrequiere exactitud y de un trabajo sistemático que arroje resultados confiables para poderinterpretar correctamente los fenómenos que acontecen en el mundo natural.

La materia se encuentra en la naturaleza en diferentes estados, y sus propiedades sonsusceptibles de ser medidas a través de distintos métodos. Para medir se utilizan unidadesfundamentales y unidades derivadas (derivadas de todas las fundamentales).


6.1 UNIDADES CONVENCIONALES Y NO CONVENCIONALESCorresponden a la sesión de GA 6.56 CON LA VARA QUE MIDAS SERÁS...

A través de los sentidos se perciben olores, tamaños, colores, formas, cambios detemperatura, etcétera.

Desde la antigüedad, el ser humano tuvo la necesidad de realizar algunas mediciones enlas actividades de su vida cotidiana, para efectuarlas utilizó primero algunas partes de sucuerpo como la mano, el pie, los brazos. Así surgieron las primeras unidades de medida noconvencionales, cuyos nombres eran la cuarta, el pie y la braza o brazada, que comparabancon otras magnitudes, es decir, medían.

Figura 1. Medidas no convencionales: cuarta, pie, brazada.

El ser humano, poco a poco fue dándose cuenta de que estas unidades de medida variabande persona a persona, porque el tamaño de los miembros del cuerpo de cada una no teníala misma medida, y por lo tanto eran unidades no convencionales.

Con el paso del tiempo se creó, para medir y calcular las distintas clases de magnitudes,una variedad de unidades que no dependían de la persona que realizaba la medición.

Las unidades que siempre van a medir lo mismo, independientemente de las personas oregiones, se denominan convencionales y sirven para medir longitud, superficie, volumen,masa, tiempo, etc., que en grupo forman un sistema de unidades.

Hubo países que crearon su propio sistema de unidades, lo cual significó un gran problemapara el comercio, debido a la diferencia de unidades existentes.

Por ejemplo, para medir la longitud existían el pie, la pulgada, la yarda, la milla, el estadio,el jeme y otros más.

Luego se llegó al acuerdo de utilizar sólo algunos de estos sistemas de unidades: el decimaly el inglés.

Unidades de estos sistemas son:


Sistema decimal Sistema inglés

Longitud: metro Pie (= 30,48 cm). Pulgada (= 2,54 cm)

Masa: kilogramos Libra (= 454 g)

Volumen: metro cúbico Galón (= 3,78 dm3)

Sin embargo, aún persistían las dificultades y para el comercio internacional se estableció,como fruto de un consenso, el Sistema Internacional de Unidades (SI), que es el queactualmente se utiliza en la mayoría de los países, aunque algunos como Estados Unidosno lo han adoptado en su totalidad.

6.2. UNIDADES FUNDAMENTALESCorresponde a la sesión de GA 6.57 MAGNITUDES BÁSICAS

Medir es una actividad importante dentro de la vida cotidiana del ser humano. Por lo tantoes necesario unificar la variedad de unidades de medida y clasificar las magnitudes parasolucionar los problemas que se presentan al utilizar diferentes sistemas de unidades.

Para lograr la unificación, primero se clasificó a las magnitudes, determinando comofundamentales a aquellas que no se definen partiendo de otras; así se establecieron tresmagnitudes fundamentales: la longitud, la masa y el tiempo; cada una con sus respectivasunidades.

Luego de clasificar las magnitudes, se llegó al acuerdo de formar, con las unidades demedida ya existentes, un solo sistema, para facilitar el comercio y el intercambio entrepaíses; de esta manera se creó el Sistema Internacional de Unidades, también conocidocomo SI.

Siete magnitudes fundamentales, con sus respectivas unidades, hacen parte del SistemaInternacional de Unidades (SI):

Magnitud Unidad Símbolo

Longitud Metro m

Masa Kilogramo kg

Tiempo Segundo s

Temperatura Kelvin K

Intensidad de corriente eléctrica Amperio A

Intensidad luminosa Candela cd

Cantidad de partícula Mole mol


En este curso utilizaremos las tres primeras, que en conjunto forman el sistema MKS(metro, kilogramo, segundo); las cuatro últimas las presentamos a manera de información.

Existen otras magnitudes y unidades que pertenecen al Sistema Internacional, llamadasderivadas porque se forman por medio de combinaciones con las fundamentales; en estecurso veremos:

Magnitud Composición Unidad Símbolo

ÁREA (Longitud) (Longitud) Metro cuadrado m2

VOLUMEN (Longitud) (Longitud) (Longitud) Metro cúbico m3

RAPIDEZ Longitud __Metro__ mTiempo Segundo s

DENSIDAD _____Masa_____ __Kilogramo__ kgLongitud al cubo Metro cúbico m3

Antiguamente, con el fin de tener un referenteexacto en el mundo, se fabricó un metro que sirvede modelo: el metro patrón, que se define como ladistancia que existe entre dos marcas grabadasen una barra de platino iridiado. Hoy en día seacepta la definición dada por el SistemaInternacional de Unidades, basada en propiedadesdel átomo de Kriptón, no comprensible para estecurso.

