FÍSICA DOCENTE pdf.pdf

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I.S.B.N.: 978-956-12-2549-7 2ª edición, Julio de 2013 Nº de ejemplares: 3.000 © 2012 por Empresa Editora Zig-Zag, S.A. Inscripción Nº 222.876. Santiago de Chile Derechos exclusivos de edición reservados por Empresa Editora Zig-Zag, S.A. Editado por Empresa Editora Zig-Zag, S.A. Los Conquistadores 1700. Piso 10. Providencia. Teléfono 8107400. Fax 8107455. E-mail:[email protected] Santiago de Chile.

FÍSICA 3° - 4° MEDIO UN PROYECTO DE EMPRESA EDITORA ZIG-ZAG S. A. Gerente General

Ramón Olaciregui Directora editorial

Mirta Jara Autor

Jimmy Muñoz Rodríguez Asesor Pedagógico

Mauricio Contreras Editora

Equipo de Ciencias de Zig - Zag

El presente libro no puede ser reproducido ni en todo ni en parte, ni archivado ni transmitido por ningún medio mecánico, ni electrónico, de grabación, CD-Rom, fotocopia, microfilmación u otra forma de reproducción, sin la autorización escrita de su editor. Impreso por Quadgraphics Chile S.A. Av. Gladys Marín Millie 6920 Estación Central Santiago de Chile.

Corrección Lingüística

Vasco Grez Marcelo Miranda Nicolás Reyes Director de arte

Juan Manuel Neira Director de producción

Franco Giordano Diseñadores

Marta Letelier Sergio Ridaura Equipo de diseño de apoyo

Mirela Tomicic Alfonso Vega Ilustradores

Fernando Vergara Javier Bermudez Carlos Gonzalez Fotografías

Archivo editorial Banco fotográfico Shutterstock – Corporación Nacional Forestal – ESO Observatorio Europeo AustraL


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Índice Presentación

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Estructura del texto 1. Propósito del texto 2. Construcción del ambiente de aprendizaje 3. Prerrequisitos 4. Compromiso con el aprendizaje 5. Comprensión del aprendizaje 6. Estrategias para abordar la metacognición 7. Evaluación del aprendizaje Planificación general

7

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Orientaciones generales para el tratamiento de los objetivos de aprendizaje de la unidad 1: Fuerza y movimiento

14

Capítulo 1: Mecánica de los cuerpos en trayectorias curvilíneas. Sección 1: Movimiento circunferencial uniforme Planificación específica de la sección Red de contenidos Estrategias para evaluar la actividad exploratoria Orientaciones metodológicas Evaluación capítulo 1 banco preguntas para la sección 1 Recurso fotocopiable Sección 2: Dinámica de las rotaciones Planificación específica de la sección Red de contenidos Orientaciones metodológicas Evaluación capítulo 1 banco preguntas para la sección 2 Recurso fotocopiable Sección 3: El torque y el momento angular Planificación específica de la sección Red de contenidos Orientaciones metodológicas Estrategias para evaluar la actividad de laboratorio Estrategias para evaluar la lectura científica Evaluación capítulo 1 banco preguntas para la sección 3 Recurso fotocopiable

14 14

Capítulo 2: Mecánica de fluidos Sección 1: Propiedades de los fluidos Planificación específica de la sección Red de contenidos Estrategias para evaluar la actividad exploratoria Orientaciones metodológicas Evaluación capítulo 2 banco de preguntas sección 1 Recurso fotocopiable

34 34


16 17 19 20 21

23 24 25 26

29 30 31 32 33

37 38 40 41

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Índice Sección 2:

Fluidos en reposo Planificación específica de la sección Red de contenidos Orientaciones metodológicas Evaluación capítulo 2 banco preguntas para la sección 2 Recurso fotocopiable

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Fluidos en movimiento Planificación específica de la sección Red de contenidos Orientaciones metodológicas Estrategias para evaluar la lectura científica Estrategias para evaluar la actividad experimental Evaluación capítulo 2 banco preguntas para la sección 3 Recurso fotocopiable

52

Capítulo 3: Física de los cuerpos cargados Sección 1: La interacción eléctrica Planificación específica de la sección Red de contenidos Estrategias para evaluar la actividad exploratoria Orientaciones metodológicas Evaluación capítulo 3 banco preguntas para la sección 1 Recurso fotocopiable

62 62

Sección 3:

Sección 2:

Sección 3:

Sección 4:


45 50 51

55 58 59 60 61

65 66 74 75

Cargas en movimiento Planificación específica de la sección Red de contenidos Orientaciones metodológicas Evaluación capítulo 3 banco preguntas para la sección 2 Recurso fotocopiable

76

Magnetismo y fuerzas entre cargas en movimiento Planificación específica de la sección Red de contenidos Orientaciones metodológicas Evaluación capítulo 3 banco preguntas para la sección 3 Recurso fotocopiable

87

Movimiento relativo y fuerzas electromagnéticas Planificación específica de la sección Red de contenidos Orientaciones metodológicas Estrategias para evaluar la lectura científica Estrategias para evaluar la actividad de laboratorio Evaluación capítulo 3 banco preguntas para la sección 4 Recurso fotocopiable

94

79 85 86

90 92 93

97 98 99 100 101

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Índice Capítulo 4: Física al interior del núcleo atómico Sección 1: Física del átomo Planificación específica de la sección Red de contenidos Estrategias para evaluar la actividad exploratoria Orientaciones metodológicas Evaluación capítulo 4 banco preguntas para la sección 1 Recurso fotocopiable Sección 2:

Estabilidad de la materia y fuerzas nucleares Planificación específica de la sección Red de contenidos Orientaciones metodológicas Estrategias para evaluar la lectura científica Estrategias para evaluar la actividad de laboratorio Evaluación capítulo 4 banco preguntas para la sección 2 Recurso fotocopiable

Orientaciones generales para el tratamiento de los objetivos de aprendizaje de la unidad 2: Tierra y universo Capítulo 1: Mecanismos fisicoquímicos y la acción humana que afectan a la Tierra Sección 1: Factores fisicoquímicos que afectan a la Tierra Planificación específica de la sección Red de contenidos Estrategias para evaluar la actividad exploratoria Orientaciones metodológicas Evaluación capítulo 1 banco preguntas para la sección 1 Recurso fotocopiable Sección 2:

102 102 105 106 108 109 110 114 117 118 119 120 121 121 121 124 125 133 134

Empleo eficiente de los recursos energéticos Planificación específica de la sección Red de contenidos Orientaciones metodológicas Estrategias para evaluar la lectura científica Estrategias para evaluar el taller de campo Estrategias para evaluar el taller Estrategias para evaluar la lectura científica Evaluación capítulo 1 banco preguntas para la sección 2 Recurso fotocopiable

135

Capítulo 2: Nuestro Universo Sección 1: El Universo Planificación específica de la sección Red de contenidos Estrategias para evaluar la actividad exploratoria Orientaciones metodológicas Evaluación capítulo 2 banco preguntas para la sección 1 Recurso fotocopiable

146 146

Sección 2:

Formas en el cielo Planificación específica de la sección Red de contenidos Orientaciones metodológicas Estrategias para evaluar la lectura científica Evaluación capítulo 2 banco preguntas para la sección 2 Recurso fotocopiable

138 140 141 142 143 144 145

148 150 151 152 153 155 158 160 161

Estrategias para detectar el nivel de logro de los objetivos de aprendizaje Información complementaria Otros recursos fotocopiables para la atención a la diversidad

162 165 196

Bibliografía

214


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Presentación La propuesta del texto escolar comprende los objetivos y contenidos organizados en torno a los ejes “Fuerza y movimiento” y “Tierra y universo”, de la propuesta de Ajuste Curricular, Decreto N° 254 del Ministerio de Educación para el subsector de Física de III y IV año medio. Este ordenamiento por ejes favorece la articulación de los aprendizajes entre estos años de educación media, orientando un trabajo de forma incremental, que se ve apoyado en los aprendizajes anteriormente logrados por los estudiantes.A a su vez, al interior de un mismo año escolar, el texto promueve diversas oportunidades para que el alumno pueda desarrollar las habilidades del pensamiento científico. Con la finalidad de que el estudiante pueda avanzar en su aprendizaje de manera articulada y al mismo tiempo vaya monitoreando a través de diversos recursos su aprendizaje de manera sistemática, se ha estructurado la propuesta sobre la base de la metodología del diseño instruccional, sistema integral de planificación de la enseñanza, en el cual se estructuran los diversos elementos que intervienen en el proceso. En consecuencia, cada sección presenta objetivos claros sobre lo que se pretende, a quién está dirigido, con qué recursos y actividades, cómo se revisará y cómo se evaluará. Con ello, esperamos sea un aporte para que usted pueda potenciar las habilidades de sus estudiantes para un aprendizaje significativo. La propuesta se ha estructurado en unidades divididas en capítulos los que se han subdivididos en secciones y estas últimas en temas, como se muestra en el siguiente esquema: .

Física III – IV

Fuerza y Movimiento

Tierra y Universo

Mecánica de fluidos

Física de los cuerpos cargados

Física al interior del núcleo atómico

Mecanismos fisicoquímicos y la acción humana que afectan a la Tierra

Nuestro Universo

Secciones

Secciones

Secciones

Secciones

Secciones

Secciones

Temas

Temas

Temas

Temas

Temas

Temas

Mecánica de los cuerpos en trayectorias curvilíneas

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FísicaIIIIII- -IVIVMedio Medio Física

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U N I D A D

Estructura del libro

1

1. Propósito del texto La presente propuesta de contenidos se ha estructurado para que sea utilizado por estudiantes que cursan III y IV año medio. Esta estructura les permitirá, dependiendo de los tiempos y grupo curso, avanzar en los contenidos de cada nivel y concretar los objetivos de aprendizaje indicados en el Marco Curricular. La propuesta del texto sigue la estructura de los ejes del Marco Curricular del sector de Física. UNIDAD 1 Fuerza y movimiento CAPÍTULO 1 CAPÍTULO 2 Corresponden al nivel 3° año medio CAPÍTULO 3 CAPÍTULO 4 Corresponden al nivel 4° año medio UNIDAD 2 Tierra y universo CAPÍTULO 1 Corresponde al nivel 3° año medio CAPÍTULO 2 Corresponde al nivel 4° año medio Las secciones que se proponen como complementarias al contenido central del texto, en cada capítulo, tales como Taller científico, Actividades experimentales y las Actividades exploratorias, tienen como objetivo el desarrollo y fortalecimiento de las habilidades científicas. Por otro lado, en las secciones lectura científica e información complementaria se proponen temas que les permitirán a los alumnos indagar en la contribución que hacen los científicos e instituciones al desarrollo de la ciencia y la tecnología. Pensando en los intereses de los jóvenes y su proyección a la educación superior, en la evaluación de Unidad se proponen.

2. Construcción del ambiente de aprendizaje Entrada de unidad La doble página presenta el propósito de la Unidad, un texto breve que sintetiza los grandes temas a tratar y una pregunta para que el alumno inicie el diálogo y discusión sobre los temas de cada capítulo; de fondo, una imagen alusiva al propósito. En la parte inferior se anuncia la forma de cómo se ha organizado la Unidad y a qué curso o nivel corresponde cada capítulo.

GUÍA DIDÁCTICA DEL DOCENTE | Información curricular


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Entrada de capítulo Cada capítulo se inicia en doble página, con una imagen representativa y una breve explicación que orientará los objetivos de aprendizaje de la sección. Se presenta una actividad exploratoria que ayudará a los alumnos a diagnosticar el nivel de sus conocimientos conceptuales, procedimentales y de habilidades que ya debiera manejar en este nivel y a articularlos con los que presenta cada sección del capítulo. Se anuncian los prerequisitos del gran tema y la forma en que se ha organizado el capítulo.

Sección El capítulo se ha organizado en grandes temas, denominados secciones. En la entrada de la sección se explicita en el lateral, el objetivo de aprendizaje. Las imágenes complementan, apoyan, preguntan y entregan contenido. Las actividades que se proponen operacionalizan el desarrollo de conceptos, de las habilidades y procedimientos presentes en cada objetivo de aprendizaje. Otro aspecto que se considera en la propuesta es la explicitación de los contenidos previos o prerrequisitos, tanto al inicio de cada sección en recuadro lateral, como en el texto central, con el propósito de que los estudiantes articulen y relacionen el contenido presente con conocimientos de los niveles anteriores y, obviamente, con contenidos anteriores del texto. Esta estrategia le ayudará al estudiante a comprender e ir consolidando con mayor rapidez los significados solicitados en los OA. Las palabras nuevas o aquellas que le confieren significado al tema, esto es, conceptos clave, se anuncian al inicio de cada sección en recuadro lateral y se retoman en el glosario, y cada vez que en el desarrollo del texto se menciona por primera vez, se la destaca en color rojo. A medida que se avanza en el desarrollo del contenido, se ofrecen múltiples oportunidades al alumno para que de manera individual o grupal exprese su opinión, desarrolle habilidades científicas y explique conceptos. Finalmente, a través de ejercicios resueltos (o demostrativos) que explican su resolución, se pretende que el educando pueda adquirir ciertos patrones procedimentales para la resolución de problemas.

Repaso de ideas principales o retroalimentación Antes de entrar en la evaluación del capítulo, se propone la sección Repaso de ideas principales que consiste en un breve resumen de los conceptos entregados en cada sección.

Evaluación Se contemplan varios recursos para revisar aprendizajes, guiar el razonamiento, desarrollar ideas y facilitar el automonitoreo de su aprendizaje. Evaluación diagnóstica: La propuesta presenta una actividad exploratoria en cada inicio de capítulo, que les ayudará a retomar aprendizajes anteriores y a articularlos con los que se presentan en cada sección del capítulo. Evaluación de proceso: Al final de cada idea temática de la sección, se propone una pequeña evaluación que consiste en una a dos preguntas: ¿Cómo vas? que le permita al estudiante monitorear permanente lo que va aprendiendo con cada concepto nuevo y, al final, la Evaluación de sección que le servirá para que compruebe cuánto ha aprendido en conceptos, procedimientos y habilidades del objetivo de aprendizaje de la sección.


Física III - IV Medio

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I N I C I O Evaluación sumativa: Evaluación de capítulo ¿Cuánto recuerdas?: al cierre de capítulo; la propuesta contempla una revisión de los aspectos centrales de cada uno de los objetivos de aprendizaje desarrollados en él. Cada evaluación pretende que los alumnos midan el logro de sus aprendizajes en el ámbito de nuevos conceptos, aplicación de procedimientos y el manejo de habilidades con diversas alternativas para que monitoree su avance y pueda detenerse y volver si no ha alcanzado el nivel para pasar a otro tema. Evaluación de Unidad: camino a la educación superior: la propuesta contempla una serie de preguntas de alternativas sobre los conceptos centrales de los objetivos de aprendizaje presentados en el texto.

Atención a la diversidad Para lograr las metas educativas es fundamental que tengamos absolutamente claro adónde queremos que lleguen los alumnos como resultado de cada secuencia de aprendizaje. Por esta razón es que al final de cada capítulo se propone a los alumnos un instrumento KPSI para que revise cuál es el nivel de su aprendizaje con relación a los contenidos de las secciones revisadas, de los procedimientos y habilidades. Para su revisión, se proponen indicadores específicos. Sin embargo, usted puede agregar otros dependiendo el nivel de sus alumnos. Es importante que usted ponga en claro lo que los alumnos deben saber, entender y ser capaces de hacer a fin de avanzar en la comprensión de una materia. Una vez calculado los puntajes, se proponen remediales en relación a su avance y a tendiendo a la diversidad. Ponga en claro lo que los alumnos deben saber, entender y ser capaces de hacer a fin de avanzar en la comprensión de una materia. Encuentre maneras de hacer saber al estudiante que usted cree en él, y refuerce sus auténticos logros cada vez que los tenga.

Anexos En anexos se entregan recursos importantes para el aprendizaje: el solucionario que permite al alumno comparar sus respuestas con las de sus pares; el glosario, que entrega la definición técnica de los conceptos, y técnicas y procedimientos científicos, que facilitarán el logro de las competencias científicas al desarrollar las diversas actividades presentes en el texto. Por último, desde luego, se incluye la referencia bibliográfica.

3. Prerrequisitos En la entrada de capítulo se explicitan los saberes previos que el alumno debiera manejar para comprender el desarrollo del tema tratado. En lo particular, en cada sección en el lateral se anuncian los conocimientos previos que el alumno debiera poseer. Además, en el desarrollo de los contenidos por sección se hace referencia al saber previo cuando este se requiere para comprender algún contenido. la sección “ten presente” en el lateral, también alude aconocimientos previos

4. Compromiso con el aprendizaje En todo el texto, el conocimiento se aborda en conexión permanente con la realidad, en un discurso apelativo y cercano al lector, que lo impulsa a buscar respuestas y a estar atento al mundo que lo rodea, generando condiciones para comprometerlo con el aprendizaje.



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5. Comprensión del aprendizaje Cada sección se inicia con preguntas y situaciones que lleven al alumno a contextualizar el fenómeno físico que se va tratar en el desarrollo de la sección; el discurso central se ha diseñado pensando en un narrador que explica, contextualiza y cuestiona al lector a medida que este va avanzando en el texto. En algunas ocasiones se utilizan las imágenes para explicar el tema y, en otras, para hacer preguntas sobre este. Mientras se avanza con el contenido, se le van haciendo preguntas al alumno para que se detenga a pensar si entendió o no el o los conceptos; preguntas que van cerrando los subtemas, y habilidades. Tanto al cierre de la sección como al cierre de capítulo se propone una evaluación de los contenidos, procedimientos y habilidades.

6. Estrategias para abordar la metacognición Son varias las estrategias con este fin utilizadas en el texto, a saber, preguntas de cuestionamiento permanente, tanto al interior del desarrollo de cada contenido como en las imágenes: • Minilaboratorios seleccionados como práctica procedimental. • Desarrollo de problemas resueltos que tiene por finalidad develar el procedimiento presente en la resolución de un problema específico, en donde luego se le plantea un problema similar para que aplique el proceso aprendido. • Síntesis de las ideas principales. • Retroalimentación. • Organizadores gráficos. • Sección aporte a la ciencia, para que el alumno pueda comprender que la ciencia es un aprendizaje activo. • Talleres y laboratorios como recursos propios del desarrollo de habilidades científicas.

7. Evaluación del aprendizaje El Texto propone tres tipos de evaluación: • Evaluación de diagnóstico: Actividad exploratoria de la entrada de capítulo cuyo objetivo es, determinar el conocimiento con que cuentan los estudiantes acerca del tema que se va a desarrollar en la sección. • Evaluación de proceso por medio de la sección ¿Cómo vas? y cierre de sección, cuyo objetivo es que el alumno sea consciente del nivel de logro alcanzado en la comprensión del tema antes de avanzar a la nueva Unidad. • Evaluación final de cierre de aprendizajes. Se propone al cierre de capítulo, y apuntan a los temas y habilidades de cada OA de sección. Finalmente, la evaluación de Unidad que monitorea el aprendizaje de las habilidades y contenidos centrales de cada capítulo.



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I N I C I O

Planificación general UNIDAD OBJETIVO FUNDAMENTAL

1. MECÁNICA DE LOS CUERPOS EN TRAYECTORIAS CURVILÍNEAS

TERCERO MEDIO

1. FUERZA Y MOVIMIENTO

- Explicar el movimiento circunferencial uniforme y la rotación de los cuerpos rígidos a partir de las leyes y las relaciones matemáticas elementales que los describen. .

CAPÍTULO

- Entender los conceptos y leyes físicas fundamentales que describen el comportamiento de los fluidos, tanto en reposo como en movimiento, para explicar fenómenos naturales y el funcionamiento de algunos aparatos tecnológicos.

SECCIÓN

OBJETIVO DE APRENDIZAJE

1 MOVIMIENTO CIRCUNFERENCIAL UNIFORME

- Descripción cuantitativa del movimiento circunferencial uniforme en términos de sus magnitudes características.

2 DINÁMICA DE LAS ROTACIONES

-Aplicación cuantitativa de la ley de conservación del momento angular para describir y explicar la rotación de los cuerpos rígidos en situaciones cotidianas.

3 EL TORQUE Y EL MOMENTO ANGULAR

-Aplicación elemental de la relación entre torque y rotación para explicar el giro de ruedas, la apertura y el cierre de puertas, entre otros.

1 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

-Identificación de las propiedades básicas de un fluido.

2 FLUIDOS EN REPOSO

-Aplicación de la ecuación fundamental de la hidrostática en el aire y en distintos líquidos. -Aplicación de los principios de Arquímedes y Pascal para explicar fenómenos naturales y el funcionamiento de máquinas hidráulicas y la flotabilidad de barcos, submarinos y globos aerostáticos, entre otros.

3. FLUIDOS EN MOVIMIENTO

-Aplicación cualitativa de la ley de Bernoulli para explicar fenómenos como el efecto estabilizador de los alerones en autos de carrera o el funcionamiento de los atomizadores, entre otros.

2. MECÁNICA DE FLUIDOS



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CUARTO MEDIO

1. FUERZA Y MOVIMIENTO

UNIDAD OBJETIVO FUNDAMENTAL

- Comprender leyes y conceptos básicos de la electricidad y el magnetismo, la relación que existe entre ambos, y su rol en fenómenos de la vida diaria y el funcionamiento de diversos dispositivos tecnológicos.

- Comprender la importancia de las fuerzas nucleares y electromagnéticas a nivel del núcleo atómico para explicar diversos fenómenos.


CAPÍTULO

SECCIÓN


1 LA INTERACCIÓN ELÉCTRICA

-Reconocimiento de semejanzas y diferencias entre la ley de Coulomb y la ley de gravitación universal de Newton: ámbitos de aplicabilidad, magnitudes relativas y analogías formales entre ambas leyes.

2 CARGAS EN MOVIMIENTO

-Descripción de la corriente como un flujo de cargas eléctricas, distinguiendo entre corriente continua y alterna.

3 MAGNETISMO Y FUERZAS ENTRE CARGAS EN MOVIMIENTO

-Verificación experimental y representación gráfica de la ley de Ohm y aplicación elemental de la relación entre corriente, potencia y voltaje en el cálculo de consumo doméstico de energía eléctrica.

4 MOVIMIENTO RELATIVO Y FUERZAS ELECTROMAGNÉTICAS

-Descripción de los componentes y funciones de la instalación eléctrica domiciliaria (conexión a tierra, fusibles, interruptores, enchufes, etc.) y distinción, en casos simples y de interés práctico, entre circuitos en serie y en paralelo.

3.FÍSICA DE LOS CUERPOS CARGADOS

1 FÍSICA EN EL ÁTOMO 4.FÍSICA AL INTERIOR DEL NÚCLEO ATÓMICO 2 ESTABILIDAD DE LA MATERIA Y FUERZAS NUCLEARES

- Descripción elemental de las fuerzas nucleares y electromagnéticas que mantienen unidos los protones y neutrones en el núcleo atómico para explicar la estabilidad de la materia y otros fenómenos.


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I N I C I O

- Comprender los efectos nocivos que la acción humana puede provocar sobre la atmósfera, litosfera e hidrosfera y la necesidad de emplear eficientemente los recursos energéticos para atenuar dichos efectos.

CAPÍTULO

CUARTO MEDIO

-Reconocer los mecanismos que permiten a las estrellas generar luz y sintetizar elementos.

SECCIÓN


1 FACTORES FISICOQUÍMICOS QUE AFECTAN A LA TIERRA

-Reconocimiento de los mecanismos fisicoquímicos que permiten explicar fenómenos que afectan la atmósfera, la litosfera y la hidrosfera (calentamiento global, reducción de la capa de ozono, aumento del nivel de los mares, en el origen de dichos fenómenos. etc.) y la responsabilidad humana.

2 USO EFICIENTE DE LOS RECURSOS ENERGÉTICOS

-Reconocimiento de alternativas de uso eficiente de los recursos energéticos para atenuar sus consecuencias ambientales.

1 EL UNIVERSO

-Reconocimiento de fenómenos que sustentan las teorías acerca del origen y evolución del universo y que proporcionan evidencia de su expansión acelerada.

2 FORMAS EN EL CIELO

-Explicación cualitativa –desde el punto de vista de la Física nuclear– de cómo a partir del hidrógeno presente en las estrellas se producen otros elementos y la energía que las hace brillar.

1. MECANISMOS FISIQUÍMICOS Y LA ACCIÓN HUMANA QUE AFECTAN A LA TIERRA

2. LA TIERRA Y EL UNIVERSO

TERCERO MEDIO

UNIDAD OBJETIVO FUNDAMENTAL

2. NUESTRO UNIVERSO



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U N

I

D A D

1

FUERZA Y MOVIMIENTO

Orientaciones generales para el tratamiento de los objetivos de aprendizaje

Capítulo 1. Mecánica de los cuerpos en trayectorias curvilíneas (Páginas 10 - 73) Presentación

En este capítulo los alumnos estudiarán el movimiento circunferencial uniforme y la rotación de los cuerpos rígidos, mediante conceptos, propiedades y leyes, que explican estos fenómenos. Se inicia con el estudio de las magnitudes vectoriales, escalares y sus operaciones. A continuación se introducen los conceptos vectoriales de posición, velocidad y aceleración centrípeta y los conceptos escalares de rapidez lineal y rapidez angular. Con estos conocimientos trabajarán las Aplicaciones en ejemplos de movimiento circunferencial uniforme, con el propósito de ejercitar y contextualizar el esquema conceptual de la cinemática en dos dimensiones. Posteriormente aprenderán el rol de la fuerza centrípeta en la dinámica de las rotaciones, los conceptos de inercia rotacional, torque, momento angular y el de energía cinética de rotación. Se establece la relación entre los conceptos de torque, la aceleración angular e inercia de rotación. Para lograr los Objetivos de aprendizaje este capítulo se ha dividido en 4 secciones: Sección 1 Movimiento circunferencial uniforme Sección 2 Dinámica de las rotaciones Sección 3 El torque y momento angular

Sección 1 Movimento circunferencial uniforme (Páginas 12 - 27) Presentación

Esta sección, Movimiento circunferencial uniforme, está subdividida a su vez en dos temas: Descripción del movimiento circunferencial uniforme, donde se introducen los conceptos vectoriales de posición, velocidad y aceleración centrípeta, después de una nivelación del tratamiento de los vectores, y los conceptos escalares de rapidez lineal y rapidez angular. Reconociendo el carácter eminentemente abstracto de la cinemática, se procede a continuación a trabajar las Aplicaciones a ejemplos de movimiento circunferencial uniforme, con el propósito de ejercitar y contextualizar el esquema conceptual de la cinemática en dos dimensiones. Esta estrategia se aplica en todo el capítulo. Por otra parte, la evaluación formativa y las actividades prácticas están integradas al desarrollo temático en diversas modalidades a lo largo del capítulo 1.

Conocimientos previos Los conocimientos previos que deben manejar los estudiantes para acceder en forma fluida a los aprendizajes que se abordan en esta sección, pertenecen a dos ámbitos: físico y matemático. Los prerrequisitos de orden físico se refieren principalmente a los objetivos de aprendizaje de Segundo año medio del sector Fuerza y movimiento, específicamente la “descripción de movimientos rectilíneos uniformes y acelerados en su formulación analítica”. Una evaluación diagnóstica es altamente recomendable al inicio del proceso educativo, y una nivelación si los resultados así lo demandan. En el ámbito matemático, se incluye el manejo algebraico de las operaciones matemáticas del campo de los números reales y nociones de vectores.


Física III Medio

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U N I D A D

1

Evaluación diagnóstica sugerida Plantee la resolución de los siguientes problemas: 1.- La posición inicial de un vehículo es x = 40 m. Acelera uniformemente desde el reposo a razón de 10 m/s2. a) Determina su velocidad en el instante t = 15 s. Solución: v = v0 + at = 0 + (10 m/s2) (15 s) = 150 m/s b) ¿En qué posición se encuentra en t = 15 s, y cuál ha sido su desplazamiento? Solución: x = x0 + v0t + (a/2)t2 = 40 m + 0 t + (5 m/s2)(15 s)2 = 1165 m. Su desplazamiento es: 1165 m – 40 m = 1125 m

Remediales a los conocimientos previos La actividad remedial a aplicar y su profundización dependerán por cierto del resultado de la evaluación diagnóstica.

Red de contenidos

Un cuerpo en movimiento circunferencial uniforme

se describe con las magnitudes

Rapidez angular

Rapidez lineal

Aceleración

Periodo

centripeda

Planificación específica de la sección A continuación se ofrece una planificación específica para la sección de Movimiento circunferencial uniforme, de acuerdo con la planificación del capítulo 1 de la Unidad 1. En ella se han considerado los aprendizajes esperados dispuestos por el Marco Curricular y que contemplan los aspectos conceptuales, procedimentales y habilidades, todo ello considerando el tiempo estimado y los recursos didácticos: actividades teóricas y prácticas a desarrollar por los estudiantes:

SEMANA

OBJETIVO APRENDIZAJE POR TEMA

CONTENIDOS

METODOLOGÍA / ACTIVIDADES

1

a) Magnitudes vectoriales: posición, velocidad lineal, aceleración centrípeta. D e s c r i b i r c u a n t i t a t i v a - b)Magnitudes escalares: mente el movimiento cir- periodo, rapidez lineal, cunferencial unifor me. rapidez angular, aceleración centrípeta. c) Relaciones entre las magnitudes escalares.

1. Hacer uso del recurso fotográfico de inicio del capítulo para ambientar y motivar el logro de los Objetivos de aprendizaje. Plantear preguntas como: ¿Han subido a juegos como el de la fotografía u otros similares? ¿Qué experiencias recuerdan haber experimentado? ¿Iban acelerados? 2. Aplicar la evaluación diagnóstica sugerida anteriormente. 3. Planificar un proceso de nivelación según los resultados de la evaluación diagnóstica.

2

a)Entrenamiento de astronautas. b)Rotación de un neumático. Comprender el efecto de c)Movimiento del segundero las fuerzas en la defor- de un reloj. mación de los cuerpos . d)Rotación de un objeto atado a una cuerda en un plano horizontal. e) Satélite artificial.

Se sugiere que algunos problemas se desarrollen en la pizarra, con la participación del curso. Los otros problemas deberían resolverse grupalmente, pero expuestos por un representante ante el curso. En los desarrollos matemáticos, prestar especial atención al manejo de las unidades y sus conversiones, cuando corresponda, y la correcta coherencia de las unidades. Habitualmente los estudiantes descuidan este aspecto.



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ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE PARA EVALUAR LA ACTIVIDAD EXPLORATORIA (Página 11) Categorías:

1. Identificación de la idea principal. 2. Descripción de la situación planteada. 3. Análisis del proceso. 4. Aplicación de la información a otro contexto. 5. Producción de un ejemplo nuevo. 6. Establecimiento de conclusiones: por relación de conceptos, por comparación y por integración. HABILIDAD CIENTÍFICA:

Organizar e interpretar datos y formular explicaciones, apoyándose en las teorías y conceptos científicos en estudio. ACCIONES Y PREGUNTAS

ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE

Ubica en el plano inclinado Comprensión de la idea principal dos objetos que sueltas simultáneamente desde un punto más alto del plano. Planificar

Secuencia del proceso

Se cumplió tu predicción Formulación de preguntas inicial.

Realizar inferencia

PROPUESTAS Pida a los alumnos que lean el texto que se propone en la actividad y realice las siguientes preguntas: ¿De qué trata la actividad? ¿Estás preparado para realizarla? Pida a los alumnos que ordenen sus ideas y las anoten, planteando: ¿Qué debo hacer primero? Esto apunta a la organización de los materiales. ¿Qué debo hacer a continuación? Esto es útil para apoyar a la construcción del plano. ¿Qué debo hacer finalmente? Observe a los alumnos y guíelos en la selección de los objetos que harán rodar en el plano inclinado. Observe si los alumnos realizan eficientemente cada procedimiento, pídales que denominen cada paso en: paso 1, paso 2… y solicíteles que realicen un esquema de los detalles de cada paso (dibujar). Pídale a los alumnos que compartan sus hipótesis y que respondan las siguientes preguntas: ¿Qué elementos comunes tienen nuestras hipótesis? ¿Cómo podemos mejorarlas? Solicite a sus estudiantes que mejoren su hipótesis, incorporando los elementos que les falten.

¿Cuál llegó primero a la base Descripción de la situación planteada Pídales que ordenen los cuerpos por orden de llegada y que respondan: del plano inclinado al dejar ¿Qué cualidad poseen los cuerpos que han llegado primero? rodar por él a los diversos Solicite que construyan una tabla de dos columnas, la primera Control de tiempo objetos? correspondiente al tipo de cuerpo y la segunda al tiempo. Pregúnteles: ¿Hay diferencias en el tiempo? ¿Por qué? ¿Cuál fue el objeto que demoró Resumir menos y cuál fue el objeto que demoró más en recorrer Realizar inferencias el plano inclinado?

Pida que describan en detalle al cuerpo que llegó primero y que lo comparen con la descripción del último.

Compara los recorridos y trata Establecimiento de conclusión por de encontrar alguna diferencia comparación respecto a la distribución de Aplicación de la información a otro materia en ellos. contexto

Pida que respondan: ¿influye la rotación de los cuerpos en este experimento? ¿Por qué?

Producción de un ejemplo nuevo


¿Cuál es la diferencia entre los cuerpos que han llegado primero y los que han llegado último?

Pida que respondan: ¿Cuál es la cualidad que diferencia la rotación de los cuerpos? Pídales que construyan dos esferas de plastilina de igual masa, pero de distinto radio. ¿Cuál llega primero si son lanzados desde la misma altura en el plano inclinado?

Física III Medio

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ORIENTACIONES METODOLÓGICAS TEMA 1 DESCRIPCIÓN DEL MOVIMIENTO CIRCUNFERENCIAL UNIFORME (MCU) (Páginas 12 - 21) El desarrollo de este tema comprende: magnitudes escalares y magnitudes vectoriales; algunas operaciones con vectores; las magnitudes vectoriales que describen el MCU; magnitudes escalares del MCU; actividades diversas.

Cómo abordar los conocimientos previos Preguntas sugeridas: • ¿Qué magnitudes son escalares como cuáles son vectoriales y por qué? • En la suma de dos vectores, ¿es su longitud igual a la suma de las longitudes de los vectores que se suman?

Identificar y enfrentar errores frecuentes La distinción entre rapidez y velocidad es una fuente común de confusión al inicio de la cinemática. El llamado “velocímetro” de los vehículos seguramente ha contribuido a perpetuar tal preconcepto. La distinción tiene que ver solamente con el carácter escalar de la rapidez y el carácter vectorial de la velocidad. Aunque el “velocímetro” marque un valor numérico constante cuando el vehículo toma una curva, demostrar que, sin embargo, la velocidad no es constante. Una situación que aparecerá en varias oportunidades en este capítulo, es el reconocimiento del carácter tangente a la trayectoria de la velocidad en el MCU. El conocido ejemplo de un objeto que rota atado al extremo de una cuerda, servirá para ilustrar que si la cuerda se corta el objeto no se alejará radialmente sino que seguirá la dirección de la tangente a la trayectoria en el punto de ruptura.

Orientaciones para promover el desarrollo de las actividades ¿CÓMO VAS? (Página 12). por una flecha Evaluación individual (página 13 y 15).

• En la cinemática del movimiento rectilíneo, ¿qué se entiende por una velocidad media y por una velocidad instantánea? ¿Qué significa una aceleración constante de 2 m/s2? ¿Qué se entiende por un desplazamiento?

Actividades de este tipo promueven el desarrollo de la actitud que valora el trabajo hecho con rigurosidad. Habitúelos a trabajar con regla, escuadra y colores.

• ¿Cuál es la unidad del momento lineal? Si se multiplica una distancia por una fuerza, ¿qué unidad resulta? ¿Cómo se expresa una unidad en unidades fundamentales? Trabajar ejemplos similares y reforzar si fuese necesario.

¿CÓMO VAS? (Página 17).

• ¿Cuál es la diferencia entre desplazamiento y distancia recorrida por un móvil? ¿En qué circunstancia son iguales?

¿CÓMO VAS? (Página 18)

Refuerzo de los contenidos tratados en el tema

Actividad teórica individual (Página 19)

Una indicación como la siguiente ayudará a distinguir entre magnitudes escalares y vectoriales. Aplica una fuerza a ese objeto. Seguramente el estudiante preguntará en qué dirección la debe aplicar. El conocimiento de las operaciones con vectores se refuerza con mucha práctica, especialmente para los estudiantes con un menor ritmo de aprendizaje de los conceptos matemáticos. Plantee una cantidad abundante de ejercitación tanto en pizarra como en sus cuadernos, como trabajo personal con el uso de regla, escuadra y lápices de colores. Promover una actitud de trabajo personal cuidadoso y perseverante.

1

Esta ctividad promueve el trabajo de los alumnos habituandolos a trabajar con regla, escuadra y colores.

El arco debe ser igual al radio.

Deduciendo una relación entre radianes y grados. Los estudiantes dibujan en sus cuadernos una circunferencia destacando su radio. Aplican la definición de medición de ángulos en radianes:

2πr =2π ra d. r Para la segunda parte plantean 2πr la proporción entre radianes y =2π ra d.¿a cuántos radianes α= grados de la primera360 parte, ° rpor ejemplo 50° = Solución: corresponde un ángulo de 50°? 2π rad x rad 360 ° 50° = m 2π rad x rad Por la complejidad geométrica de las construcciones vectoriales que kg ∙ 2 ∙ m 2 describen el MCU, y para no desalentar la motivación, especialmente de donde resulta 0,87 N rad. ∙m s m = = 2 m de los estudiantes que no se sienten atraídos por la geometría, se kg kg kg ∙ 2 ∙ m s (Página Actividad práctica para dos estudiantes 21) 2 hará necesario dedicar tiempo y rigurosidad en las figuras que, N ∙m s m Análisis de la velocidad en un MCU (Página 20). Este trabajo reviste = = 2 por supuesto, habrá que dibujar en la pizarra con regla y colores. kg m kgpara el aprendizaje una importancia especial deslos estudiantes, . Previendo la persistencia del preconcepto que confunde rapidez s actividad los diversos componentes del pues integra en una sola con velocidad, enfatizar que en el MCU la velocidad (un vector) es aprendizaje: manejo demconceptos, habilidades, procedimientos, . variable pero la rapidez (una magnitud escalar) es constante. 1 s de2su enunciado. Se sugiere asignarle actitudes, como se deduce ∙ m∙ v una ponderación meritoria en la evaluación de los estudiantes. 2 1 2 ∙ m∙ v 2 2 2 GUÍA DIDÁCTICA DEL DOCENTE> | Información curricular 17 3 5 2 2 > GF.3_4M_CAMBIO.indd 17 06-08-13 315 α=

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de problemas. Se supone uso normal de calculadora científica.

Explorando la rapidez angular. Esta actividad de exploración en terreno permitirá a los estudiantes contextualizar el concepto de rapidez angular y sus unidades, a la vez que contribuir al desarrollo de la actitud consistente en demostrar curiosidad e interés por objetos del entorno.