De igual manera existe un kilogramo patrón y sedefine como la masa del prototipo internacionaldel kilogramo.

El segundo se definió como 1/86.400 del día solar,el cual se considera como el intervalo del tiempoentre un medio día (12h) y el siguiente medio día,que comprende 24 horas. Hoy en día se acepta ladefinición dada por el Sistema Internacional deUnidades, basada en la radiación del átomo decesio, no comprensible para su curso.

Las unidades fundamentales tienen múltiplos y submúltiplos.

Figura 2. Kilogramo y metro patrones.


Los múltiplos son unidades mayores que las fundamentales y los submúltiplos sonunidades más pequeñas, que se utilizan según sea el valor que se va a medir.

Una magnitud es toda propiedad que puede ser medida y a la que se le ha asignado conanterioridad una unidad patrón y un instrumento de medida.

El lugar que ocupa un cuerpo en el espacio es una magnitud conocida como volumen.

6.3 EQUIVALENCIA DE UNIDADESCorresponde a las sesiones de GA 6.58 GRANDES Y PEQUEÑOSy 6.59 TRANSFORMACIONES

En la vida diaria o en situciones más formales, como acontece en las ciencias, se requiererealizar mediciones; según sea el caso o las necesidades, deberán usarse el instrumento yla unidad o unidades adecuadas, por ejemplo: si ha de medirse la distancia entre dosciudades, aunque se sabe que la unidad fundamental de longitud es el metro, en la prácticaesa medida no se da en metros, sino en una unidad mayor, como es el kilómetro. En el casocontrario, si se desea medir longitudes más pequeñas que el metro, por ejemplo: el gruesode un libro, el diámetro de un lápiz, etc., resultaría impreciso realizar esta medición con elmetro como unidad de medida, pues sería demasiado grande, así que se requiere uninstrumento adecuado como regla, con unidades más pequeñas como el centímetro (cm) oel milímetro (mm). Por ello ha sido conveniente establecer para las diversas unidadesotras mayores, llamadas múltiplos y otras menores conocidas como submúltiplos; parareferirse a ellos se aplican prefijos de manera convencional, éstos se anteponen al nombrede la unidad, tienen un símbolo y un valor, como se indica en el siguiente cuadro:

Ahora bien, aplicando los prefijos, las unidades de longitud quedarían como lo muestra elsiguiente cuadro:

Tera T un billón de.... deci d un décimo de...

Giga G mil millones de... centi c un centésimo de...

Mega M un millón de... mili m un milésimo de...

Kilo k mil... micro µ un millonésimo de...

Hecto h cien... nano n un mil millonésimo de...

Deca da diez... pico p un billonésimo de...

PARA MÚLTIPLOS PARA SUBMÚLTIPLOS Prefijo Símbolo Significado Prefijo Símbolo Significado


Cuando la relación entre múltiplos y submúltiplos es lineal como en el caso del metro, litro,gramo, la equivalencia con la unidad está relacionada con el significado del prefijo enforma directa, por ejemplo: 1 kilómetro = 1 000 m (kilo significa mil), pero la equivalenciavaría cuando no son lineales (metro cuadrado, metro cúbico) por ejemplo 1 km2 no esequivalente a 1000 m2 sino que 1 km2 equivale a (1 000m) (1 000m)= 1 000 000 m2.

Las relaciones entre las unidades de longitud quedan así:

1 km = 10 hm 1 km = 10 hm

1 km = 100 dam 1 hm = 10 dam

1 km = 1 000 m 1 dam = 10 m

1 km = 10 000 dm 1 m = 10 dm

1 km = 100 000 cm 1 dm = 10 cm

1 hm = 1 000 000 mm 1 cm = 10 mm

Se observa en la tabla de los prefijos que la variación entre ellos es de 10 en 10 de un prefijoa otro, para los comprendidos entre el kilo y el mili, para los demás la variación es de 1 000en 1 000.

En la siguiente figura se observa a escala normal , una regla con longitud equivalentea un decímetro; si cuentas, verás que:

11

Unidades Símbolos Equivalente con el metro

Terámetro Tm un billón de metros

Gigámetro Gm mil millones de metros

Megámetro Mm un millón de metros

Kilómetro km mil metros

Hectómetro hm cien metros

Decámetro dam diez metros

Unidad: metro m un metro

decímetro dm un décimo de metro

centímetro cm un centésimo de metro

milímetro mm un milésimo de metro

micrómetro µm un millonésimo de metro

nanómetro nm un mil millonésimo de metro

picómetro pm un billonésimo de metro

MÚ

LTIP

LOS

SU

BM

ÚLT

IPLO

S


11

1 dm = 10 cm

1 cm = 10 mm

1 dm = 100 mm

Para hacer transformaciones de una unidad a otra, se procede a partir de su equivalencia.Por ejemplo, para calcular cuántos metros hay en 46 decámetros, se procede así:

1 dam = 10 m

46 dam = 46 (10 m)

46 dam = 460 m

La siguiente figura, a escala normal , es la representación de una superficie que tieneun área de un decímetro cuadrado (1 dm2).

Si cuentas, verás que el cua-drado mayor contiene 100cuadrados medianos. El cua-drado grande es 1 dm2 y elmediano es 1 cm2, entonces:

1 dm2 = 100 cm2

Si sigues contando, podráscomprobar que cadacuadrado mediano contiene100 cuadraditos pequeños.Como el cuadradito pequeñoes de 1 mm2, entonces:

1 cm2 = 100 mm2

Como es muy dispendiosocontar cuántos cuadraditospequeños (milímetros cua-drados) hay en un cuadrogrande (dm2), recurrimos alcálculo matemático que nosdice que el número de cua-

drados pequeños que hay en uno más grande, es el producto de la longitud de uno de loslados por el otro:

1 dm2 = (100 mm) (100 mm)

1 dm2 = 10 000 mm2

Figura 3. Decímetro.

Figura 4. Decímetro cuadrado.


Veamos un ejemplo de conversión de unidades de área:

¿Cuántos decámetros cuadrados (dam2) hay en mil cuatrocientos metros cuadrados(1 400 m2?

1 m2 = (1 m) (1 m)

1 11 m2 = ( dam) ( dam)

10 10

11 m2 = dam2

100 1

(1 400) (1m2) = (1 400) ( dam2 ) 100

1 400 m2 = 14 dam2

Si se quiere calcular cuántos decámetros (dam) hay en 15 kilómetros (15 km), debemospensar primero si la nueva unidad es mayor o menor que lo que hay que convertir, paraprever si el resultado numérico es menor o mayor; cuando la nueva unidad es menor, comoen este caso, el número será mayor y viceversa. El cálculo por realizar es el siguiente:

Primero pasamos los kilómetros a metros y luego los metros a decámetros:

1 km = 1 000 m

15 km = (15) (1 000 m)

15 km = 15 000 m

1m = dam

15 000 m = (15 000)( dam)

15 000 m = 1 500 dam

15 km = 1 500 dam

En la siguiente figura, a escala natural, 1/1, se observa un cubo que tiene un volumen de undecímetro cúbico (1 dm3). Este cubo tiene por cada arista una longitud de 1 dm, o de 10cm o de 100 mm.

11

110

110


Si cuentas el número de cubos medianos de 1 cm3 cada uno, comprobarás que en el dm3

caben 1 000 cm3.

1 dm3 = (10 cm)(10cm)(10cm)

1 dm3 = 1 000 cm3, o también:

1 dm3 = (100 mm) (100 mm) (100 mm)

1 dm3 = 1 000 000 mm3

Con igual proceso se llega a que:

1 m3 = (10 dm)(10 dm)(10 dm)

1 m3 = 1 000 dm3

1 m3 = (100 cm) (100 cm) (100 cm)

Figura 5. Decímetro cúbico.


1 m3 = 1 000 000 cm3

1 m3 = (1 000 mm) (1 000 mm) (1 000 mm)

1 m3 = 1 000 000 000 mm3

En cuanto a las unidades de masa: en realidad el kilogramo es la unidad fundamental, en elSistema Internacional de Unidades, los múltiplos y submúltiplos se toman a partir del gramo.

En el siguiente cuadro se muestran las equivalencias de algunas unidades de masa:

Unidades aceptadas que no pertenecen al Sistema Internacional

MAGNITUD UNIDAD SÍMBOLO EQUIVALENCIA

Masa tonelada t 1 t = 1 000 kgTiempo minuto min 1 min = 60 sTiempo hora h 1 h = 60 min = 3 600 sTiempo día d 1 d = 24 h = 86 400 sTemperatura grado centígrado ºC ºC = K - 273.15

Volumen litro l 1l = 1 dm3 = (1 000 ml )

Ejemplo de conversiones de unidades de tiempo:

¿Cuántos segundos hay en 7 horas?