Identificar y enfrentar errores frecuentes

Como modalidad alternativa para que todos los estudiantes realicen la actividad, indicar también que pueden encontrar información en la web.

TEMA 2 EJEMPLOS DE APLICACIONES DE LAS RELACIONES ENTRE MAGNITUD DEL (MCU) (Páginas 22 - 27)

Este tema está dedicado íntegramente a la descripción cuantitativa del movimiento circunferencial uniforme en términos de las magnitudes características desarrolladas en el tema anterior, mediante la resolución de problemas.

Cómo abordar los conocimientos previos Preguntas sugeridas: • ¿Cómo se relacionan entre sí los vectores posición, velocidad y aceleración centrípeta, en el MCU? • ¿Qué miden el periodo y la rapidez angular en un MCU? • Si conocemos la rapidez angular de un MCU, ¿faltaría otro dato para determinar la rapidez lineal de una partícula? ¿Y la aceleración centrípeta?

Refuerzo de los contenidos tratados en el tema Previo a la actividad de Resolución de problemas, ejercitar el manejo de unidades, potencias de diez y despeje de incógnitas mediante ejercicios referenciales que no requieren estar relacionados con el MCU. Es preferible por cierto reforzar por anticipado las habilidades generales requeridas para la resolución

La Resolución de problemas es quizás la actividad que más complicaciones genera en los estudiantes, especialmente cuando aún no han desarrollado o reforzado las habilidades necesarias para enfrentar un problema cuantitativo. Incluso es común que experimenten cierto grado de ansiedad, que se expresa en la típica actitud de no saber por dónde comenzar. El texto proporciona un esquema de resolución en cuatro etapas para orientar la resolución ordenada de los problemas, comenzando con el reconocimiento de la información que se proporciona. Un error común al momento de hacer cálculos, suponiendo que ya tienen la expresión correcta para calcular, es la inconsistencia en el manejo del número de cifras significativas. No se pretende que los estudiantes aprendan la teoría de las cifras significativas, pero que al menos estimen el número adecuado de decimales que puede tener un resultado final para estar en concordancia con los datos conocidos.

Orientaciones para promover el desarrollo de las actividades La diversidad de ritmos de aprendizaje de los estudiantes es una variable crítica a considerar. El objetivo del aprendizaje no es por cierto la cantidad de problemas que pueden resolver en un tiempo determinado. A los estudiantes con más dificultad para avanzar, plantearles que una vez resuelto un problema lo puedan exponer y explicar a sus compañeros, lo que contribuirá a desarrollar confianza en sí mismos.Orientaciones para promover el desarrollo de las actividades La diversidad de ritmos de aprendizaje de los estudiantes es una variable crítica a considerar. El Objetivo del aprendizaje no es por cierto la cantidad de problemas que pueden resolver en un tiempo determinado. A los estudiantes con más dificultad para avanzar, plantearles que una vez resuelto un problema lo puedan exponer y explicar a sus compañeros, lo que contribuirá a desarrollar confianza en sí mismos.

Nivel de conocimientos de la sección OBJETIVO DE APRENDIZAJE A DESARROLLAR EN EL TEXTO

- Descripción cuantitativa del movimiento circunferencial uniforme en términos de sus magnitudes características.


PROPUESTA OBJETIVOS DE APRENDIZAJE ESPECÍFICOS

INDICADORES DE EVALUACIÓN SUGERIDOS CUANDO LOS ESTUDIANTES HAN LOGRADO ESTE APRENDIZAJE

Describir cuantitativamente el movimiento circunferencial uniforme.

1. Reconocen los elementos presentes en un movimiento circunferencial uniforme. 2. Reconocen las diferencias entre los conceptos de velocidad tangencial y angular.

Describir cuantitativamente ejemplos de movimiento circunferencial uniforme.

1. Resuelven problemas simples.

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Evaluación capítulo 1 banco de preguntas para la sección 1 Nombres:

Apellidos:

Curso:

Fecha:

U N I D A D

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Movimiento circunferencial uniforme 1) Cuando una partícula de masa “m” está en M.C.U. se mantienen constantes su: A) rapidez tangencial y la magnitud de su aceleración. B) velocidad angular y su vector aceleración. C) rapidez tangencial, su momentum y la magnitud de su aceleración. D) velocidad tangencial, su momentum y la magnitud de su aceleración. E) velocidad tangencial, su momentum y su vector aceleración. 2) Una rueda de radio R gira con una frecuencia f. Si se cuadruplica la frecuencia de giro, su nuevo período T: A) disminuye a la mitad. B) se duplica. C) se mantiene. D) disminuye a un cuarto. E) se triplica.

3) Se tiene dos engranajes unidos por una cadena de transmisión de movimiento. El engranaje 1 tiene menor radio, pero mayor velocidad angular que el engranaje 2. Entonces, es correcto afirmar, que en el borde de ambos engranajes se cumple que: A) el engranaje 1 posee mayor aceleración centrípeta que el engranaje 2. B) la velocidad tangencial del engranaje 1 es menor que la del engranaje 2. C) el engranaje 1 posee menor aceleración centrípeta que el engranaje 2. D) la velocidad tangencial del engranaje 1 es mayor que la del engranaje 2. E) ambos poseen igual aceleración centrípeta.

4) El gráfico que mejor representa la relación entre la velocidad tangencial v en función de la distancia R para un movimiento circunferencial uniforme es:

5) La unidad de rapidez angular “ω” es: A) metros / segundo B) revoluciones por segundo. C) radianes /segundo D) oscilaciones /segundo E) centímetros / segundo 6) Si un cuerpo describe una trayectoria circunferencial, con velocidad tangencial y de módulo constante. La aceleración a que está sometido es: A) nula. B) centrífuga. C) tangencial. D) centrípeta. E) impredecible.

7) Un tren toma una curva cuyo radio de curvatura es de 500 m con una rapidez de 30 m/s. ¿Cuánto vale la aceleración centrípeta en estas condiciones? A) 1 m/s2 B) 1,8 m/s2 C) 2,5 m/s2 D) 5 m/s2 E) 250 m/s2

Soluciones 1. A 2. D 3. A 4. D

5. C 6. D 7. B



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Recurso fotocopiable capítulo 1 sección 1 Nombres:

Apellidos:

Curso:

Fecha:

Movimiento circunferencial uniforme La siguiente figura muestra un conjunto de cuerpos que rodean el borde de un muro. En ella se han enumerado siete partículas de igual masa, con los números del 1 al 7 respectivamente. Utilizando los conceptos estudiados en la sección responde. 1. 1. Al comparar la velocidad de las partículas 1, 2 y 3, y suponiendo que todas ellas tienen igual rapidez angular,ϖ, ¿Cuál de ellos tiene mayor velocidad tangencial? ¿Por qué? ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ 2. Al comparar la velocidad angular de las partículas 5, 6 y 7 ¿Cuál de ellas tiene mayor velocidad angular?, ¿Por qué? _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ 3. Dibuja el vector velocidad tangencial de la partícula 4, 3 y 7. Responde ¿Cuál de ellos tiene mayor módulo?, ¿Por qué? _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ 4. Considera que la partícula Nº 1 llega luego de 20 segundos, a la posición de la partícula Nº 7. ¿Cuál es la dirección de la velocidad tangencial de la partícula Nº1?. _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________


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U N I D A D

1

Sección 2 Dinámica de las rotaciones (Páginas 28 - 45) Presentación

En esta segunda sección, Dinámica de las rotaciones, el concepto de fuerza desempeña un papel protagónico, ahora en su rol de “fuerza centrípeta”, la que se desarrolla y contextualiza en el Tema 1 mediante aplicaciones diversas en donde los estudiantes deben reconocerla y determinarla. Entre los ejemplos de aplicación de la fuerza centrípeta, se incluye el efecto del roce estático en el movimiento de los vehículos. En el segundo tema de la sección 2, se introduce el concepto de “inercia rotacional”, presentándola como concepto análogo al de masa inercial, ya que ambas tienen influencia directa en la facilidad de poner en movimiento a un cuerpo, o de detenerlo. Se analiza su significado y se la calcula para algunos sistemas simples, y se la contextualiza mediante el análisis de diferentes situaciones acrobáticas y deportivas. El tema 2 finaliza con el concepto de energía cinética de rotación.

Conocimientos previos Los conocimientos previos que deben manejar los estudiantes para acceder en forma fluida a los aprendizajes que se abordan en este capítulo, pertenecen a dos ámbitos: físico y matemático. Los prerrequisitos de orden físico se refieren principalmente a los objetivos de aprendizaje de segundo año medio del sector Fuerza y movimiento, “aplicación de los principios de Newton para explicar la acción de diversas fuerzas que suelen operar sobre un objeto”. Una evaluación diagnóstica es altamente recomendable al inicio del proceso educativo, y una nivelación si los resultados así lo demandan. En el ámbito matemático, se incluye el manejo algebraico de las operaciones matemáticas del campo de los números reales y nociones de vectores.

Evaluación diagnóstica sugerida 1. Una grúa levanta una carga de 800 kg. Suponer que el eje Y apunta hacia arriba. Encontrar la tensión del cable que levanta la carga en cada uno de los siguientes casos: a) La levanta con rapidez creciente de 3 m/s en cada segundo. Solución: T – mg = ma implica T = m(a + g) = (800 kg)(3 m/s2 + 9,8 m/s2) = 10 240 N b) La levanta con rapidez constante. Solución: T = mg = (800 kg)(9,8 m/s2) = 7840 N c) La levanta con rapidez decreciente de 3 m/s en cada segundo. Solución: T = (800 kg)(9,8 m/s2 – 3 m/s2) = 5440 N

Remediales a los conocimientos previos La actividad remedial a aplicar y su profundización dependerán por cierto del resultado de la evaluación diagnóstica.

Red de contenidos inercia rotacional Un cuerpo en movimiento circunferencial uniforme

mide

la resistencia a la rotación

tiene momento angular

cumple

ley de la conversación



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Planificación específica de la sección A continuación se ofrece una planificación específica para la Sección de Dinámica de rotaciones, de acuerdo con la planificación del capítulo 1 de la Unidad 1. En ella se han considerado los aprendizajes esperados dispuestos por el Marco Curricular y que contemplan los aspectos conceptuales, procedimentales y habilidades, todo ello considerando el tiempo estimado y los recursos didácticos: actividades teóricas y prácticas a desarrollar por los estudiantes: SEMANA

1


CONTENIDOS


Reconocer la fuerza centrípeta en el movimiento circunferencial uniforme.

a)Fuerza resultante en dos dimensiones. b)La segunda ley de Newton en el movimiento circunferencial uniforme. c)El roce estático como fuerza centrípeta. d)La fuerza centrífuga.

La actividad práctica del objeto que se hace girar con un cordel por sobre la cabeza sirve como ejemplo introductorio al tema de la fuerza centrípeta. Introducir el tema con preguntas como la siguiente: La fuerza que se aplica ¿dependerá de la longitud del cordel o de la rapidez angular del objeto que rota? En el movimiento de rotación de la Tierra alrededor del Sol y de la Luna alrededor de la Tierra, ¿participará la aceleración centrípeta, y cómo se relaciona con la atracción gravitatoria? Son ejemplos de planteamiento de preguntas que pueden favorecer el interés de los estudiantes por el tema, especialmente cuando les atrae el conocimiento de los cuerpos celestes.

a)Concepto de inercia 2

Interpretar la inercia rotacional de un cuerpo.

rotacional. b)Inercia rotacional de cuerpos diversos. c)La energía cinética de rotación.

Orientaciones metodológicas

Para introducir el tema de la inercia rotacional, los estudiantes deben recordar o repetir la actividad exploratoria de inicio del capítulo, donde varios objetos ruedan por un plano inclinado. Discutir sus conclusiones. Las acrobacias de equilibristas que usan una larga vara para caminar por la cuerda floja, son ilustraciones motivadoras para este tema.

las actividades prácticas del Texto refuerzan tal aprendizaje, motivarlos para su realización.

ACTIVIDAD EXTRA (atención a la diversidad) En esta sección se estudia la masa rotacional de un cuerpo rígido, conceptualmente análoga a la masa inercial de la segunda ley de Newton, y su efecto en la rotación del cuerpo.

TEMA 1 LA FUERZA CENTRíPETA (Páginas 28 - 35)

Los seres de piernas más cortas tienen mayor facilidad para flexionar sus piernas, por lo que son más ágiles y rápidos en sus pasos al caminar o al correr. Para aquellos estudiantes que les motiva el estudio del mundo animal, plantearles la siguiente actividad de investigación: ¿Qué animales son más ágiles en su desplazamiento?

Cómo abordar los conocimientos previos Preguntas sugeridas: ¿Cómo se relaciona conceptualmente el concepto de masa inercial con el de aceleración, a partir de las leyes de Newton? En el mismo Texto se da una descripción. ¿En qué situaciones un cuerpo tiene una energía igual a: 1/2mv2 ?

Refuerzo de los contenidos tratados en el tema Muchas situaciones conocidas por los estudiantes sirven de valioso recurso metodológico en el Texto para ilustrar la rotación de los cuerpos, dirigiendo la atención a la facilidad o dificultad para hacer rotar un cuerpo. Los ejemplos de los acróbatas y


Objetivo: Comparar la agilidad del movimiento de las patas de diversos animales al caminar o correr, respecto al largo de sus patas. Procedimiento: Busquen en Internet videos de diversos animales, y preparen una presentación que incluya desde animales minúsculos como los insectos hasta jirafas y elefantes. Comparen su agilidad para desplazarse. Análisis: Relacionen sus conclusiones con el concepto de inercia rotacional.

Identificar y enfrentar errores frecuentes Si bien existe una notable analogía entre los conceptos de masa inercial e inercia rotacional, por cuanto ambas magnitudes tienen relación con la dificultad o facilidad para hacer cambiar el estado de movimiento de los cuerpos, también existe una diferencia notable entre ambas inercias.

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U N I D A D La masa inercial es una propiedad intrínseca de los cuerpos que no depende, por lo tanto, de otras variables, en cualquiera circunstancia cotidiana. En cambio, la inercia rotacional está determinada por la elección del eje de rotación del cuerpo, como lo demuestran los diversos ejemplos que se trabajan en el Texto. Otra magnitud comparable, a modo de ejemplo, es el peso de los cuerpos, el cual depende del lugar de la Tierra o del espacio donde se mide.

TEMA 2 LA INERCIA ROTACIONAL (Páginas 36 - 45) Orientaciones para promover el desarrollo de las actividades. ¿CÓMO VAS? (Página 36) La actividad práctica, si bien es muy simple de hacer, permite al estudiante experimentar directamente el concepto de masa inercial, que si bien no es el tema de la sección, es análogo al de inercia rotacional que se estudia a continuación, en su interpretación como una medida de la resistencia de los cuerpos a mantener su estado dinámico o de reposo.

Actividad práctica individual: (Página 40) aplicación del concepto de inercia rotacional

b) El objeto que tiene una masa adicional en un extremo tendrá mayor inercia rotacional respecto al eje que pasa por el extremo opuesto. Entonces equilibrar el martillo por el extremo del mango es más fácil que hacerlo si se apoya su cabeza en el dedo. La inercia rotacional en la primera posición es mayor, por lo que es más difícil que rote y se caiga.

Mini Laboratorio: (Página 41) La inercia rotacional de los cuerpos. En esta actividad los estudiantes podrán inferir la influencia de la inercia rotacional en el movimiento oscilatorio de los péndulos. Mediante el análisis de las observaciones con los dos péndulos, deberán concluir que la rapidez con la que un péndulo oscila está relacionada con la inercia rotacional. El péndulo más corto tiene menor inercia rotacional que el péndulo más largo, lo que se deduce tanto por la expresión I = m · r2 como por el hecho de oscilar más rápido, es decir, opone menor resistencia a la rotación. El informe de la actividad debe reflejar todo este análisis, apoyado en la medición de la inercia rotacional.

¿CÓMO VAS? (Página 42) 1.- En el par de cuerpos esféricos, tiene mayor inercia rotacional la cáscara esférica. Difieren en cómo está distribuida la materia.

Atendiendo a la distribución de materia en los tres cuerpos, respecto a la ubicación del eje de rotación, debería tener mayor inercia rotacional la barra (c), seguida de la barra (b), tal que la barra (a) es la de menor inercia rotacional. Como la inercia rotacional es una medida de la resistencia de un cuerpo a rotar, se desprende que es más fácil hacer rotar la barra (a), seguida por la (b), y la más difícil de hacer rotar, comparativamente, la barra (c).

En los aros, tiene mayor inercia rotacional el que tiene su distribución de materia más alejada del eje de rotación.

Evaluación individual: (Página 41) Más acrobacias aplicando la inercia rotacional. a) La acrobacia de la fotografía se explica igual que la del


equilibrista, con la única diferencia que en lugar de portar una larga vara en sus manos, ahora el acróbata extiende instintivamente sus propios brazos. Así logra aumentar su inercia rotacional y se hace más difícil que su cuerpo tienda a rotar hacia un lado u otro, perdiendo el equilibrio.

Nivel de conocimientos de la sección

1

En el par de cuerpos cilíndricos, tiene mayor inercia rotacional el que tiene su distribución de materia más alejada del eje de rotación. 2.- En la actividad exploratoria de inicio del capítulo 1, llegan primero los de menor inercia rotacional: el objeto esférico, después el objeto macizo cilíndrico, después el anillo.

La energía cinética de rotación es igual a Er = ½ · Iω2 La unidad de la inercia rotacional es Kg · m2 y de la rapidez angular es rad/s. Multiplicándolas y omitiendo la unidad radián por ser adimensional, se obtiene: kg · m2/s2 . Como kg · m/s2 es igual a newton y la energía tiene unidades de trabajo (N · m), tenemos que su unidad es Joule: J=N·m

INDICADORES DE EVALUACIÓN SUGERIObjetivo de Aprendizaje a de- PROPUESTA OBJETIVOS DE APRENDIZAJE DOS CUANDO LOS ESTUDIANTES HAN sarrollar en el Texto ESPECÍFICOS LOGRADO ESTE APRENDIZAJE -Aplicación cuantitativa de la ley de conservación del momento angular para describir y explicar la rotación de los cuerpos rígidos en situaciones cotidianas.

Reconocer la fuerza centrípeta en el movimiento circunferencial uniforme.

1. Reconocen las variables físicas que se relacionan con la fuerza centrípeta. 2. Resuelven problemas.

Interpretar la inercia rotacional de un cuerpo.

1. Identifican la inercia rotacional de diferentes cuerpos. 2. Resuelven problemas simples.



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Evaluación capítulo 1 banco de preguntas para la sección 2 Dinámica de las rotaciones Nombres:

Apellidos:

Curso:

Fecha:

1) Un cuerpo de masa 3 kg gira con una aceleración de 4 m/s2. ¿Cuánto vale la fuerza centrípeta que experimenta el cuerpo? A) 12 N B) 3 N C) 1 N D) 4 N E) 7 N 2) Un niño hace girar una piedra atada a un hilo de 0,1 m de largo. Si ésta describe un movimiento circunferencial uniforme de rapidez 0,5 m/s, ¿qué valor tiene la aceleración centrípeta de la piedra? A) 1,25 m/s2 B) 2,5 m/s2 C) 3,1 m/s2 D) 5,0 m/s2 E) 15,7 m/s2 3) Un tren toma una curva cuyo radio de curvatura es de 400 m con una rapidez de 20 m/s. ¿Cuánto vale la fuerza centrípeta que los rieles deben ejercer sobre un carro de 25 000 kg en estas condiciones? A) 10 kN B) 20 kN C) 25 kN D) 50 kN E) 250 kN 4) Respecto de una partícula, describiendo un M.C.U. se puede afirmar: I. La velocidad tangencial de la partícula coincide con su velocidad media en magnitud. II. La aceleración que experimenta la partícula y la fuerza centrípeta que actúa sobre ella tienen la misma dirección y sentido. III. En todo M.C.U. la rapidez es constante y, por lo tanto, no existe aceleración. Es o son correcta(s) A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) I, II y III


5) Una masa de 2 kg, unida mediante una cuerda a un clavo fijo en una mesa pulida, describe una circunferencia horizontal de 0,5 m de radio. Si la masa realiza 60 vueltas por minuto. Entonces, la tensión de la cuerda en Newton será A) 4 π2 B) 2 π2 C) π2 D) 2 π E) π 6) En los extremos de una barra de masa despreciable se conecta una masa m a una distancia r de un punto O. En su otro extremo se conecta una masa 2m a una distancia 2r. El momento de inercia de la masa 2m respecto al punto O será: Considere Inercia : I = m · r² A) 3mr2 B) 5mr2 C) 8mr2 D) 9mr2 E) 15mr2

7) ¿Cómo puede modificar una persona su inercia rotacional? A) Saltando. B) Corriendo. C) Girando sin cambiar la posición de giro. D) Desplazándose en cualquier dirección. E) Girando, abriendo y cerrando los brazos

Soluciones 1. A 2. B 3. C 4. E

5. A 6. C 7. E

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Apellidos:

Curso:

Fecha:

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Dinámica de rotaciones La siguiente figura muestra un auto de juguete que se mueve en la dirección de la recta AB, sobre una mesa. En ella se ha colocado un clavo que fija, por medio de un cordel de 50 cm, el auto a la mesa. Utilizando los conceptos estudiados en la sección responde.

1. ¿Cambia la velocidad del auto al moverse en la mesa?, ¿Por qué? ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ 2. ¿Por qué el cordel se tensa cuando el auto cambia de dirección? _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ 3. Si el auto realiza 20 vueltas en un minuto y tiene una masa de 500 g. Responde ¿Cuál es la aceleración centrípeta del auto?, ¿Cuál es la tensión de la cuerda? _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ 4. Si luego de realizar las 20 vueltas el cordel se suelta del auto ¿Cuál es la dirección del movimiento del auto?, ¿Por qué ocurre esto? _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________



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Sección 3 El torque y el momento angular (Páginas 46 - 63) Presentación

La sección 3 se dedica al logro de los objetivos de aprendizaje centrados en el torque y el momento angular. Como el torque deriva a su vez de la noción de aceleración angular, el Tema 1 se inicia con este. El concepto de torque se introduce a partir de una experiencia tan común como es la de abrir una puerta, para proseguir con la construcción conceptual que culmina con la relación entre torque, inercia rotacional y aceleración angular. Como en el resto del capítulo, se ejemplifica y contextualiza por medio de la resolución de problemas. El Tema 2 de esta sección, y último del capítulo, está dedicado al momento angular y su conservación. Comienza con su definición para una partícula en rotación, y se deduce después la expresión para un cuerpo rígido, en función de la inercia rotacional y de la rapidez angular. Y, como a través de todo el capítulo tras introducir un nuevo concepto o propiedad, se resuelven problemas diversos en los que se describen los movimientos de rotación.

Conocimientos previos Los conocimientos previos que deben manejar los estudiantes para acceder en forma fluida a los aprendizajes que se abordan en este capítulo, pertenecen a dos ámbitos: físico y matemático. Los prerrequisitos de orden físico se refieren principalmente a los Objetivos de aprendizaje de Segundo año medio del sector Fuerza y movimiento, específicamente “aplicación de las leyes de conservación del momento lineal y de la energía mecánica”. Una evaluación diagnóstica es altamente recomendable al inicio del proceso educativo, y una nivelación si los resultados así lo demandan. En el ámbito matemático, se incluye el manejo algebraico de las operaciones matemáticas del campo de los números reales y nociones de vectores.

Evaluación diagnóstica sugerida 1.- El coeficiente de roce estático entre los neumáticos de un automóvil y el pavimento de una carretera horizontal es Calcular la distancia mínima en la que el automóvil puede detenerse si va a 40 m/s. Solución: Suponiendo que la fuerza neta sobre el automóvil corresponde a la fuerza de roce estático, se determina primero la aceleración máxima posible del vehículo para detenerse. a = -μs g = -0,5(9,8m/s2) = -4,9m/s2 Conocida esta aceleración, v 2−v 20 se puede utilizar la relación siguiente para conocer el despla∆ x= 2 2 zamiento mínimo en la dirección X: 2a0 v −v con v = 0. ∆ x=

2a

2

Remplazando:

m 1600 2 2 s ∆ x=1600 m2 =163 m sm ∆ x= 9,8 2 =163 m ms 9,8 2 s

2.- Suponer un carro en una montaña rusa sin roce. Si parte del reposo a 35 m de altura, la mayor de la montaña rusa, determinar la rapidez con la que llega a la base. Sea m la masa del carro y sus ocupantes. Solución: aplicando la ley de conservación de la energía, se tiene

1 1 2 2 E= m v 2 +mg y 2= m v 1 +mg y 1 . 1 1 2 2 2 2 E= m v 2 +mg y 2= m v 1 +mg y 1 . 2 2 Como v1 e y2 son cero, despejando v1 se obtiene m m km v 2 =√ 2g y 1= 2 9,8 2 (35 m)=26 =94 km h m s m v 2 =√ 2g y 1= 2 9,8 2 (35 m)=26 =94s s h s

( √ √( )


)

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Red de contenidos inercia racional Un cuerpo en movimiento circunferencial uniforme

se describe en las magnitudes

Rapidez lineal

La resistencia a la rotación

cumple

Ley de la conservación

tiene

Momento angular

Periodo

mide

cuando

Rapidez

Aceleración

angular

centrípeda

el torque neto externo es cero

Planificación específica de la sección A continuación se ofrece una planificación específica para la Sección de Torque y momento angular, de acuerdo con la planificación del capítulo 1 de la Unidad 1. En ella se han considerado los aprendizajes esperados dispuestos por el Marco Curricular y que contemplan los aspectos conceptuales, procedimentales y habilidades, todo ello considerando el tiempo estimado y los recursos didácticos: actividades teóricas y prácticas a desarrollar por los estudiantes:

SEMANA


CONTENIDOS


1

a)La aceleración angular. b)Relación entre aceleratangencial y angular. Aplicar la relación entre ción c)El torque, concepto y torque y rotación. definición. d)Relación entre torque y aceleración angular.

El torque se ejemplifica experimentalmente con la acción de aplicar una fuerza a una puerta, para buscar tanto el punto donde es mayor la efectividad de la fuerza, y la dirección en que se debe aplicar. Se puede realizar en forma demostrativa. Alternativamente, el manejo de una llave para apretar o soltar tuercas resulta muy demostrativo al respecto. Por estar relacionado el torque con la inercia rotacional, se debe verificar que los estudiantes han logrado el aprendizaje de esta, previo a la introducción del concepto de torque.

2

a)El momento angular. b)Relación entre momento Aplicar cuantitativamente la ley de conservación del angular e inercia rotacional. momento angular. c)Ley de conservación del momento angular.

Por el alto grado de abstracción con que culmina el capítulo 1, dedicar especial atención a los ejemplos que se dan en el Texto acerca de cómo las bailarinas y los deportistas manejan la relación entre la inercia rotacional y la rapidez angular para controlar sus movimientos. Grabaciones realizadas por los propios estudiantes pueden servir para motivarlos por el tema.



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TEMA 1 EL TORQUE Y EL MOMENTO ANGULAR

Evaluación para dos (página 49)

(Páginas 46 - 52)

En este tema se estudia el efecto de la aplicación de un torque a un cuerpo que puede rotar, por analogía al efecto de una fuerza aplicada en los movimientos de traslación. La aceleración que interviene en los movimientos de rotación es la aceleración angular, concepto con el que se inicia el tema 1.

Cómo abordar los conocimientos previos Preguntas sugeridas: ¿Cómo se define la aceleración en el movimiento rectilíneo y cuál es su significado?

Refuerzo de los contenidos tratados en el tema El torque provoca una aceleración angular del cuerpo rígido. A diferencia de la aceleración en el movimiento rectilíneo, la aceleración angular mide la tasa temporal de variación de la rapidez angular, por lo que si la rapidez angular es constante, la aceleración angular es cero, como en el movimiento circunferencial uniforme. La rapidez angular puede aumentar o disminuir, en ambos casos existe una aceleración angular, pero de diferente signo. Por otra parte, una aceleración angular va asociada a una aceleración tangencial, y en el Texto se deduce la relación entre ambas magnitudes.

Identificar y enfrentar errores frecuentes El torque, si bien depende de la fuerza aplicada a un cuerpo rígido, no es sinónimo de fuerza, pues depende además de lo que se llama “brazo de palanca”, como se describe en el Texto. En otros términos, puede existir una fuerza aplicada pero no un torque, como se ve en la actividad práctica donde se intenta abrir una puerta aplicándole diversos torques.

En el movimiento circunferencial uniforme, como la rapidez angular es constante, la aceleración angular es cero. 1) respuestas ab 2) 10,5 rad/s2

Mini laboratorio (Página 49) Aplicando torques a una puerta. Se trata de una actividad de muy fácil realización que permitirá a los estudiantes sentir la experiencia directa del significado del torque. Probando diferentes puntos de la puerta y aplicando fuerzas en diferentes ángulos, descubrirán empíricamente que el torque más efectivo se obtiene cuando la fuerza se aplica en el punto C, perpendicularmente a la puerta. Todos los estudiantes deberían realizar la actividad.

Actividad teórica (Página 50) Análisis de la efectividad de la aplicación de un torque. En esta actividad los estudiantes formalizan la definición de torque, contextualizándola a la herramienta con la que se suelta una tuerca. Deben concluir, a partir de la definición de torque, que: la mayor efectividad de la aplicación de un torque se consigue con el mayor brazo de palanca posible, aunque sea alargando artificialmente el mango de la herramienta, y ejerciendo la fuerza perpendicularmente al mango. El brazo de palanca es cero si la fuerza se aplica a lo largo del mango, y en tal caso no hay efecto rotacional.

¿CÓMO VAS? (Página 51) 1. Debería existir una fuerza centrípeta para que la trayectoria sea circunferencial. 2. De acuerdo con la relación, el torque a aplicar también depende de la inercia rotacional del disco, por lo que si toda la materia está distribuida en el borde del disco, el torque debe ser mayor que si estuviera distribuida uniformemente en todo el disco.

Orientaciones para promover el desarrollo de las actividades Actividad teórica para dos alumnos: descripción de la rotación de un disco compacto .Resolución similar al del problema resuelto del que forma parte el enunciado.

¿CÓMO VAS? (Página 47) Como la unidad de la rapidez angular es 1 rad/s, entonces la unidad de la aceleración angular es 1 rad/s2. Todas las partículas que rotan en un mismo cuerpo rígido tienen la misma aceleración angular. Si un cuerpo tiene una aceleración angular constante, significa que la rapidez angular varía en una misma cantidad en cada unidad de tiempo.


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Identificar y enfrentar errores frecuentes

TEMA 2 EL MOMENTO ANGULAR Y SU CONSERVACIÓN (Páginas 53 - 63) En este tema se estudia el momento angular, su conservación, y su relación con la inercia rotacional, la rapidez angular y el torque, culminando así el estudio de las rotaciones.

Cómo abordar los conocimientos previos

Los problemas de aplicación desarrollados en el Texto de la ley de conservación del momento angular son válidos para muy diversos sistemas, tanto a escala muy pequeña, como los átomos, hasta una escala gigantesca, como son las estrellas y galaxias. Ante la pregunta de algunos estudiantes: Y esto, ¿dónde se aplica? tenemos ejemplos suficientes para responder. Orientaciones para promover el desarrollo de las actividades

Preguntas sugeridas:


¿Cuál es la definición de momento lineal y cuál es su utilidad? Del curso anterior de Física, los estudiantes deben recordar que el momento lineal se define como p = mv, y que su utilidad se basa en la ley de conservación del momento lineal cuando la fuerza neta externa es cero. Esta propiedad permite describir numerosas situaciones del movimiento rectilíneo, como por ejemplo los choques entre partículas.

El momento angular es mayor en el cuerpo que tiene forma de anillo, porque su inercia rotacional es mayor que la del disco


Evaluación para dos alumnos (Página 56) Comparando el momento angular de la rotación de la Tierra, con el de traslación de la Tierra alrededor del Sol. Se dan las indicaciones para su desarrollo en el mismo problema.

Actividad de indagación en terreno (Página 58)

La propiedad principal de este último tema es el de la conservación del momento angular, mediante el cual pueden resolverse múltiples problemas de aplicación. Hay que insistir que tal ley es válida solo cuando el torque neto externo es cero. Por ejemplo, el sistema Sol – Tierra tiene un momento angular constante, no obstante participan fuerzas internas al sistema, como son las fuerzas de atracción gravitatoria del Sol y de la Tierra. Tendría que intervenir una fuerza externa al Sistema Solar para desequilibrar el momento angular. Existe la analogía con la ley de conservación del momento lineal, el cual también es válido cuando la fuerza neta externa es cero.

Explicando algunos movimientos acrobáticos de rotación. Actividad de alto contenido motivacional, especialmente destinado a los estudiantes con orientaciones hacia el manejo de las técnicas audiovisuales.

Laboratorio (Página 62) Actividad teórica para dos alumnos: aplicación cuantitativa de la ley de conservación del momento angular. El problema se resuelve siguiendo el modelo de los problemas anteriores resueltos.

Nivel de conocimientos de la sección INDICADORES DE EVALUACIÓN SUGERIObjetivo de Aprendizaje a de- PROPUESTA OBJETIVOS DE APRENDIZAJE DOS CUANDO LOS ESTUDIANTES HAN sarrollar en el Texto ESPECÍFICOS LOGRADO ESTE APRENDIZAJE -Aplicación elemental de la relación entre torque y rotación para explicar el giro de ruedas, la apertura y el cierre de puertas, entre otros.

Aplicar la relación entre torque y rotación.

1. Identifican las variables físicas presentes en los giros de los cuerpos. 2. Reconocen la relación entre torque y rotación.

Aplicar cuantitativamente la ley de conservación del momento angular..

1. Resuelven problemas simples.



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ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE PARA EVALUAR LA ACTIVIDAD DE LABORATORIO (Página 62) Categorías: 1. Identificación de la idea principal. 2. Descripción de la situación planteada. 3. Análisis del proceso. 4. Aplicación de la información a otro contexto. 5. Producción de un ejemplo nuevo. 6. Establecimiento de conclusiones: por relación de conceptos, por comparación y por integración. HABILIDAD CIENTÍFICA:

Describir investigaciones científicas clásicas o contemporáneas relacionadas con los conocimientos del nivel, reconociendo el papel de las teorías y el conocimiento en el desarrollo de una investigación científica. ACCIONES Y PREGUNTAS


Verifica que la rueda seleccionada gire Comprensión de la idea principal en un plano horizontal y que invierta el movimiento.

PROPUESTAS Pida a los alumnos que lean el texto que se propone en la actividad y realice las siguientes preguntas: ¿De qué trata la actividad? ¿Estás preparado para realizarla?

Planificar

Pida a los alumnos que ordenen sus ideas y las anoten, planteando: ¿Qué debo hacer primero? ¿Qué debo hacer a continuación? ¿Qué debo hacer finalmente?


Observe si los alumnos realizan eficientemente cada procedimiento, pídales que denominen cada paso en: paso 1, paso 2… y solicíteles que realicen un esquema de los detalles de cada paso (dibujar).

¿Ocurre algún efecto visible de la acción Formulación de preguntas de inversión de la rueda, en el sistema alumna–piso-rueda?

Pida a los alumnos que compartan sus respuestas y que respondan las siguientes preguntas: ¿Qué elementos comunes tienen nuestras respuestas? ¿Cómo podemos mejorarlas?

Realizar inferencia

Pregúnteles: ¿Qué relación existe entre el momento angular y lo observado?

¿Por qué el torque que aplicó la alumna Realizar inferencia para invertir la rueda en rotación no afectó al momento angular del sistema alumna– Resumir piso-rueda?

Pregúnteles: ¿Qué relación existe entre el momento angular, el torque y lo observado?

El sentido de rotación del sistema alumnapiso, ¿coincide con el sentido de rotación inicial de la rueda antes de invertirla, o con su sentido de rotación después de invertirla? Después de la inversión de la rueda, dibuja su vector momento angular. ¿Hacia dónde apunta? Indicación: el módulo del momento angular de la rueda invertida debe ser igual al módulo que tenía antes de la inversión, suponiendo que su rapidez angular se mantiene. Para la conservación del momento angular, ¿qué módulo debería tener el vector momento angular del sistema alumna-piso, comparado con el de la rueda?


Pida que estimen utilizando sus conocimientos el torque aplicado por la alumna a la rueda. Luego pídales que respondan: ¿Cuál es la diferencia entre un torque externo aplicado a un sistema y el de cada partícula que forma al sistema?

Establecimiento de conclusión por Pregúnteles: ¿Cuál es la diferencia entre un torque comparación aplicado a la rueda y uno aplicado a un sistema de cuerpos? Dibujar

Pídales que dibuje los vectores que representan al momento angular en cada situación descrita.

Establecimiento de conclusión por Pregúnteles: ¿Es posible aplicar un torque de cada comparación cuerpo que constituye un sistema, sin cambiar el momento angular del sistema? ¿Por qué? Aplicación de la información a otro Pidales que respondan: ¿Por qué al juntar sus brazos contexto una bailarina de ballet aumenta su rapidez angular? Producción de un ejemplo nuevo

Pidales que investiguen las leyes de Kepler estudiadas en segundo medio y luego respondan: ¿Cuál es la dirección, sentido y módulo de cada planeta del sistema solar? ¿Es diferente al del sistema solar?

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ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE PARA EVALUAR LA ACTIVIDAD LECTURA CIENTÍFICA (Página 64) Categorías: 1. Identificación de la idea principal. 2. Descripción de la situación planteada. 3. Análisis del proceso. 4. Aplicación de la información a otro contexto. 5. Producción de un ejemplo nuevo. 6. Establecimiento de conclusiones: por relación de conceptos, por comparación y por integración. HABILIDAD CIENTÍFICA:



Conocimiento sobre el objetivo Comprensión de la idea principal del tema.

Análisis del proceso.

PROPUESTAS Pida a los alumnos que lean el texto que se propone en la actividad y realice las siguientes preguntas: ¿De qué trata el tema? ¿Cuáles son las ideas principales?

Esquematizar

Proponga a los alumnos seleccionar tres ideas base y formule preguntas de indagación: ¿Puedes definir con tus propias palabras el significado de momento angular? ¿Qué utilidad tiene el momento angular como magnitud fundamental? ¿En qué ámbitos se ha usado el concepto de momento angular?

Secuencia

Pida a los alumnos que ordenen las ideas de la más importante a la menos importante.

Formulación de preguntas de relaciones ¿Por qué el concepto de momento angular también es válido para los sistemas microscópicos? Formulación de pregunta de inferencia ¿Tienen los átomos un momento angular? Formulación de pregunta de profun- ¿Cuál es la diferencia entre el momento angular de los sistemas macroscópicos y el de los sistemas microscópicos? dización Formulación de pregunta de aplicación ¿Cuál fue la idea que utilizó Neils Bohr, respecto al momento angular, en su desarrollo de la teoría del átomo? Aplicación de la información

¿Cómo se puede estimar la rapidez angular del electrón en las órbitas de un átomo?



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Evaluación capítulo 1 banco preguntas para la sección 3 El torque y el momento angular Nombres:

Apellidos:

Curso:

Fecha:

1) Dos esferas idénticas se hacen rotar de distintos ejes de giro, con igual rapidez angular ω. Se puede afirmar que eje de giro eje de giro: I. los momentos de inercia son iguales. II. los momentos de inercia son distintos. III. los momentos angulares son iguales. Es (son) correcta(s) A Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y III E) Sólo II y III

2) Una gimnasta, al realizar un salto mortal, adopta una posición fetal. De acuerdo con lo anterior, podemos afirmar que: A) el momento de inercia permanece constante. B) la velocidad angular disminuye a la mitad. C) el momento angular es constante. D) la velocidad angular permanece constante. E) el momento angular se duplica. 3) Dos planos inclinados tienen la misma altura, pero forman ángulos distintos con la horizontal. Si se hace rodar una misma esfera de acero por cada uno, se puede afirmar que: A) en el plano más inclinado alcanzará mayor momento angular. B) en el plano con menor inclinación alcanzará mayor momento angular. C) en ambos casos alcanza igual momento angular. D) en el plano con mayor inclinación se duplica momento de inercia. E) en el plano con menor inclinación disminuye a la mitad el momento de inercia 4) Una patinadora al girar retrae sus brazos de modo de reducir su inercia rotacional a un tercio, luego su velocidad angular: A) se duplica. B) se triplica. C) permanece constante. D) se cuadruplica. E) disminuye a la mitad.


5) Un cuerpo de momento de inercia I gira con rapidez angular ω. Si se triplica la rapidez angular y se disminuye a un tercio su momento de inercia, entonces podemos decir que su momento angular: A) se duplica. B) disminuye a la mitad. C) se mantiene. D) se triplica. E) se cuadruplica. 6) Un planeta gira de Oeste a Este, la dirección y sentido de su momento angular serán, respectivamente: A) Norte-Sur; Norte. B) Norte- Sur; Sur. C) Este -Oeste; Este. D) Este-Oeste; Oeste. E) Noroeste – Sureste; Sureste.

7) Un patinador al girar estira sus brazos para disminuir su velocidad de rotación, pues con ello: I. aumenta la distancia de la masa respecto al eje de rotación. II. disminuye su momento angular. III. disminuye el torque neto sobre él. Es o son verdadera(s): A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) Sólo II y III

Soluciones 1. B 2. C 3. A 4. B

5. C 6. A 7. A

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Apellidos:

Curso:

Fecha:

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El torque y el momento angular Las siguientes figuras muestran una pelota atada a un cordel que realiza un movimiento circunferencial uniforme. En ellas se muestra que el radio del cordel varía debido a la acción de la fuerza aplicada por la mano. Utilizando los conceptos estudiados en la sección responde.

1. Si la pelota, en la figura a) tiene una masa de 100 g, está a 50 cm del centro y realiza 20 vueltas en un minuto. ¿Cuál es su rapidez angular y tangencial?, ¿Cuál es la inercia rotacional de la pelota? _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ 2. Si el radio disminuye a la mitad, tal como lo muestra la figura b), ¿Qué sucede con la magnitud del momento angular de la pelota? _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________



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FUERZA Y MOVIMIENTO


Capítulo 2 Mecánica de fluidos

(Páginas 74 - 129)

Presentación

En este capítulo los alumnos van a estudiar las interacciones de las sustancias capaces de fluir, término usado tanto para gases como para líquidos, los cuales pueden estar en reposo, en movimiento o en contacto con un sólido. Se comenzará el estudio con una descripción general de la materia, las propiedades de los fluidos, y los tipos de fuerza que actúan sobre ellos. A continuación se estudia el comportamiento de los fluidos en reposo, la presión hidrostática y como varía ésta al interior de un fluido, además de los principios de Pascal, Arquímedes y sus aplicaciones como la prensa hidráulica, los frenos hidráulicos, el empuje y la flotabilidad de un cuerpo. Finalmente, se estudian los fluidos en movimiento, considerando su enorme complejidad, se explican las características de un fluido ideal, los tipos de fluido, la ecuación de continuidad, la ecuación de Bernoulli y las aplicaciones de ésta como el efecto Venturi, la ecuación de Torricelli, el empuje sobre el ala de un avión, el alerón utilizado en los automóviles. Para lograr los objetivos de aprendizajes este capítulo se ha dividido en 3 secciones: Sección 1 Propiedades de los fluidos Sección 2 Fluidos en reposo Sección 3 Fluidos en movimiento

Sección 1 Propiedades de los fluídos

(Páginas 76 - 83)

Presentación

Esta sección estudia los aspectos relacionados con los sólidos y fluidos. Acá recordarán las principales características del estado sólido, líquido y gaseoso, el estudio de los efectos que producen las fuerzas sobre los cuerpos y las fuerzas que actúan sobre los fluidos. Para ello, la sección se ha organizado en un solo gran tema llamado Descripción general de la materia. La materia, gran parte del tiempo, se presenta como sólido, líquido o gas. Además de estos tres estados existe un cuarto estado de la materia denominado plasma, el cual es esencialmente un gas ionizado con igual número de cargas positivas que negativas. Para efectos del texto, se analizaran los fluidos líquidos y gaseosos.

Conocimientos previos

La sección trata sobre las propiedades de los fluidos. Para que los alumnos logren los objetivos de aprendizaje propuestos para la sección, es necesario que los alumnos revisen algunos contenidos tratados, tales como: los estados de la materia, la densidad de las sustancias, los principios de Newton. Es preciso que indague en los alumnos lo siguiente. La relación que existe entre la masa de los cuerpos y su volumen. Los estados de la materia Para ello pídales observar los fenómenos que ocurren cuando se calienta un trozo de hielo contenido en un vaso precipitado y responder las siguientes preguntas: 1. ¿Cuáles son los cambios de estado que sufre el trozo de hielo? 2. ¿Cambia la estructura molecular del agua cuando aumenta la temperatura sobre el trozo de hielo? 3. ¿Cuáles son las fuerzas presentes entre las moléculas cuando aumenta la temperatura? 4. ¿Qué sucede con las fuerzas entre las moléculas cuando el hielo cambia de estado?


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En la siguiente tabla le proponemos indicadores para evaluar el nivel de logro de los conocimientos que están involucrados.

Evaluación diagnóstica sugerida NIVEL

HABILIDAD

INDICADOR DE LOGRO

Avanzado

El estudiante relaciona cambios de estado con variaciones de temperatura reconociendo los cambios a nivel macroscópico como microscópico. Contextualiza efectos de las fuerzas sobre los cuerpos.

Da ejemplos de cambios de estado nombrando los estados de energía para cada uno y explica cambios de forma y movimiento producto de fuerzas aplicadas.

Medio

El estudiante relaciona cambios de fase con variaciones de temperatura. Comprende que las fuerzas alteran la forma y estado de movimiento de un cuerpo.

Nombra cambios de estado y de fase de algunas sustancias. Reconoce algunos efectos de las fuerzas sobre los cuerpos

Básico

Nombra cambios de estado y de fase de algunas sustancias. Reconoce algunos efectos de las fuerzas sobre los cuerpos

Reconoce algunos de los cambios de estado físico. Nombra algunos efectos de las fuerzas.

El estudiante reconoce en forma errónea estados de la materia y los efectos de las fuerzas sobre los cuerpos

Se recomienda retomar los cambios de estado de la materia y los contenidos relativos a fuerzas, deformaciones y cambio de dirección.

Insuficiente

Remediales a los conocimientos previos Realice actividades simples como realizar cambios de estado en el agua, ya sea entregando energía calórica o quitándola. Mediante el uso de fotografías, videos o textos de ejemplos de efectos de las fuerzas sobre los cuerpos. Use los conceptos de termodinámica y principios de Newton para explicar dichos ejemplos.

Red de contenidos Fuerzas de masa

Fuerzas superficiales

sobre ellos actuan Módulo de corte se puede deformar

Fluidos

Sólido

Módulo de Young

Líquido

se puede comprimir

Gas

Módulo de volumen



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Planificación específica de la sección A continuación le ofrecemos una planificación específica de la sección 1 propiedades de los fluidos. SEMANA


CONTENIDOS

METODOLOGÍA / ACTIVIDADES Desarrollar preguntas orientadoras como:

1

Estados de la materia: Reconocer estados de la sólidos materia y su estado de líquidos y gases. agregación. Fuerzas intermoleculares.

a) ¿Qué sustancias se encuentran en los 3 estados de la materia? b) ¿cómo es la entropía en cada estado de la materia? c) ¿Cuándo estamos en presencia de cambios de fase? d) ¿Es lo mismo cambios de fase que cambio de estado?

1


Varios de estos conceptos pueden ser trabajados a partir de las fotografías de la página 81 de forma cualitativa. Lleve al aula un vaso con jugo de color y realice Densidad preguntas como: Peso específico ¿Cómo podemos determinar la densidad de Propiedades de los fluidos Fuerzas que actúan sobre esta mezcla? los fluidos ¿Qué diferencias hay entre peso y peso Presión en el líquido específico? ¿Actúan fuerzas sobre los líquidos? ¿En qué partes del vaso es posible detectar la presión del líquido?

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ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE PARA EVALUAR LA ACTIVIDAD EXPLORATORIA (Página 75) Categorías:


Organizar e interpretar datos y formular explicaciones, apoyándose en las teorías y conceptos científicos en estudio. ACCIONES Y PREGUNTAS Montaje de la actividad.


PROPUESTAS

Comprensión de la idea principal

Pida a los alumnos que lean el texto que se propone en la actividad y realice las siguientes preguntas: ¿De qué trata la actividad? ¿Estás preparado para realizarla?

Planificar

Pida a los alumnos que ordenen sus ideas y las anoten, planteando: ¿Qué debo hacer primero? Esto apunta a la organización de los materiales. ¿Qué debo hacer a continuación? Esto es útil para apoyar a la construcción del plano. ¿Qué debo hacer finalmente? Observe a los alumnos y guíelos en la selección de los objetos que harán rodar en el plano inclinado.



¿Qué sucederá si agregas Formulación de preguntas agua al embudo? ¿Qué esperas que ocurra espontáneamente? Vierte el agua en el embudo hasta el máximo de su capa- Realizar inferencia cidad sin derramar líquido. ¿Qué ocurre ahora? ¿Qué factor altera el flujo?

Pida a los alumnos que compartan sus respuestas y que respondan las siguientes preguntas: ¿Qué elementos comunes tienen nuestras respuestas? ¿Cómo podemos mejorarlas? Pregúnteles: ¿Qué relación existe entre la presión atmosférica y el flujo del agua?

¿Se puede impedir el paso Descripción de la situación planteada Pídales que describan la situación planteada realizando un esquema del agua teniendo la bomde los detalles de cada paso (dibujar). billa dentro del vástago? Pídales que respondan: ¿Puede la atmósfera ejercer presión sobre Resumir los cuerpos? ¿Qué permite o impide el Formulación de pregunta de pro- Pregúnteles: ¿Qué relación existe entre la presión atmosférica y el ingreso del líquido al interior fundización flujo del agua? de la botella? Pregunta indirecta Pregúnteles: ¿Qué es la presión? ¿Qué efecto provoca el Establecimiento de conclusión por Pida a los alumnos que compartan sus respuestas y que respondan introducir la bombilla sin integración las siguientes preguntas: tocar la superficie del agua? ¿Qué elementos comunes tienen nuestras respuestas? ¿Cómo podemos mejorarlas? Formulación de pregunta de pro- Pregúnteles: ¿Cuál es la acción de la presión que ejerce el aire? fundización ¿Qué efecto provoca el in- Establecimiento de conclusión por troducir la bombilla tocando comparación el fondo de la botella pero no la superficie del agua en el embudo?

Pida a los alumnos que compartan sus respuestas y que respondan las siguientes preguntas: ¿Qué elementos comunes tienen nuestras respuestas? ¿Cómo podemos mejorarlas? ¿Cuál es la importancia de la diferencia de presión en el flujo del agua?

¿Qué posibles aplicaciones Aplicación de la información a otro Pida a los alumnos que investiguen sobre el funcionamiento de las puede tener el fundamento contexto bombas de agua y que respondan las siguientes preguntas: teórico de este experimento? ¿Cuál es la importancia de la presión atmosférica en su funcionamiento? Producción de un ejemplo nuevo

¿Qué relación existe entre el barómetro y la presión atmosférica?



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Orientaciones metodológicas TEMA 1 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA MATERIA

(Página 76)


La compresibilidad en líquidos es muy baja, y en algunos tipos de cálculo esta compresión no se considera dentro de los cálculos por sus valores pequeños. Es importante que recalque en los estudiantes que a pesar de que la compresión en líquidos es mínima, esta es posible con el instrumental adecuado.

Propiedades de los fluidos

Inicie con un juego: nombrar diferentes sustancias y mencionar los estados de agregación en los cuales es posible encontrarlos. Anótelos en la pizarra y luego establezca cómo puede cambiar el estado de agregación de cada sustancia. Relacione los cambios de estado con los niveles de entropía de cada sustancia y las interacciones de las diferentes fuerzas moleculares.

Refuerzo a los contenidos tratados en el tema


Los fluidos engloban tanto a líquidos como gases. El origen de la diferencia entre líquidos y gases está en la magnitud de sus fuerzas cohesivas. En un líquido la distancia intermolecular es menor, por tanto, las fuerzas cohesivas son también mayores. Esto se traduce en el campo macroscópico en que los líquidos tienden a conservar su volumen. Sin embargo, un gas es libre de expansionarse hasta que encuentre paredes que lo confinen.

Es altamente necesario el poder hacer el paralelo constante entre las propiedades macroscópicas de la materia con sus propiedades microscópicas. Muchos de los aspectos de los contenidos desarrollados requieren de la interpretación de modelos y evidencias que no son observables a simple vista.

En el lenguaje informal, los estudiantes identifican como fluido una sustancia que puede fluir. Sustancia que se adapta al recipiente que la contiene. Una explicación complementaria a esta idea de fluido es que corresponde a una sustancia que no puede soportar ningún esfuerzo de cizalla sin moverse (fluir).

¿Cómo vas? (Página 77) De acuerdo a las fuerzas intermoleculares, cada sustancia será el estado de agregación bajo el cual se presenta en la naturaleza.

Orientaciones para promover el desarrollo de las actividades

Estados de la materia

Mini laboratorio Indentificar la fluidez de los fluidos (Página 78)

Para los esquemas que representan 3 de los estados de la materia es importante señalar la agrupación de sus átomos/moléculas que forman cada estado, las fuerzas de interacción y las distancias entre cada átomo/molécula.

Al manipular las llaves de los diferentes globos se producen desplazamientos de volúmenes. Los volúmenes vaciados en un globo serán equivalentes al volumen de aire que recibe el otro.

Densidad

TEMA 2 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

(Página 78)

Cómo abordar los conocimientos previos Probablemente la mayoría de los estudiantes asociará a los líquidos a materiales incompresibles, por lo que se recomienda que inicie por recordándoles la estructura de algunas moléculas que forman líquidos puros, tales como agua, etanol, cloroformo, etc. Recuérdeles que entre cada molécula de los líquidos mencionados existen espacios, los cuales son viables de ser llenados al ser comprimido un líquido. De esta forma complementa la idea de un modelo teórico con la evidencia experimental.


Refuerzo a los contenidos tratados en el tema La densidad relativa es una comparación de la densidad de una sustancia con la densidad de otra que se toma como referencia. Ambas densidades se expresan en las mismas unidades y en iguales condiciones de temperatura y presión. La densidad relativa es adimensional (sin unidades), ya que queda definida como el cociente de dos densidades. Este concepto probablemente es nuevo para todos los estudiantes puesto que ellos normalmente trabajan con disoluciones de sustancias puras.

Actividad complementaria para atender la diversidad Pida a sus estudiantes que diseñen actividades experimentales para determinar la densidad relativa de diferentes cuerpos, en especial sólidos amorfos. Para determinar volúmenes, oriéntelos en el uso de determinación de volúmenes por desplazamiento de agua.

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Orientaciones para promover el desarrollo de las actividades Ejercicio resuelto, Nº 1

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Presión en el líquido (Página 82) Refuerzo a los contenidos tratados en el tema

Aplicando el concepto de densidad y peso de una habitación llena de aire Es interesante que los estudiantes analicen el porqué de la enorme fuerza que ejerce el aire sobre la superficie del suelo. Hay que hacer énfasis en las fuerzas: • Puntual • Distribuida: actúa sobre una línea, una superficie o un volumen • Lineal • Superficial

Pascal estudió la presión en los líquidos, que tienen unas características especiales. Dedujo la ley que lleva por nombre Principio de Pascal , en la que se basan diferentes aparatos de uso corriente. La presión en los líquidos se ejerce sobre el fondo y las paredes del recipiente que los contiene. En la masa del líquido la presión se ejerce en todos los sentidos. El conjunto de todas estas fuerzas se manifiesta como peso del líquido. Los vasos comunicantes son una consecuencia de las características especiales de la presión de los líquidos.

• De confinamiento

Actividad para atender a la diversidad

• De rozamiento • Dinámica

Tome una botella de plástico de paredes blandas, llénela de agua y junto a sus alumnos haga a diferentes alturas agujeros con un alfiler de tal modo que pueda salir un flujo de agua pequeño. Oriente a sus estudiantes en relacionar esta actividad con los contenidos del texto de final de esta sección y de inicios de la sección 2.

• Volumétrica

Nivel de conocimientos de la sección OBJETIVO DE APRENDIZAJE PROPUESTA DE OBJETIVOS DE PARA DESARROLLAR EN EL APRENDIZAJE ESPECÍFICOS TEXTO Reconocer las propiedades macroscópicas de los estados de la materia. Comprender las diferentes fuerzas que actúan sobre un líquido. Conocer las propiedades de los fluidos. Comprender las fuerzas que actúan en un líquido.

Relacionar propiedades de la materia con propiedades de fluidos.

INDICADORES DE EVALUACIÓN SUGERIDOS CUANDO LOS ESTUDIANTES HAN LOGRADO ESTE APRENDIZAJE - Reconocen los estados de la materia - Reconocen los efectos de las fuerzas sobre la materia - comprenden la relación de las expresiones de módulo de Young, de volumen y de corte.

Comprenderlasrelacionesdemasa, densidad, peso específico. Identificar las fuerzas de masa y de superficie en un fluido.

-Identifican en un fluido su masa, densidad y peso específico. -Ubican en un diagrama de vectores a las fuerzas de masa y de superficie en un fluido. -Relacionan un modelo teórico de fluido con un líquido real.



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Evaluación capítulo 2 banco preguntas para la sección 1 Propiedades de los fluidos Nombres:

Apellidos:

Curso:

Fecha:

1) ¿Cuál es la densidad de una esfera sólida hecha de cierto material que tiene un radio de 2 cm y una masa de 81 g? A) 0,41 g/cm3

5) Un cuerpo de volumen v y masa m tiene una densidad d. Si disminuimos su volumen a la mitad y la masa se duplica, entonces su densidad:

B) 1,41 g/cm3

A) se duplica.

C) 2,42 g/cm3

B) se triplica

D) 2, 24 g/cm3

C) disminuye a la mitad.

E) 4,22 g/cm3

D) disminuye a la cuarta parte. E) se cuadruplica.

2) Suponga que existe un vacío perfecto dentro de una lata de café herméticamente cerrada. ¿Qué fuerza deberá soportar la tapa de 6 cm de diámetro, al ser expuesta a la atmósfera? Use Patm = 100 KPa.

6) Una cama de agua mide 2 m por lado y 30 cm de profundidad ¿Cuál es el peso de la cama? Considere la densidad del agua como 1000 kg/m3

A) 1,827 N

A) 1,2 N

B) 2,827 N

B) 12 N

C) 28,27 N

C) 120 N

D) 282,7 N

D) 1200 N

E) 2827 N

E) 12000 N

3) Se tienen 600 gramos de una sustancia que ocupa un volumen de 200 cm3 . Su densidad en el sistema CGS es: A) 3 g/ cm³

7) En un día de invierno repentinamente se desata una tormenta eléctrica y aparecen rayos en el cielo. Respecto a los estados de la materia, un rayo se clasifica en:

B) 0,3 g/ cm³

A) estado sólido.

C) 1 g/ cm³

B) estado líquido

D) 3 kg/ m³

C) estado gaseoso.

E) 0,3 kg./ m³

D) estado de plasma. E) estado superconductor

4) Respecto a las densidades, ¿cuál o cuáles afirmaciones son verdaderas? I. Un trozo de plata puro tiene mayor densidad que un anillo de plata puro. II. 5 kg de oro tienen menor densidad que 10 kg de oro. III. 1 kg de cobre tiene igual densidad que 10 kg de cobre. A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y III

Soluciones 1. C 2. D 3. A 4. C

5. E 6. E 7. D

E) Sólo I y II


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Apellidos:

Curso:

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Propiedades de los fluidos Las siguientes figuras muestran mezclas de sustancia en estado líquido. En ellas se muestra líquidos miscibles y no miscibles. Utilizando los conceptos estudiados en la sección responde.

1. Si la masa de la mezcla de la figura b) es de 500 g y ocupa un volumen de 50 ml. ¿Cuál es su densidad? ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________

2. Si en el recipiente a) se han mezclado dos líquidos, cada uno tiene un volumen igual a 25 cm3. La densidad del primer líquido es de 0,7 g/cm3 y la densidad del segundo es de 0,3 g/cm3, ¿Cuál es la densidad de la mezcla homogénea obtenida?

Ilustración 1TOMADA DE COSTABAL III MEDIO PAGINA 122

_______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________

3. Si en el recipiente c) se han mezclado dos líquidos, cada uno tiene una masa igual a 25 g. La densidad del primer líquido es de 0,7 g/cm3 y la densidad del segundo es de 0,3 g/cm3, ¿Cuál es la densidad de la mezcla homogénea obtenida? _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________



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Sección 2 Fluidos en reposo

(Página 84)

Presentación En esta sección los estudiantes aprenderán a describir las propiedades de los fluidos en reposo por medio de las magnitudes físicas que los caracterizan (densidad, peso, presión, empuje) y establecerán cuantitativamente la relación entre las fuerzas que actúan sobre un líquido en reposo y las mencionadas magnitudes. Podrán demostrar la ecuación fundamental de la hidrostática y aplicarla a diversos líquidos y al aire. Se abordará el modelo matemático de los principios de Pascal y Arquímedes, con lo cual los alumnos podrán explicar el funcionamiento de las máquinas hidráulicas, la flotabilidad de los barcos, submarinos, globos aerostáticos, entre otros. Al realizar los mini laboratorios se desarrollan habilidades del pensamiento científico: Variación de la Presión, Principio de Arquímedes. Para lograr los objetivos de aprendizaje la sección se ha dividido en los siguientes temas: 1. Presión hidrostática 2. Ecuación fundamental de la hidrostática 3. Principio de Pascal 4. Principio de Arquímedes. Cada subtema forma parte de un objetivo de aprendizaje.

Conocimientos previos La sección trata sobre los fluidos en reposo. Para que los alumnos logren los objetivos de aprendizaje propuestos para la sección, es necesario que revisen algunos contenidos tratados, tales como: la forma en que actúan las fuerzas sobre los fluidos en reposo y los principios de Newton. Es preciso que indague en los alumnos lo siguiente: • El primer Principio y la condición que deben cumplir los cuerpos materiales para estar en equilibrio. • El segundo Principio y la utilización del diagrama de cuerpos libre, que detalla las fuerzas que actúan sobre una sección del fluido. •

El tercer Principio y la fuerza de reacción del fluido frente a las fuerzas que actúan sobre él.

La actividad exploratoria propuesta al iniciar el capítulo constituye una excelente oportunidad para evaluar los conocimientos previos acerca de las leyes de Newton. Para concretarlo, pídales un análisis del resultado experimental, poniendo énfasis en las preguntas y el diagrama solicitado a continuación. 1. ¿Cuáles son las fuerzas que actúan sobre el vaso y sobre el agua que contiene? 2. ¿Cuáles son las fuerzas que se generan al interior del agua contenida en el vaso y sobre las paredes de este? 3. ¿Por qué el cartón no se desprende del vaso? 4. Confeccione un diagrama de cuerpo libre y sobre cada cuerpo calcule: la fuerza que ejerce el agua sobre el cartón y la intensidad de la presión del aire. 5. ¿Existe alguna diferencia en la intensidad de fuerza sobre la porción de líquido que está en el cartón y en el agua que está al fondo del vaso invertido? En relación con la actividad exploratoria en la Tabla N° 1 le proponemos indicadores para evaluar el nivel de logro de los conocimientos que están involucrados.


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Evaluación diagnóstica sugerida Esta tabla le ayudará a determinar el grado de profundidad en el desarrollo de habilidades y conocimientos previos sobre los principios de Newton, a la vez que constituye un recurso complementario que podrá adaptar para evaluar diferentes contenidos y procesos tratados en el Texto. NIVEL

Avanzado

HABILIDAD

INDICADOR DE LOGRO

El estudiante reconoce las fuerzas en el sistema de cuerpos, calcula su intensidad aplicando los principios de Newton, además, establece que las fuerzas al interior del fluido varían con la profundidad.

Reconoce la distribución de la fuerza-peso en el vaso, la fuerza normal entre el cartón y el agua que la rodea, el par de fuerzas acción-reacción sobre las paredes del vaso, la fuerza provocada por la presión del aire y aplica el segundo principio de Newton para calcular la intensidad de las fuerzas.

Medio

El estudiante reconoce las fuerzas en el sistema de Reconoce la fuerza normal entre el cartón y el agua que la rodea, el cuerpos, calcula su intensidad, aplicando los principios par acción-reacción sobre las paredes del vaso y aplica el segundo de Newton, pero no establece que las fuerzas al interior principio de Newton para calcular la intensidad de las fuerzas. del fluido varían con la profundidad.

Básico

El estudiante reconoce las fuerzas en el sistema de Reconoce la fuerza peso del agua contenida en él, y la fuerza cuerpos. normal entre el cartón y el agua que la rodea.

Insuficiente

El estudiante no es capaz de identificar las fuerzas Se recomienda dar algunos requerimientos sobre leyes de Newton. presentes en el sistema de cuerpos.

Remediales a los conocimientos previos

Le sugerimos que recuerde a los estudiantes los principios de Newton y cómo se deben aplicar a situaciones en las que los cuerpos están sometidos a numerosas fuerzas. Para ejemplificar lo anterior sería recomendable que resuelva con los estudiantes el siguiente problema: Tres bloques de masas m1 = 10 kg, m2 = 20 kg y m3 = 30 kg están unidos mediante cuerdas, sobre una superficie con un coeficiente de roce igual a 0,5 (μ=0,5). Se aplica una fuerza horizontal F de 6 000 N.

T1 m1

Encuentre:

m2

T2

m3

F

a) El D.C.L. del cuerpo m1 y las ecuaciones dinámicas para este cuerpo. b) El D.C.L. del cuerpo m2 y las ecuaciones dinámicas para este cuerpo. c) El D.C.L. del cuerpo m3 y las ecuaciones dinámicas para este cuerpo. d) Resuelva el sistema de ecuaciones, calcule la aceleración y tensiones.

Red de contenidos Líquidos Fluidos

pueden ejercer

son Gases

Presión

Atmosférica

cumpliendo

se mide con el

El Principio de Pascal

los cuerpos al sumergirse en ellos experimentan

Barómetro

Del volumen desalojado que depende

Empuje

De la densidad del fluido se cuantifica mediante El Principio de Arquímedes



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Planificación específica de la sección De acuerdo con la planificación del capítulo 2 de la Unidad 1, a continuación se ofrece una planificación específica para la sección de Fluidos en reposo. En ella se han considerado los objetivos de aprendizaje esperados dispuestos por el Marco Curricular, que contemplan los aspectos tanto conceptuales como procedimentales y las habilidades. Lo anterior sumado al tiempo estimado para realizarlo y los recursos didácticos sugeridos: actividades teóricas y prácticas que pueden desarrollar los estudiantes: SEMANA


CONTENIDOS


1

1. Desarrollar preguntas orientadoras como: a) ¿Existirá alguna relación entre el movimiento de las moléculas que forman un fluido y las fuerzas que se generan en su interior o sobre los cuerpos Hidrostática. sumergidos en ellos? Describir las propiedades Presión hidrostática. b) ¿Sería la misma intensidad de presión si te ende los fluidos en reposo. a) Variación de la presión contraras a diferentes profundidades en el agua? dentro de un fluido. 2. Realizar mini laboratorio: Variación de la presión. 3. Orientar la deducción de la ecuación que explica la variación de la hidrostática. 4. Resolución de problemas.

2

Aplicar la ecuación fundamental de la hidrostática para resolver diversos problemas que involucran fluidos.

Ecuación fundamental de la hidrostática. a) Vasos comunicantes con 1. Orientar la deducción de la ecuación fundamental un mismo líquido. de la hidrostática y de los vasos comunicantes. b) Vasos comunicantes 2. Resolver problemas que involucren el uso de los con distintos líquidos. vasos comunicantes. Ecuación fundamental de 3. Desarrollar el cálculo de la presión atmosférica con la hidrostática para el aire. ayuda del barómetro. a) El barómetro y el valor de la presión atmosférica.

3

Principio de Pascal. 1. Desarrollar preguntas orientadoras como: Ejemplos de aplicación del a) ¿Qué sucede en un líquido si sobre él se aplica principio de Pascal: una fuerza? Aplicar el principio de a) efecto de la atmósfera Pascal. b) ¿Es posible levantar un elefante aplicando una sobre los líquidos. pequeña fuerza? b) prensa hidráulica. 2. Resolución de problemas. c) frenos hidráulicos.

4

Principio de Arquímedes; Condiciones para que un cuerpo flote. Empuje y densidad del líquido. Ejemplos de aplicación del Aplicar el principio de Principio de Arquímedes: Arquímedes. a) el submarino. b) el barco. c) seres vivos que usan el principio de Arquímedes. d) el globo aerostático.


1. Plantear preguntas orientadoras como: a) ¿Por qué razón un barco construido en metal puede flotar en el océano, si un trozo de metal se hunde en él? b) ¿Cuál es la relación entre el principio de Arquímedes y la ecuación fundamental de la hidrostática? c) ¿Cuáles son las condiciones de Flotabilidad? 2. Realizar mini laboratorio: Principio de Arquímedes. 3. Orientar la deducción de la fuerza de empuje. 4. Resolución de problemas.

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Variación de la presión dentro de un fluido (Página 86)

Orientaciones metodológicas TEMA 1 PRESIÓN HIDROSTÁTICA (Página 84) Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere comenzar el tema preguntando: • ¿Cuáles son las consecuencias de la interacción de las moléculas del agua sobre una burbuja de aire sumergida en ella? • ¿Cómo se relacionan las fuerzas que se generan al interior de un fluido con las moléculas que lo forman? Se espera que los estudiantes puedan relacionar el movimiento desordenado de las moléculas que forman un fluido con la fuerza macroscópica que estos ejercen sobre los cuerpos sumergidos en ellos.

Refuerzo de los contenidos tratados en el tema Enfatizar que: a) Las propiedades de los fluidos son de carácter macroscópicos, es decir, cualquier volumen de fluido por pequeño que sea tiene un número muy grande de moléculas. b) Las propiedades microscópicas de fluidos como el helio líquido se han manifestado a temperaturas cercanas a 2,19 K. A esta temperatura el helio líquido prácticamente presenta una carencia de viscosidad, cuando pasa por capilares del orden de 10-7 m. c) La presión hidrostática es una propiedad macroscópica y una magnitud escalar derivada, cuya unidad es el Pascal.

Pregunte a los estudiantes: • ¿Por qué se tapan los oídos cuando nos sumergimos en el agua? • Si una persona está de pie y completamente sumergida en el agua, ¿siente la misma presión sobre su cabeza que sobre sus pies? • ¿Cuál es la expresión matemática que describe la variación de la presión al interior de un fluido en reposo? Se espera que los estudiantes puedan relacionar la densidad y la profundidad con la variación de la presión en su interior.

Refuerzo de los contenidos tratados en el tema Enfatizar que: a) La presión al interior de un fluido (de densidad uniforme, sometida a un campo gravitatorio) en reposo, aumenta con la profundidad. b) La presión a un mismo nivel de profundidad es la misma. c) Para demostrar la fórmula p2 = p1 + ρ • g • h, no se ha considerado la interacción del fluido con otro cuerpo sólido o fluido en su superficie libre.

Orientaciones para promover el desarrollo de las actividades a) Mini laboratorio: variación de la presión hidrostática. (Página 86) Los alumnos deben elaborar un informe de laboratorio que incluye: resumen de la actividad experimental, objetivos, introducción, teoría, materiales, montaje experimental, resultados, análisis de resultados y conclusión.

Respuestas a preguntas del análisis experimental • Porque no hay una diferencia de presión.

Identificar y enfrentar errores frecuentes a) La presión es una magnitud escalar y no vectorial, ya que su definición involucra la intensidad de la fuerza y el módulo del área donde se aplica dicha fuerza. Si algunos alumnos presentan este error, y a propósito de los diversos ritmos y estilos de aprendizaje, le sugerimos lo siguiente: b) Pída a los estudiantes que consideren una esfera sólida, completamente sumergida en un líquido como el agua. El vector normal a la superficie de la esfera apunta en todas las direcciones para diferentes partes de ella, mientras que el fluido ejerce fuerza sobre ella en todas las direcciones, entonces la presión no tiene una dirección privilegiada, por lo tanto, es una magnitud escalar; no depende de la orientación de la superficie. c) Si un fluido está en reposo y sometido a un campo gravitatorio uniforme, el módulo de la fuerza ejercida por un fluido sobre un cuerpo sumergido en él aumenta con la profundidad, ya que la presión depende de esta última.

• El agua que sale del orificio ubicado a los 30 cm sale con una rapidez menor que la del agua que sale del orificio de 10 cm. b) Actividad de destreza matemática. Los ejercicios permiten al estudiante resolver problemas. Problema 1 ( 100), considerando la presión debido solo a la columna de fluido sobre la superficie. Problema 2 ( 101) dos fluidos no miscibles, se considera la ecuación y p2= p1 + ρ • g • h, y la forma en que cambia la presión al interior de cada fluido y al pasar de un fluido a otro.

Soluciones de Ahora resuelves Tú (Página 88) P = 0,3m •13 600 Kg/m3 •10m/s2 = 40 800 Pa = 40 800 Pa (Página 89) P = 80 000 Pa +13 500 • 10 (-8+16) Pa = 1 160 000 Pa



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TEMA 2 ECUACIÓN FUNDAMENTAL DE LA HIDROSTÁTICA (Página 90) Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere preguntar a los estudiantes: • ¿Cuál es la diferencia entre la ecuación que explica la variación de la presión al interior de un fluido contenido en un recipiente abierto al ambiente, y otro con su superficie libre en contacto con un fluido de menor densidad? Se espera que los alumnos puedan relacionar que la presión al interior de un fluido aumenta si se considera la presión externa ejercida sobre su superficie libre.

Refuerzo de los contenidos tratados en el tema Enfatizar que: a) La ecuación p2 = p1+ ρ • g • h, es una expresión general y que el valor de la presión inicial (p1) es una condición de borde, es decir, depende de la presión del material que está en contacto con la superficie libre del fluido en estudio. b) Las variables físicas en la ecuación fundamental de la hidrostática dependen de la densidad uniforme del fluido, la profundidad donde se hace la medida y la presión a la cual está sometida la superficie libre del líquido. c) La presión no depende de la forma del recipiente que contiene el líquido. d) La altura alcanzada en un vaso comunicante es la misma en todos los recipientes, siempre que el líquido tenga una densidad uniforme. e) Si hay dos líquidos no miscibles en un vaso comunicante, la altura alcanzada en cada rama es inversamente proporcional a las densidades.

Identificar y enfrentar errores frecuentes a) La presión en el fondo de los recipientes con distinta área, depende de la altura de la columna del líquido y no del área de su base. Para resolver la controversia y, considerando los diferentes ritmos y estilos de aprendizaje, le sugerimos que realice la siguiente actividad frente a sus alumnos: •

Coloque agua en una manguera transparente en forma de U, de 50 centímetros y de 1 cm de diámetro. El agua al interior de cada rama de la manguera alcanzará la misma altura.

• Elimine la mitad del agua y agregue aceite, mida la altura de cada fluido y luego pídales a sus alumnos que calculen la densidad del aceite. b) La intensidad de fuerza sobre la base del recipiente cambia, ya que depende del valor del área.


Solución de ¿Cómo vas? (Página 90) • Esquema b: Porque la presión a un mismo nivel de profundidad es constante.

Orientaciones para promover el desarrollo de las actividades a) Actividad de habilidad matemática. Los ejercicios permiten al estudiante calcular la altura alcanzada por dos líquidos no miscibles en un vaso comunicante o la densidad de un líquido desconocido si no se mezcla con el agua.

Solución de Ahora resuelves Tú (Página 92) hagua = 0,26 m • 800/1 000 = 0,208 m = 20,8 cm

Ecuación fundamental de la hidrostática para el aire (Página 93) Puede comenzar el estudio del tema preguntando: • ¿Cómo se puede medir la presión que ejerce el aire sobre un cuerpo? • ¿Cuál de las capas de la atmósfera tiene mayor densidad?

Refuerzo de los contenidos tratados en el tema Enfatizar que: a) La ecuación P2 = P1 + ρ • g • h, no se puede utilizar para calcular la presión atmosférica, ya que la densidad del aire varía con la altura. b) La troposfera tiene la mayor densidad de las capas de la atmósfera. c) La presión varía con la altitud.

Solución de la pregunta de la figura 2.25 Porque la fuerza de gravedad disminuye con la altitud y las partículas de gas de menor masa escapan con mayor facilidad del campo de atracción de la Tierra.

El barómetro y el valor de la presión atmosférica (Página 94) Puede comenzar el estudio del tema preguntando: a) Si la densidad del aire no es constante, ¿cómo se puede medir el valor de la presión atmosférica? Se espera que los alumnos puedan relacionar la presión registrada por el barómetro a diferentes altitudes con la altura alcanzada por el líquido dentro de él. Se indica que la presión atmosférica es una estimación.

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2. La prensa hidráulica.

Enfatizar que:

Enfatizar que:

a) La ecuación Pa = ρ • g • h, se puede aplicar para calcular la presión atmosférica.

La ventaja de los líquidos al trasmitir la presión, es que pueden multiplicar las fuerzas. Pero la energía se conserva, es decir, el trabajo no cambia.

b) El barómetro es un instrumento que nos permite calcular la presión atmosférica a diferentes altitudes.

Solución de la pregunta de la figura 2.26

Solución de la pregunta de la figura 2.31 Porque se cumple el principio de Pascal.

• Porque antes de voltear el tubo, este estaba lleno de mercurio.


Solución de la pregunta de la figura 2.27 • Debido a que la presión atmosférica cambia con la altitud, la temperatura de ebullición del agua también cambia.

No, porque la energía se conserva.

3. Frenos hidráulicos (Página 97) Enfatizar que:

Soluciones de ¿Cómo vas? (Página 94) • No, lo que cambiaría es la altura de la columna, ya que se ha modificado la densidad del líquido.

Con pequeñas fuerzas logramos detener vehículos con una gran masa.

Soluciones de ¿Cómo vas? (Página 96) • Sí, aplicando el principio de Pascal.