¿Existen dos procedimientos, pasar las 7 horas a minutos y luego estos minutos a segundoso hacerlo directamente si conocemos la equivalencia entre la hora y el segundo:

POR PASOS DIRECTAMENTE

1 h = 60 min 1 h = 3 600 s

7 h = 7(60 min) 7 h = 7(3 600 s)

7 h = 420 min 7 h = 25 200 s

Unidad Símbolo Equivalencia

kilogramo kg 1 000 gramos

hectogramo hg 100 gramos

decagramo dg 10 gramos

gramos g 1 gramo

decigramo dg 0.1 gramo

centigramo cg 0.01 gramo

miligramo mg 0.001 gramo


Ahora se convierten los minutos a segundos:

1 min = 60 s

420 min = 420 (60 s)

420 min = 25 200 s

entonces: 7h = 25 200 s.

En la práctica, los submúltiplos del segundo más utlizados son:

Decisegundo (ds) = una décima de segundo = s.

Centisegundo (cs) = una centésima de segundo = s.

Estos submúltiplos se utilizan, entre otras cosas, para expresar los tiempos en lascompetencias deportivas cuyas medidas requieren mucha precisión como las de autos,atletismo, ciclismo, y otras, utilizando el instrumento llamado cronómetro.

6.4 DETERMINACIÓN GEOMÉTRICA DEL VOLUMEN DE SÓLIDOSCorresponde a sesión de GA 6.60 SÓLIDOS MEDIBLES

Todos los cuerpos ocupan un lugar en el espacio, es decir, tienen un volumen.

El volumen es una propiedad de la materia susceptible de ser medida; por lo tanto, esuna magnitud. Las unidades en que generalmente se expresa son metro cúbico (m3),decímetro cúbico (dm3) y centímetro cúbico (cm3).

El modo de obtener el volumen de un cuerpo varía según la forma y el estado físico quetenga. Aquí sólo se tratará la manera de encontrar el volumen de los cuerpos sólidos deforma regular como el cubo, el paralelepípedo y el cilindro, entre otros.

Figura 6. Cuerpos sólidos de forma regular.

110

1100

Cubo Paralelepípedo Cilindro


El volumen de estos cuerpos se obtiene aplicando la fórmula correspondiente a cada unode ellos.

En términos generales el volumen (V) de cuerpos de forma regular, como el cubo, elparalelepípedo, y el cilindro, se consigue matemáticamente, multiplicando el área de la base(A) por la altura (h).

V = A . h

El volumen del cono y las pirámides, cualquiera sea la forma de la base, se obtiene multiplicandoel área de la base ( A) por la altura (h) y dividiendo el resultado por 3, porque un cono o unapirámide es la tercera parte del cilindro o del paralelepípedo en el que se inscribe.

V =

El área (A) de un rectángulo se halla multiplicando uno de los lados por el otro lado.

A = L1 . L2

Si se trata de un rectángulo que tiene los cuatro lados iguales, llamado cuadrado, entonces:

A = L1 . L2

A = L2

El área de un círculo se halla multiplicando el número 3.1416 por el radio al cuadrado.

A = (3.1416 ) r2

NOTA: Al dividir la longitud de una circunferencia por su diámetro (L/D) se obtiene siempreun mismo número, cualquiera sea la circunferencia. A este número se le llama π (letragriega que se pronuncia pi y cuyo valor es 3.1416 , aproximadamente). Entonces podemosdecir: A= π r

Ejemplo: 1. ¿Si un dado tiene por cada arista 1.5 cm de longitud de cuánto es el volumen?

A . h 3

Datos Figura Fórmulas Sustitución

L1 = 1.5 cm V = A . H A = (1.5 cm) (1.5 cm)L2 = 1.5 cm A = L1

. L2 A = 2.25 cm2

L3 = 1.5 cm V = (2.5 cm2) (1.5 cm)V = 3.35 cm3

L1

L2

L3

.

.


Para encontrar el volumen de cualquier paralelepípedo, son necesarias las medidas dellargo, ancho y altura.

Ejemplo2. Calcule el volumen de la siguiente caja:

3

.

.

.

.


Figura 7. Forma de medirel diámetro y la altura

de un cilindro.

6.5 PRECISIÓN GEOMÉTRICA DEL VOLUMEN DE LÍQUIDOSCorresponde a las sesiones de GA 6.62 CÁLCULO DE AMORFOS y6.63 SIN FORMA Y CON VOLUMEN.

¿Cómo es posible medir el volumen de los líquidos, si notienen forma propia?

Los líquidos tienen la propiedad de adquirir la forma delrecipiente que los contiene y tocan completamente lasparedes hasta el nivel que alcanzan, de modo que es posiblemedir su volumen si el recipiente que los contiene tiene formageométrica regular, pues conociendo la altura del nivelalcanzado y el área de la base es posible hacer el cálculocorrespondiente, sólo se requiere que el volumen en dichorecipiente sea constante, es decir, que sea de un materialrígido que no se doble fácilmente ni sufra deformaciones.

Entonces, si se tuviera un recipiente cilíndrico, por ejemplo,como es el caso de los tarros o latas, se haría lo siguiente:

1. Medir el diámetro interno del vaso con una regla o unvernier.

2. Para el caso de un recipiente transparente, en el que seaprecie el nivel del líquido desde el exterior, para medir la

altura del nivel alcanzado por el líquido, el ojo del observador debe estar a ese nivel yconsiderar la parte más baja de la curvatura que se forma en la superficie del líquido,a la que se le conoce como menisco, que en el caso del agua, es un menisco cóncavo.

3. Con los valores del radio y de la altura, se procede al cálculo matemático, aplicando lafórmula correspondiente, con valores numéricos, así:

Datos Fórmula matemática

Radio de la base = 4 cm V = Área de la base x altura

Altura alcanzada por el V = A . h

líquido = 7 cm V = (πr2) h

V = (3.1416) (4 cm)2 (7 cm)

V = (3.1416) (16 cm2) (7 cm)

V = (50.27 cm2) (7cm)

V = 351.89 cm3


Si por el contrario, se tiene un envase vacío de base cuadrada (7 cmde lado) y se desea saber a qué altura debe llegar un líquido para tenerun volumen de 250 cm3 del mismo, se procede así:

Como el envase de cartón es de base cuadrada, se miden los cuatrolados de la base y colocamos el área (A = L2) . Se sabe que el volumen(250 cm3) es igual al área de la base (A) por la altura (h). En este caso V= A . h; V = L2 . h. Para saber hasta qué altura vaciar el líquido, entonces:

Datos FórmulaSustitución

L = 7 cm V = A.h h = 250 cm3

(7 cm)2

V = 250 cm3 Despeje

h = ? h = V h = 5.10 cmA

A = L2 por ser la base cuadrada

Vh =

L2

Lo cual quiere decir que la altura que debe alcanzar el líquido, para vaciar un volumen de250 cm3 en un envase de cartón de 49 cm2 de área en la base, debe ser de 5.10 cm.

En el caso de tener un recipiente opaco, como una lata, de antemano se pueden medir sudiámetro y su altura interna, por ejemplo:

Si el diámetro = 10 cm

Entonces el radio = 5 cm

Profundidad del recipiente = 15 cm

Figura que muestra la forma de medir el diámetro y la altura interior de un recipiente.


Se vacía el líquido que se quiere medir y a la altura total (15 cm) se le descuenta ladistancia que hay desde el nivel del líquido al borde del recipiente (3 cm), se tiene la alturaque alcanza el líquido dentro del recipiente (12 cm).

Figura para medir la altura de un líquido en un recipiente opaco.

Altura del líquido = altura del recipiente – altura desde la superficie del líquido al borde de la lata.

= 15 cm – 3 cm

= 12 cm

Finalmente, aplicando la fórmula del volumen del cilindro:

V = Área de la base X altura.

V = A . h

V = πr2 h

V = 3.1416 (5 cm)2 (12 cm)

V = 3.1416 (25 cm2) (12 cm)

V = (78.54 cm2) (12 cm)

V = 942.48 cm3

En conclusión, el volumen de un líquido se calcula aplicándole la fórmula que lecorresponde, según la forma del recipiente que lo contiene.

15 cm

3 cm


6.6 DELIMITACIÓN DEL VOLUMEN DE GASESCorresponde a la sesión de GA 6.64 LIGEROS MEDIBLES

En la vida diaria se pueden apreciar cuerpos en los tres estados físicos: los sólidos tienenforma y volumen propios; los líquidos no tienen forma propia, adoptan la forma del recipienteque los contiene, manteniendo su volumen; a diferencia de éstos, los gases se puedenexpandir o comprimir, de modo que si a un gas se le cambia de recipiente, podría aumentaro disminuir su volumen, es decir, no tienen forma ni volumen propios. Las moléculas de ungas son como puntos materiales en el espacio y están muy separadas, de modo que aveces no se percibe su presencia, a menos que tenga color u olor; sin embargo se puedecomprobar que ocupa un lugar en el espacio. Esto se comprueba si, por ejemplo, se llenaun recipiente con agua y se trata de introducir en él un vaso invertido, verticalmente,empujándolo más hacia abajo.

Figura 8. La forma de introducir el vaso en el agua.

¿Estaba el vaso vacío?