TEMA 3 PRINCIPIO DE PASCAL (Página 95)

• Sí, por medio de los fluidos que actúan como multiplicadores de fuerza.

Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere iniciar diagnóstico de conocimiento peguntando: • ¿Qué sucede en un líquido si se aplica una fuerza sobre él? • ¿Cuál es la relación entre el principio de Pascal y la ecuación fundamental de la hidrostática? Se espera que el alumno pueda comprender que la reacción a la fuerza aplicada depende del cuerpo y que en el caso de un fluido, este transmite en todas direcciones la presión que se ejerce sobre él. Sin embargo, el principio de Pascal es una aplicación de la ecuación de la hidrostática.

• Es una relación inversamente proporcional.

Orientaciones para promover el desarrollo de las actividades Ejercicio resuelto nº6 Los ejercicios permiten al estudiante aplicar el principio de Pascal para calcular el aumento de una fuerza.

Solución de Ahora resuelves Tú Fprensa = 3 • 103 • 10 N • 3 • 10-5 /6 • 10-3 = 150 N

TEMA 4 PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES (Página 98)

Refuerzo de los contenidos tratados en el tema Enfatizar que: a) Al aplicar una fuerza sobre los cuerpos estos responderán de acuerdo con su naturaleza. Si es un sólido, la fuerza se transmite.

Cómo abordar los conocimientos previos Cómo abordar los conocimientos previos

b) Los fluidos transmiten en todas las direcciones la presión que se ejerce sobre él.

Se sugiere comenzar el tema preguntando:

c) El principio de Pascal es una consecuencia de la ecuación fundamental de la hidrostática.

• ¿Por qué razón un barco construido en metal puede flotar en el océano mientras que un trozo de metal se hunde en él?

Ejemplos de la aplicación del principio de Pascal (Página 96) 1. Efecto de la atmósfera sobre los líquidos. Enfatizar que: La presión externa que actúa sobre un fluido se transmite a través de él.

Se espera que el alumno pueda relacionar que, debido a que la presión aumenta con la profundidad, la intensidad de la fuerza aumenta a medida que un cuerpo se sumerge en un líquido. Por lo tanto, sobre el cuerpo se produce una fuerza neta ascendente que recibe el nombre de empuje.



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Solución de Ahora resuelves Tú (Página 100)

Enfatizar que:

E = 10 N = 1 000 • V • 10 m/s2

a) Los líquidos ejercen fuerza sobre los cuerpos sumergidos en ellos. Esto se debe a que la intensidad de fuerza en un líquido en reposo depende de la presión, y dado que la presión aumenta con la profundidad, entonces la fuerza aumenta.

V = 0,001 m3 D = 1 kg/0,001 m3 = 1 000 Kg/m3

Soluciones de ¿Cómo vas? (Página 98)

b) El principio de Arquímedes se relaciona con el volumen desalojado.

• La F2 > F1, porque la intensidad de presión en un fluido aumenta con la profundidad.

c) Este principio es una consecuencia de la ecuación fundamental de la hidrostática.

• Se relaciona con los tres principios de Newton.

Identificar y enfrentar errores frecuentes de los alumnos a) El principio de Arquímedes se relaciona con el volumen del cuerpo sumergido en el líquido y no con el volumen del cuerpo. Para resolver la controversia puede realizar en clases, frente a sus alumnos, la siguiente actividad demostrativa: • Con un dinamómetro, mida el peso de una piedra en el aire. Luego sumérjala completamente en una probeta graduada, que contiene agua. Registre en el pizarrón el volumen desalojado y el peso. Vuelva a realizar la actividad, pero ahora sumerja la piedra solo hasta su mitad. Pídales que calculen el empuje del agua en ambas situaciones.

Orientaciones para promover el desarrollo de las actividades (Página 99) a) Mini laboratorio: Principio de Arquímedes. Los alumnos deben elaborar un informe de laboratorio que incluya: resumen de la actividad experimental, objetivos, introducción, teoría, materiales, montaje experimental, resultados, análisis de resultados, conclusión.

Respuestas de preguntas de análisis experimental • En ambos casos el volumen de los cuerpos sumergidos desaloja fluido, porque este último ejerce una fuerza sobre el cuerpo. • La plastilina hueca flota porque su densidad cambió, ya que este material contiene aire en su interior.

Condiciones para que un cuerpo flote Puede comenzar el estudio del tema preguntando: • ¿Por qué todos los cuerpos no flotan en los líquidos? • ¿Cómo se relacionan el empuje y la densidad del líquido?

Refuerzo de los contenidos tratados en el tema Enfatizar que: a) Si el E < P, entonces el cuerpo se hundirá y la densidad del líquido es menor a la del cuerpo. b) Si el E = P, entonces el cuerpo se mueve con velocidad constante en el interior del fluido o queda en reposo. Además, el cuerpo tiene una densidad igual al fluido. c) Si el E > P, entonces el cuerpo emergerá hacia la superficie hasta alcanzar una posición de equilibrio. La densidad del líquido es mayor a la del cuerpo.

Soluciones de ¿Cómo vas? (Página 102) • Sí, pero solo si se ahueca. Aunque la papa ahuecada tiene aire en su interior.

Ejemplos de la aplicación del principio de Arquímedes 1. El submarino (Página 103) Enfatizar que: Para emerger o sumergirse en el océano el submarino modifica su peso, al incorporar masa de agua a su interior sin cambiar su volumen.

Solución de la pregunta de la figura 2.41 Tiene la forma de un pez, por su estructura aerodinámica.

Ejercicio resuelto nº7 Los ejercicios permiten al estudiante resolver problemas, aplicando el principio de Arquímedes y el segundo principio de Newton.


2.

El barco (Página 104)

Enfatizar que: El barco puede flotar porque contiene aire en su interior, por lo tanto, su densidad es menor a la del líquido.

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3.

Seres vivos en los que se aplica el principio de Arquímedes

4.

(Página 104)

Enfatizar que: El aire encerrado al interior del globo tiene menor densidad que el aire que lo rodea, por esta razón, el globo asciende.

Enfatizar que: El principio de Arquímedes se aplica en los seres vivos, en particular, a los peces y reptiles.

1

Globo aerostático (Página 105)



La diferencia está en la intensidad, pero su origen es el mismo. En ambos casos el empuje es mayor al peso.

• Porque tienen piedras en su estómago.

Solución de la pregunta de la figura 2.44 • La vejiga natatoria, al igual que los tanques de un submarino, es un almacén de agua.

Solución de evaluación de la Sección 2 (Página 105) 1. Es la rama que estudia a los líquidos en reposo. 2. La densidad del líquido, la profundidad y la presión externa.

Solución de la pregunta de la figura 2.45 • Porque están en continuo movimiento.

3. Aunque ambos son consecuencia de la ecuación hidrostática, el principio de Pascal explica cómo se transmite la presión al interior de un fluido, mientras que el de Arquímedes explica la flotabilidad de los cuerpos en los fluidos. 4. Primera imagen (P = E), segunda imagen (P < E), tercera imagen (P > E).

Nivel de conocimientos de la sección Objetivo de aprendizaje para desarrollar en el anteproyecto

Propuesta de objetivos de aprendizaje específicos

Indicadores de evaluación sugeridos cuando los estudiantes han logrado este aprendizaje 1. Distinguen entre las propiedades macroscópicas y microscópicas de un fluido.

2. Distinguen entre presión y presión hidrostática. Identificación de las Describir las propiedades 3. Explican por medio de ejemplos cómo varía la presión al interior de propiedades básicas un fluido en reposo y sometido a un campo gravitatorio constante. de los fluidos en reposo. de un fluido. 4. Describen el procedimiento matemático para obtener la ecuación de la variación de presión al interior del fluido. 5. Resuelven problemas simples. Aplicar la ecuación fun- 1. Distinguen entre la ecuación de la variación de presión al interior del damental de la hidrostáfluido en contacto con otros fluidos y con el aire. Aplicación de los tica para resolver diversos 2. Resuelven problemas que involucran la ecuación fundamental. principios de Arquí- problemas que involucran medes y de Pascal fluidos. para explicar fenó1. Dan ejemplos de situaciones cotidianas donde se transmite fuerza menos naturales, el a través de un fluido. funcionamiento de máquinas hidráulicas Aplicar el principio de Pascal. 2. Definen operacionalmente los conceptos involucrados en el principio de Pascal. y la flotabilidad de barcos, submarinos 3. Resuelven problemas simples. y globos aerostáticos, 1. Explican cómo se obtiene el empuje de un fluido. entre otros. Aplicar el principio de Ar2. Distinguen las condiciones de flotabilidad de los cuerpos. químedes. 3. Dan ejemplos de situaciones donde se aplica el principio de Arquímedes.



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Evaluación capítulo 2 banco preguntas para la sección 2 Fluidos en reposo Nombres:

Apellidos:

Curso:

Fecha:

1) Se ejerce una fuerza de 6 N sobre un área de 0,5 m². ¿Cuál es la presión ejercida? A) 3 Pa

5) El peso de un cuerpo en el aire es de 15 N. Al sumergirlo completamente en aceite, el cuerpo recibe un empuje de 10 N. ¿Cuál es el peso aparente del cuerpo?

B) 1.5 Pa

A) 12 Newton

C) 6 Pa

B) 19 Newton

D) 1 Pa

C) 5 Newton

E) 12 Pa

D) 7 Newton E) 2 Newton

2) Si un tiburón nadando en el agua se sumerge al doble de la profundidad inicial, ¿cuánto varía la presión hidrostática sobre su cuerpo? A) se triplica. B) se duplica. C) permanece constante. D) disminuye a la mitad. E) se cuadruplica. 3) Se han revelado fotografías de fondos submarinos a 8 km de profundidad. ¿Cuál es la presión a dicha profundidad? A) 8,01 kPa B) 80,1 kPa

6) Un globo tiene una capacidad de 0,1 m3. Si la densidad del helio es 0,178 kg/m3 y del aire 1,29 kg/m3 a 0º C ¿Qué peso puede levantar cuando está lleno de helio? (considere 9,8 m/s2) A) 1,09 N B) 1, 26 N C) 1,78 N D) 10,9 N E) 109 N 7) Supón que en cierta obra, los albañiles unieron dos mangueras de distinto diámetro para nivelar los azulejos. Al tener las mangueras diámetros diferentes

C) 801 kPa

A) no se puede realizar la medición.

D) 8010 kPa

B) en la manguera de mayor diámetro el agua alcanza mayor altura.

E) 80100 kPa 4) Si la masa de una caja cuadrada es 2 kg y la presión que ésta ejerce sobre la superficie de una mesa son 20 Pa, ¿cuál es el área de un lado de la caja? considere g = 10 m/s² A) 10 m²

C) no afecta en los niveles de agua, luego alcanzan la misma altura. D) en la manguera de menor diámetro el agua alcanza mayor altura. E) la nivelación es inexacta.

B) 100 m² C) 12 m²

Soluciones

D) 120 m²

1. E 2. B 3. D 4. E

E) 1 m²


5. C 6. A 7. C

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Apellidos:

Curso:

Fecha:

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Fluidos en reposo Las siguientes figuras muestran diversas situaciones relacionadas con los fluidos que están en reposo. Utilizando los conceptos estudiados en la sección responde.

1. Al repetir la experiencia de Torricelli en Puy de Domé, el cuñado de Pascal, por encargo de éste, comprobó que al ir subiendo disminuía la presión del aire y, por lo tanto, era inferior a los 760 mm de Hg, presión normal a nivel del mar. ¿Por qué ocurre esto? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________

2. Según el módulo del empuje (E) sea mayor, igual o menor que el módulo del peso (P), el barco subirá, se mantendrá o se hundirá en el líquido. En la figura se muestran el punto M, punto de aplicación del empuje y el punto G, centro de gravedad del barco. Si el punto M queda por debajo de G, las fuerzas P y E producen un torque sobre el barco que provoca que se vuelque. ¿Por qué ocurre esto? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________



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Sección 3 Fluidos en movimiento (Página 108) Presentación En esta sección los estudiantes aprenderán a aplicar cualitativamente la ley de Bernoulli a fenómenos físicos, establecerán cuantitativamente la relación entre los cambios de la energía cinética y potencial por unidad de volumen que ocurren durante el flujo de un fluido. Se aborda el modelo matemático de la ecuación de continuidad y el de la ley de Bernoulli, con lo cual los alumnos podrán explicar cómo la presión se distribuye en una casa o en un edificio, el efecto Venturi, la ecuación de Torricelli, el empuje sobre un ala de avión o el alerón de un automóvil de carrera. Se desarrollan habilidades del pensamiento científico al realizar las evaluaciones individuales y el nivel de comprensión con ayuda de los cómo vas. Para lograr los objetivos de aprendizaje, la sección se ha dividido en el siguiente tema: - Flujo de un fluido - Que se ha relacionado con el objetivo de aprendizaje

Conocimiento previo La sección trata sobre los fluidos en movimiento. Para que los alumnos logren los objetivos de aprendizaje propuestos para la sección, es necesario que los alumnos revisen algunos contenidos tratados, tales como: cómo actúan las fuerzas sobre los fluidos en reposo, los principios de Newton y la ley de conservación de la energía. Es preciso que indague en los alumnos lo siguiente. • El primer principio, y la condición que deben cumplir los cuerpos materiales para estar en equilibrio. • El segundo Principio y el uso del diagrama de cuerpos libres, que detalla las fuerzas que actúan sobre una sección del Fluido. • El tercer principio y la fuerza reacción que tiene el fluido a la acción de la fuerzas que actúan sobre él. • Los tipos de energía como potencial, cinética. • Las condiciones para la conservación de la energía. La actividad exploratoria, propuesta al iniciar el capítulo, es una excelente oportunidad para evaluar los conocimientos previos sobre las leyes de Newton. Para ello pídales un análisis del resultado experimental, realizando las siguientes preguntas: 1. ¿Cuáles son las fuerzas que actúan sobre el líquido cuando está en el embudo? 2. ¿Qué tipo(s) de energía(s) tiene el líquido cuando se encuentra en el embudo? 3. ¿Cuáles son las fuerzas que actúan cuando el líquido comienza a moverse, en qué difieren con las de la pregunta 1? ¿Por qué? 4. ¿Qué tipo(s) energía(s) tiene el líquido cuando comienza a moverse? 5. ¿Se conserva la energía mecánica total en esta situación? 6. Si comparas la velocidad del fluido en la zona más angosta con la más ancha ¿Dónde es mayor?, ¿Por qué? 7. ¿Qué relación matemática podrías establecer la velocidad del fluido y el área transversal por donde atraviesa? En relación con la actividad exploratoria, le proponemos indicadores para evaluar el nivel de logro de los conocimiento, en la Tabla N°1.


Física III Medio

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1

Evaluación diagnóstica sugerida

Esta tabla le ayudará para que determine el grado de profundidad en el desarrollo de habilidades y conocimientos previos sobre los tipos de cuerpos cargados, los conductores, a la par que constituye un recurso complementario que podrá adaptar para evaluar diferentes contenidos tratados en el Texto y los procesos. Nivel

Habilidad

Indicador de logro

Avanzado

El estudiante reconoce las fuerzas en el sistema de cuerpos, identifica la energía potencial gravitatoria, la energía cinética y la energía mecánica total, además establece que la velocidad de un fluido cambia si la sección transversal por donde pasa el fluido, estableciendo que la relación entre la velocidad del fluido y el área por donde atraviesa es de tipo inversamente proporcional

Reconoce distribución de la fuerza peso en el agua contenida en el embudo, la fuerza normal entre el embudo y el agua que la rodea, el par acción reacción sobre las paredes del embudo. Reconoce la fuerza peso del líquido que desciende por el embudo. La energía potencial, cinética y mecánica antes de que el líquido fluya y después de descender. Identifica que la velocidad de un fluido cuyo caudal es constante aumenta si el área transversal disminuye

Medio

El estudiante reconoce las fuerzas en el sistema de cuerpos, identifica la energía potencial gravitatoria, la energía cinética y la energía mecánica total.

Reconoce distribución de la fuerza peso en el agua contenida en el embudo, la fuerza normal entre el embudo y el agua que la rodea, el par acción reacción sobre las paredes del embudo. Reconoce la fuerza peso del líquido que desciende por el embudo. La energía potencial, cinética y mecánica antes de que el líquido fluya y después de descender.

Básico

El estudiante reconoce las fuerzas en el sistema de cuerpos, identifica la energía potencial gravitatoria, la energía cinética.

Reconoce el peso del agua contenida en él y la fuerza normal entre el cartón y el agua que la rodea

El estudiante no reconoce las fuerzas en el sistema

Insuficiente de cuerpos, no identifica la energía potencial gravitatoria, la energía cinética y la energía mecánica total.

Se recomienda dar algunos tareas o problemas donde aplique las leyes de Newton.


Le sugerimos que recuerde a los estudiantes los principios de Newton y la conservación de la energía y como se deben aplicar a situaciones donde los cuerpos están sometidos a numerosas fuerzas. Además, podría solicitarles que respondan las siguientes preguntas Un ejemplo de esto sería que resuelva con los estudiantes el siguiente problema: 1. ¿Qué es la energía cinética? 2. ¿Cuál es la diferencia entre energía potencial y cinetica? 3. ¿Un automóvil consume más combustible cuando se enciende su aire acondicionado?, ¿Cuándo se enciendes los faros?, ¿Cuándo estando estacionado se enciende la radio?



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Red de contenidos Velocidad Tienen

Caudal

Volumen

Que depende del

Tiempo Fluidos en movimiento

Área El efecto Venturi

Cumplen el Principio de Bernoulli

Aplicaciones

Ecuación de Torriceli El vuelo de los aviones

Que es una forma de

El alerón

Conservación de la energía mecánica por volumen

Planificación específica de la sección A continuación se ofrece una planificación específica para la Sección de Fluidos en movimiento, de acuerdo con la planificación del capítulo 2 de la Unidad 1. En ella se han considerado los aprendizajes esperados dispuestos por el marco curricular y que contemplan los aspectos conceptuales, procedimentales y habilidades, todo ello considerando el tiempo estimado y los recursos didácticos: actividades teóricas y prácticas a desarrollar por los estudiantes: SEMANA


CONTENIDOS


1

1. Desarrollar preguntas orientadoras como: - Flujo de un fluido a) ¿Qué es flujo de un fluido? - Clasificación de los flujos de un fluido. b) ¿Cómo se clasifican los fluidos?, - Características de un c) ¿Qué sucede si la masa del fluido en movimiento fluido. no cambia al fluir?

2

la deducción de la ecuación de continuidad Aplicar cualitativamente la - Ecuación de continuidad. 1. Orientar y la deducción de la ecuación de Bernoulli ley de Bernoulli a fenóme- Ecuación de Bernoulli. 2. Resolver problemas que involucren el uso de la nos físicos. ecuación de Bernoulli y la ecuación de continuidad, - Aplicación de la ecuación de Bernoulli. 1. Efecto Venturi. 2. Ecuación de Torricelli.

3

4


1. Desarrollar preguntas orientadoras como: a) ¿Cómo se mide la rapidez del flujo de un fluido? b) ¿La velocidad de salida de un fluido al perforar la base del recipiente, depende de la masa del fluido que sale por la abertura? 2.Resolución de Problemas.

- Aplicación de la ecuación 1. Desarrollar preguntas orientadoras como: de Bernoulli. a) ¿Por qué los camiones que pasan cerca uno del Aplicar cualitativamente la otro en la carretera se atraen entre sí? 3. Empuje sobre el ala ley de Bernoulli a fenómede un avión. b) ¿Cuál es la diferencia entre un alerón y un ala nos físicos. de avión? 4. Aplicación en los automóviles: el alerón. 2.Resolución de Problemas.

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Solución a ¿Cómo vas? (Página 111)

Orientaciones metodológicas TEMA 1 FLUJO DE UN FLUIDO

Porque usando esas condiciones se puede aproximar un flujo real a un flujo ideal y las ecuaciones de la hidrodinámica son sencillas.

(Página 108)

Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere comenzar el tema preguntando: • ¿Cómo describirías el movimiento del humo que asciende de la vela o de un río turbulento? • ¿Qué entienden por fluido ideal? Se espera que los estudiantes puedan reconocer que el movimiento de un fluido se denomina flujo, el cual puede ser complejo. Además, para poder estudiar las leyes de los fluidos en movimiento se pueden utilizar ciertas condiciones sobre los fluidos.

Refuerzo de los contenidos Enfatizar que: a) Leonard Euler reconoció que las leyes dinámicas de los fluidos son sencillas si se supone que el fluido es incompresible e ideal. b) Los líquidos son casi incompresibles y los gases se pueden tratar como incompresibles si la diferencia de presión no es my grande, es decir, es incompresible y sin viscosidad

Ecuación de continuidad (Página 111) Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere comenzar el tema preguntando: • ¿Cuáles son las condiciones que permiten aproximar un flujo real a uno ideal? • ¿Cómo se puede medir la velocidad de un fluido? • ¿Cómo abrirían la llave de la tina para llenarla? Se espera que los estudiantes puedan establecer que si el flujo de un fluido es constante, irrotacional, no viscoso e incompresible, es un flujo ideal. Además, pueden establecer que el cociente entre el volumen V de un fluido que pasa por una sección y el tiempo que demora en pasar se denomina caudal volumétrico.

Refuerzo de los contenidos Enfatizar que: a) Si la masa de un fluido en movimiento no cambia al fluir, entonces la masa se conserva. b) La conservación de la masa en un fluido incompresible se expresa con la ecuación de continuidad para dos secciones transversales A1 y A2 de un tubo de flujo, las rapideces de flujo v1 y v2 están relacionadas por .

Clasificación de los flujos de un 109) A1 ∙fl v 1uido =A2 ∙ (Página v2 Refuerzo de los contenidos Enfatizar que: 2 r v 2 = 1 ∙ v 1 de las líneas de a) Un flujo es estable cuando la distribución r2 flujo no cambia con el tiempo. b) El flujo laminar ocurre cuando las partículas de un fluido en movimiento siguen trayectorias paralelas. c) El flujo turbulento ocurre cuando las∙ vpartículas de un fluido v 2 =4 1 en movimiento se cruzan.

( )

ρ 1 ∙ A 1 ∙ v 1= ρ 2 ∙ A2 ∙ v 2

c) La conservación de la masa en un fluido compresible de 2 densidades y se expresa 1 con la ecuación de continuidad para v2 = ∙ v1 0,5 dos secciones transversales A1 y A2 de un tubo de flujo, las rapideces de flujo v1 y v2 están relacionadas por d) El producto es la razón de flujo de volumen, o caudal.

( )

1

2

1


( 0,51 1) v =( 0,5

v2 = 2

( )

1 p + ρ∙ v 2 1 p + ρ∙ 2

1 2 p + ρ∙ v + ρ∙ g ∙ y=constante

2 Por lo tanto, la rapidez en la zona donde se encuentra la placa aumenta en 300% 1 p 1− p 2= ρ∙ ( v 22−v12 ) + ρ∙ g ∙ ( y 2− y 1 ) 2 p 2= p1− ρ ∙ g ∙ ( y 2− y 1 )1 p 1− p 2= ρ∙ ( v 22−v12 ) + ρ∙ g ∙ ( y 2− y 1 ) 2

1 ρ∙ ( v 22−v12 ) + ρ∙ g ∙ ( y 2− y 1 ) 2 3

2

v 2 =4 ∙ v 1

2

5

2

( ) ( )

( )

p 2=4 ∙10 Pa−1∙ 10

1

v2 =

22 1 ρ∙ ( v 2r−v 1 )+ ρ∙ g ∙ ( y 2− y 1 ) Enfatizar que: 2 v 2 = 2 1∙ v 1 r 2 a) Un flujo constante implica que las partículas de un fluido

p 1 − p 2=

ρ

r 1ρ12 ∙ A1 ∙ v 1= ρ2 ∙ A2 ∙ v 2 ∙v r 2r 2 1 1 v2 = ∙ v1 r2 2 1 v2 = ∙ v1 0,5 v 2 =4 ∙ v 1

A ∙ v =A2 ∙ v 2

tienen la misma velocidad b) Un flujo irrotacional implica que un elemento de fluido no p 1− pno ρ ∙ g ∙ ( y 2− y 1 ) presenta velocidad angular, es decir, 2= rota. v 2 =4 ∙ v 1interna es c) Un flujo no viscoso implica que su fricción insignificante. d) Un flujo incompresible implica que la densidad de un 1 2 2 ρ∙ ( v 2−v 1 ) fluido es constante.

A1 ∙ v 1=A2 ∙ v 2

p + ρ∙RESUELVES v + ρ∙ g ∙ y=constante Solución a AHORA TU. (Página 113) 2 A ∙ v =A ∙ v

1 Características de un fluido ideal (Página1 110) Refuerzo de los contenidos

p 1 − p 2=

1

KgGUÍAmDIDÁCTICA DEL DOCENTE ∙ 9,8 2 ∙ (5m−0m) s m3

1 − p 2= ρ ∙ g ∙ ( y 2 − y 1 ) | pInformación curricular

55

p 1 − p 2= ρ ∙ g ∙ ( y 2 − y 1 )

p 1 − p 2= ρ ∙ g ∙ ( y 2 − y 1 ) 1

06-08-13 22:30 2

2

v 2 =4 ∙ v 1 ρ1 ∙ A1 ∙ v 1= ρ2 ∙ A2 ∙ v 2

=A v 2 1 ) + ρ∙ g ∙ ( y 2− y 1 ) p 1− p A 1 ∙ v 1ρ∙ ( v22∙−v 2= 2

p+

2

ρ∙ v +

p 1 − p 2= ρ ∙ g ∙ ( y 2 − y 1 )

p 1 − p 2= ρ ∙ g ∙ ( y 2 − y 1 )

( )

r1 2 v2 = ∙ v1 p 1− p 2= ρ ∙rg2 ∙ ( y 2− y 1 )

( )

2 12 1 v = 2 ρ∙ (2v 2−v 1 ) ∙ v 1 0,5 2

p 2= p1− ρ ∙ g ∙

1 p 1− p 2= ρ∙ ( v 22−v12 ) + ρ∙ g ∙ ( y 2− y 1 ) 1 2 2 2 ρ∙ ( v 2−v 1 ) 1 ρ∙ v 2−v 2 p 2= p1− ρ ∙ pg ∙=( yp2− y1) ( 2 1usando ) 2 1− ρ ∙ g ∙ ( y 2− y 1 ) Y2 la presión se2 calcula m 3 Kg 1 5 Pa−1∙ 2 p =4 ∙10 ∙ 9,8 2 ∙ (5m−0m) ρ∙y10 g )∙ y=constante p 2=2 p1p−+ρ2∙ ρ∙ g ∙v( y+2− 1 s m3

Ecuación de Bernoulli (Página 114)

1 2 =42 ∙ v Cómo abordar los conocimientos previos 1 ρ∙ ( vv22−v 1) 2 Se sugiere comenzar el tema preguntando: p − pm2=3 ρKg ∙ g ∙ ( y 2m − y1) 5 3 Kg 1 • ¿Puede la velocidad de flujo de un fluido variar a lo largo p 2=4 ∙10 Pa−1∙ 10∙10 53Pa−1∙ ∙ 9,8 210 ∙ (5m−0m) p 2=4 ∙ 9,8 2 ∙ (5m−0m) 3 s m m s de las trayectorias del fluido? m 5 3 Kg • ¿Puede variar la presión? p 2=4 ∙10 Pa−1∙ 10 3 ∙ 9,8 2 ∙ (5m−0m) 5 5 5 p 2=4 ∙10 Pa−0,49 ∙10 Pa p 2=3,3 ∙ 10 Pa s m 1 • ¿Qué relación se puede establecer entre la presión, 1 p 1− p 2=la rapidez ρ∙ ( v 22−v12 ) + ρ∙ g ∙ ( y 2− y 1 ) 2 2 v −v ρ∙ ( 2 1) 2 de flujo y la altura para el flujo de un fluido? 2 5

p 2=4 ∙10 5 Pa−0,49 ∙10 2

5

p 2= p1− ρ ∙

5

p 2=3,3 ∙ 10 Pa p 2=4 ∙10 Pa−0,49 ∙10 Pa p =3,3 ∙ 10 Pa 5

( ) √ ( )

5 Pa

2∙ g ∙ h Se espera que los estudiantes puedan establecer que si un v 1= 5 5 5 A1 2 fluido incompresible fluye al interior de un tubo de fl ujo de p 2=4 ∙10 p 1− Pa−0,49 p 2= ρ ∙ g ∙ ∙10 ( y 2−Pa y 1 )p 2=3,3 ∙ 10 Pa m 5 −1 3 Kg p =4 ∙10 Pa−1∙ 10 3 (Página ∙ 9,8 2 ∙ (5m−0m) Aplicaciones de la ecuación Bernoulli 118) A 2 de sección transversal variable, su rapidez debe cambiar y por 2∙ g ∙ h2 s m 2∙ g ∙ h v 1= 2 Refuerzo de los contenidos v 1= v 2 =√ 2 gh A1 lo tanto la presión debe cambiar. v 2 =√ 2 gh −1 A1 2 A2 −1 Para deducir la ecuación de Bernoulli se debe aplicar el teorema Enfatizar que: A2 2∙ g ∙ h a) El medidor Venturi mide la rapidez de flujo de un fluido en un tubo. v 1= 1 2 2 2 de trabajo y energía. v 2−v 1 ) ( v 2 =√ 2pgh Aρ∙ 2= p1− ρ ∙ g ∙ ( y 2− y 1 ) 1 2 Esta velocidad se puede calcular conociendo las áreas trans−1 A2 5 5 p =4 ∙10 Pa−0,49 p 2=3,3 Pa versales A1, A2 y la diferencia de altura h∙10 de5 Pa líquido en∙ 10 los 2 Refuerzo de los contenidos dos tubos verticales, es decir, Enfatizar que: m Kg 5 p 2=4 ∙10 Pa−1∙ a) Si la masa de un fluido en movimiento no cambia al fluir,103 3 ∙ 9,8 2 ∙ (5m−0m) 2∙ g ∙ h s m v 1= entonces la masa se conserva. A1 2 b) En el flujo de un fluido ideal sin fricción interna, está presente −1 A2 la energía cinética debida al movimiento de las partículas del fluido, el trabajo asociadoρ a∙ A las∙ fuerzas de presión y la energía ∙ v2 b) La rapidez de salida por una abertura a una distancia h 1 1 v 1= ρ 2 ∙ A2 ∙ v 2 5 potencial gravitacional debida a la altura apla2=4 elevación del ∙10 5 Pa p 2=3,3 ∙ 105 Pa ∙10 Pa−0,49 bajo la superficie de un líquido, es la misma que adquiere un tubo de flujo. cuerpo que cae libremente desde una altura h. Esta rapidez c) El principio de Bermoulli con la conservación 2es∙consistente ρ ∙ A ∙ v 1= ρ2 ∙ usando A ∙v A1 ∙ v11=A v la podemos 2 2 ρ1 ∙ A1 ∙ v1 1=1calcular ρ 2 ∙ A2 ∙ v 2 2 2 A1 ∙ vvunidad v1 = 2 ∙ v 2de∙ vvolumen de la energía por 12=A 1 2∙ g ∙ h 0,5 v 1= 2 d) La ecuación de Bernoulli relaciona la presión p,Ala1 rapidez v = 2 gh ρ1 ∙ A1 ∙ v 1= ρ2 2∙ A2√∙ v 2 A1 ∙ v 1=A2 ∙ v 2 −1 de flujo v y la altura y para 2el flujo estable en un flAuido ideal. 2 2 r1 2 c)v1En=2un1ala de rv = ∙ v1 ∙ v 1un avión las líneas de flujo se juntan por encima del ala, v 2 = 12 ∙ vr12 v 2 = 2 ∙0,5 v1 r2 1 por lo que en esa región la rapidez es mayor y la presión es menor. 0,5 p + ρ∙ v 2+ ρ∙ g ∙ 2y=constante 2 r1 2 1 arriba sobre el lado inferior del ala es mayor que La fuerza hacia v2 = ∙ v1 v2 = ∙ v1 r2 la fuerza hacia0,5 abajo sobre el lado superior, por lo tanto, hay una Solución a ¿Cómo vas? (Página 114) fuerza 1 neta llamada sustentación. v 2 =4 relaciona ∙ v1 p + 2 ρ∙ v 2+ ρ∙ g ∙ y=constante Las variables físicas la ecuación de Bernoulli esp + 1d)ρ∙ v 2 =4 ∙ que v1 v alerón 2+ ρ∙ g a∙ y=constante El diferencia del ala, no eleva al auto sino que lo aplasta. la presión, la rapidez de flujo v y la altura y del tubo de flujo. 2En los autos de competición el alerón cumple la función de 1 v 2 =4 ∙ v 1 + flujo ρ∙ v 2de + ρ∙aire g ∙ y=constante ρ∙ ( v 22−v12 ) + ρ∙ g ∙ ( y 2− y 1 ) canalizarpel que debe usarse para la refrigeración 2 Solución a ¿Cómo vas? (Página 116) en el enfriamiento de los frenos y la corriente que debe pasar La ecuación por debajo del auto. 1 p 1−1 p 2= 2 ρ∙ (2v 22−v12 ) + ρ∙ g ∙ ( y 2− y 1 ) p 1− p 2= ρ∙ ( v22−v1 ) + ρ∙ g ∙ ( y 2− y 1 ) 2 ∙ g ∙ ( y 2− y 1 ) Solución a evaluación de la sección 3 (Página 120) 1 2 2 1. Es un fluido cuyo flujo es: constante, irrotacional, no viscoso p 1− p 2= ρ∙ ( v 2−v1 ) + ρ∙ g ∙ ( y 2− y 1 ) 2 Se reduce a e incompresible. p 1 − p 2= ρ ∙ g ∙ ( y 2 − y 1 ) 2. Es un flujo laminar. p 1 − p 2= ρ ∙ g ∙ ( y 2 − y 1 ) 2 p 2= p1− ρ ∙ g ∙ ( y 2− y 1 ) 3. No importa cuánto se sople, el arco no saldrá volando. 1) Que es la ecuación fundamental de la hidrostática. 4. Esto se puede explicar usando la ecuación de continuidad, como p 1 − p 2= ρ ∙ g ∙ ( y 2 − y 1 ) el caudal es constante, la velocidad es inversamente proporcional 1 RESUELVES 2 2 Solución a AHORA TU (Página 117) −la ρ ∙sección g ∙ ( y −transversal. y ) 1 2 ρ∙ (2v 2−v 1 ) alpárea De este modo al presionar la boca 2= pde ρ∙ ( v22−v p 2= p1− ρ ∙ g1 ∙ ( y 2− y 1 )2 1 ) m se cierra la cañería 3 Kg el 1término 2 Pa−1∙ 10 3 ∙ 9,8 2Si∙ (5m−0m) de la manguera, el área disminuye y la rapidez del flujo aumenta. s m 1 2 2 5. El ala de avión ρ∙ ( v 2−v 1 ) p 2=un p1 − ρ ∙ g ∙cumple ( y 2− y 1 ) la función de elevarlo, mientras 2 que el alerón funciona exactamente al revés, no eleva a un m 5 3 Kg es igual a cero. p 2=4 10 3m∙ 9,8 2 ∙ (5m−0m) auto sino que lo aplasta. 5 ∙10 Pa−1∙ 3 Kg

√( ) √

√( )

√

( )

√( )

( )( )

5

5

Pa−0,49 ∙10 Pa p 2=3,3 ∙ 10 Pa

56

∙h

2


( )

m3

∙ 9,8 m

s2

5

∙ (5m−0m) s 3

p 2=4 ∙10 Pa−1∙ 10

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5

v 2 =√ 2 gh

( )( )

( )

p 2=4 ∙10 Pa−1∙ 10

( )

v 2 =√ 2 gh

5

m Kg ∙ 9,8 2 ∙ (5m−0m) s m3 5

p 2=4 5 ∙10 Pa−0,49 5 ∙10 Pa p =3,3 5 ∙ 10 Pa p 2=4 ∙10 Pa−0,49 ∙10 Pa p 2=3,32∙ 10 Pa v =√ 2 gh

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Nivel de conocimientos de la sección Objetivo de aprendizaje para desarrollar en el anteproyecto

Indicadores de evaluación sugeridos cuando los estudiantes


han logrado este aprendizaje

Aplicación cualitativa de Aplicar cualitativamente la la ley de Bernoulli para ex- ley de Bernoulli a fenómeplicar fenómenos como el nos físicos. efecto estabilizador de los alerones en autos de carrera o el funcionamiento de los atomizadores, entre otros.

1. Distinguen entre los conceptos de flujo, características de un fluido, caudal, 2. Distinguen entre la ecuación de continuidad y la ecuación de Bernoulli, 3. Explican por medio de ejemplos el principio de Bernoulli, 4. Describen el procedimiento matemático para obtener la ecuación de continuidad y la ecuación de Bernoulli, 5. Resuelven problemas simples.



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ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE PARA EVALUAR LA ACTIVIDAD LECTURA CIENTÍFICA (Página 124 - 125) Categorías:




PROPUESTAS

Planteamiento de la lectura. Enunciado de comprensión de la Pida a los alumnos que lean el texto que se propone en la actividad idea principal y realice las siguientes preguntas: ¿De qué trata el tema? ¿Cuáles son las ideas principales? Proponga a los alumnos seleccionar tres ideas base y formule la siguiente pregunta de indagación: ¿Puedes definir con tus propias palabras el significado de superfluidez? Secuencia del proceso


Descripción de la situación Formulación de preguntas de in- ¿Por qué se dice que el helio tiene un comportamiento distinto a planteada. dagación los otros elementos? ¿Qué transformaciones sufre la materia al exponerla a cambios extremos de temperatura? ¿Podrías dar algunos ejemplos? Formulación de preguntas de com- ¿Cómo se comporta la materia cuando está expuesta a temperaturas paración cercanas al cero absoluto? ¿Qué diferencia se presenta en el helio, si se considera que es también una sustancia? Formulación de preguntas de pro- Al estudiar el comportamiento del helio en el laboratorio de Bajas fundización Temperatura, ¿qué descubrieron? Enunciado de inferencia Análisis del proceso.

Si el helio mantiene su presión igual a la atmosférica, ¿qué crees que ocurre? ¿Podrías explicarlo?

Formulación de preguntas de de- De las diversas investigaciones a las que estuvo sometido el helio, ducción ¿qué conclusiones obtuvieron los científicos? Formulación de preguntas de cons- ¿Qué aplicaciones pudiera tener el helio en el desarrollo de la ciencia? trucción de conocimientos

Aplicación de la información. Establecimiento de conclusiones por ¿Cuáles fueron los comportamientos presentados por el helio que llevó concepto a los científicos a sostener que el helio-II debía ser un “superfluido”? Establecimiento de conclusiones por ¿Por qué se dice que el helio desafía las leyes de la gravedad? comparación Establecimiento de conclusiones A partir de la lectura, ¿qué podrías decir sobre el comportamiento integrales de la materia? ¿Qué aplicabilidad crees que pueden tener tales descubrimientos?


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1

ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE PARA EVALUAR LA ACTIVIDAD EXPERIMENTAL (Página 126 - 127) Categorías:


- Describir la conexión lógica entre hipótesis, conceptos, procedimientos, datos recogidos, resultados y conclusiones extraídas en investigaciones científicas clásicas o contemporáneas, comprendiendo la complejidad y coherencia del pensamiento científico. - Organizar e interpretar datos y formular explicaciones, apoyándose en las teorías y conceptos científicos en estudio. ACCIONES Y PREGUNTAS Montaje de la actividad.


PROPUESTAS



Planificar




¿Por qué el agua no salió Realizar inferencia del orificio la primera vez?


Formulación de pregunta de pro- Pídales que respondan: ¿Cómo actúa la presión atmosférica en este fundización experimento? ¿Por qué el agua sale luego Descripción de la situación planteada Pídales que establezcan la relación entre el nivel de la U invertida y de superar el límite de la U la presión, y que respondan: invertida? ¿En qué zonas del recipiente existe mayor presión? Formulación de pregunta indirecta ¿Qué relación existe entre la Formulación de pregunta de proacción de la presión atmos- fundización férica y el nivel de agua en Establecimiento de conclusión por el experimento? comparación

¿Qué relación existe entre el flujo del agua y la presión atmosférica? Pida a los alumnos que respondan: ¿Cuál es la causa del movimiento de los fluidos? Pida a los alumnos que comparen las acciones de las fuerzas sobre los cuerpos sólidos y la acción de las presiones sobre los líquidos. ¿Qué relación existe?

Aplicación de la información a otro Pregúnteles: ¿Existe alguna relación entre los cambios de presión contexto atmosférica, el tiempo atmosférico y la presión al interior de nuestros pulmones? Producción de un ejemplo nuevo

Pídales que observen qué sucede si se levanta el tubo en forma de U hasta cierta altura y repita el experimento. Pregúnteles: ¿Cómo afecta la altura del tubo a la salida del agua?



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Evaluación capítulo 2 banco preguntas para la sección 3 Fluidos en movimiento Nombres:

Apellidos:

Curso:

Fecha:

1) La velocidad promedio del agua que circula por un tubo cuyo diámetro interior es de 5 (cm) y su gasto es de 2,5 (m3/h) de agua. A) 0,3536 m/s B) 0,7545 m/s C) 1,4524 m/s D) 2,0452 m/s E) 3,5461 m/s 2) Por una tubería de área 4 cm2 fluye un líquido ideal con velocidad v y caudal Q. Esta tubería se divide en dos cañerías iguales paralelas de área 1 cm2 cada una. Entonces, en cada una de estas cañerías la velocidad y el caudal de líquido son, respectivamente: A v/2 y Q/2 B) 2v y Q C) v y Q/2 D) 2v y Q/2 E) v/2 y Q 3) Por la tubería mostrada en la figura, cuyo radio en A y B son idénticos, fluye un líquido ideal. Si la presión en A es 9,5 atm y la rapidez del fluido es 10 [m/s], la rapidez en B es: A) 2,5 m/s B) 5 m/s C) 40 m/s D) 20 m/s E) 10 m/s

4) A través del tubo que se observa en la figura adjunta fluye agua. El flujo es laminar. Si se considera que la velocidad del flujo es vA en el punto A y vB en el punto B, se puede concluir que: A) La presión es menor en A que en B B) La presión en A es igual que la de B C) La presión es mayor en A que en B D) La velocidad del fluido en A no tiene relación con la velocidad del fluido en B E) La velocidad del fluido es mayor en A que en B


5) El caudal de una corriente estacionaria de agua es de 1,8 [m3/s], si las secciones son de 4·10-2 m2 y 9·10-2 m2 respectivamente y su alturas no cambian, calcular la diferencia de presiones entre los puntos, en valor absoluto. A) 812500 Pa B) 923400 Pa C) 101200 Pa D) 123700 Pa E) 140500 Pa 6) Un tubo de diámetro interno variable trasporta agua. En el punto 1 su área es de 0,2 m2 y la presión de 200 KPa. En el punto 2, el cual está 3 m más arriba que el primer punto 1, su área es de 0,4 m2. Si el flujo es de 0,1 m3/s la presión en el segundo punto es A) 84673 Pa B) 100234 Pa C) 130663 Pa D) 159367 Pa E) 170094 Pa 7) Se muestra en la figura un medidor Venturi equipado con un manómetro diferencial de mercurio. En la toma, punto 1, donde el área es de 0,06 m2, mientras que en la garganta, punto 2, su área es de 0,03 m2, El flujo del agua a través del medidor, si la lectura en el manómetro es de 30 cm es: (La densidad del mercurio es de 13,6 g/cm3) A) 0,0346 m3/s B) 0,186 m3/s C) 0,3129 m3/s D) 0,6873 m3/s E) 1,0723 m3/s

Soluciones 1. A 2. D 3. E 4. C

5. A 6. E 7. C

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Apellidos:

Curso:

Fecha:

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Fluidos en movimiento Las siguientes figuras muestran diversas situaciones relacionadas con los fluidos en movimiento. Utilizando los conceptos estudiados en la sección responde. 1. Al ser distinta la velocidad del gas o del fluido en unos puntos que en otros, la presión a que se someten los cuerpos que se ubican dentro del fluido es diferente. Explica qué sucede con el cuerpo en cada una de las siguientes situaciones:

Figura a) soplar un papel _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ Figura b) una pelota dentro de un fluido en movimiento _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________

Figura c) ala de un avión en un flujo de aire _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________



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FUERZA Y MOVIMIENTO


Capítulo 3 Física de los cuerpos cargados (Página 132) Presentación En este capítulo los alumnos van a estudiar las interacciones de los cuerpos cargados, tanto en reposo como en movimiento. Se comenzará con el estudio de las interacciones electrostáticas de cargas en reposo (electrostática) regidas por la ley de Coulomb, donde se reconoce las semejanzas y diferencias entre esta ley y la ley de gravitación universal también se revisa el concepto de campo eléctrico y se examina la naturaleza de la carga eléctrica y los métodos de electrización. A continuación se estudia el comportamiento de las cargas en movimiento, con el objetivo de comprender cómo las corrientes en los circuitos eléctricos pueden transportar energía desde un punto a otro, sin usar ningún medio móvil. Posteriormente, se describe la fuerza magnética que actúa sobre cargas en movimiento, utilizando el concepto de campo magnético. Este estudio es esencial para que los alumnos puedan comprender el funcionamiento de los motores eléctricos, los galvanómetros y muchos otros aparatos. Finalmente, se estudia el fenómeno de inducción electromagnética, un componente clave para el desarrollo de los generadores de corriente. Para lograr los objetivos de aprendizaje este capítulo se ha dividido en 4 secciones: Sección 1 La interacción eléctrica Sección 2 Cargas en movimiento Sección 3 Magnetismo y fuerzas entre cargas en movimiento Sección 4 Movimiento relativo y fuerzas electromagnéticas

Sección 1 La interacción eléctrica (Página 134) Presentación En esta sección los estudiantes aprenderán a reconocer las semejanzas y diferencias entre la ley de Coulomb y la ley de gravitación de Newton. Conocerán el concepto de carga eléctrica, los métodos para electrizar un cuerpo y cómo un cuerpo cargado es capaz de perturbar el espacio que le rodea, generando un campo eléctrico. Además, aprenderán a diferenciar los conceptos de energía potencial eléctrica y potencial eléctrico, este último de gran importancia para los circuitos. Para lograr los objetivos de aprendizaje la sección se ha dividido en los siguientes temas: 1. Fuerzas entre cargas en reposo Coulons v/s “newton” 2. Cargas eléctricas 3. Intensidad del campo eléctrico 4. Potencial electrostático Cada subtema forma parte de un objetivo de aprendizaje.

Conocimiento previo La sección trata sobre los cuerpos cargados y sus interacciones. Para que los alumnos logren los objetivos de aprendizaje propuestos para la sección, es necesario que estos revisen algunos contenidos tratados, tales como la ley de gravitación de Newton. Es preciso que indague en los alumnos lo siguiente. • La relación que existe entre la masa de los cuerpos y su relación con la fuerza de atracción gravitacional. • La relación que existe entre la distancia que separa los cuerpos y la fuerza de atracción gravitacional, si estos mantienen su masa. • Tipos de fuerza.


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Para ello pídales realizar la siguiente actividad relacionada con la fuerza eléctrica: 1. Coloca una mica transparente mojada sobre una mesa. 2. Sopla una pompa de jabón sobre la mica. 3. Infla un globo y frótalo con tu pelo. 4. Acerca el globo frotado a la burbuja. 5. Aleja el globo frotado a la burbuja. 6. Repite el procedimiento pero con pompas de jabón de diferentes tamaños. Observa lo que sucede y responde: 1. ¿Qué tipo de fuerza ejerce el globo sobre la pompa de jabón? 2. ¿Existe una fuerza gravitacional entre el globo y la pompa de jabón? 3. ¿Qué ocurre si se acerca un globo no frotado a la pompa de jabón? 4. ¿Existe alguna relación entre el tamaño de la pompa de jabón y la fuerza que ejerce el globo sobre ella?

Evaluación diagnóstica sugerida Nivel

Habilidad

Indicador de logro

El estudiante -Reconoce las fuerzas a distancia en el sistema de cuerpos. -Reconoce la relación directamente proporcional entre la masa y la fuerza de atracción entre los Avanzado cuerpos. Reconoce que la fuerza de atracción depende de la distancia que separa a los cuerpos. -Distingue la fuerza de atracción de gravedad y la fuerza eléctrica presentes en este sistema de cuerpos.

El estudiante -Reconoce la existencia de fuerza entre la pompa de jabón y el globo frotado. -Reconoce que el cambio en la acción de la fuerza (movimiento) sobre la burbuja depende de su masa, siempre que el globo se encuentre a una distancia fija de la pompa de jabón. -Reconoce que el cambio en la acción de la fuerza (movimiento) sobre la burbuja, depende de la distancia entre el globo y la pompa de jabón. -identifica que hay una fuerza de atracción gravitacional entre el globo no frotado y la pompa de jabón.

El estudiante -Reconoce las fuerzas a distancia en el sistema de los cuerpos. -Reconoce la relación directamente proporcional entre la masa y la fuerza de atracción entre los cuerpos. -Reconoce que la fuerza de atracción depende de la distancia que separa los cuerpos.

El estudiante -Reconoce la existencia de una fuerza entre la pompa de jabón y el globo frotado. -Reconoce que el cambio en la acción de la fuerza (movimiento) sobre la burbuja, depende de su masa, siempre que el globo se encuentre a una distancia fija de la pompa de jabón. -Reconoce que el cambio en la acción de la fuerza (movimiento) sobre la burbuja, depende de la distancia entre el globo y la pompa de jabón.

Medio

Básico

Insuficiente

El estudiante -Reconoce las fuerzas a distancia en el sistema de los cuerpos. -Reconoce la relación directamente proporcional entre la masa y la fuerza de atracción entre los cuerpos.

El estudiante -Reconoce la existencia de una fuerza entre la pompa de jabón y el globo frotado. -Reconoce que el cambio en la acción de la fuerza (movimiento) sobre la burbuja, depende de su masa, siempre que el globo se encuentre a una distancia fija de la pompa de jabón.

El estudiante solo es capaz de reconocer las fuerzas Se recomienda dar algunas tareas sobre leyes de Newton, en a distancia en el sistema de cuerpo especial la de gravitación.



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Se sugiere al docente recordarles a los alumnos las variables físicas presentes en la expresión de la ley de gravitación de Newton, tipos de fuerzas.

Red de contenidos

Protones + Cargas eléctricas (Q) Electrones + Ley de Coulomb

Energía potencial electrostática

Campo

Potencia

Líneas de campo

Superficie equipotencial

Planificación específica de la sección A continuación se ofrece una planificación específica para la sección de La interacción eléctrica entre cargas en reposo, Coulomb v/s Newton, de acuerdo con la planificación del capítulo 3 de la Unidad 1. En ella se han considerado los aprendizajes esperados dispuestos por el Marco Curricular y que contemplan los aspectos conceptuales, procedimentales y habilidades, todo ello considerando el tiempo estimado y los recursos didácticos: actividades teóricas y prácticas a desarrollar por los estudiantes: Semana

Objetivo de aprendizaje por tema

Contenidos

Metodología / Actividades

1

-Reconocer las semejanzas y diferencias entre la ley de Coulomb y la ley de gravitación universal de Newton: ámbitos de aplicabilidad, magnitudes relativas y analogías formales entre ambas leyes.

Fuerzas entre cargas en reposo, Coulomb vs Newton. a) Campo eléctrico y ley de Coulomb. b) Modelo matemático de la ley de Coulomb. c) Concepto de campo eléctrico y campo gravitacional.

1. Desarrollar preguntas orientadoras como: a) ¿Habrá alguna semejanza en las leyes físicas que explican el comportamiento de los cuerpos con carga y los cuerpos con masa? b) ¿Qué sucede cuando frotas una sustancia de plástico con un paño de lana? 2. Orientar la deducción de la ley de Coulomb,. 3. Resolución de problemas.

Reconocer los tipos de carga eléctrica, los tipos de materiales, los métodos de electrización.

-Cargas eléctricas - Principios de la electrostática. - Tipos de materiales: conductores, dieléctricos y semiconductores. - Métodos de electrización: frotamiento, fotoeléctrico, termoiónico, piezoeléctrico, por contacto, por inducción. -Detectores de cuerpos electrizados

1. Desarrollar preguntas orientadoras como: a) ¿Cómo se puede cargar un cuerpo? b) ¿Cómo se detectan, cuerpos cargados? 2. Realizar el minilaboratorio: péndulo eléctrico. 3. Resolución de problemas.

2

3


Aprender el concepto de campo eléctrico, energía potencial eléctrica y potencial eléctrico.

-Intensidad de campo eléctrico -Líneas de fuerza. -Reglas para dibujar las líneas de campo. -Energía potencial eléctrica. -Potencial eléctrico.

1. Desarrollar preguntas orientadoras como: a) ¿Cuál es la intensidad del campo eléctrico?, ¿qué es el campo eléctrico?, ¿es posible que el campo eléctrico se manifieste sin existir un cuerpo cargado que lo origine?, b) ¿Cuál es la diferencia entre la energía potencial eléctrica y el potencial eléctrico? 2. Orientar la deducción del potencial producido por una carga puntual. 3. Resolución de problemas.

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ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE PARA EVALUAR LA ACTIVIDAD EXPLORATORIA (Página 131) Categorías: 1. Identificación de la idea principal. 2. Descripción de la situación planteada. 3. Análisis del proceso.

4. Aplicación de la información a otro contexto. 5. Producción de un ejemplo nuevo. 6. Establecimiento de conclusiones: por relación de conceptos, por comparación y por integración.

HABILIDAD CIENTÍFICA:

- Describir la conexión lógica entre hipótesis, conceptos, procedimientos, datos recogidos, resultados y conclusiones extraídas en investigaciones científicas clásicas o contemporáneas, comprendiendo la complejidad y coherencia del pensamiento científico. - Organizar e interpretar datos y formular explicaciones, apoyándose en las teorías y conceptos científicos en estudio. ACCIONES Y PREGUNTAS


PROPUESTAS

Montaje de la actividad. Comprensión de la idea prin- Pida a los alumnos que lean el texto que se propone en la actividad y realice las cipal siguientes preguntas: ¿De qué trata la actividad? ¿Estás preparado para realizarla? Planificar Pida a los alumnos que ordenen sus ideas y las anoten, planteando: ¿Qué debo hacer primero? ¿Qué debo hacer a continuación? ¿Qué debo hacer finalmente? Secuencia del proceso

¿Qué creen que ocurrió al Realizar inferencia interior del acumulador (condensador)? Formulación de pregunta de profundización ¿Podrían aventurar una Descripción de la situación hipótesis? planteada Formulación de pregunta de desarrollo de pensamiento

Conecten un LED a los terminales de la botella. ¿Qué creen que ocurrirá? ¿A qué se debe el fenómeno observado?

Observe si los alumnos realizan eficientemente cada procedimiento, pídales que denominen cada paso en: paso 1, paso 2… y solicíteles que realicen un esquema de los detalles de cada paso (dibujar). Pida a los alumnos que compartan sus respuestas y que respondan las siguientes preguntas: ¿Qué elementos comunes tienen nuestras respuestas? ¿Cómo podemos mejorarlas? Solicites que respondan: ¿Qué es un condensador?

Solicíteles que establezcan las características que tiene un condensador, sus propiedades y su utilidad en un circuito. Pida a los alumnos que compartan sus hipótesis y que respondan las siguientes preguntas: ¿Qué elementos comunes tienen nuestras hipótesis? ¿Cómo podemos mejorarlas? ¿Todos los condensadores tienen la misma capacidad? ¿Cuál es su unidad de medida? Resumir Pida a sus alumnos que expliquen cómo conectaron el LED y cómo construyeron el circuito. Formulación de pregunta Luego solicíteles que respondan: ¿Por qué es importante el LED en el circuito? indirecta Realizar inferencia Pida a los alumnos que compartan sus respuestas y que respondan las siguientes preguntas: ¿Qué elementos comunes tienen nuestras respuestas? ¿Cómo podemos mejorarlas? Construcción de conocimiento Solicite a sus alumnos que expliquen con sus palabras el fenómeno observado. Oriéntelos a explicar que el fenómeno se debe a la circulación de la carga entregada por el condensador al circuito.

Si se conecta el cuerpo exterior del envase con el alambre de cobre, ¿qué creen que ocurrirá? Desarrollen una hipótesis. ¿Qué ideas nuevas aprendiste con esta actividad?

Formulación de preguntas de Pida a los alumnos que compartan sus hipótesis y que respondan las siguienanálisis de las relaciones tes preguntas: ¿Qué elementos comunes tienen nuestras hipótesis? ¿Cómo podemos mejorarlas? ¿Cuáles son las consecuencias de conectar el alambre al exterior? Establecimiento de conclusión por integración Aplicación de la información a otro contexto Producción de un ejemplo nuevo

Pregúnteles: ¿Qué conclusiones puedes sacar sobre el uso de los condensadores en los circuitos? Pídales que respondan: ¿Cómo emplearías los condensadores en los circuitos presentes en tu casa? Pídales que respondan: ¿Qué nuevos ejemplos podrías nombrar sobre el uso de los condensadores en la vida cotidiana?



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Orientaciones metodológicas TEMA 1 FUERZAS ENTRE CARGAS EN REPOSO, COULOMB V/S NEWTON (Página 134) Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere comenzar el tema preguntando: • ¿Qué fenómenos ocurren cuando un cuerpo se carga? • ¿Habrá alguna semejanza entre en las leyes físicas que explican el comportamiento de los cuerpos con carga y los cuerpos con masa? Se espera que los estudiantes puedan reconocer los fenómenos que se manifiestan cuando un cuerpo se carga, cómo interactúan dos cuerpos cargados y cómo se podrían establecer las leyes que explican su comportamiento.

c) La fuerza eléctrica se relaciona con la carga de un cuerpo. d) Las fuerzas eléctricas son fuerzas de acción a distancia. e) Cada carga crea en el espacio que la rodea un campo eléctrico y este actúa sobre otra carga con una fuerza determinada. f ) El campo eléctrico transmite la acción de unos cuerpos electrizados a otros cuerpos.

Identificar y enfrentar errores frecuentes a) Las fuerzas eléctricas son un claro ejemplo de fuerzas tipo acción-reacción. Por lo tanto, ambas cargas sienten la fuerza. Es incorrecto pensar que una carga la produce y otra carga solo la siente. Si algunos alumnos presentan este error recuérdeles el tercer principio de Newton (acción-reacción), explíqueles que las fuerzas eléctricas actúan en pares. Para enfrentar este error puede realizar lo siguiente: pida a sus alumnos que traigan dos globos, que los inflen y que froten cada uno de ellos con su pelo, para que posteriormente los acerquen.

Refuerzo de los contenidos

Solución de ¿Cómo vas? (Página 135)

Enfatizar que:

• Ambos sienten la fuerza eléctrica y la fuerza gravitacional.

a) El conocimiento de las leyes de la electrostática, permite explicar los fenómenos y las interacciones de los cuerpos que, además de su masa, poseen una cualidad llamada carga.

Modelo matemático de la ley de Coulomb (Página 137)

b) Las analogías entre la ley de Coulomb y la ley de gravitación universal, han motivado a los físicos a tratar de buscar una teoría común para ambos fenómenos.

Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere comenzar el tema preguntando: • ¿Cuáles son las variables físicas que caracterizan las interacciones entre dos cuerpos cargados? • ¿Influye en la interacción eléctrica la masa del cuerpo cargado? Se espera que los estudiantes puedan reconocer que un cuerpo cargado actúa sobre otro cuerpo cargado, si este carece de carga, entonces solo hay interacción gravitacional. A su vez identificar las variables; carga, distancia que separa a ambos cuerpos cargados.

Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere comenzar el tema preguntando: • ¿Qué sucedería con la magnitud de la fuerza entre dos cuerpos cargados, si estos se acercan? • ¿Qué sucede con la magnitud de la fuerza si aumenta la magnitud de cada carga? • ¿Cuál es la expresión matemática de la ley de Coulomb? Se espera que los estudiantes puedan comprender la relación matemática establecida por Coulomb. También comparar esta expresión con la ley de gravitación. Además deben establecer las semejanzas y diferencias entre la fuerza de gravitación y la fuerza eléctrica.



Enfatizar las diferencias entre la ley de Coulomb y la ley gravitacional:

Enfatizar que:

a) La fuerza eléctrica es atractiva o repulsiva.

a) La fuerza es la causa de los movimientos de los cuerpos y de sus variaciones en él. Además, es la causa de las deformaciones de ellos.

b) La fuerza gravitatoria es solo atractiva.

b) La importancia de la interacción eléctrica en la estructura interna de los materiales o sustancias.


c) La carga de un cuerpo puede ser positiva o negativa. d) La masa de un cuerpo es una magnitud positiva.

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U N I D A D Enfatizar las semejanzas entre la ley de Coulomb y la ley gravitacional. a) Actúan a distancia.

1

b) Calcular la fuerza neta sobre la carga 2. La intensidad de la fuerza de atracción entre la carga 1 y la carga 2 es igual a

b) Ambas son proporcionales a una cualidad del cuerpo: masa para el caso de la fuerza gravitatoria; y carga para el caso de la fuerza eléctrica. c) A pesar de las similitudes con la ley de gravitación de Newton, la fuerza eléctrica entre 2 cargas a una distancia fija depende del medio donde estén inmersas, ya que la constante varía con el medio. Esto no sucede con la atracción gravitacional, ya que la constante de gravitación no varía con el medio.

Identificar y enfrentar errores frecuentes a) Al aplicar la fórmula a un problema, los alumnos olvidan elevar al cuadrado dicha magnitud.

La intensidad de la fuerza de atracción entre la carga 3 y la carga 2 es igual a

El módulo de la fuerza neta es

b) La fuerza de Coulomb es un vector, ya que posee dirección, sentido y módulo. Sí algunos alumnos presentan el error a) explíqueles en detalle cómo se debe operar con la ley de Coulomb. Si reiteran el error b) puede cortar pequeños trozos de papel, inflar un globo, cargarlo y luego acercarlo a los papeles.

c) Calcular la fuerza neta sobre la carga 3. La intensidad de la fuerza de atracción entre la carga 3 y la carga 2 es igual a

Solución a Ahora resuelves Tú (Página 138) D.C.L. a) Calcular la fuerza neta sobre la carga 1 La intensidad de la fuerza de atracción entre la carga 1 y la carga 2 es igual a

La intensidad de la fuerza de repulsión entre la carga 3 y la carga 1 es

El módulo de la fuerza neta es La intensidad de la fuerza de repulsión entre la carga 1 y la carga 3 es El modulo de la fuerza neta es

q ∙q q∙q 4 Fneta =k ∙ 2 −k ∙ =0 .De este modo las cargas a ( 2 ∙ a )2

quedan en reposo. De este modo las cargas quedan en reposo. El modulo de la fuerza neta es

T2 Concepto de campo eléctrico y campo gravitatorio (página ) Cómo abordar los conocimientos previos t3 Se sugiere comenzar el tema preguntando: •

¿Cómo podemos identificar un campo eléctrico en una región del espacio?

•

¿De qué manera se puede detectar un campo gravitacional?

• GUÍA ¿CuálDIDÁCTICA es la expresión matemática| de la ley de Coulomb? DEL DOCENTE Información curricular


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Se espera que los estudiantes puedan identificar que si se observa una fuerza eléctrica, en un punto del espacio, entonces hay un campo eléctrico. Ahora si observan una fuerza 06-08-13 22:30

Concepto de campo eléctrico y campo gravitatorio (Página 139)


B) Si k1= - G·M·m es el campo gravitatorio

Enfatizar que: a) M, m son respectivamente las masas de la partícula que ocupa el centro del campo y de la partícula sometida a la acción del campo.

Se sugiere comenzar el tema preguntando: • ¿Cómo podemos identificar un campo eléctrico en una región del espacio? Diferencia entre el campo eléctrico y gravitacional • ¿De qué manera se puede detectar un campo gravitacional? (Página 141) Se sugiere comenzar el tema preguntando: • ¿Cuál es la expresión matemática de la ley de Coulomb? Cómo abordar los conocimientos previos Se espera que los estudiantes puedan identificar que si se • ¿Cuáles sonpreguntando: las diferencias entre el campo eléctrico y el campo g Se sugiere comenzar el tema observa una fuerza eléctrica, en un punto del espacio, en- Se sugiere comenzar el tema preguntando: las diferencias entre elpuedan campo eléctricolasy analogía el Se espera que los alumnos comparar entre el campo tonces hay un campo eléctrico. Ahora si observan una fuerza • ¿Cuáles son campo gravitatorio? • ¿Cuáles son las diferencias entre el campo eléctrico y el campo gravitatorio? gravitacional y como estas analogías son útiles para explicar las leyes d gravitacional en una región del espacio, entonces hay campo Se sugiere comenzar el tema preguntando: Se espera que los alumnos puedan comparar las analogías clásica. gravitacional. Se espera que loseléctrico alumnosypuedan comparar las analogía entre campos eléctrico y entre campo el campo y cómo estaselgravitatorio? • el ¿Cuáles son las diferencias entre elgravitacional campo eléctrico y el campo gravitacional y como estas analogías son útiles para explicar las leyes de la mecánica deexplicar los contenidos tratados en el clásica. tema t3 analogías sonRefuerzo útiles para las leyes de la mecánica


Enfatizar que: a) La presencia de un cuerpo cargado altera el espacio que le rodea produciendo una fuerza eléctrica. b) La presencia de la masa de un cuerpo altera el espacio que le rodea.

Analogías entre el campo eléctrico y el campo gravitatorio (Página 139)

Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere comenzar el tema preguntando: • ¿Qué es una analogía? • ¿Cuáles son las analogías entre el campo eléctrico y el campo gravitatorio? • ¿Existe una relación entre las analogías de los campos y la ley de gravitación y la ley de Coulomb? Se espera que los alumnos puedan identificar las analogías entre el campo eléctrico y el campo gravitacional y como estas analogías son útiles para explicar las leyes de la mecánica clásica.

Refuerzo de los contenidos tratados en el tema Enfatizar que: a) Ambos campos son centrales. b) Son conservativos. c) La fuerza central que define cada campo es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. A) k1=k·Q·q el campo es eléctrico Enfatizar que: a) k es una constante, cuyo valor depende del medio en que se encuentran.

Se espera que los alumnos puedan comparar las analogía entre el campos eléctrico y campo clásica. que: gravitacional yEnfatizar como estas analogías son útiles para explicar las leyes de la mecánica Refuerzo loslos contenidos tratados en el en tema t3 clásica. Refuerzodede contenidos tratados el tema a) El campo gravitatorio depende de la masa del cuerpo Enfatizardeque: Refuerzo los contenidos tratados en el tema t3 Enfatizar que: b) El campo eléctrico existedel si cuerpo. hay un cuerpo cargado. a) El campo gravitatorio depende desólo la masa Enfatizar que: a) El campo gravitatorio depende de la masa del cuerpo b) El campo eléctrico sólo existedel si hay un gravitatorio cuerpo cargado. c) La intensidad campo es muy débil en comparaci a) El campo gravitatorio depende de la masa del cuerpo b) El campo eléctrico sólo existe si hay un cuerpo cargado. eléctrico. c) La intensidad del campo gravitatorio es muy débil en

b) El campo eléctrico sólo existe si hay un cuerpo cargado. comparación condelelcampo campo eléctrico. es muy débil en comparación con el cam c) La intensidad d) La masa de gravitatorio un cuerpo en reposo o en movimiento genera un c) La intensidad del campo es muy débil en comparación eléctrico. d) La masa de un cuerpo engravitatorio reposo o en movimiento genera con el campo eléctrico. e) Una carga eléctrica en movimiento , además del campo eléctrico un campo gravitatorio. d) La masa de unmagnético cuerpo en reposo o en movimiento genera un campo gravitator d) La masa de un cuerpo en reposo o en movimiento genera un campo gravitatorio

e) Una carga eléctrica en movimiento, además del campo e) Unacarga carga eléctrica movimiento , además del campo T3 Solución aen Ahora tu ,(página eléctrico genera unencampo magnético. e) Una eléctrica movimiento además del) campo eléctricoeléctrico genera ungenera campoun ca magnético magnético

Valorizar las expresiones matemáticas Solución Ahora resuelves T3 Solución de aaAhora (página ) Tú T3 Solución (página ) (Página 142) a)Ahora Leytu detu Coulomb

Valorizar las expresiones matemáticas. k∙e∙e N ∙m2 ( 1,6 ∙10 C ) Valorizar las matemáticas Valorizar lasexpresiones expresiones Fel é ctrica = matemáticas =9 ∙ 109 =2 ,304 ∙ 10−28 N 2 2 2 a) Ley de Coulomb a) Ley de Coulomb R C ( 1 m) a) Ley de Coulomb 2 −19 2 C−19 ) 2 k∙e∙e 9 N ∙m ( 1,6 2 ∙10 F = k ∙ 2e ∙ =9 =2 C ,304 ) ∙ 10−28 N −28 e ∙ 10 9 N 2 ∙m ( 1,6 ∙10 b) Ley de gravitación Felel ééctrica =2 ,304 ∙ 10 N ( 1 m)2 ctrica = R 2 =9 ∙ 10 C 2 2 R C ( 1 m) 2 −31 2 b) Ley de gravitación Kg ) G ∙ m∙ m −11 N ∙ m ( 9,1 ∙10 Leyde degravitación gravitación F gravitatoria = =6,67 ∙ 10 =5,52 ∙10−71 N b)b)Ley 2 2 2 2 R Kg ( 1 m ) −31 2 G ∙ m∙ m N ∙ m ( 9,1 ∙10 Kg ) F gravitatoria = =6,67 ∙ 10−11 =5,522 ∙10−71 N −31 2 2 2 R Kg N ∙ m 2 ((19,1 m) ∙10 Kg ) G ∙ m∙ m −11 F gravitatoria = =6,67 ∙ 10 =5,52 ∙10−71 N 2 2 2 c) Para compararlas se necesita de una división entre los resultados obte R Kg ( 1 m ) c) Para compararlas se necesita de una división entre los −19

2

c) Para compararlas se necesita de una división entre los resultados obtenidos resultados obtenidos

c) Para compararlas se necesita de una división entre los resultados obtenidos F el é ctrica 2 ,304 ∙ 10−28 N ≈ 4 ∙ 1042 F el é ctrica 2 ,304 ∙ 10−28 N= −71 42 5,52∙ 10 N ≈ 4 ∙ 10 = F gravitatoria −71 F gravitatoria

5,52∙ 10

N

−28 DeFeste modo laeste intensidad la fuerzade eléctrica entre las par2 ,304 ∙ 10 el é ctrica De modoNlade intensidad la fuerza eléctrica entre las partículas alfa 4 ∙ 1042eléctrica =la De este modo intensidad entre las partículas alfa es 4·1042 veces, la 42−71de la≈fuerza tículas alfa esfuerza 4 x 10 veces, la fuerza gravitacional entre ellas. F gravitatoria 5,52∙ 10 N gravitacional entre ellas

fuerza gravitacional entre ellas

De este modo la intensidad de la fuerza eléctrica entre las partículas alfa es 4·1042 vec fuerza gravitacional entre ellas

b) Q y q son las cargas eléctricas de las partículas.


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U N I D A D • ¿Cuál es la diferencia entre un conductor y un dieléctrico?

TEMA 2 CARGAS ELÉCTRICAS (Página 143) Cómo abordar los conocimientos previos

Se espera que los estudiantes puedan identificar los tipos de materiales desde el punto de vista de la electricidad.


Se sugiere comenzar el tema preguntando: • ¿Cómo se puede cargar un cuerpo?

Enfatizar que:

• ¿Cuáles son los métodos de electrización?

a) Los conductores son medios materiales en los cuales las cargas eléctricas tienen facilidades de movimiento.

• ¿Qué es la ley de conservación? Se espera que los estudiantes puedan reconocer los tipos de carga eléctrica y los métodos comúnmente usados para cargar un cuerpo eléctricamente.


b) Los dieléctricos son medios materiales en los cuales las cargas no tienen facilidad de movimiento. c) Los semiconductores son medios materiales intermedios entre conductores y materiales.

Enfatizar que:


a) Un cuerpo está cargado positivamente cuando hay déficit de electrones.

a) Actividad de análisis de imágenes.

b) Un cuerpo está cargado negativamente cuando hay exceso de electrones. c) El cuerpo neutro tiene déficit de un equilibrio de electrones y protones. d) Principio de conservación: las cargas no se crean ni se destruyen sino que solamente se pueden trasladar de un cuerpo a otro.

Las preguntas permiten al estudiante analizar la imagen y resolver preguntas considerando los tipos de materiales.

Respuestas a preguntas de la actividad Los conductores son materiales donde las cargas tienen facilidad de movimiento, mientras que el semiconductores son cuerpos intermedios entre los conductores y dieléctricos.



• Son la masa y la carga. • Los cálculos de las interacciones se simplifican al introducir el concepto de masa o carga.

• Los dieléctricos son los medios materiales donde no hay facilidad de movimiento, mientras que un semiconductor es material intermedio entre un conductor y un dieléctrico.

Principio de la electrostática (Página 145)

Métodos de electrización (Página 148)

Enfatizar que:


a) Cargas de igual signo se repelen y cargas de signos opuestos se atraen.


b) Si un sistema está aislado eléctricamente, la suma algebraica de cargas positivas y negativas es constante.

• ¿Puede un cuerpo cargar a otro?

c) Los electrones se desplazan y se mueven donde hay déficit de electrones.

• ¿De qué manera se pueden cargar los cuerpos? Se espera que los estudiantes puedan identificar los tipos de métodos de electrización.


Tipos de materiales: conductores, dieléctricos y semiconductores (Página 146)

Enfatizar que: a) Existen varios métodos para cargar a un cuerpo, entre ellos podemos nombrar:

Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere comenzar el tema preguntando: • Desde el punto de vista de la electricidad, ¿cómo se pueden clasificar los materiales?

Electrización por frotación, por efecto termoiónico, por efecto fotoeléctrico, por piezoeléctrico, por contacto, por influencia o inducción eléctrica.



1

69 06-08-13 22:30

Solución de ¿Cómo vas? (Página 150) • Sí, porque cada uno de los métodos cumple con la ley de conservación de la carga.

Detectores de campo eléctrico (Página 151)

TEMA 3 INTENSIDAD DEL CAMPO ELÉCTRICO (Página 152)





• ¿Qué es el campo eléctrico?

• ¿Es posible detectar la carga de un cuerpo?

• ¿Cuál es la relación entre el campo eléctrico y la fuerza eléctrica?

• ¿Cuál es la diferencia entre el péndulo eléctrico y un electroscopio?

• ¿Cuál es la fuente de un campo eléctrico?

Se espera que los estudiantes puedan reconocer instrumentos que pueden detectar la carga eléctrica.

• ¿influye en la interacción eléctrica la masa del cuerpo cargado?

Refuerzo de los contenidos Enfatizar que:

Se espera que los estudiantes puedan reconocer el campo eléctrico como un intermediario de la interacción entre los cuerpos cargados. Además, de reconocer que es un entidad física que posee energía, momento lineal y angular.

a) El péndulo eléctrico se utiliza para averiguar si un cuerpo está o no cargado.


b) El electroscopio es un aparato que permite detectar la carga eléctrica de un cuerpo.

Enfatizar que:

c) El electrómero es un electroscopio calibrado.

a) La fuerza eléctrica es el producto de la carga sometida a un campo eléctrico.

Respuestas de preguntas del análisis experimental

b) El campo eléctrico es una propiedad del espacio adquirida por la presencia de un carga eléctrica.

1. Se abren o separan.

c) Las cargas positivas son fuentes de campo eléctrico y las cargas negativas son sumideros de carga eléctrica.

(Página 151)

2. De las cargas eléctricas, y la llamaría fuerza eléctrica.


d) Los campos eléctricos o magnéticos variables con el tiempo demuestran que pueden existir sin carga eléctrica.

Minilaboratorio: electroscopio. (Página 151)


Los alumnos deben elaborar un informe de laboratorio que incluye: resumen de la actividad experimental, objetivos, introducción, teoría, materiales, montaje experimental, resultados, análisis de resultados y conclusión.

• La primera expresión relaciona el campo eléctrico con la carga y fuerza eléctrica, en cambio la segunda expresión indica que la fuerza es igual al producto de la masa por la aceleración que tiene el cuerpo.

Líneas de fuerza (Página 155) Refuerzo de los contenidos Enfatizar que: a) Es un concepto introducido por Faraday. b) Permite visualizar la dirección sentido y módulo de un campo eléctrico. c) Las líneas de fuerza no se cortan.