¿Por qué no entra totalmente el agua al interior del vaso?

¿Por qué aumenta el nivel del agua en el recipiente que lo contiene?

Ciertamente, el vaso tiene en su interior una mezcla de gases que es el aire, y el agua nopenetra porque el aire es materia y ocupa un lugar en el espacio y además posee la propiedadde impenetrabilidad, como toda la materia, y aunque las moléculas están separadas, ejercenuna fuerza hacia el agua que no le permite llegar hasta el fondo del vaso.

De modo que aunque el gas no tenga volumen ni forma propios se puede medir estandocontenido en un recipiente graduado o si éste tiene forma geométrica (cilindro, prisma, etc.)puede medirse con el procedimiento ya antes empleado para los líquidos.


6.7 MEDICIÓN DEL VOLUMEN DE CUERPOS IRREGULARESCorresponde a las sesiones de GA 6.65 ¡EUREKA!, ¡EUREKA! y 6.66 CUERPOSCAPRICHOSOS.

En el universo existen cuerpos que poseen una forma geométrica regular y otros cuya formaes irregular; sin importar su forma, todos ellos ocupan un lugar en el espacio.

Independientemente de la forma que posean, dos o más partículas no pueden ocupar elmismo lugar en el espacio a un mismo tiempo, ésta es una propiedad de la materia a la

que se le conoce como impenetrabilidad.

La propiedad de impenetrabilidad se utiliza para determinar elvolumen de cuerpos sólidos irregulares que no se disuelvan en elseno de un líquido.

Una piedra es un cuerpo de forma irregular, para determinar suvolumen se necesita un recipiente graduado, que contenga unacantidad ya determinada de un líquido (por ejemplo 20 ml ), éstegeneralmente es el agua.

Al introducir la piedra en el recipiente graduado que contiene agua,el líquido sube de nivel tanto como sea el volumen que ocupa lapiedra.

Entonces, para determinar el volumen de un cuerpo irregular, setoma en cuenta el volumen total alcanzado por el líquido en elrecipiente, al cual se le resta el volumen que contenía en unprincipio, antes de haber introducido el cuerpo en cuestión.

En este caso:

El volumen del líquido más el del cuerpo es igual a 30 ml y elvolumen del líquido antes de introducir la piedra era de 20 ml, serealiza la resta y se obtiene: 30 ml – 20 ml = 10 ml.

Como 1 ml = 1 cm3 , entonces se puede decir que el volumen dela piedra es igual a 10 cm3.

El volumen de un cuerpo sólido irregular se puede obtener por desalojamiento de un líquido,siempre y cuando el sólido no sea poroso ni soluble en éste.

Figura 9.Determinación del

volumen de sólidos deforma irregular.


6.8 MASA Y PESOCorresponde a la sesión GA 6.67 SON DIFERENTES

La masa y el peso son magnitudes de la materia. Los conceptos solían confundirse, pues aun cuerpo que tuviera una masa de un kilogramo, se le asignaba un peso de 1 kilogramo– fuerza, 1 kgf. Con el tiempo, se eliminó la palabra fuerza que acompaña el kilogramo, locual empeoró la confusión. Este problema se resolvió a través del acuerdo del SistemaInternacional de Unidades, dándole precisión a cada uno de estos dos términos, que dehecho son totalmente diferentes.

Masa

Hay cuerpos que son más difíciles de cambiarles la velocidad que otros; será más fácilde cambiar la velocidad al que tenga menor masa, de ahí que se estime que un cuerpotendrá menor masa si tenemos que aplicar menor fuerza para cambiar su velocidad, oviceversa, en una determinada unidad de tiempo.

La unidad en el Sistema Internacional con que se mide la masa es el kilogramo y correspondea la masa de un litro de agua. Si se quiere comparar la masa de dos cuerpos, bastará conver cuál es el que tiene mayor o menor cambio de velocidad en determinada unidad detiempo, al aplicarle a cada uno fuerzas iguales.

Figura 10. Apreciación de la masa de un cuerpo. Figura 11. Balanza.

La masa de un cuerpo se mide con una balanza, comparándola con otras masas conocidas,de manera que el cuerpo de mayor masa hará que baje más el platillo donde se encuentra.

Peso

Cuando un cuerpo es lanzado hacia arriba, llega un momento en que se detiene y cae; sise ata un cuerpo, se mantiene suspendido y luego se corta el hilo, el cuerpo cae; la causaque produce este efecto es común y se debe a la atracción que la Tierra ejerce sobre loscuerpos, la cual hace que éstos caigan, fuerza que se conoce como fuerza de gravedad.

El peso de un cuerpo, en la Tierra, es la fuerza con que ésta lo atrae.

m1

m2

m1 > m2m1 < m2

m1 m2


El peso de un cuerpo en la Luna es la fuerza conque ésta lo atrae.

El peso es una fuerza y se mide con el instrumentollamado dinamómetro. Su unidad en el SistemaInternacional es el newton (N), y nunca debe usarseel kilogramo.

Y bien, si la masa de un cuerpo está dada en kg, almultiplicar por la aceleración de la gravedad (g), seobtendrá su peso en newton.

Sin embargo es necesario considerar que laaceleración gravitacional, g, no es una magnitudúnica de la Tierra, sino que aparece en todo eluniverso conocido; así que en la Luna y en cadaplaneta hay un valor de “g” que es directamenteproporcional a su masa; en la Luna el valor de «g»es de 1/6 del de la Tierra, pues su masa es de 1/6,

en relación con la de la Tierra y, por lo tanto, el peso de los cuerpos en la Luna es de 1/6del valor que tienen en la Tierra.

Así resulta que la masa de un cuerpo es una propiedad característica del cuerpo, sólodepende de él y no de su alrededor. El peso de un cuerpo depende de su masa y de lagravedad del lugar donde se encuentra. Un ladrillo tiene una masa de 2.5 kgaproximadamente, aquí, en la Luna y en cualquier parte del universo, siempre quepermanezca quieto y no pierda ni gane materia. Un cuerpo que tenga una masa de 1 kgtiene un peso de 9.8 N en la Tierra. En la Luna este cuerpo tiene la misma masa, pero supeso es de:

9.8 N = 1.63 N

6

Figura 12. Dinamómetro.

Masa = 4 kg

Peso (en la Tierra) = 39.2 Newton


GLOSARIO DE TÉRMINOS CIENTÍFICOS Y TECNOLÓGICOS

A continuación encuentras un listado de términos científicos y tecnológicos y su respectivosignificado. Cuando encuentres una palabra desconocida, antes de continuar la lecturabúscala en el glosario, diccionario o en otro texto. Consulta con tu profesor(a), con tuscompañeros(as) y otras personas.

Aceleración gravitacional: Aceleración con que caen los cuerpos debido a la fuerza deatracción de la gravedad.

Alisios: Vientos que soplan constantemente desde los subtrópicos hacia el ecuador.

Área: Medida de una superficie: una niña puede tener un área de un metro cuadrado,1m2, en su superficie.

Astronomía: Ciencia que estudia el universo, y los astros que lo constituyen.

Atmósfera: Capa gaseosa que envuelve la Tierra o cualquier astro.

Barómetro: Instrumento para medir la presión atmosférica.

Báscula: Aparato para medir pesos, generalmente grandes, provisto de una plataformasobre la que se coloca lo que ha de pesarse.

Batería: Conjunto de pilas dispuestas en serie para almacenar energía eléctrica.

Cinc: Metal de color blanco azulado y brillo intenso; por su resistencia a la corrosiónatmosférica se utiliza en láminaso planchas para cubrir tejados y construir canales.

Cobre: Metal de color pardo rojizo, muy dúctil y maleable, resistente a la corrosiónatmosférica y buen conductor del calor y de la electricidad.

Composición química: Constitución de una sustancia; clase y cantidad de los elementosunidos en una molécula de compuesto.

Cronómetro: Reloj de precisión, reglado en diferentes posiciones y a temperaturas variadas.

Desarrollo sostenible: El que propende por el mejoramiento de la calidad de vida de lasgeneraciones actuales y futuras, con el respeto a los procesos ecológicos, sociales,culturales, la diversidad biológica y los recursos naturales.

Ecología: Rama de la biología que estudia las interrelaciones entre los seres vivos yentre éstos y el ambiente que los rodea.


Electrón: Partícula subatómica con carga eléctrica negativa.

Electrónica: Ciencia que estudia los fenómenos en que intervienen electrones libres.

Ente: Aquello que es: todo ser viviente o no, material o no.

Estadística: Ciencia que tiene por objeto el agrupamiento metódico y el estudio de ciertosfenómenos que se pretenden evaluar numéricamente.

Estados de agregación: Forma de acomodación de las moléculas en los diferentes estadosde la materia.

Farmacia: Conjunto de conocimientos relativos a la preparación de medicamentos.

Frecuencia: Número de datos que se encuentran en un intervalo.

Geología: Ciencia que estudia la Tierra; su propósito es describir y explicar el aspecto y ladisposición de la corteza terrestre y su historia.

Grado Centígrado: Cada una de las divisiones de un termómetro que marca entre 0ºC(punto de fusión del agua) y 100ºC (punto de ebullición del agua). Unidad para medirtemperatura.