Física III Medio

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c) Las líneasT2 de Reglas fuerza nopara se cortan dibujar líneas

de campo (Página )

T2 Reglas a) para dibujar líneas de campo (Página ) es un concepto introducido por Faraday,

Refuerzo de los contenidos t3

Refuerzo de contenidos t3la dirección sentido y módulo de un campo eléctrico. b) los permite visualizar

U N I D A D

Enfatizar que:

Enfatizar

c) Las líneas de fuerza no se cortan que:

1

t2 Potencial electrostático

a) Las líneas salen de las cargas positivas y entran a las negativas a) Las salen de las cargas positivas y entran a las negativas Refuerzo de los contenidos t3 Refuerzo delíneas los contenidos (Página 158) Refuerzo de los t3 no se corta b)contenidos Las líneas Enfatizar que:líneas no se corta b) Las Enfatizar que: Enfatizar que:las cargas positivas y entran a las negativas. a) Las líneas salen de c) simetricamente. Las líneas salen simetricamente. c) Las líneas salen salen de las cargas positivas y entran a las negativas t2 Potencial electrostático b) Las líneasa)noLas se líneas cortan. a) El concepto de energía potencial simplifica la resolució T2 Reglas para dibujar líneas de campo (Página )

TEMA 4 POTENCIAL ELECTROSTÁTICA


c) Las líneasb)salen Las simétricamente. líneas no se corta

Refuerzo de los contenidos t3 Refuerzo de b) los Elcontenidos concepto de energía potencial por unidad de carga e T2 Solución tu (pagina ) Solución Ahora tu (pagina ) c) Ahora LasT2 líneas salen simetricamente. Enfatizar que: los circuito eléctricos. Enfatizar que: de Solución de Ahora resuelves Tú (Página 156) Como la carga esComo negativa, las líneas de campo eléctrico en forma radial yestarán entrando. la carga es negativa, las líneasestarán de campo eléctrico enpotencial forma radial y ca entrando. a) El concepto energía simplifi la resolución a) Elde concepto de energía potencial simplifica Como la cargadel es campo negativa, las líneas campo La intensidad eléctrico estarádedado por: eléctrico T2 Energía potencial eléctrico (página ) la resolución de prob LaAhora intensidad del) campo eléctrico estará dadodepor: T2 Solución tu (pagina problemas. estarán en forma radial y entrando. La intensidad del campo 2 4 b) El concepto energíapor potencial concepto de energía de potencial unidadpor de unidad carga esde carga es fundam ∙esmnegativa, C líneas de 6campo N eléctrico k ∙estará Q ladado 1 ∙10 las 9 N por: carga estaránb) en El forma radial yabordar entrando. eléctrico 4 Cómo los conocimientos previos t3 E= Como =9 ∙10 ∙ =3,6 ∙ 10 2 1 ∙10 C N 2 2k ∙Q 2 9 N∙m 6 fundamental de los circuito eléctricos. para el estudio de los circuitos eléctricos. C del eléctrico C campo (20,5 m )∙10 estará2 dado RLa intensidadE= =9 ∙ por: 2 =3,6 ∙ 10

R

2

4

C

( 0,5 m )

C

Se Energía sugiere potencial comenzareléctrico el tema(página preguntando: T2 ) Energía potencial eléctrica (Página 158) Cómo loselconocimientos previos t3 • abordar ¿Qué es trabajo mecánico? Cómo abordar los conocimientos previos

k ∙Q 1 ∙10 C 9 N∙m 6 N E= 2 =9 ∙10 ∙ =3,6 ∙ 10 C R C 2 ( 0,5 m )2

T2 Solución Ahora tu (pagina )

Solución de Ahora resuelvesTú (Página 156) Se sugiere comenzar tema preguntando: Se sugiere elestema preguntando: •comenzar ¿Qué la el energía potencial? T2lasSolución Ahora tuy (pagina Se deben igualar fuerzas eléctricas la fuerza) de acuerdo al segundo principio de T2 Solución Ahora tu (pagina ) Se deben igualar las fuerzas eléctricas y la fuerza de acuerdo

• ¿Qué es• el trabajo ¿Qué esmecánico? el trabajo mecánico? Laprincipio intensidad del campo La eléctrico estarádel dado por: alNewton. segundo de Newton. intensidad campo Se deben igualar las fuerzas eléctricas y la fuerza de acuerdo segundo principio ¿Qué es la alenergía potencial porde carga? Se deben igualar las fuerzas eléctricas y la fuerza de acuerdo segundo de • al¿Qué es•laprincipio energía potencial? eléctrico estará dado por: La intensidadLa delintensidad campo eléctrico dadoeléctrico por: • ¿Qué es la energía potencial? Newton. delestará campo estará dado por: e ∙ Newton. E • ¿Qué es la energía potencial por carga? a= Se espera que los estudiantes puedan diferenciar los conceptos M e∙E Se espera •que¿Qué los estudiantes diferenciar los cones la energíapuedan potencial por carga? a= e ∙ E potencial por carga, trabajo mecánico. M a= ceptos de energía potencial, energía potencial por carga, M espera que los estudiantes puedan diferenciar los conceptos de energ trabajoSemecánico. Refuerzo de los contenidos t3 potencial por carga, trabajo mecánico. Solución de Ahora T2 Solución AhoraresuelvesTú tu (pagina ) (Página 157) T2 Solución Ahora tu (pagina )

Enfatizar que: Refuerzo de losde contenidos Refuerzo los contenidos t3

−19 6 N −13 a) F=3,2∙ 10 C ∙ 1−19∙10 N =3,2 6 N ∙ 10 a) T210Solución tu−13 (pagina ) F=3,2∙ C ∙ 1C ∙10 Ahora N =3,2 ∙ 10

Enfatizar que: Enfatizar que:fuerzas eléctricas al igual que las fuerzas gravitaci a) Las a) Las fuerzas eléctricas, al igual que las fuerzas gravitacionales, −19 6 N −13 −13 F=3,2∙ 10 a) Las fuerzas eléctricas al igual que las fuerzas gravitacionales son C ∙ 1 ∙1011 m2=3,2 ∙ 10 N son conservativas. N 3,2∙ 10 2 −2 b) El trabajo mecánico de las fuerzas conservativas se pu a) −13 ∙ 1 ∙10 m=9,5 ∙ 10 C 6 2 b) v =2∙ 3,2∙ 10 −27 2 b) luego la rapidez es v ≈ 9·10 m/s N m 2 −2 11 ∙ 10−13 Kg ∙ 1 ∙10 m=9,5 ∙ 10 s 2 b) El trabajo lasdefuerzas se puede se puede obten la energía potencial. b) mecánico Eldiferencia trabajodemecánico deconservativas las fuerzas conservativas v =2∙6,68 6 N Kg 3,2∙ 10 −27 −2 11 m 2 b) v 2=2∙ luego laobtener rapidezcomo es v la ≈ 9·10 m/s de la energía potencial. diferencia s 6,68 ∙ 10 m=9,5 ∙ 10 ∙ 1 ∙10 6 la energía potencial. −27 2 b) luego la rapidez esdiferencia v ≈ 9·10dem/s s m/s 6,68 ∙ 10 Kgluego, la rapidez es v ≈ 9·106 c)deEl trabajo de la fuerza es igual al desplazamie c) El trabajo la fuerza eléctrica es igual eléctrica al desplazamiento −2 2 ∙1 ∙ 10 m −8 c) El trabajo de la fuerza eléctrica es igual al desplazamiento provo t= =2 ,06 ∙10 s provocado por dichasobre fuerzaelsobre el cuerpo cargado. fuerza cuerpo cargado. −2 13 m c) 2 ∙1 ∙ 10 m −8 fuerza sobre el cuerpo cargado. 10−2 2 =2 ,06 ∙10 s t= 4,7 ∙∙ 10 c) smm −8 Solución Ahora tu (página ) t3159) c) t= 2 ∙14,7 ,06 ∙10 s Solución de Ahora resuelves Tú (Página ∙ 1013 =2 Solución Ahora tu (página ) t3 2 13 m s c) 4,7 m2 1 ∙ 10 2−27 Kg∙ 9,5 ∙ 1011 2 =3,17 ∙ 10−15 J −2 s N N 0,3 m=9 −4−4 C ∙ 3000 −2 d) Ec = 2 ∙ 6 ,68 ∙10 W=1 =1∙ 10 ∙ 10 s 2 W C ∙ 3000 ∙ 0,3∙m=9 ∙ 10 ∙J10 J 1 −27 11 m −15 C C E = ∙ 6 ,68 ∙10 Kg∙ 9,5 ∙ 10 =3,17 ∙ 10 J a)

C

√√

√

22

d) m 1 d) Ec = ∙26 ,68 ∙10−27 Kg∙ 9,5 ∙ 1011 2s =3,17 ∙ 10−15 J c

d)

2

s

Solución de Ahora resuelves Tú (Página 159) Solución tu tu (página ) t3 ) t3 SoluciónAhora Ahora (página W =1 ∙ 10−4−4 C ∙ 3000

N

∙ 0,3 N m∙ cos60 ° =0,045 J

C W =1 ∙ 10 C ∙ 3000

C

∙ 0,3 m∙ cos60 ° =0,045 J



71 06-08-13 22:30

(r r )

El trabajo es

a

C

b

Ahora la diferencia de potencial es Solución Ahora tu (página ) t3

−5

V =

3 ∙10 J

ab −6 N −5 1∙∙10 W =1 ∙ 10 C ∙300 ∙ 0.2m=3 10 JC El trabajo es C −6

=6 V

Ahora la diferencia de potencial es −5

3 ∙10 J Solución a evaluación de la Sección V ab=1 (página =6) Vt3 −6

Potencial eléctrico (Página 159)

1∙ 10 Solución de evaluación de la Sección 1 (Página 161)


1. Cuadro de analogías entre la ley de Coulomb y la ley de Fórmula Descripción Solución a evaluación de la Sección 1 (página ) t3 gravitación.

Se sugiere comenzar el tema preguntando: • ¿Qué es el voltaje? • ¿Cuál es la diferencia entre la energía por unidad de carga y el voltaje? • ¿Qué relación hay entre el voltaje y el campo eléctrico? Se espera que los estudiantes puedan identificar los conceptos de voltaje y su relación con el campo eléctrico.

Ley de Coulomb Ley de Coulomb

sobre otra una carga Q1 carga ejerce Q 2

Ley de gravitaLeyNewton de ción de

Expresa la fuerza que Expresa fuerza que una masala m ejerce una masa m1 1ejerce sobre otra masa m Expresa la fuerza sobre otra masaque m 2

sobre otra carga Q2

b) La unidad del potencial eléctrico o voltaje es el volt. c) El voltaje se relaciona con la acción del campo eléctrico y el desplazamiento de la carga.

Solución de ¿Cómo vas? (Página 160) • La energía potencial se mide en joule y el potencial eléctrico se mide en volt.

Potencial producido por una carga puntual (Página 160) Refuerzo de los contenidos

Semejanzas

2

una masa m1 ejerce sobre otra masa m2

Diferencias

2. Ambas son deson 3. Ambas inverso al cuadrado.

proporcionales a un

3. Ambas son del cuerpo cualidad proporcionales masa paraalauna fuerza cualidad del cuerpo: gravitatoria, carga p masa para la fuerza la fuerza eléctrica gravitatoria, carga para la fuerza eléctrica

1. Actúan a distancia. 1. La fuerza eléctrica es atractiva o repulsiva. 2. Porque simplifica los cálculos matemáticos, además que o inverso cuadrado. 2. al Porque simplifica losfuerza cálculos matemáticos, además que ofrece u 2. La gravitatoria presentación de las fuerzas eléctricas. presentación de las fuerzas eléctricas. 3.3. Ambas son Las cargas debenesser de atractiva. igual módulo y signo. solo 3. Las cargas deben ser de igual módulo y signo. proporcionales a la carga 2 4. 4.Más Máscerca cercade de la carga 2 3. La carga eléctrica una cualidad del 5. 5. LaLaeléctrica eléctrica puede ser positiva o Ley de gravita- cuerpo: masa para ción de Newton la fuerza gravitatoria, negativa. 4. La masa es una cancarga para la fuerza tidad positiva. eléctrica.

Ley de Coulomb 2. Ambas son de

2. Porque simplifica los cálculos matemáticos, además de que ofrece una sencilla presentación de las fuerzas eléctricas. 3. Las cargas deben ser de igual módulo y signo.

Enfatizar que: a) La intensidad del campo eléctrico de una carga puntual nos permite calcular el voltaje de una carga puntual.

(

1 1 V ab=k ∙ q − ra r b 1

1 V ab=k ∙ q − ra r b

)

4. Más cerca de la carga 2. 5. La eléctrica. 6.

b) La expresión matemática del voltaje es

)

−G ∙ M ∙m ⃗ F= r̂ R2

gravitación de Newton

a) El potencial eléctrico es la diferencia de energía potencial entre dos puntos por unidad de carga.

(

−G ∙ M ∙m ⃗ F= r̂ 2 R

gravitación Ley de de Newton

Enfatizar que:

Semejanzas

1. kCuadro la ley de Coulomb y la Ley de gravitación ∙ Q ∙q de analogías entre ⃗ Fórmulas Descripión FFórmula = r̂ Descripción 2 Expresa la fuerza que Semejanzas 1. Actúan a distanci R una carga Q1 ejerce Expresa la fuerza que 2. Ambas son de k ∙ Q ∙q ⃗ sobre otra Q carga Q2 F= r̂ una carga ejerce 2 1 que Expresa la fuerza 1. Actúan a distancia. inverso al cuadrado R

Ley de Coulomb


(

C

1. Cuadro de analogías entre la ley de Coulomb y la Ley de gravitac

)

6.

1 Solución 1 de Ahora resuelves Tú (Página 161) V ab=k ∙ q − ra r b Solución Ahora tu (página ) t3 Solución Ahora El trabajo es tu (página ) t3

r=

√

k ∙Q ∙ q = m∙ g

√

2

9 ∙10

9

N∙m −6 −6 ∙1 ∙ 10 C10 ∙ 10 C 2 C =0,3 m m 0,1 Kg∙ 10 2 s

N

−6 −5 −5 N −6 T2 SECCIÓN EN MOVIMIENTO =1 ∙ 10∙ 10C ∙300 ∙ 0.2m=3 ∙ 102 CARGAS J W =1 ∙ 10 C ∙300 W∙ 0.2m=3 J Solución AhoraEltu (página trabajo es ) t3 El trabajo es C C T2 Corriente eléctrica (página ) N potencial es −5 −6 Ahora de W =1 ∙la10diferencia C ∙300 ∙ 0.2m=3 ∙ 10 J Ahora es Ahora, la diferencia de diferencia potencial es de potencial El trabajo es −5 C la 3 ∙10 J −5 Cómo abordar V ab= =6 V −6 3 ∙10 J los conocimientos previos t3 1∙ 10 C V ab= =6 V Ahora la diferencia de potencial es −6 −5 Se sugiere comenzar el tema preguntando: C 1∙ 10 3 ∙10 J V ab= =6 V 1∙ 10−6 C • ¿Qué sucede si se conectan dos conductores cargados por un hilo conductor?,

Solución a evaluación de la Sección 1 (página ) t3

¿sucede lo mismo si se conectan dos conductores descargados por un hilo 1. Cuadro de analogías entre la ley de Coulomb y la Ley de1gravitación conductor? Solución a evaluación de la Sección (página ) t3 Solución a evaluación de la Sección 1Descripción (página ) t3 Fórmula Semejanzas Diferencias eléctrico de carga que se mueve en un conductor? 1. Cuadro de analogías entre la ley •de ¿Desaparece Coulomb yellacampo Ley de gravitación 1. Cuadro de analogías entre la ley de Coulomb y la Ley de gravitación 72k ∙ Q ∙qFísica III Medio Descripción Semejanzas Diferencias Se espera que los estudiantes puedan describir la corriente como un flujo de cargas ⃗ F = Descripción r̂ Fórmula Fórmula Semejanzas Diferencias Ley de 1. La fuerza eléctrica es Expresa la fuerza que 1. Actúan a distancia. R2 eléctricas Coulomb una carga Q1 ejerce atractiva o repulsiva. GF.3_4M_CAMBIO.indd 72 06-08-13 22:30 2. Ambas son de sobre otra carga Q2 k ∙ Q ∙q k ∙ Q ∙q

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1

Nivel de conocimientos de la sección Objetivo de aprendizaje a desarrollar en el texto


Indicadores de evaluación sugeridos

Reconocer las semejanzas y diferencias entre Cuando los estudiantes han logrado este la ley de Coulomb y la ley de gravitación aprendizaje. universal de Newton.

-Reconocimiento de semejanzas y diferencias entre la ley de Coulomb y la ley de gravitación Reconocer los tipos de carga eléctrica, los tipos universal de Newton: ámbitos de materiales, los métodos de electrización. de aplicabilidad, magnitudes relativas y analogías formales entre ambas leyes. Aprender el concepto de campo eléctrico, energía potencial eléctrica y potencial eléctrico.

1. Reconocen las semejanzas entre la ley de Coulomb y la ley de Newton. 2. Reconocen las diferencias entre la ley de Coulomb y la ley de Newton. 1. Comparan los conceptos de campo eléctrico, potencial eléctrico y energía potencial eléctrico 2. Resuelven problemas simples.



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Evaluación capítulo 3 banco preguntas para la sección 1 La interacción eléctrica Nombres:

Apellidos:

Curso:

Fecha:

1) El núcleo de un elemento X tiene una carga eléctrica positiva de 1,6 · 10-18 C . La carga eléctrica de un protón es de 1,6 · 10-19 C . De acuerdo con esto, el núcleo del elemento X: A) contiene 5 protones. B) contiene 15 protones. C) contiene 10 electrones. D) contiene 10 protones. E) contiene 10 neutrones. 2) Se dispone de tres esferas metálicas iguales y aisladas. Dos de ellas (A) y (B) están neutras y la tercera (C) posee carga eléctrica Q. Si juntásemos simultáneamente las tres esferas, en su estado inicial, la carga final de (C), sería: A) Q

5) Al aproximarse un cuerpo a la esfera de un péndulo eléctrico, se observa que entre ellos hay notoria atracción, entonces se puede afirmar, que: A) el objeto y la esfera del péndulo se encuentran en estado neutro. B) el objeto y la esfera del péndulo tienen cargas del mismo signo. C) si la esfera del péndulo se encuentra en estado neutro, el objeto está cargado eléctricamente. D) el objeto y la esfera del péndulo tienen cargas del mismo signo, pero la carga del objeto es de mayor valor absoluto. E) el objeto y la esfera del péndulo tienen cargas del mismo signo, pero la carga del objeto es de menor valor absoluto.

B) Q / 2 C) Q / 3 D) Q / 4 E) 2Q / 3 3) Se frotan entre sí una barra de plástico y un paño de seda, ambos neutros, inicialmente. Si el paño de seda queda finalmente con carga positiva, entonces, durante el frotamiento deben haber pasado:

6) A un electroscopio descargado cuyas láminas se encuentran neutras, se aproxima una barra de vidrio cargada positivamente, podemos afirmar que sus láminas: A) permanecen juntas. B) adquirirán carga negativa y se separarán. C) adquirirán carga positiva y se separarán. D) permanecen neutros. E) una quedará positiva y la otra negativa.

A) protones del plástico al paño. B) protones del paño al plástico. C) neutrones del plástico al paño. D) electrones del plástico al paño. E) electrones del paño al plástico. 4) Dos esferas conductoras, cargadas e idénticas, se encuentran sobre soportes aislantes. Sus cargas son 2C y –4C. Si las esferas se ponen en contacto y luego son separadas, las cargas de cada esfera son, respectivamente: A) –2C y –2C B) 2C y 2C C) –1C y –1C D) 1C y –3C E) –3 y –1C


7) Se dispone de tres esferas metálicas iguales y aisladas. Dos de ellas (A) y (B) están neutras y la tercera (C) posee carga eléctrica Q. Se coloca (C) en contactos sucesivos con A y B. La carga final de (C) será: A) Q B) Q / 2 C) Q / 3 D) Q / 4 E) 2Q /

Soluciones 1. D 2. C 3. E 4. C

5. C 6. C 7. D

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Apellidos:

Curso:

Fecha:

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La interacción eléctrica Las siguientes figuras muestran diversas situaciones relacionadas con la interacción eléctrica. Utilizando los conceptos estudiados en la sección responde.

1. Un electroscopio consta de dos láminas metálicas muy finas, encerradas en un recipiente de vidrio y conectadas con el exterior por una esfera de metal. ¿Qué sucede con las láminas si se pone en contacto un cuerpo cargado con la esfera? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________

2. Si frotamos una barra de vidrio con un paño de seda se carga positivamente y atrae la bolita del péndulo eléctrico. ¿Qué sucede con la fuerza que se aplica sobre la esfera si colocamos en contacto la barra cargada y la esfera?, ¿Qué principio de conservación se aplica en estas situaciones? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________



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Sección 2 Cargas en movimiento (Página 162) Presentación En esta sección los estudiantes aprenderán a describir la corriente como flujo de cargas eléctricas y a distinguir entre corriente continua y corriente alterna. Conocerán la naturaleza de la corriente eléctrica, su sentido, velocidad y tipos. Establecerán la relación entre corriente eléctrica, densidad y velocidad de arrastre. Podrán verificar experimentalmente y representar gráficamente la ley de Ohm. Estudiarán los tipos de fem, resistividad, resistencia, y aplicarán la relación entre corriente, potencia y voltaje. Con los conocimientos adquiridos distinguirán, en casos simples y de interés práctico, entre circuitos en serie y paralelo. Finalmente, los estudiantes describirán los componentes y funciones de la instalación eléctrica domiciliaria. Para lograr los objetivos de aprendizaje la sección se ha dividido en los siguientes temas: • Corriente eléctrica. • Circuitos y ley de Ohm. • Energía y potencia en circuitos eléctricos. • Combinación de resistencias. • Circuitos domésticos y combinación de resistencias. Cada subtema forma parte de un objetivo de aprendizaje.

Conocimiento previo La sección trata sobre los circuitos y la relación entre sus componentes. Para que los alumnos logren los objetivos de aprendizaje propuestos para la sección, es necesario que revisen algunos contenidos tratados, tales como el campo eléctrico, el potencial eléctrico. Es preciso que indague en los alumnos lo siguiente. • El potencial eléctrico que se forma cuando un cuerpo se carga. • El fenómeno que ocurre cuando se conectan dos conductores con carga de igual módulo. • El fenómeno que ocurre cuando se conectan dos conductores con carga de diferente módulo. Para ello pídales realizar la siguiente actividad relacionada con la corriente eléctrica:

Materiales • Una bandeja de plumavit (de las que se usan en los supermercados para empacar carne, galletas, frutas). • Una bandeja de aluminio (de las que se usan para comida preparada). • Una tijera. • Cinta adhesiva de embalaje.

Procedimiento • Recorta un trozo del borde de la bandeja 1 y pégaselo como manilla en el centro de la parte cóncava de la bandeja 2. • Frota la bandeja 1 en tu cabeza o en un chaleco de lana y déjala encima de una mesa o en el suelo con la parte cóncava hacia abajo. • Coloca la bandeja 2 encima de la otra sin tocar la parte metálica (es decir sujetándola por la manilla de plumavit que pegaste). • Acerca tu dedo al borde de la bandeja 2, ¿qué sucede?, ¿te dolió? • Haz la prueba de frotar la bandeja 1 en distintos materiales. ¿En qué materiales el efecto es mayor? • Repite el experimento acercando una llave o un clavo en lugar de hacerlo directamente con tu dedo. ¿Cómo se siente ahora? • Inténtalo también en la oscuridad, ¿qué se ve?

Ahora, responde:

• ¿Cómo explicarías lo que sucede? • ¿Existe un movimiento de cuerpos cargados? • ¿Por qué se mueven los cuerpos cargados? • ¿Existe una diferencia de potencial? • ¿Qué sucede si acercamos un clavo a la bandeja cargada ?


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Evaluación diagnóstica sugerida

Esta tabla le ayudará para que determine el grado de profundidad en el desarrollo de habilidades y conocimientos previos sobre los tipos de cuerpos cargados, los conductores, a la par que constituye un recurso complementario que podrá adaptar para evaluar diferentes contenidos tratados en el Texto y los procesos. Nivel

Habilidad

Indicador de logro

Avanzado

- Reconoce que hay cuerpos cargados. - Reconoce que existe un movimiento de cuerpos cargados. -Reconoce que la diferencia de potencial entre los cuerpos produce un movimiento de cargas. - Reconoce que hay una corriente eléctrica y describe la corriente como un flujo de cargas eléctricas.

-Reconoce que las bandejas se encuentras cargadas. -Reconoce que las cargas presentes en la bandeja se mueven. -Reconoce que hay una diferencia de potencial entre la bandeja y la mano. -Reconoce que hay una corriente debida a la diferencia de potencial y que esta se debe a un flujo de corriente.

Medio

- Reconoce que hay cuerpos cargados. - Reconoce que existe un movimiento de cuerpos cargados. -Reconoce que la diferencia de potencial entre los cuerpos produce un movimiento de cargas.

-Reconoce que las bandejas se encuentran cargadas. -Reconoce que las cargas presentes en las bandejas se mueven. -Reconoce que hay una diferencia de potencial entre la bandeja y la mano.

Básico

- Reconoce que hay cuerpos cargados. - Reconoce que existe un movimiento de cuerpos cargados.

-Reconoce que las bandejas se encuentras cargadas. -Reconoce que las cargas presentes en la bandeja se mueven.

Insuficiente - Reconoce que hay cuerpos cargados.

Se recomienda dar algunas tareas y sobre los conductores y sobre los cuerpos con potencial electrostático.


Se sugiere al docente recordarles a los alumnos que vuelvan a estudiar la sección 1.

Red de contenidos Protones + Ley de Coulomb

Electrones Cargas eléctricas (Q)

Generan

Corrientes eléctricas

Ley de Oersted

Inducción Al variar generan

Brújula

Alternas (C.A.)

Generan Al variar generan

Campos eléctricos

Continuas (C.C.)

Artificiales

Campos magnéticos Imanes

Magnetíta Naturales Magnetismo terrestre



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Planificación específica de la sección A continuación se ofrece una planificación específica para la sección de Cargas en movimiento, de acuerdo con la planificación del capítulo 3 de la Unidad 1. En ella se han considerado los aprendizajes esperados dispuestos por el Marco Curricular y que contemplan los aspectos conceptuales, procedimentales y habilidades, todo ello considerando el tiempo estimado y los recursos didácticos: actividades teóricas y prácticas a desarrollar por los estudiantes:

En relación con la actividad exploratoria, le proponemos indicadores para evaluar el nivel de logro de los conocimientos, en la Tabla N°1. Semana

Objetivo Aprendizaje por tema

Contenidos


1

Corriente eléctrica. - Describir la corriente Naturaleza de la corriente eléctrica. como un flujo de cargas - Corriente eléctrica. eléctricas. - Sentido, velocidad, tipos de co- Distinguir entre corriente rriente. continua y alterna. - Corriente, velocidad de arrastre y densidad de corriente.

1. Desarrollar preguntas orientadoras como: a) ¿Cómo funcionan los aparatos eléctricos que tienen en tu casa? b) ¿Qué es la corriente eléctrica? 2. Orientar el desarrollo de la actividad: ¿Cuánto demora un electrón en moverse en un cable conductor de un metro de largo? 3. Resolución de problemas.

2

Circuitos y ley de Ohm. -Verificación experimental -Fuerza electromotriz fem. y representación gráfica de - Tipos de fem. la ley de Ohm. - Ley de Ohm. - Resistencia y resistividad.

1. Desarrollar preguntas orientadoras como: a) ¿Por qué un hervidor puede calentar el agua? b) ¿Cómo se puede mantener una corriente eléctrica constante circulando en un conductor? 2. Realizar el laboratorio verificando la ley de Ohm. 3. Realizar la actividad Conexiones con la Sociedad. 4. Resolución de problemas.

3

Energía y potencia en circuitos 1. Desarrollar preguntas orientadoras como: Aplicar la relación entre co- eléctricos. a) ¿Cómo podemos estimar la energía que se rriente, potencia y voltaje. transforma en un dispositivo eléctrico? - Efecto Joule. 2. Resolución de problemas.

4

Distinguir, en casos sim1. Desarrollar preguntas orientadoras como: Combinación de resistencias. ples y de interés práctico, a) ¿Cómo es posible que cuando se apaga la luz en -Resistencias conectadas en serie. entre circuitos en serie y un sector de la casa no se apague el refrigerador? -Resistencias conectadas en paralelo. en paralelo. 2. Resolución de problemas.

5

Describir los componentes y funciones de la instalación eléctrica domiciliaria (conexión a tierra, fusibles, interruptores, enchufes, etc).


Circuito doméstico y combinación 1. Desarrollar preguntas orientadoras como: de resistencias. a) ¿Los aparatos eléctricos de una casa están - Circuito doméstico. conectados en serie o en paralelo en un circuito? - Fusibles, breaker, enchufes de tres 2. Resolución de problemas. dientes y dos dientes.

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TEMA 1 CORRIENTE ELÉCTRICA (Página 162) Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere comenzar el tema preguntando: • ¿Qué sucede si se conectan dos conductores cargados por un hilo conductor?, ¿sucede lo mismo si se conectan dos conductores descargados por un hilo conductor? • ¿Desaparece el campo eléctrico de carga que se mueve en un conductor? Se espera que los estudiantes puedan describir la corriente como un flujo de cargas eléctricas.

Refuerzo de los contenidos Enfatizar que: a) La temática se centra en la electrodinámica, que es el estudio de las cargas en movimiento. b) Estudiarán el movimiento de las cargas en movimiento en los conductores en cuyo interior se ha establecido un campo eléctrico.

Naturaleza de la corriente electrica (Página 162) Refuerzo de los contenidos Enfatizar que: a) La corriente se atribuye al desplazamiento de las cargas, iones (conductores líquidos y gases ionizantes) y electrones (en conductores sólidos).

Solución de ¿Cómo vas? (Página 163) • Coincide con el de los portadores de carga positivos.

1

Sentido de la corriente (Página 164) Refuerzo de los contenidos Enfatizar que: a) Por convección, el sentido de la corriente coincide con el de los portadores de carga positiva. b) En los metales el sentido real del desplazamiento de los electrones constituye la corriente.

Tipos de corriente Se sugiere comenzar el tema preguntando: • ¿Cuál es la diferencia entre una corriente continua y otra alterna? • ¿Es posible tener una corriente que sea constante en el tiempo?

Se sugiere comenzar el tema preguntando: • ¿Cómo funciona un generador eléctrico?, ¿Un motor eléctrico? Se sugiere comenzar el tema preguntando: Se espera que los estudiantes puedan distinguir entre una • ¿Cuál es la diferencia entre una corriente continua y otra alte corriente eléctrica y una corriente continua. • alterna ¿Cuál es la diferencia entre una corriente continua y otra • ¿Es posible tener una corriente que sea constante en el tiemp • ¿Es posible tener una corriente que sea constante en el tie Refuerzo de los contenidos • ¿Cómo funciona un generador eléctrico?, y ¿Un motor eléct • ¿Cómo funciona un generador eléctrico?, y ¿Un motor e Enfatizar que:

Se espera que los estudiantes puedan distinguir entre una corriente e

a) Cuando la de los potencial se mantiene Sediferencia espera que estudiantes puedanconstante distinguir entre una corrien corriente continua. entre doscorriente puntos Acontinua. y B, entonces la corriente eléctrica es constante y recibe el nombre de corriente continua. Refuerzo de los contenidos t3 t3 Refuerzo dedelospotencial contenidos b) Cuando la diferencia entre los puntos A y B

cambia de sentido con una cierta frecuencia, entonces la Enfatizar que: que: Enfatizar corriente cambia de sentido. a) Cuando la diferencia de potencial se mantiene constante entr a) Cuando la constante diferencia de potencial se se mantiene constante c) La corriente estacionaria, en el tiempo, entonces la corriente eléctrica constante el nombr entonces corriente eléctrica es constante y recibe el no obtiene en un circuito. En la esta situación laes corriente quey recibe b)esCuando laendiferencia de potencial entreentre los puntos A yA B ycam b) Cuando la diferencia potencial los puntos B circula la misma cada sección delde circuito. cierta frecuencia, entonces la corriente cambia de sentido cierta frecuencia, entonces la corriente cambia de sentido. d) La corriente eléctrica es un flujo de electrones, luego no c) La corriente estacionaria, constante el tiempo, se obt Lacon corriente estacionaria, constante en haya elentiempo, se obtiene solo c) basta la existencia de electrones para que situación la corriente que circula es la misma en cada se la además corriente circuladeespotencial la misma en cada secció corriente,situación debe haber unaque diferencia d) La corriente eléctrica es un flujo de electrones, luego no La corriente eléctrica es un flujo de electrones, luego no solo en losd)extremos delelectrones conductor. de parahaya que corriente, haya corriente, ademá de electrones para que debedebe haberhaber además un potencial en los extremos del conductor. potencial en los extremos del conductor.

Solución de Ahora resuelves Tú (Página 165) Solución a Ahora Tu t3 Solución a Ahora Tu t3

Corriente eléctrica (Página 163) Refuerzo de los contenidos

q=3C∙10−9

Enfatizar que: a) La corriente puede pasar por los cuerpos sólidos (metales, semiconductores), por los líquidos (electrolitos) y por los gases (una descarga eléctrica). b) Los portadores de carga pueden ser electrones, iones.

q=3 ∙10−9

e) Cuando hay un campo eléctrico el movimiento caótico de los portadores se superpone con una cierta velocidad de desplazamiento.

−7 ∙ 120 s=3,6 ∙ 10 C

−7 25 electrones 19 ne =3,6 ∙ 10 ∙ 6,25 ∙10 =2,25∙ 10 electrones −7 25 electronesC 19 ne =3,6 ∙ 10 ∙ 6,25 ∙10 =2,25∙ 10 electrones

C

c) Dentro del cuerpo conductor debe existir un campo eléctrico. d) Los portadores se mueven con velocidad aleatoria.

s

C

−7 ∙ 120ss=3,6 ∙ 10 C

T2 Solución ¿cuánto tiempo se demora un electrón en mover

T2 Solución se demora de un ¿cuánto metro detiempo largo? (página ) un electrón en moverse e de un metro de largo? (página ) 9

1. Es la rapidez del movimiento aleatorio ( V a=6,6 ∙ 10 V 9

1. Es la rapidez del movimiento aleatorio ( V a=6,6 ∙ 10 V d ) −4 m V d|=1,5∙ 10 GUÍA DIDÁCTICA DEL DOCENTE Información 79 2. s curricular m 2.


V d =1,5∙ 10

−4

s

3. La razón es que el campo eléctrico se establece en el alam 06-08-13 22:30

•

• ¿Cómo funciona un generador eléctrico?, y ¿Un motor eléct ¿Cuál es la diferencia entre una corriente continua y otra alterna?

espera que losenestudiantes ¿Es posible tener una corriente queSesea constante el tiempo?puedan distinguir entre una corriente e corriente continua. • ¿Cómo funciona un generador eléctrico?, y ¿Un motor eléctrico? Refuerzo de los contenidos t3 Actividad experimental grupal: Verifieléctrica cación experimental Se espera que los estudiantes puedan distinguir entre una corriente alterna y una Enfatizargráfi que:ca de la ley de Ohm (Página 168) (Página 166) y representación corriente continua. a) Cuando la diferencia de potencial se mantiene constante entr 1. Es una relación directamente proporcional. Refuerzo de los contenidos t3 entonces la corriente eléctrica es constante y recibe el nombr 2. Representa la resistencia del material. b) Cuando la diferencia de potencial entre los puntos A y B cam Enfatizar que: 3. Son similares. cierta frecuencia, entonces la corriente cambia de sentido. Se sugiere comenzar el tema preguntando: c) La corriente estacionaria, constante entre en el tiempo, se obtiene 4. Que existe una relación directamente proporcional • ¿Cómo se enciende una ampolleta? a) Cuando la diferencia de potencial se mantiene constante entre dos puntos A y B, situación la corriente el voltaje y la intensidad de corriente.que circula es la misma en cada secció entonces laelcorriente recibe eleléctrica nombre es deun corriente • ¿Por qué un hervidor eléctrico puede calentar agua? eléctrica es constante d) Laycorriente flujo decontinua. electrones, luego no solo b) Cuando la diferencia de potencial entre los puntos A y B cambia de con unahaber además un de electrones para que haya sentido corriente, debe • ¿Influye en la interacción eléctrica la masa del cuerpo a) Las cargas se mueven desde un punto cierta frecuencia, entonces cambia de sentido. Leyladecorriente Ohm (Página 169) potencial en los extremos del conductor. de gran potencia cargado? menor c) La corriente estacionaria, constante en el tiempo, sepotencial. obtiene en un circuito. En esta Se espera que los estudiantes puedan verifi car experimentalb) Para que una eléctrica perdure es necesario m situación la corriente que circula de es la en cada del circuito. Refuerzo losmisma contenidos Solución a Ahora Tusección t3 corriente potencial entre los extremos del conductor mente y representar gráficamented) la ley de Ohm. La corriente eléctrica es un flujo de electrones, luego no solo basta con la existencia Enfatizar que: c) La fem se mide usando un instrumento llamado voltím −9 C −7 de electrones para que haya corriente, debe además de q=3 ∙10 haber C ∙ 120 s=3,6una ∙ 10diferencia a) del En los metales la experiencia muestra que si se establece s potencial en los extremos conductor. Refuerzo de los contenidos T2 Tipos un campo eléctrico, estedeesfem proporcional a la densidad de •

TEMA 2 CIRCUITOS Y LEY DE OHM


Enfatizar que:

corriente que circula en él. −7 de los contenidos 25 electrones Refuerzo t3=2,25∙ 1019 electrones ne =3,6 ∙ 10la ∙ley 6,25 b) Un conductor sigue de∙10 Ohm, si laC corriente es pro−9 C −7 diferenciaque: de potencial o voltaje aplicado. b) Estudiarán las propiedades deq=3 las baterías ∙10 y estas ∙ 120propician s=3,6 ∙ 10 C porcional a laEnfatizar s la transferencia de energía. c) La resistencia es una medida de la oposición que ejerce T2 Solución ¿cuánto tiempo se demora un electrón en moverse e a) La fem aideal, un material al flujo de carga travésmantiene de él. constante la diferencia de pote independiente la corriente que circula en el. de un19metro de largo? (página ) −7 25 electrones Identificar y enfrentar erroresnefrecuentes =3,6 ∙ 10 ∙ 6,25 ∙10 =2,25∙ 10 electrones b) En la fem real, la diferencia de potencial entre sus born 9 a) La fuerza electromotriz no es una fuerza, es una fuente de C de la corriente. Solución de ¿Cómo vas? (Página 1. Es la rapidez del169) movimiento aleatorio ( V a=6,6 ∙ 10 V d ) voltaje. c) La fem se mide usando un instrumento llamado voltím Si hay algunos alumnos que erran en el concepto, indíqueles T2 Solución ¿cuánto tiempo se demora un electrón en moverse en un cable conductor −4 m V =1,5∙ 10 que la fem genera una diferencia de potencial en un circuito. d 2. de un metro de largo? (página ) s T2 Laboratorio verificando la ley de Ohm (página ) t3 La diferencia de potencial es energía por unidad de carga y 9 ∙ 10relación V d ) directamente proporcional no tiene unidad de fuerza. 1.a=6,6 Es una 1. Es la rapidez del movimiento aleatorio3. ( LaV razón es que el campo eléctrico se establece en el alambr cercana a la de la luz, y los electrones comienzan a moverse 2. Representa la resistencia del material Fuerza electromotriz: fem (Página 166) −4 m al mismo tiempo. El tiempo que le lleva a un electrón en par V d =1,5∙ 10 Solución de Ahora3.resuelves Tú (Página 170) s Refuerzo de los contenidos 2. Son similares

Solución a Ahora Tu t3

a) La temática se centra en el comportamiento de las corrientes.

a) No, porque la gráfica representa una curva. 4. Que existe una relación directamente proporcional ent La razón es potencial que el campo se la establece en el alambre con una rapidez b) eléctrico No, porque gráficacorriente. representa una curva. a) Las cargas se mueven desde un3.punto de gran cercana a la de la luz, y los electrones comienzan a moverse a lo largo del cable casi eléctrico a otro punto de menor potencial. T2a un Leyelectrón de Ohmen(página ) llegar desde el tiempo. El tiempo que le lleva particular b) Para que una corriente eléctrica perdurealesmismo necesario mantener Instrumentos de medición (Página 171) la diferencia de potencial entre los extremos del conductor. Refuerzo de los contenidos t3 c) La fem se mide usando un instrumento llamado voltímetro. Refuerzo de los contenidos Enfatizar que: Enfatizar que: Enfatizar que:

Tipos de fem (Página 167) Refuerzo de los contenidos Enfatizar que: a) La fem ideal, mantiene constante la diferencia de potencial entre sus bornes, independientemente de la corriente que circula en él. b) En la fem real, la diferencia de potencial entre sus bornes disminuye con el aumento de la corriente. c) La fem se mide usando un instrumento llamado voltímetro.


a) El amperímetro es un instrumento que mide la corriente a) En los metales la experiencia muestra que si se estable eléctrica y se conectaproporcional en serie en un a lacircuito. densidad de corriente que circula en

b) El voltímetro es un quesigue mide la la diferencia de si la corriente es pr b)instrumento Un conductor ley de Ohm, voltaje y se conecta en un circuito en paralelo. potencial o voltaje aplicado. c) instrumento La resistencia es una medida de la oposición que ejerc c) El multímetro es un de mediciones eléctricas. a través de él. En este aparato puedes medir la intensidad de corriente (alterna o continua) , voltaje y resistencia. Solución a ¿Cómo vas? (página ) t3 •

V =I ∙ R

Física III Medio

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U N I D A D

Pilas eléctricas (Página 172)

1

TEMA 3 ENERGÍA Y POTENCIA EN CIRCUITOS ELÉCTRICOS (Página 175)

Refuerzo de los contenidos Enfatizar que: a) Las pilas son generadores químicos de fem, permiten aprovechar la energía producida por las reacciones químicas de las sustancias que las integran para movilizar los electrones.

Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere comenzar el tema preguntando: • ¿Cómo podrías estimar la energía que se transforma en un dispositivo eléctrico? • ¿Cuál es la relación entre voltaje, la potencia y la corriente eléctrica?

Resistencia eléctrica (Página 172) Refuerzo de los contenidos

Se espera que los estudiantes puedan aplicar la relación entre Enfatizar que: corriente, potencia y voltaje. Refuerzo de losa)contenidos t3 La resistencia de un conductor es inversamente proporcional fuerzo de los contenidos t3 a su sección transversal (A), y directamente proporcional Refuerzo de los contenidos Enfatizar que: Se espera que los estudiantes puedan aplicar la relación entre cor atizar que: a su longitud (L) y a su resistividad (ρ). Enfatizar que: a) La resistencia de undeconductor es inversamente a su sección transversal (A), Refuerzo los contenidos t3 Refuerzo de los contenidos t3 a) La resistencia de un conductor es inversamente a suysección transversal Refuerzo det3 los contenidos t3 directamente proporcional a su longitud (L) a su resistividad (ρ)(A), a) El trabajo representa la energía eléctrica transferida hacia Refuerzo de los contenidos directamente proporcional a su longitud (L) y a su resistividad (ρ) Enfatizar que: Resistividad (Página 172) que:del circuito. adentro de esteEnfatizar elemento Enfatizar que: Enfatizar T2que: Resistividad (página ) resistencia de un conductor es inversamente a su sección transversal b) La(A), potencia es la a) energía transferida en una unidad de transferida hacia Resistividad (página ) a) Lade El trabajo representa la energía eléctrica a)deRefuerzo La de un conductor es inversamente a(L) su ysección transversal contenidos directamente proporcional asección su longitud a su resistividad (ρ)(A), a) La resistencia unresistencia conductor eslos inversamente a su transversal (A), tiempo. Refuerzo de losdirectamente contenidosproporcional t3 (L) y a(ρ) su resistividad (ρ) de circuito proporcional a su longitud (L)aysua longitud su resistividad Enfatizar fuerzodirectamente de los contenidos t3 que: T2 Resistividad (página ) c) La potencia es el producto de la intensidad de corriente que Enfatizar que: Resistividad (página )es el cociente entre la magnitud del campo a) )La resistividad b) La potencia es laalenergía T2 ResistividadT2 (página circula por el dispositivo y el voltaje cual setransferida encuentraen una unidad de tiem Refuerzo de los contenidos t3 atizar que: eléctrico y la densidad de corriente. sometido. Refuerzo det3 loses contenidos t3 entre la magnitud del campo eléctrico y la densidad a)los La resistividad el cociente de c) La potencia es el producto de intensidad de corriente que Refuerzo de contenidos Enfatizar que: b) La resistividad depende de la temperatura. corriente. a) La resistividad es el cociente entre la magnitud del campo eléctrico y la densidad depotencia eléctrica se d) La denomina efecto Joule. sometido. el voltaje al cual se encuentra Enfatizar que: Enfatizar que: b) La resistividad depende de laes corriente. La resistividad estemperatura. el entrede la la magnitud del campo eléctrico y la densidad de c) La a) conductividad elcociente recíproco resistividad. corriente. d) La potencia eléctrica se denomina Efecto Joule. c) La conductividad es la elestemperatura. reciproco de la resistividad. b) La resistividad depende de a) es Laelresistividad ellacociente entre la magnitud del campo eléctrico de a) La resistividad cociente entre magnitud deldecampo eléctrico y la densidad dey la densidad Soluciones de Ahora resuelves Tú (Página 177) b) reciproco La resistividad depende la temperatura. corriente. c) La conductividad es el de la resistividad. corriente. c) La conductividad reciproco de la resistividad. Solución a Ahora Tu (pagina )t3 La resistividad depende a b) Ahora Tu (pagina )t3 deeslaeltemperatura. b) Solución La resistividad depende de la temperatura. c) La conductividad es el reciproco de la resistividad. ución Ahora Tu (pagina )t3a Ahora c) Laa conductividad esSolución el reciproco laTu resistividad. (pagina )t3 dedeAhora resuelves Tú (Página 174) E=6V ∙ 3,5 A ∙600s=12 600 J Resolución Soluciones Solución a Ahora Tu (pagina )t3 Resolución solucióna Ahora Tu (pagina Resolución Solución )t3 40 m −8 −6 2 12600 J A=1,72 · 10 Ω· m· =3,44 · 10 Resolución 40 m m −8 −6 2 T= =15,05 ° C Resolución a) 0,2 Ω A=1,72 · 10 Ω· m· =3,44 · 10 m 40 m −8a) a) −6 2 J A=1,72 · 10 Ω· m· =3,44 ·40 10m m 0,2 Ω 837,2 Ω−8 Ω· m·−6 2 =3,44 · 10−6 m 2 °C 400,2 m· 10 −8 A=1,72

a)

A=1,72a)· 10 Ω· m·

0,2 Ω

=3,44 · 10 0,2 mΩ

√ √ √ √

A 3,44 · 10A−6 m23,44 · 10−6 m2−3 −3 m=1,04 mm mm = r= = =1,04 ·10 =1,04 ·10 m=1,04 −6 2π π π π A 3,44 ·−610A 2 m3,44 · 10−6 m2−3 −3 mm r= A =3,44 ·r= m=1,04 ·10 =1,04 10 m = =1,04 −3 ·10debem=1,04 Elπ= diámetro es elπdoble del radio por lo ser tanto ser de almm menos 2,1 mm. mm =1,04 ·10 π ym=1,04 El diámetro esr=el doble del radio debe de al menos 2,1 mm. π πy por lo tanto π El diámetro es el doble del radio y por lo tanto debe ser de El diámetro es el doble delloradio y por lo tanto debe ser de la al2,1 menos V Ral menos diámetro del radio ydepor tanto de al menos mm.2,1demm. b)radio A partir número de debe se determina diferencia potencial a través de El diámetroes es el el doble doble del y 2,1 por lo tanto debe ser=Ide·ser 2,1 mm. al menos mm. b) A partir de número de V =I · R se determina la diferencia de potencial a través de alambre es V =I · R b) cada Ade partir sedetermina determina la diferencia de a través de b) A partir número de se la diferencia de potencial =I Rse VV =I · R·de Vdiferencia =¿ de6 A·0,2 cada es partir dealambre número de determina diferencia potencial través A) A partir de número de potencial se determina laalambre: deΩ potencial a través de = a1,2 V de a través de la cada cada alambre es V =¿ 6 A·0,2 Ω = 1,2 V ada alambre es a alambre es r=

√√ √ √ √ √

V =¿ 6 A·0,2 Ω = 1,2 V V =¿ 6 A·0,2 Ω = 1,2 V V =¿Y POTENCIA T2 ENERGIA CIRCUITOS ELECTRICOS (página ) 6 A·0,2 ΩEN = 1,2 V

abordar los previos t3 T2 ENERGIA Y Cómo POTENCIA ENconocimientos CIRCUITOS ELECTRICOS (página )

T2 ENERGIA Y POTENCIA EN CIRCUITOS ELECTRICOS (página ) T2 ENERGIA Y POTENCIA EN CIRCUITOS ELECTRICOS (página ) Se sugiere comenzar el tema preguntando:

ENERGIA YCómo POTENCIA EN CIRCUITOS ELECTRICOS (página ) Cómo abordar los conocimientos previos t3 t3 abordar los conocimientos previos Cómo abordar los conocimientos previos t3 • ¿Cómo podrías estimar la energía que se transforma en un dispositivo eléctrico?

Se sugiere el temaelprevios preguntando: mo abordar los conocimientos t3 Secomenzar sugiere comenzar tema preguntando: Se sugiere comenzar el tema preguntando: • ¿Cuál es la relación entre voltaje, la potencia y la corriente eléctrica?

• podrías ¿Cómo podrías estimar la energía se transforma undispositivo dispositivo eléctrico? eléctrico? • ¿Cómo la energía que que seentransforma enenun sugiere comenzar tema preguntando: • ¿Cómo podríaselestimar laestimar energía que se transforma un dispositivo eléctrico?

T2 COMBINACIÓN DE RESISTENCIAS (página ) Cómo abordar los conocimientos previos t3 Se sugiere comenzar el tema preguntando: •

¿Por qué cuando una ampolleta del alumbrado eléctrico s de funcionar?

•

¿Cómo es posible que puedas cargar tu celular y usar la te

Se espera que los estudiantes puedan distinguir, en casos simples circuitos en serie y paralelo. Refuerzo de los contenidos t3 Enfatizar que:

a) Los circuitos a menudo incluyen fuentes, resistores y otro


• es¿Cuál es la relación entre voltaje, la potencialay corriente la corrienteeléctrica? eléctrica? • espodrías ¿Cuál la entre relación entre voltaje, • • ¿Cómo estimar la energía que se yla transforma un dispositivo eléctrico? ¿Cuál la relación voltaje, la potencia lapotencia corrienteyen eléctrica?

•

81

¿Cuál es la relación entre voltaje, la potencia y la corriente eléctrica? GF.3_4M_CAMBIO.indd 81

06-08-13 22:30

TEMA 4 COMBINACIÓN DE RESISTENCIAS

Resistencia en paralelo (Página 180)

(Página 178)



Enfatizar que:

Se sugiere comenzar el tema preguntando: • ¿Por qué cuando una ampolleta del alumbrado eléctrico se quema las otras no dejan de funcionar?

a) En un circuito donde todas las resistencias están conectadas en paralelo, el voltaje al cual están sometidas es el mismo, pero la suma de las corrientes que pasa por cada resistencia es igual a la corriente que entra en la rama.

• ¿Cómo es posible que puedas cargar tu celular y usar la televisión simultáneamente?

b) La resistencia equivalente de cualquier número de resistencias en paralelo, es el reciproco de la resistencia equivalente siempre es menor que cualquiera de las individuales.

Se espera que los estudiantes puedan distinguir, en casos simples y de interés práctico, entre circuitos en serie y paralelo.

Soluciones de Ahora resuelves Tú (Página 183)

Refuerzo de los contenidos Enfatizar que: a) Los circuitos a menudo incluyen fuentes, resistores y otros elementos del circuito. b) La temática se centra en los circuitos donde la corriente no cambia con el tiempo, aunque con este conocimiento también podrán estudiar los circuitos de corriente alterna.

En la siguiente secuencia se muestra el cálculo de la resistencia equivalente:

a)

Resistencias conectadas en serie y en paralelo (Página 179) Refuerzo de los contenidos Enfatizar que: a) Cuando las resistencias se conectan en una sola trayectoria, se dice que estas están conectadas en serie. b) Cuando las resistencias proporcionan una trayectoria alternativa, las resistencias están conectadas en paralelo.


b)

• En serie, la corriente tiene una sola trayectoria. • En paralelo la corriente tiene más de una alternativa en su trayecto. • En serie, suma de las resistencias; en paralelo, suma de los inversos.

Resistencia en serie (Página 180) Refuerzo de los contenidos Enfatizar que:

c)

a) En un circuito donde todas las resistencias están conectadas en serie, la corriente es la misma o constante por cada resistencia y al sumar el voltaje al cual está sometida cada resistencia se obtiene el voltaje de la fuente.

T2 CIRCUITO DOMESTICO Y COMBINACIÓN D

b) La resistencia equivalente de cualquier número de resistencias en serie es igual a la suma de las resistencias individuales.



Física III Medio

Cómo abordar los conocimientos previos t3

•

¿Cómo están conectados los aparatos eléctricos

•

¿Por qué cuando se quema una ampolleta el refr

Se espera que los estudiantes puedan describir los comp 06-08-13 22:30

a) Generalmente los circuitos domésticos son de corriente alterna los contenidos por t3 la potencia b) Hay un límite de elementos que se puedenRefuerzo conectar,dedeterminada U N I D A D

eléctrica del aparato.

d)

a) Generalmente los circuitos domésticos son de corriente alterna c) La sobrecarga de un circuito se proviene b)limitando la corriente en un que circuito por conectar, Hay un límite de elementos se pueden determinado por lade potencia eléctrica del aparato. medio de fusibles y breakers. b) Hay un límite elementos que se pueden conectar, determinada por la pot eléctrica del aparato. c) La sobrecarga de un circuito se previene limitando la d) Los fusibles contienen una franja metálica que al fundirse evita el dede lafusibles y breakers. corriente en un circuito porpaso medio c) La sobrecarga de un circuito se proviene limitando la corriente en un circu corriente. d) Los fusibles franja metálica que, al fundirse, mediocontienen de fusibles una y breakers. evitacontenidos el paso de lat3 corriente. Refuerzo de los d) Los fusibles es contienen una franja e) Los brekers contienen una franja bimetálica que al abrirse suficiente parametálica abrir elque al fundirse evita el paso de e) Los breakers contienen una franja bimetálica que, al abrirse, corriente. circuito. Enfatizar que:es suficiente para abrir el circuito. e) Los de brekers contienen una franja bimetálica que al abrirse es suficiente par f ) Enchufes tres dientes. f) Enchufes de tres dientes a) Generalmente los circuitos domésticos son de corriente alterna circuito. g) Enchufes de dos dientes, clavija polarizada. f) Enchufes de tres dientes g) Enchufes de dos dientes clavija polarizada b) Hay un límite de elementos que se pueden conectar, determinada por la Solución de ¿Cómo vas? (Página 186) eléctrica del aparato. g) Enchufes de dos dientes clavija polarizada

Solución a ¿Cómo vas? (página ) t3 e)

1

Enfatizar que:

•

• El fusible contiene un metal que, al fundirse bloquea el Solución ade ¿Cómo vas? )elt3breakers c) La sobrecarga un circuito se proviene limitando la corriente en un ci paso de la corriente, en(página cambio és una lámina El fusible contiene un metal que al fundirse bloquea el paso de la corriente, en mediobimetálica de• fusibles y contiene breakers. flexible. El fusible un metal que al fundirse bloquea el paso de la corriente

T2 CIRCUITO DOMESTICO COMBINACIÓN cambio el breakers es una lámina Y bimetálica flexible. DE RESISTENCIAS (pagina ) • Se encuentra el medidor. cambio elenbreakers es una lámina bimetálica flexible. d) Los fusibles contienen una franja metálica que al fundirse evita el paso • Cómo Se encuentran el conocimientos medidor. abordarenlos previos t3 • Se encuentran en el medidor. corriente. Solución de ¿Cómo vas? (Página 187)

Solución a ¿Cómo vas? (página ) t3 Solución a ¿Cómo vas? (página ) t3preguntando: Se sugiere comenzar el tema En el enchufe de tres diente se conecta a tie- es suficiente e) Los• brekers contienen unadientes franjaunbimetálica que al abrirse

rra,• mientras quedeentres el de dos indica la polarización de la mientras que el de d El enchufe dientes un diente se conecta a tierra, circuito. El •enchufe de tres dientes un diente se conecta a tierra, mientras que el de dos indica corriente. ¿Cómo están conectados los aparatos eléctricos en una en serie o en paralelo? la polarización de la casa, corriente. la polarización de la corriente. f) Enchufes de tres dientes Solución sección 2 evaluación TEMA 5 CIRCUITO Y COMBINACIÓN • DOMÉSTICO ¿Por qué cuando se quema una ampolleta el refrigerador sigue(Página funcionando? Solución evaluación de sección 187) Solución sección 2 evaluación g) Enchufes dos dientes clavija polarizada un de flujo de corrientes circula circuito. 1. Es 1. undees flujo corrientes queque circula porpor un un circuito. DE RESISTENCIAS (Página 184)

•

Se espera que los estudiantes puedan describir los componentes y funciones de instalación CIRCUITO DOMESTICO DEque RESISTENCIAS (pagina )es unaesmedida 2. La resistencia de ladeoposición deldel material 2. Lavas? resistencia una) t3 medida la oposición material al flujo de los ele 1.YesCOMBINACIÓN un flujo de corrientes circula por aun circuito. Solución ¿Cómo (página eléctrica domiciliaria. al fl ujo de los electrones, el voltaje es la energía por unidad el voltaje es la energía por unidad de carga, potencia es cuanta energía por Cómo abordar los conocimientos previos mo abordar los conocimientos previos t3 es una medida de la oposicióndedel carga, potencia esflujo cuánta energía por unidad de tiempo tiempo entrega el circuito. 2. La resistencia material al de los electrones, contiene un metal que al fundirse bloquea el paso de la corrie Se sugiere comenzar el temadepreguntando: Refuerzo los contenidos t3 • El fusible el circuito. el voltaje es la energía por unidad de cambio carga,entrega potencia es cuanta unidadVflexible. de Requivalente =4energía Ω I por =2A es una lámina bimetálica ab =V bc =4 V ugiere comenzar• el¿Cómo tema preguntando: 3. breakers a) , total , están conectados los aparatos eléctricos en una 3. a) el tiempo entrega que: el circuito. casa: en serieEnfatizar o en paralelo? • en Seserie encuentran en el medidor. 8V • ¿Cómo están •conectados los aparatos eléctricos una casa, o en=4 paralelo? ¿Por qué cuando se quema una=4 ampolleta refrigerador R =1 Ω I =4A I= =4 A Requivalente Ω en el I total =2A V ab=V , , voltaje en cada rama 8 V, total bc b) V e 2Ω domésticos 3. a)a) La temática se ,centra en los circuitos , sigue funcionando? Solución a ¿Cómo vas? (página ) t3 • ¿Por qué cuando se quema ampolleta el refrigerador sigue funcionando? Se espera que losuna estudiantes puedan describir los compoT2 Circuito domestico (página ) 8V domiciliaria. nentes y funciones deR la instalación eléctrica =1 Ω I diente =4A se conecta a tierra, mientras que el d I= =4 A • El enchufe de tres dientes un e , voltaje b) endecada rama 8 V, total espera que los estudiantes puedanb)describir los, componentes y funciones instalación 2Ω la polarización de la corriente. trica domiciliaria. Solución sección 2 evaluación Refuerzo de los contenidos uerzo de los contenidos t3 Voltaje en cada rama Enfatizar que: 1. es un flujo de corrientes que circula por un circuito. a) La temática se centra en los circuitos domésticos. atizar que: c) En serie la ampolleta no enciende porque no hay corriente 2. La resistencia es una medida de la oposición del material al flujo de los circulando. En paralelo se mantiene encendida porque por a) La temática se centra en los circuitos domésticos el voltaje es la energía por unidad de carga, potencia es cuanta energía p ella circula corriente. Circuito doméstico (Página 184) tiempo entrega el circuito. Circuito domestico (página ) Refuerzo de los contenidos Enfatizar que:

3.

a)

Requivalente =4 Ω

,

a) Generalmente los circuitos domésticos son de corriente alterna

b)

Re =1 Ω

,

I=

I total =2A

,

V ab=V bc =4 V

8V =4 A , voltaje en cada rama 8 V, 2Ω



I total =4A

83 06-08-13 22:30

Nivel de conocimientos de la sección Objetivo de aprendizaje a desarrollar en el Texto

Propuesta Objetivos de aprendizaje específicos

Indicadores de evaluación sugeridos

1. Reconocen las semejanzas entre la ley de -Descripción de la corriente como - Describir la corriente como un flujo de Coulomb y la ley de Newton. un flujo de cargas eléctricas, cargas eléctricas. 2. Reconocen las diferencias entre la ley de distinguiendo entre corriente Coulomb y la ley de Newton. Distinguir entre corriente continua y alterna. continua y alterna. 3. Resuelven problemas simples. -Verificación experimental y representación gráfica de la ley de Ohm y aplicación elemental de la relación entre corriente, potencia y voltaje en el cálculo de consumo doméstico de energía eléctrica.

1. Identifican los tipos de carga eléctrica. -Verificación experimental y representación 2. Identifican tipos de materiales y los mégráfica de la ley de Ohm. todos de electrización.

-Descripción de los componentes y funciones de la instalación eléctrica domiciliaria (conexión a tierra, fusibles, interruptores, enchufes, etc.) y distinción, en casos simples y de interés práctico, entre circuitos en serie y en paralelo.

1. Distinguen entre circuitos en serie y en -Distinguir, en casos simples y de interés paralelo práctico, entre circuitos en serie y en paralelo. 2. Resuelven problemas simples.


1. Comparan los conceptos de campo -Aplicar la relación entre corriente, potencia eléctrico, potencial eléctrico y energía poy voltaje. tencial eléctrica.

1. Explican por medio de ejemplos los -Describir los componentes y funciones de la componentes de una instalación eléctrica. instalación eléctrica domiciliaria (conexión a tierra, fusibles, interruptores, enchufes, etc). 2. Identifican entre la conexión a tierra, fusibles, enchufes, interruptores.

Física III Medio

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Evaluación capítulo 3 banco preguntas para la sección 2

U N I D A D

1

Cargas en movimiento Nombres:

Apellidos:

Curso:

Fecha:

1) Un alambre conductor cilíndrico de radio r y largo L tiene una resistencia eléctrica P. Otro alambre conductor también cilíndrico y del mismo material que el anterior, de radio r/2 y largo L/2, tendrá una resistencia eléctrica equivalente a A) P/4 B) P/2 C) P D) 2P E) 4P 2) El gráfico adjunto muestra la relación entre el voltaje (V) medido entre los extremos de una resistencia en función de la corriente eléctrica (i) que circula a través de ella. De acuerdo con esto, el valor de la resistencia eléctrica es: A) 0,0484 Ω B) 0,484 Ω C) 4,84 Ω D) 48,4 Ω E) 484 Ω 3) La función principal de un fusible en un artefacto eléctrico doméstico es: A) impedir que el artefacto consuma más energía que la necesaria. B) impedir una corriente eléctrica excesiva que pueda dañar al artefacto. C) impedir que el artefacto se caliente. D) impedir una baja de voltaje. E) convertir la corriente alterna en continua. 4) ¿Qué magnitud física se expresa en kilowatt-hora? A) la potencia eléctrica. B) la energía eléctrica. C) la intensidad de corriente eléctrica. D) el potencial eléctrico. E) la resistencia eléctrica.

I. R1 y R3 están conectadas en serie. II. R1 y R4 están conectadas en paralelo. III. R1 y R2 están conectadas en paralelo. A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y III E) I, II y III

6) El circuito representado en la figura muestra dos resistencias R1 y R2. Si los valores de éstas son 8 Ω y 6 Ω respectivamente, y la intensidad de corriente eléctrica en R1 y R2 es de 2 A, entonces la diferencia de potencial entre los puntos P y Q es A) 28 V B) 16 V C) 12 V D) 4 V E) 2 V

7) En el circuito representado en la figura, R1 = 6 Ω. La diferencia de potencial entre los extremos de la resistencia R2 es 12 V. Si el amperímetro G indica una lectura de 3 A, entonces la resistencia equivalente del circuito, en Ω es: A) 12 B) 4 C) 3 D) 2 E) 1/3

Soluciones

5) La figura representa un circuito eléctrico formado por una fuente de poder que establece una diferencia de potencial ∆V constante, y por cuatro resistencias R1, R2, R3 y R4. Sobre la forma en la que están conectadas las resistencias, ¿cuál(es) de las siguientes afirmaciones es (son) correctas?

1. D 2. E 3. B 4. A

5. C 6. C 7. B



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Apellidos:

Curso:

Fecha:

Cargas en movimiento Las siguientes figuras muestran diversas situaciones relacionadas con las cargas en movimiento. Utilizando los conceptos estudiados en la sección responde. 1. Bajo la acción de un campo eléctrico los electrones libres de un conductor metálicos sufren una fuerza que los desplaza en sentido contrario al campo. ¿Cuál es el sentido convencional de la corriente producida?, ¿Cuál es el módulo de la fuerza que sienten los electrones si se aplica un campo eléctrico cuyo módulo es de 1000 N/C? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________

2. Dos conductores están conectados en serie cuando, al estar unidos entre sí por un extremo, circula por ellos la misma intensidad de la corriente. Si hay 220 ampolletas iguales conectadas en el circuito que rodea a un árbol de navidad a) ¿Cuál es la conexión de las ampolletas que tiene el circuito que rodea al árbol de navidad? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ b)

¿Cuál es la diferencia de potencial de cada ampolleta si el circuito está conectado a 220 V? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________


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U N I D A D

1

Sección 3 Magnetismo y fuerza entre cargas en movimiento (Página 190) Presentación En esta sección los estudiantes aprenderán a identificar la relación cualitativa entre la corriente eléctrica y magnetismo. Conocerán las propiedades fundamentales del campo magnético, los imanes permanentes y artificiales. Establecerán la relación entre corriente eléctrica y el magnetismo descubierta por Oersted. Podrán identificar los tipos de campo magnético en algunas configuraciones de corriente eléctrica, como la espira circular y el solenoide o bobina con corriente. Reconocerán la fuerza magnética ejercida sobre un conductor que porta corriente, deduciendo la relación que se establece entre la corriente que circula, el campo magnético y el largo del conductor. Con este conocimiento podrán deducir el torque sobre una espira conductora de corriente, que es importante para el estudio del motor eléctrico de corriente continua. Para lograr los objetivos de aprendizaje la sección se ha dividido en los siguientes temas: • Conceptos fundamentales del campo magnético: imanes y corrientes. • Fuerzas magnéticas sobre un conductor. Cada subtema forma parte de un objetivo de aprendizaje.

Conocimiento previo

La sección trata sobre magnetismo y fuerzas entre cargas en movimiento. Para que los alumnos logren los objetivos de aprendizaje propuestos para la sección, es necesario que revisen algunos contenidos tratados, tales como el concepto de corriente y de fuerza. Es preciso que indague en los alumnos lo siguiente. • La fuerza que genera una corriente eléctrica sobre limaduras de hierro, clips. • El fenómeno que ocurre cuando la corriente por la que circula un alambre de forma espiral. • El fenómeno que genera una corriente eléctrica sobre la cual circula corriente. Para ello pídales realizar la siguiente actividad que relaciona la corriente eléctrica y el campo magnético:

Materiales • Dos pilas de 1,5 V • Dos metros de alambre de timbre • Un clavo, un perno o un trozo de fierro de construcción de unos 10 cm • Una brújula • Un imán natural • Limaduras de hierro, clips, alfileres, etc.

Procedimiento • Enrolla el alambre en el clavo (o trozo de hierro) y conéctalo a la pila. • Úsalo para recoger la limadura de hierro o los distintos objetos metálicos. • Usa la brújula para identificar el polo norte y el polo sur de tu electroimán. • Coloca el imán natural junto al electroimán. ¿Qué sucede?

Ahora responde • Haz un diagrama que indique el sentido en que viajan los electrones (saliendo del polo negativo de la pila) • Relaciona la polaridad del electroimán con la trayectoria que siguen los electrones alrededor del núcleo de hierro. ¿Qué ocurre si se invierten los contactos? • ¿Por qué el electroimán atrae las limaduras de hierro?



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Evaluación diagnóstica sugerida En relación con la actividad exploratoria, le proponemos indicadores para evaluar el nivel de logro de los conocimientos, en la Tabla 1. Esta tabla le ayudará para que determine el grado de profundidad en el desarrollo de habilidades y conocimientos previos sobre los tipos de magnetismo y fuerzas entre cargas en movimiento. Nivel

Habilidad

Indicador de logro

Avanzado

- Identifica la relación cualitativa entre la corriente y la fuerza magnética. - Reconoce que la polaridad del electroimán se relaciona con el movimiento de los electrones en el cable. -Reconoce que la corriente eléctrica es la fuente que produce un campo magnético. - Reconoce que el electroimán es un imán artificial generado por la corriente que circula en él.

-Reconoce que el electroimán atrae las limaduras de hierro. -Reconoce que el movimiento de los electrones determina la polaridad del imán. - Reconoce que la fuente del magnetismo es la corriente eléctrica. -Reconoce que ciertas configuraciones de corrientes genera imanes artificiales. Se pueden generar imanes con las corrientes.

Medio

- Identifica la relación cualitativa entre la corriente y la fuerza magnética. - Reconoce que la polaridad del electroimán se relaciona con el movimiento de los electrones en el cable. -Reconoce que la corriente eléctrica es la fuente que produce un campo magnético.

-Reconoce que el electroimán atrae las limaduras de hierro. -Reconoce que el movimiento de los electrones determina la polaridad del imán. - Reconoce que la fuente del magnetismo es la corriente eléctrica.

Básico

- Identifica la relación cualitativa entre la corriente y la fuerza magnética. - Reconoce que la polaridad del electroimán se relaciona con el movimiento de los electrones en el cable.

-Reconoce que el electroimán atrae las limaduras de hierro. -Reconoce que el movimiento de los electrones determina la polaridad del imán.

- Identifica la relación cualitativa entre la corriente

Insuficiente y la fuerza magnética.

Se recomienda dar algunas tareas sobre los conductores, potencial electrostático.

Remediales a los conocimientos previos Se sugiere al docente recordarles a los alumnos que vuelvan a estudiar la sección 2.


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Red de contenidos

No pasan por

Corrientes eléctricas Continuas (C.C.)

Aislantes o dieléctricos

Alternas (C.A.)

Pasan por Pueden formar

Intensidad I (Ampere)

Conductores

Circuitos cerrados

Resistencia R (Ohm)

Que contienen

1

Dispositivos eléctricos

Tensión V (volt)

Caracterizados por

Ley de Ohm

Que transforman Energía eléctrica

en Otras formas de energía Acústica (Parlante)

Térmica (Estufa)

Mecánica (Motor)

Eléctrica (Transformador)

Lumínica (Lámpara)

Planificación específica de la sección

A continuación se ofrece una planificación específica para la sección de Cargas en movimiento, de acuerdo con la planificación del capítulo 3 de la Unidad 1. En ella se han considerado los aprendizajes esperados dispuestos por el Marco Curricular y que contemplan los aspectos conceptuales, procedimentales y habilidades, todo ello considerando el tiempo estimado y los recursos didácticos: actividades teóricas y prácticas a desarrollar por los estudiantes: Semana

Objetivo de prendizaje por tema

Contenidos


1

Magnetismo y fuerza entre cargas en movimiento. -Conceptos fundamentales del campo - Identificar la relación cualita- magnético, imanes y corriente. tiva entre corriente eléctrica y -Campo magnético. magnetismo. -Electroimán o relación entre el campo magnético y la corriente eléctrica. -Campo magnético de algunas configuraciones de corriente eléctrica: espira circular, solenoide.

2

1. Desarrollar preguntas orientadoras como: a) ¿Es posible que dos alambres por Fuerza magnética sobre un conductor. -Reconocer la fuerza magnética -Fuerza magnética sobre un conductor los que circula una corriente eléctrica se atraigan o repelan? ejercida sobre un conductor con corriente eléctrica. b) ¿Qué efectos producirá un campo que porta corriente. -Torque sobre una espira con corriente magnético sobre un conductor por eléctrica. donde circula una corriente eléctrica? -El motor de corriente continua. c) ¿Cuál es la importancia de los motores eléctricos en nuestra sociedad? 2. Resolución de problemas.

1. Desarrollar preguntas orientadoras como: a) ¿Qué es una fuerza magnética? b) ¿Cuándo existe un campo magnético? 2. Lee el ejemplo de aplicación ¿Qué trayectoria describe la partícula cargada, cuando se encuentra al interior del campo magnético? 3. Resolución de problemas.



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Orientaciones metodológicas TEMA 1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES DEL CAMPO MAGNÉTICO: IMANES Y CORRIENTES (Página 190) Cómo abordar los conocimientos previos

Refuerzo de los contenidos Enfatizar que: a) Cuando un cuerpo cargado se mueve en una zona donde hay un campo magnético, ésta partícula describirá una trayectoria circunferencial y el tiempo que se demora en dar una vuelta es independiente de su velocidad.

Solución a Ahora resuelves tu (Página 194) En ambos casos una trayectoria circunferencial.


Electromagnetismo o relación entre el campo magnético y la corriente eléctrica (Página 194)

• ¿Qué es el magnetismo?


• ¿Cuál es la naturaleza del magnetismo?

Enfatizar que: a) El experimento de Oersted, permitió establecer la relación entre la corriente eléctrica que circula en un conductor y el campo magnético. b) Gracias a este descubrimiento se pueden construir imanes artificiales y no depender de los imanes naturales.

Se espera que los estudiantes puedan identificar la relación cualitativa entre corriente eléctrica y el magnetismo, reconocer los fenómenos que se manifiestan cuando un cuerpo se acerca a un imán, y como se podría establecer las leyes que explican su comportamiento.

Concepto fundamentales del campo magnético, imanes y corriente. Refuerzo de los contenidos

Solución a ¿Cómo vas? (Página 196) Son líneas concéntricas, circunferencias concéntricas cuyo origen es la corriente.

Enfatizar que: a) Los imanes tienen un polo norte y un polo sur. b) Si se parten los imanes por la mitad, no se distingue un único polo como en el caso de la carga eléctrica.

Campo magnético. (Página 191) Refuerzo de los contenidos. Enfatizar que: a) Cuando una partícula cargada se mueve en un campo magnético, el campo ejerce una fuerza sobre esta partícula. b) El sentido de la fuerza aplicada sobre un cuerpo cargado que se mueve con cierta velocidad se calcula usando la regla de la mano derecha.


TEMA 2 FUERZA MAGNETICA SOBRE UN CONDUCTOR (Página 198) Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere comenzar el tema preguntando: • ¿Cómo funciona un motor eléctrico? • ¿Cuál es el efecto del campo magnético sobre una espira de corriente? • ¿Cómo funciona un motor de corriente continua? Se espera que los estudiantes puedan reconocer la fuerza que ejerce un campo magnético sobre un conductor por donde circula la corriente, comprender el funcionamiento de un motor de corriente.

• Porque la fuerza es un vector.

Ejemplo de aplicación

Fuerza magnética sobre conductores con corriente Refuerzo de los contenidos (Página 199)

¿Qué trayectoria describe una partícula cargada, cuando se encuentra al interior de un campo magnético?

Enfatizar que:


a) La fuerza que ejerce un campo magnético sobre un conductor con corriente depende de la intensidad de corriente, el modulo del campo magnético.

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El Motor de corriente continúa. (Página 203)

• La intensidad de corriente, el largo del conductor, el campo magnético.


• Aumenta la fuerza aplicada.

Enfatizar que: a) El torque que produce un campo magnético sobre una espira es el fundamento para explicar el funcionamiento de los motores eléctricos.

Solución a Ahora resuelves Tu (Página 201) a) Repulsión

b) El campo magnético al actuar sobre un espira conductora se convierte en energía mecánica.

b) 𝐵𝐵! = 3,3 ∙ 10 𝑇𝑇, 𝐹𝐹! = 8,3 ∙ 10 𝑁𝑁 !!

1

!!

Torque sobre un espira con corriente eléctrica (Página 202)  

Refuerzo de los contenidos Enfatizar que: a) Uno de los usos más importantes de las fuerzas magnéticas, son las que ejercen sobre una espira. b) Cuando una espira con corriente se encuentra en un campo magnético, se produce un torque en la espira, principio fundamental para explicar el funcionamiento del motor eléctrico.



INDICADORES DE EVALUACIÓN SUGERIDOS

1. Identifican la relación entre corriente - Identificar la relación cualitativa entre - Identificar la relación cualitativa entre eléctrica y magnetismo. corriente eléctrica y magnetismo. corriente eléctrica y magnetismo. 2. Reconocen los elementos de un campo magnético. 1. Identifica la fuerza magnética ejercida por un campo magnético. -Reconocer de la fuerza magnética -Reconocer la fuerza magnética ejercida 2. Explican el torque que ejerce un campo ejercida sobre un conductor que sobre un conductor que porta corriente. magnético sobre una espira de corriente. porta corriente. 3. Explican el funcionamiento de un motor eléctrico.



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Evaluación capítulo 3 banco preguntas para la sección 3 Magnetismo y fuerzas entre cargas en movimiento Nombres:

Apellidos:

Curso:

Fecha:

1) Respecto al imán es correcto afirmar: I. Es un material metálico que tiene la propiedad de atraer a otros metales de tipo ferroso. II. Pueden imantar a los metales ferrosos que atraen si se les deja durante suficiente tiempo. III. Poseen un polo magnético. A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) I, II y III 2) Si se rompe un imán en dos partes: A) Se destruye. B) Se obtiene un trozo con polo norte y un trozo con polo sur. C) Se obtienen dos imanes. D) El trozo más grande pasa a ser polo norte y el más pequeño polo sur. E) El trozo más grande pasa a ser polo sur y el más pequeño polo norte. 3) Respecto al electromagnetismo es correcto afirmar que: I. El campo magnético generado por un solenoide en su interior es uniforme. II. El alternador es un dispositivo que utiliza el magnetismo para generar una corriente eléctrica alterna. III. El experimento de Faraday confirma que toda corriente eléctrica produce un campo magnético. A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) I, II y III 4) En nuestra vida cotidiana es frecuente encontrar imanes en: I. Teléfonos. II. Televisores. III. Discos duros (HD). A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) I, II y III


5) Se tienen algunos imanes y en algunos de ellos se señalaron cuatro polos con las letras X, Y, W y Z. Al acercar algunos de ellos a los otros, de dos en dos, se notó que : X atrae a Z y repele a Y mientras que Z repele a W. Si conocemos que Y es un polo Sur , entonces es verdadera: A) X repele a W B) Z repele a W C) W es un polo Sur D) Y repele a Z E) X e Y son polos diferentes 6) En el interior de una espira de radio R se genera un campo magnético B al circular una corriente de intensidad I. Si se duplica el radio y se reduce a la mitad la intensidad de la corriente, la intensidad del campo magnético: A) se reduce a la mitad. B) se reduce a la cuarta parte. C) se reduce a la octava parte. D) se duplica. E) se cuadruplica. 7) Parte del circuito de la figura por el que circula una corriente i, se encuentra inserto en un campo magnético. El segmento PQ experimenta una fuerza magnética hacia: A) arriba. B) abajo. C) el polo S del imán. D el polo N del imán. E) ningún sentido

Soluciones 1. D 2. C 3. D 4. E

5. B 6. B 7. A

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Apellidos:

Curso:

Fecha:

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1

Magnetismo y fuerzas entre cargas en movimiento Las siguientes figuras muestran diversas situaciones relacionadas con el magnetismo y las fuerzas entre las cargas en movimiento. Utilizando los conceptos estudiados en la sección responde. 1. Los objetos de hierro, en presencia de un imán se convierten, a su vez en imanes, y atraen a otros objetos. ¿Por qué ocurre esta situación? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________

2. Una carga positiva que penetra en un campo magnético describe una trayectoria curva. Si la carga que penetra en el campo fuese negativa, ¿Cuál es el sentido de la curvatura de la trayectoria? ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________



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Sección 4 Movimiento relativo y fuerzas electromagnéticas (Página 206) Presentación En esta sección los estudiantes aprenderán a caracterizar los efectos del movimiento relativo entre un imán y una espira. Conocerán las consecuencias del movimiento de un imán en una espira desprovista de una fuente de voltaje, la inducción magnética. Identificarán la corriente inducida al considerar el fenómeno de inducción como una variación del flujo magnético en la espira desprovista de corriente. Podrán distinguir entre la ley de Lenz y la ley de Faraday. Con este conocimiento podrán estudiar el funcionamiento de los generadores eléctricos, fundamentales para generar energía eléctrica a partir de energía mecácnica.