Gráfica: Dibujo o esquema que representa las observaciones y conclusiones de un fenómenoestudiado.

Gravedad: A la aceleración gravitatoria se le denomina simplemente gravedad. El valor dela gravedad en la Tierra es

aproximadamente 9.8 esto significa que cada vez que transcurre un segundo,

la velocidad de un cuerpo se aumenta en 9.8 m/s.

Informática: Ciencia que se ocupa del tratamiento racional y sistemático de la información.

Intervalo: Grupo de datos limitado por un valor máximo y un valor mínimo.

Instrumento de medida: Objeto diseñado y fabricado por la comunidad científica otecnológica para medir magnitudes de un cuerpo o ente cualquiera en determinadasunidades: el reloj es un instrumento de medida que se usa para medir la magnitud deltiempo, en las unidades: horas, minutos y segundos.

Iridiado: Mezcla del metal iridio con otros elementos.

m/ss


Magnitud: Cualquier propiedad o característica de un cuerpo o ente susceptible de sermedida.

Máquina: Aparato para aprovechar, dirigir o regular la acción de una fuerza, y, según elconcepto corriente, todo aparato o instrumento que sirve para efectuar algún trabajo.

Menisco: Pequeña curvatura en la superficie de los líquidos en la parte que hace contactocon el recipiente que lo contiene: en el agua esta pequeña curvatura es cóncava (haciaabajo) y en el mercurio es convexa (hacia arriba).

Mercurio: Metal líquido a temperatura ordinaria, de color blanco brillante, empleado en lafabricación de ciertos instrumentos de física como termómetros, barómetros y en medicina.

Palanca: Cuerpo rígido que se apoya en un punto fijo, alrededor del cual gira, y sirve pararealizar una fuerza con el menor esfuerzo posible.

Pipeta: Utensilio de laboratorio consistente en un tubo de cristal abierto por ambos extremos,que sirve para transvasar pequeñas cantidades de líquido.

Polea: Máquina simple constituida por una rueda móvil alrededor de un eje y que tiene unacanal en la periferia por la que pasa una cuerda en cuyos extremos están aplicadas fuerzas,se utiliza para realizar fuerzas con el menor esfuerzo.

Polvo cósmico: Porciones pequeñísimas de materia que vagan en el espacio, sin que aúnse hayan unido a cuerpos más grandes. El polvo cósmico genera ruido en los instrumentosde astronomía.

Plantear: Suscitar y poner condiciones de resolver un problema o asunto.

Presión: Valor de la fuerza por unidad de área.

Probeta: Recipiente de cristal o de plástico, alargado en forma de tubo, generalmentegraduado, con un pie soporte, utilizado en el laboratorio.

Punto de referencia: Punto que generalmente se considera quieto, respecto al cualmedimos la posición o la velocidad de un cuerpo. Para mayor precisión, en este punto secoloca el origen de un sistema de coordenadas.

Salina: Tiene relación con la sal.

Sistema de referencia: Es un sistema de coordenadas, en una, en dos o en tresdimensiones, en el origen de este sistema se encuentra el punto de referencia.


Solución: Sustancia disuelta en otra.

Solución salina: Líquido que contiene una sal disuelta.

Subtrópico: Región de la Tierra situada bajo los trópicos.

Superficie: Contorno que delimita el espacio ocupado por un cuerpo y lo separa delespacio circundante: la superficie de una persona es el contorno que delimita la piel delaire, sin hacer parte de la piel ni del aire.

Transformación: Cambio en la forma o en la constitución de un cuerpo o de una sustancia.

Trayectoria: Línea descrita en el espacio por un cuerpo que se mueve.

Unidad patrón: Unidad creada y definida como modelo para medir una magnitud: comounidad patrón de tiempo se tomó el segundo que está perfectamente definido.

Valor del vector: Es la medida de una magnitud vectorial. Un vector es un segmentoorientado (una flecha), usado para representar una magnitud vectorial; el tamaño del segmentoes proporcional al valor del vector y la punta representa la dirección que tiene la magnitudvectorial: una magnitud vectorial de 40 km/h hacia el oriente, se puede representardibujando una flecha de 4 cm de longitud con la punta hacia la derecha, estableciendo deantemano que hacia la derecha es el oriente y que 1 cm representa 10 km/h.

Vernier o nonio: Instrumento para medir espesores o calibres pequeños con alta precisión.

Viscosidad: Propiedad que tiene un fluido de presentar resistencia al deslizamiento entresus moléculas.

Volumen: Espacio ocupado por un cuerpo (sólido, líquido o gaseoso); su unidad de medidaes en el Sistema Internacional de Unidades (SI), el metro cúbico, m3.


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