Conocimiento previo

La sección trata sobre el fenómeno de inducción magnética. Para que los alumnos logren los objetivos de aprendizaje propuestos para la sección, es necesario que los alumnos revisen algunos contenidos tratados, tales como: el concepto de campo magnético corriente, de fuerza electromotriz. Es preciso que indague en los alumnos lo siguiente: • En una espira cerrada, al mover un imán en su interior se genera una fem. • Un campo magnético variable puede producir una corriente eléctrica. • El fenómeno que genera la variación del área de una espira al estar cerca de un imán. Para ello pídales realizar la siguiente actividad que relaciona la corriente eléctrica y el campo magnético:

Mini laboratorio: generación de corriente eléctrica Materiales • Alambre de cobre. • Tubos de cartón de diferentes diámetros. • Cartulina. • 1 imán de barra. • 1 multitéster.

Procedimiento 1. Fabrica seis bobinas de la siguiente manera: Rodea con alambre de cobre los seis tubos de cartón de distintos diámetros y dale un número distinto de vueltas. Cuida que en el diámetro de cada bobina entre con holgura un imán de barra. Observa la imagen. 2. Con movimientos vigorosos, introduce y luego retira el imán desde dentro de las bobinas. 3. Ajusta el multitéster a una escala sensible y efectúa la medición correspondiente en cada bobina. 4. En tu cuaderno, anota tus observaciones en un cuadro y compara el resultado en función de la variable número de vueltas y diámetro.

Ahora responde • Como una forma de apreciar más claramente tus resultados, haz un gráfico de ellos. Identifica las variables para construirlo. • ¿Qué relación hay entre el movimiento del imán dentro de la espira y la corriente generada? • Ahora, si mantuvieras el número de espiras en cada tubo de diferente área, ¿la corriente generada es la misma? En relación con la actividad exploratoria, le proponemos indicadores para evaluar el nivel de logro de los conocimientos, en la Tabla 1.


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Evaluación diagnóstica sugerida En relación con la actividad exploratoria, le proponemos indicadores para evaluar el nivel de logro de los conocimientos, en la Tabla 1. Esta tabla le ayudará para que determine el grado de profundidad en el desarrollo de habilidades y conocimientos previos sobre los tipos de magnetismo y fuerzas entre cargas en movimiento.

Nivel

Habilidad

Indicador de logro

Avanzado

- Identifica las variables de número de espiras, área de la bobina, corriente eléctrica. - Establece la relación entre la corriente que genera la bobina y la variación de flujo magnético. -Reconoce que al variar el área de bobina , genera una corriente en ella. -Identifica la ley de Lenz y la ley de Faraday.

-Reconoce que al variar el número de espiras, el área de la bobina, se genera una corriente eléctrica. -Reconoce que los cambios en el flujo magnético generan corrientes en la bobina. - Reconoce que si el área de la bobina varía, se genera en ella una fem. -Reconoce que la corriente inducida se opone a la variación del flujo magnético y que la fem inducida depende la variación del flujo magnético por unidad de tiempo y número de espiras

Medio

- Identifica las variables de número de espiras, área de la bobina, corriente eléctrica. - Establece la relación entre la corriente que genera la bobina y la variación de flujo magnético. -Reconoce que al variar el área de bobina, genera una corriente en ella.

-Reconoce que al variar el número de espiras, el área de la bobina, se genera una corriente eléctrica. -Reconoce que los cambios en el flujo magnético generan corrientes en la bobina. - Reconoce que si el área de la bobina varía, se genera en ella una fem.

Básico

- Identifica las variables de número de espiras, área de la bobina, corriente eléctrica. - Establece la relación entre la corriente que genera la bobina y la variación de flujo magnético.

-Reconoce que al variar el número de espiras, el área de la bobina, se genera una corriente eléctrica. -Reconoce que los cambios en el flujo magnético generan corrientes en la bobina.

Insuficiente

- Identifica las variables de número de espiras, área de la bobina, corriente eléctrica.

Se recomienda dar algunas tareas sobre los corriente eléctrica.

Esta tabla le ayudará para que determine el grado de profundidad en el desarrollo de habilidades y conocimientos previos sobre los tipos de magnetismo y fuerzas entre cargas en movimiento.

Remediales a los conocimientos previos Se sugiere al docente recordarles a los alumnos que vuelvan a estudiar de la sección 2 a la 3.



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Red de contenidos Inducción electromagnética Que consiste en

Se rige por

Generación de corriente

Leyes de Lenz y Faraday

A partir de un

Aplicaciones

Campo magnético variable

El generador


A continuación se ofrece una planificación específica para la sección de Movimiento relativo y fuerzas electromagnéticas, de acuerdo con la planificación del capítulo 3 de la Unidad 1. En ella se han considerado los aprendizajes esperados dispuestos por el Marco Curricular y que contemplan los aspectos conceptuales, procedimentales y habilidades, todo ello considerando el tiempo estimado y los recursos didácticos: actividades teóricas y prácticas a desarrollar por los estudiantes:

Tabla 1 Nivel de profundidad de conocimiento previo sobre la ley de gravitación de Newton Semana

1


Objetivo de aprendizaje por tema -Caracterización de los efectos del movimiento relativo entre una espira y un imán: el generador eléctrico y sus mecanismos de acción por métodos hidráulicos, térmicos, eólicos.

Contenidos


-Inducción electromagnética. -Fuerza electromotriz inducida. -Ley de Lenz. -Ley de Faraday. -Generadores eléctricos.

1. Desarrollar preguntas orientadoras como: a) ¿Cómo se almacena la música en una grabación? b) ¿Puede un campo magnético producir una corriente eléctrica sobre un conductor sin corriente eléctrica? c) ¿Qué es un generador? 2. Laboratorio generación de corriente inducida. 3. Resolución de problemas.

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∆𝜙𝜙 Solución AHORA RESUELVES TÚ. (Página 216) ∆𝑡𝑡 𝜀𝜀 = −𝑁𝑁 ∙

Orientaciones metodológicas TEMA 1 INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

𝜀𝜀 = −𝑁𝑁 ∙

(Página 206)

Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere comenzar el tema preguntando: • ¿Cómo se almacena la música en una grabación? • ¿Cómo se produce la energía eléctrica que llega hasta tu casa? • ¿Cuál es el fenómeno físico detrás de la generación de energía eléctrica? Se espera que los estudiantes puedan caracterizar los efectos del movimiento relativo entre el imán y una espira. Comprender el fenómeno de inducción electromagnético, la ley de Lenz y la ley de Faraday. Con estos conocimientos entenderán cómo funciona un generador eléctrico, muy importante para la generación de corriente en nuestra sociedad.

Inducción electromagnética (Página 206) Refuerzo de los contenidos Enfatizar que: a) Si se acerca o aleja un imán a una espira desprovista de corriente en ella se produce una fem inducida. b) Si se mantiene fijo la espira y el soleonoide, pero se deforma la espira también se detenta la presencia de una corriente eléctrica inducida. c) Si se mueve un conductor desprovisto de una corriente eléctrica, perpendicularmente a un campo magnético, se origina una diferencia de potencial, lo cual origina una corriente.

𝜀𝜀 = −100 ∙

∆𝜙𝜙 ∆𝑡𝑡

−4 ∙ 10!! 𝑊𝑊𝑊𝑊 = 112 𝑉𝑉 1 𝑠𝑠 28

−4 ∙ 10!! 𝑊𝑊𝑊𝑊 = 112 𝑉𝑉 1 Generadores eléctricos (Página 217) 𝑠𝑠 28 𝜀𝜀 = −100 ∙

Refuerzo de los contenidos 𝜙𝜙 = 𝐵𝐵 ∙ 𝐿𝐿 ∙ 𝑣𝑣 ∙ 𝑡𝑡

Enfatizar que: a) Un generador eléctrico es un aparato que convierte la = 𝐵𝐵 ∙ 𝐿𝐿 ∙ 𝑣𝑣 ∙ 𝑡𝑡 energía mecánica en energía𝜙𝜙eléctrica.   b) Transforma energía mecánica en energía eléctrica c) Una espira de alambre, llamada armadura, se hace girar   mecánicamente dentro de un campo magnético, con propulsión externa (corriente de agua, vapor que pase por la álabes de una turbina). c) La fem inducida tiene una polaridad que se invierte cada medio ciclo. Es un voltaje alterno y por lo tanto genera una corriente alterna.

Aplicaciones de los generadoras eléctricos y la producción de energía eléctrica a gran escala (Página 219)

Refuerzo de los contenidos Enfatizar que: a) La energía eléctrica se produce a gran escala en las centrales hidroeléctricas. b) Su elemento básico es un alternador que se acopla a una turbina la cual al moverse genera energía eléctrica. c) En una central termoeléctrica se quema combustible fósil para mover una turbina. d) En una central hidroeléctrica aprovecha la energía potencial ∆𝜙𝜙 agua Solución a ¿Cómo vas? (Página 209) 𝜀𝜀 =del −𝑁𝑁 ∙ que transporta un río. ∆𝑡𝑡 e) Otros tipos de centrales eólicas (energía del viento), ma• Flujo magnético. remotrices (energía de las mareas), térmicas solares (energía • Corriente inducida. solar) y geotérmicas (energía del subsuelo). • Inducción magnética, porque hay una variación del flujo magnético en la espira. 10!! 𝑊𝑊𝑊𝑊4 (Página 220) Solución−4a∙Sección = 112 𝑉𝑉 𝜀𝜀 = −100 ∙ inducida en el galvanómetro. Interpretación de las experiencias de Faraday y de Henry 1. Existiría una1corriente 𝑠𝑠 28 2. La ley de Lenz es una ley cualitativa, que nos da el sentido (Página 212) de la corriente inducida, mientras que la ley de Faraday es una Refuerzo de los contenidos ley cuantitativa, que nos da el valor de la corriente inducida. Enfatizar que: 3. 𝜙𝜙 = 𝐵𝐵 ∙ 𝐿𝐿 ∙ 𝑣𝑣 ∙ 𝑡𝑡 a) Que las causas de las corrientes inducidas es la variación del flujo magnético que atraviesan el área encerrada por el 4. Inducir en la espira una corriente inducida. 5. El generador transforma energía mecánica en energía eléctrica, plano del conductor inducido.   produce una corriente alterna, mientras que el motor genera energía b) Una ley cualitativa, que nos da el sentido de la corriente mecánica a partir de la energía eléctrica, utiliza corriente continua. inducida, que corresponde a la ley de Lenz. c) Una ley cuantitativa, que nos da el valor de la corriente, es la ley de Faraday.



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INDICADORES DE EVALUACIÓN SUGERIDOS

- Caracterizar los efectos del movi- - Caracterizar los efectos del movimiento relativo 1. Identifican la relación entre la corriente inducida miento relativo entre una espira y entre un imán y una espira. un imán; el generador eléctrico y sus mecanismos de acción por métodos hidráulicos, térmicos, eólicos.

y la variación del flujo magnético que pasa por eléctrica y magnetismo. 2. Distinguen entrela ley de Faraday y la ley de Lenz.


Describir investigaciones científicas clásicas o contemporáneas relacionadas con los conocimientos del nivel, reconociendo el papel de las teorías y el conocimiento en el desarrollo de una investigación científica. ACCIONES Y PREGUNTAS ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE Planteamiento de la Enunciado de comprensión lectura.

PROPUESTAS Pida a los alumnos que lean el texto que se propone en la actividad y realice las siguientes preguntas: ¿De qué trata el tema? ¿Cuáles son las ideas principales? Proponga a los alumnos seleccionar tres ideas base y formule la siguiente pregunta de indagación: ¿Puedes definir con tus propias palabras el significado de corriente eléctrica e impulso nervioso?

Enunciado de secuencia


Descripción de la situa- Formulación de preguntas de in- Pregunte: ¿Podrías explicar cómo funciona el mecanismo del impulso dagación nervioso? ción planteada. Formulación de preguntas de com- Pregunte: ¿Qué relación y qué diferencias existen en la circulación de paración corriente entre el cable eléctrico y los nervios que transmiten impulsos nerviosos? Pídales que expliquen: ¿Cuál es el rol que juegan los electrodos en el desfibrilador y en el electrocardiógrafo? Formulación de preguntas de pro- ¿Cuáles son los daños que puede provocar la corriente eléctrica al fundización cuerpo de los animales? Enunciado de inferencia

El texto señala que la piel tiene una resistencia relativamente alta a la corriente eléctrica, ¿a qué se debe este fenómeno? ¿Cuáles deben ser las condiciones de la piel para que el cuerpo no se electrocute o sufra un cierto daño al exponerse a la corriente?

Aplicación de la infor- Formulación de conclusiones: apli- ¿Qué precauciones debes tener al manipular aparatos eléctricos? mación a otro contexto. cación Formulación de conclusiones de Investiga: ¿Qué otras aplicaciones beneficiosas tiene la corriente eléctrica indagación para los seres humanos? Formulación de conclusiones de Realiza el siguiente experimento: con un téster colocado a la escala de construcción resistencia, mide la resistencia eléctrica de tu piel tomando en cada mano las tenazas del téster. Explica y compara tu resultado con los de tus compañeros.


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- Describir la conexión lógica entre hipótesis, conceptos, procedimientos, datos recogidos, resultados y conclusiones extraídas en investigaciones científicas clásicas o contemporáneas, comprendiendo la complejidad y coherencia del pensamiento científico. - Organizar e interpretar datos y formular explicaciones, apoyándose en las teorías y conceptos científicos en estudio. ACCIONES Y PREGUNTAS ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE Montaje de la actividad. Comprensión de la idea principal


Planificar




¿Cuál es el efecto produ- Descripción de la situación planteada Solicíteles que establezcan las características que tiene un amperímetro, cido en el amperímetro al sus propiedades y su utilidad en un circuito. acercar y alejar el imán? Realizar inferencia Pida a los alumnos que compartan sus respuestas y que respondan las siguientes preguntas: ¿Qué elementos comunes tienen nuestras respuestas? ¿Cómo podemos mejorarlas? Formulación de pregunta de pro- Solicíteles que respondan: ¿Cuál es la función del amperímetro en este fundización experimento? ¿Para qué se utiliza? ¿Qué diferencias se pre- Formulación de pregunta de pro- Pídales que respondan: ¿Puede un campo magnético inducir una sentan al variar la polari- fundización corriente? ¿Por qué? dad del imán? ¿Y al variar Formulación de pregunta indirecta Pregúnteles: ¿Cuál es la función del imán en este fenómeno? la velocidad con que se mueve el imán? Conclusión.

Establecimiento de conclusión por Pregúnteles: ¿Qué conclusiones puedes sacar sobre la variación de la comparación velocidad de un imán en un circuito cerrado desprovisto de batería? Aplicación de la información a otro Pídales que respondan: ¿Cómo emplearías este fenómeno descrito en contexto tu trabajo en la vida cotidiana? Producción de un ejemplo nuevo

Pídales que respondan: ¿Qué nuevos ejemplos podrías nombrar sobre el uso de la variación del campo magnético?



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Evaluación capítulo 3 banco preguntas para la sección 4 Capítulo 3 sección 4 Movimiento relativo y fuerzas electromagnéticas Nombres:

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1) El polo norte de un imán se introduce lentamente en una bobina conectada a un galvanómetro. El imán se mantiene estacionario durante unos pocos segundos con el polo norte en la mitad de la bobina, y a continuación se saca rápidamente. ¿Cuándo se observa la mayor desviación de la aguja del galvanómetro? A) Cuando se mueve hacia la bobina. B) Cuando se mueve en la bobina. C) En reposo en la bobina. D) Saliendo de la bobina. E) Alejándose de la bobina. 2) Una espira cuadrada de 10 cm de lado está orientada originalmente de manera perpendicular a un campo magnético de 1,5 T. Si se gira de modo que su plano quede paralelo a la dirección del flujo en un tiempo de 0,25 s, ¿cuál será la fem inducida en la espira? A) 6 mV B) 12 mV C) 30 mV D) 60 mV E) 120 mV 3) Cuando se acerca el polo norte de un imán a una espira, se puede afirmar que: I. se induce una corriente eléctrica en la espira debido a un aumento de las líneas de flujo magnético. II. el sentido de la corriente inducida es tal, que se opone a la causa que la produce. III. si el polo norte se aleja hacia abajo, la corriente inducida tendrá sentido horario. Es (o son) verdadera (s): A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) Sólo I y III 4) Para la figura adjunta, se induce corriente en la espira cuando el imán: I. se mueve entrando en la espira. II. se mueve saliendo de la espira. III. permanece en reposo dentro de la espira. A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) I, II y III


5) Se inserta un imán en una bobina con N espiras, induciendo un voltaje V. Se vuelve a insertar el imán, pero ahora se duplica el número de espiras, entonces, el voltaje A) disminuye a la mitad: B) se mantiene. C) se duplica. D) se cuadruplica. E) se triplica. 6) Para la disposición de las bobinas de la de la fi gura, se puede afirmar que la bobina 1 inducirá una corriente en la bobina 2 I. cuando la corriente que circule por la primera bobina sea variable: II. sólo cuando comience y termine de circular corriente continua por la bobina 1. III. en cualquier momento, mientras circule cualquier tipo de corriente por la bobina 1. Es (o son) verdadera (s): A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) Sólo I y III

7) En una espira, se tiene que el flujo magnético es φ, producto de un campo magnético B, actuando perpendicularmente sobre un área A. Si se triplica el campo magnético y el área disminuye en un tercio, entonces, el flujo magnético: A) se mantiene. B) disminuye a la mitad. C) se triplica. D) se duplica. E) disminuye en un tercio.

Soluciones 1. D 2. D 3. D 4. D

5. C 6. D 7. D

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Movimiento relativo y fuerzas electromagnéticas Las siguientes figuras muestran diversas situaciones relacionadas con el movimiento relativo y fuerzas electromagnéticas. Utilizando los conceptos estudiados en la sección responde. 1.

Si movemos un conductor metálico perpendicularmente a un campo magnético, los electrones libres se verán impulsados hacia un extremo. Si el conductor forma parte de un circuito ¿Qué sucede en él? _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________

2. Al acercar un imán por su polo norte a la espira, la corriente inducida intenta oponerse al movimiento de manera que transforma la cara de la espira en un polo norte. ¿Qué polo adquiere la espira al alejar el imán? ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________



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FUERZA Y MOVIMIENTO


Capítulo 4 FÍSICA AL INTERIOR DEL NÚCLEO ATÓMICO (Página 234) Presentación En este capítulo los alumnos van a estudiar los modelos atómicos, el núcleo atómico y la estabilidad de la materia. Se comenzará con el estudio con la estructura de la materia, los modelos atómicos de Thomson, Rutherford y Bohr, los que permitirán comprender la estructura de sus constituyentes, los átomos. Posteriormente, se estudiarán las propiedades del núcleo atómico y las fuerzas nucleares que mantienen unidos a los protones y neutrones en su interior, los modelos nucleares, y los factores que determinan la estabilidad del núcleo atómico, por lo tanto, de la materia. Para lograr los objetivos de aprendizajes este capítulo se ha dividido en 2 secciones: Sección 1 Física en el átomo Sección 2 Estabilidad de la materia y fuerzas nucleares

Sección 1 Física en el átomo

(Página 236)

Presentación En esta sección los estudiantes aprenderán a identificar los modelos atómicos. Reconocerán la estructura de la materia, las partículas fundamentales, los modelos atómicos. Además, identificarán los conceptos físicos estudiados en capítulos anteriores como el momento angular, la fuerza centrípeta, la interacción eléctrica y con la ayuda de los postulados utilizados por Bohr, podrán comprender el modelo atómico del átomo de hidrógeno, la energía de los estados cuánticos, clave para el desarrollo del modelo mecano-cuántico. Finalmente reconocerán los conceptos de núclidos, las unidades de masa y energía en física atómica. Para lograr los objetivos de aprendizaje la sección se ha dividido en los siguientes temas: 1. Estructura de la materia 2. Modelos atómicos Cada subtema forma parte de un objetivo de aprendizaje

Conocimientos previos La sección trata sobre la física en el átomo. Para que los alumnos logren los objetivos de aprendizaje propuestos para la sección, es necesario que los alumnos revisen algunos contenidos tratados, tales como: la estructura de la materia, átomos y moléculas, mezclas de sustancias, modelos atómicos. Es preciso que indague en los alumnos lo siguiente. La diferencia entre las sustancias, moléculas y el átomo. Los modelos atómicos Para ello pídales observar la tabla periódica y responder las siguientes preguntas: 1. ¿Por qué el símbolo H2O no aparece en la tabla periódica, pero si están H y O separadamente en ella? 2. ¿Qué información entregan las columnas de la tabla periódica?


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3. ¿Qué información entregan las filas de la tabla periódica? 4. ¿Cuál es la diferencia entre el modelo atómico de Rutherford y el de Thomson? En la siguiente tabla le proponemos indicadores para evaluar el nivel de logro de los conocimientos que están involucrados. En la tabla Nº1 le proponemos indicadores para evaluar el nivel de logro de los conocimientos previos Tabal 1 Nivel de profundidad de conocimiento previo sobre la estructura de la materia Nivel

Habilidad

Indicador de logro

Avanzado

El estudiante - Reconoce la diferencia entre molécula y átomo - Reconoce la diferencia entre periodo y grupos. - Distingue entre el modelo atómico de Rutherford y el de Thomson.

El estudiante -Reconoce la existencia de elementos y compuestos. -Reconoce que la configuración electrónica permite diferenciar los grupos de los periodos y ubicar un elemento en la tabla. - Reconoce que el último nivel de energía indica el periodo y la suma de los electrones que están en el último nivel indica el grupo. - Reconoce que el budín de pasas es una representación del modelo de Thomson y que en el modelo de Rutherford el átomo posee un pequeño núcleo de carga positiva y los electrones giran alrededor del núcleo.

Medio

El estudiante El estudiante - Reconoce la diferencia entre molécula y átomo -Reconoce la existencia de elementos y compuestos. - Reconoce la diferencia entre periodo y grupos. -Reconoce que la configuración electrónica permite diferenciar los grupos de los periodos y ubicar un elemento en la tabla. - Reconoce que el último nivel de energía indica el periodo y la suma de los electrones que están en el último nivel indica el grupo.

Básico

El estudiante El estudiante - Reconoce la diferencia entre molécula y átomo -Reconoce la existencia de elementos y compuestos. - Reconoce la diferencia entre periodo y grupos. -Reconoce que la configuración electrónica permite diferenciar los grupos de los periodos y ubicar un elemento en la tabla.

Insuficiente El estudiante solo es capaz de reconocer la Se recomienda dar algunas tareas sobre periodos y grupos, diferencia entre molécula y átomo. modelos atómicos.

Remediales a los conocimientos previos Se sugiere al docente recordarles a los alumnos la diferencia entre elementos y compuestos, entre periodos y grupos, y entre los modelos atómicos.

Planificación específica de la sección A continuación se ofrece una planificación específica para la Sección física en el átomo, de acuerdo con la planificación del capítulo4 de la Unidad 1. En ella se han considerado los aprendizajes esperados dispuestos por el marco curricular y que contemplan los aspectos conceptuales, procedimentales y habilidades, todo ello considerando el tiempo estimado y los recursos didácticos: actividades teóricas y prácticas a desarrollar por los estudiantes:



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Semana


Contenidos


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1. Desarrollar preguntas orientadoras como: a) ¿cómo podemos estudiar los objetos Estructura de la materia que no podemos ver? -Partículas fundamentales b) ¿Qué es un átomo? del átomo. c ) ¿Qué es un modelo atómico? Modelos atómicos 2. Orientar la deducción de la masa del electrón,

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1. Desarrollar preguntas orientadoras como: a) ¿Cuáles son los postulados de Bohr? - El átomo de Bohr -Identificar los modelos atómicos. b) ¿Cuáles son los conceptos de la mecánica - Energía de los estados cuánclásica usada por Bohr? ticos 2. Orientar, los postulados de Bohr, del radio orbital, la energía de los estados cuánticos?

3

1. Desarrollar preguntas orientadoras como: -Núclidos a) ¿Qué es un núclido?, -Unidades de masa y energía b) ¿cuál es la unidad de masa y energía en física atómica. atómica? 2. Resolución de Problemas.

Red de contenidos


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INDICADORES DE EVALUACIÓN SUGERIDOS CUANDO LOS ESTUDIANTES HAN LOGRADO ESTE APRENDIZAJE

- Descripción elemental de las - Identificar los modelos ató- 1. Reconocen los constituyentes fundamentales de la materia: el átomo, fuerzas nucleares y electromag- micos. 2. Reconocen los modelos atómicos, néticas que mantienen unidos 3. Comprenden que el modelo de Bohr contiene elementos clásicos los protones y neutrones en el y cuánticos, núcleo atómico para explicar la 4. Comprenden que utilizando los postulados de Bohr, pueden calcular estabilidad de la materia y otros radios orbitales, energías permitidas del átomo de hidrógeno. fenómenos.. 5. Resuelven problemas simples.

ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE PARA EVALUAR LA ACTIVIDAD EXPLORATORIA (Página 235) Categorías: 1. Identificación de la idea principal. 2. Descripción de la situación planteada. 3. Análisis del proceso. 4. Aplicación de la información a otro contexto. 5. Producción de un ejemplo nuevo. 6. Establecimiento de conclusiones: por relación de conceptos, por comparación y por integración. HABILIDAD CIENTÍFICA:

- Describir la conexión lógica entre hipótesis, conceptos, procedimientos, datos recogidos, resultados y conclusiones extraídas en investigaciones científicas clásicas o contemporáneas, comprendiendo la complejidad y coherencia del pensamiento científico. - Organizar e interpretar datos y formular explicaciones, apoyándose en las teorías y conceptos científicos en estudio. ACCIONES Y PREGUNTAS Montaje de la actividad.


PROPUESTAS



Planificar



Con una linterna enfoca luz por una ranura. Observa por el agujero de la tapa lo que sucede.

Observe si los alumnos realizan eficientemente cada procedimiento, pídales que denominen cada paso en: paso 1, paso 2… y solicíteles que realicen un esquema de los detalles de cada paso (dibujar). Descripción de la situación plan- Solicíteles que establezcan las características de la luz y los fenómenos ondulatorios que puede sufrir. teada Realizar inferencia Pida a los alumnos que compartan sus observaciones y que respondan las siguientes preguntas: ¿Qué elementos comunes tienen nuestras observaciones? ¿Cómo podemos mejorarlas? ¿Qué relación existe entre lo observado y los espectros atómicos? Formulación de pregunta de profun- Formúleles la siguiente pregunta: ¿Cómo funciona nuestro dización experimento? Formulación de pregunta de profun- ¿Cuál es la diferencia entre la mecánica clásica y la mecánica? dización ¿En qué año comenzó la crisis de la física clásica? Formulación de pregunta indirecta Pídales que respondan las siguientes preguntas: ¿Cuáles son los postulados de la mecánica clásica? ¿Qué entiendes por tiempo absoluto? En la mecánica clásica, ¿es posible medir la posición y la cantidad de movimiento simultáneamente? En la mecánica cuántica, ¿es posible medir simultáneamente la posición de un cuerpo y su cantidad de momento? ¿Cuáles son las consecuencias de esto?

Junto con un compañero o compañera, lee la siguiente información: La mecánica clásica es una formulación de la mecánica para describir el movimiento de sistemas de partículas físicas de dimensiones macroscópicos. Algunos postulados básicos de la mecánica clásica son: a) Existe un tiempo absoluto, cuya medida es igual para cualquier observador independiente de su tipo de movimiento. b) El estado de una partícula queda completamente determinado si se conoce su cantidad de movimiento y posición, siendo estos simultáneamente medibles. Conclusión. Establecimiento de conclusión

Pregúnteles: ¿Qué conclusiones puedes sacar sobre los cambios en los postulados de la mecánica clásica versus los de la mecánica cuántica? Aplicación de la información a otro Pregúnteles: ¿Cómo podrías explicar el espectro discontinuo formado contexto en la actividad experimental? Producción de un ejemplo nuevo Pídales que respondan: ¿Qué nuevos ejemplos podrías señalar el inicio de la mecánica clásica?



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Orientaciones metodológicas A continuación de ofrecen algunas recomendaciones metodológicas para optimizar el tratamiento en clases de los contenidos y actividades (de aprendizaje y de evaluación), planteados en el capítulo 4 del texto del estudiante..

TEMA 1 ESTRUCTURA DE LA MATERIA (Página 236)

Cómo abordar los conocimientos previos Realice las siguientes preguntas a los estudiantes para profundizar los contenidos: • ¿Qué es la materia?

La revisión de estos contenidos debería dirigirse a reforzar los conceptos de la estructura atómica, incluyendo los quarks, y a enfatizar las diferencias entre el mundo macroscópico, mecánica determinista y el mundo actual de la mecánica cuántica o subatómica. Reforzar la idea de la dualidad ondapartícula de la materia.

El átomo de Bohr (Página 239) Cómo abordar los conocimientos previos Para el átomo de Bohr, relacione las evidencias experimentales y las investigaciones de la época con las conclusiones de Bohr. ¿Qué significado le das a la emisión de luz en un átomo?

• ¿Qué es un átomo?, ¿se puede ver?

Al calentar un metal en una llama, ¿qué sucede con los átomos que lo conforman?

• ¿Cómo podemos estudiar los objetos que no podemos ver?

¿Cómo se manifiesta una variación de energía en dicho metal?

• ¿De qué están formados estos objetos? • ¿Son estables o se desintegran con facilidad?



Al hablar de electrones orbitales, se debe enfatizar que los orbitales son números cuánticos que no corresponden a las trayectorias clásicas. Las órbitas de los electrones se deben reemplazar por ondas estacionarias que representan distribuciones de probabilidades. Solo en el átomo de Bohr se puede permitir el uso clásico de órbitas por ser un modelo semiclásico y que solo se utiliza para el átomo de hidrógeno por su simpleza.

En esta etapa los estudiantes poseen algunas nociones sobre la constitución del átomo formado por un núcleo y electrones, y que los núcleos están constituidos de protones y neutrones, siendo la cantidad de protones la que caracteriza a los átomos de un elemento en particular. Uno de los enigmas para muchos estudiantes es por qué los protones de un núcleo estable, que se encuentran tan compactados entre si, no se repelen destruyendo el núcleo. Por otro lado existen núcleos inestables que liberan partículas en el fenómeno radiactivo. Los estudios nucleares han establecido que la estabilidad del núcleo no puede ser explicada por una acción eléctrica coulombiana, lo que conocemos como “partículas del mismo signo se repelen entre si”.

Solución de ¿Cómo vas? (Página 241) R = 9 · a0 = 9 · 0,052 = 0,468 nm

Energía de los estados cuánticos (Página 241)

Soluciones de ¿Cómo vas? (Página 238) Interacciones electromagnéticas y gravitacionales débiles

TEMA 2 MODELOS ATÓMICOS (Página 238) Cómo abordar los conocimientos previos Los estudiantes en los cursos finales de educación básica y en Segundo Medio de Química, ya abordaron un primer apronte de modelos atómicos. Realice preguntas como: ¿Qué evidencias permitieron a Rutherford establecer su modelo? ¿Qué aspectos del modelo de Rutherford prevalecen en el modelo actual?

Cómo abordar los conocimientos previos Para la energía de los estados cuánticos, el estudiante no posee conocimientos previos, pero sí puede explicar y comparar qué sucede con los niveles de energía para un sistema macroscópico y para uno microscópico.

Refuerzo de los contenidos Recordarles que en los sistemas macroscópicos la energía se aumenta infinitamente, mientras que en los sistemas microscópicos tienden a la continuidad.

Solución de ¿Cómo vas? (Página 243) La diferencia más notoria es que las órbitas de Bohr son


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U N I D A D circunferencias, mientras que las órbitas de Sommerfeld son elipses, donde el núcleo ocupa uno de los focos.

veniente expresar la unidad de masa unificada en términos de su equivalente de energía .

Átomo neutro (Página 242)

Solución de AHORA RESUELVES TÚ (Página 245)

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Para el caso del boro se tiene que: Masa de 105B = 10,012 u Masa de 105B = 10,012 u Pida a los alumnos que describan las semejanzas y diferencias 11 ios t3 Masa de 5 B =11,009 entre un átomo neutro y un ión de la especie. Masa de 115 B =11,009 mejanzas y diferencias entre un átomo neutro y un ion de la 10 Masa de 5B = 10,012 u Masaatómica=0,196⋅10,012+0,804⋅11,009=10,814 u Refuerzo de los contenidos Masa de 115 B =11,009 Masaatómica=0,196⋅10,012+0,804⋅11,009=10,814 u Hacer énfasis en la igualdad del número de protones y de Soluciónes de la evaluación de la sección 1 (Página 245) electrones. ro de protones y de electrones. Masaatómica=0,196⋅10,012+0,804⋅11,009=10,814 u 1 (página 107) a ladeevaluación de la sección t3 También indicar que los electrones, aunque no participan Solución 1. Modelos Thomson, Rutherford y Bohr. que no participandedelalamasa masa átomo, son necesarios paraenlaces y 1.2. Rutherford Modelospostuló de Thomson, Rutherford y Bohr deldel átomo, son necesarios para crear carga positiva desección un átomo Soluciónque a lalaevaluación de la 1 (página 107) t3 alcanzar la neutralidad electrónica del mismo. 2. estaba Rutherford que la carga positiva de unnúcleo, átomo estaba confinada lectrónica del mismo. confi1. nadapostuló a una pequeña región que llamó Modelos de Thomson, Rutherford y Bohr queyllamó núcleo y que losmovían electrones set3movían en órbitas de él, de quedelos se en órbitas alrededor depositiva él,alrededor Solución a la evaluación laelectrones sección 1 Rutherford (página 107) 2. postuló que la carga de un átomo los planetas alrededor del Sol. de la misma manera que los planetas alrededor del Sol. 1. Modelos de Thomson, Rutherford y Bohr Errores frecuentes que llamó núcleo y que los electrones se movían en órbitas a Los de Bohr 2. Rutherford3. postuló quepostulados la carga positiva de son: un átomo estaba confinada a una pequeña regió 3. Los postulados de Bohr son: los planetas alrededor del Sol. ia neutra no significa quea los no alumnos tenga carga, que las Recuerde que unasino sustancia neutra no significa - que el electrón describe órbitas circulares alrededor deldenúcleo que llamó núcleo y- que los electrones se movían en órbitas alrededor de núcleo. él, la misma manera qu el electrón describe órbitas circulares alrededor del 3. electrón Lossepostulados deórbita Bohr no son: que no tenga carga, sino que las cargas positivas y negativas - que mientras el uilibrio. mantiene en emite radiación, permaneci los planetas alrededor del Sol. - mientras el electrón mantiene en órbita no emite radia- alrededor del núc están en equilibrio. - que elseelectrón describe órbitas circulares constante. 3. Los postulados de Bohr son: ción, permaneciendo su energía constante. - que “salta” mientras el electrón sede mantiene en órbita no emite rad - cuandoórbitas el electrón desde un mayor energía a otro de menor - que el electrón describe circulares alrededor delestado núcleo cuando el electrón “salta” desde un estado de mayor energía constante. radiación Núclidos (Página 243) - que mientras el electrón se electromagnética mantiene en órbita(fotones) no emite radiación, permaneciendo su energía otro dedemenor energía, se emite radiación electromag- cuando elestán electrón “salta” desde uncantidad estado de energía - el atamaño las órbitas condicionadas por la de mayor movimiento constante. Cómo abordar los conocimientos previos nética (fotones). radiación electromagnética (fotones) - cuando el electrón “salta” desde un estado de mayor energía a otro de menor energía, se emite electrón alrededor del núcleo. - el tamaño de las está por lacondicionadas cantidad de ios t3 Recuerde las notaciones de núclidos aprendidas - 2elórbitas tamaño las órbitas están por la cantidad radiación (fotones) 4. Para n= se tiene ladecondicionado siguiente expresión para la energía: en electromagnética movimiento angular (L) del electrón alrededor del núcleo. A - elnotaciones tamaño por la cantidad de movimiento electrón alrededor del núcleo. −13,6 −13,6 angular (L) del Segundo Medio de Química, Z X , así como las , así como las de las órbitas están condicionadas endidas en segundo medio de Química En= = =−3,4 eV n para la energía: n = 2 se4.tiene laPara siguiente expresión electrón alrededor 4. delPara núcleo. 4 expresión para la ener para protón y neutrón. n = 2 se tiene2la siguiente 4. Para n = 2 se tiene la siguiente expresión para la energía: −13,6 −13,6 En= = =−3 n −13,6 −13,6 4 2 E = = =−3,4 eV n Refuerzo de los contenidos 4 2n Realice unos ejercicios simples de identificación de números ficación de números másicos y atómicos, de tal forma que logren másicos y atómicos, de tal forma que los alumnos diferenciar ambos conceptos y complementarlos con la onceptos y complementarlo con la definición de átomo definición de átomo neutro.


Unidades de masa y energía en física atómica (Página 244)

atómica (página 106)

t3


ios t3 Pida a los alumnos que realicen una búsqueda en Internet unidades de medición del sistema internacional y los queda en internetsobre sobre unidades de medición del sistema diferentes nombres que han recibido las unidades de masa ue han recibido las unidades de masa atómica. atómica. Refuerzo de los contenidos

rtícula viene dada por la famosa expresión o fórmula de Aclarar que la masa en reposo de una partícula viene dada la unidad de masa en términos de sudeequivalente porunificada la famosa expresión o fórmula Einstein, y que es con-

107)

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Evaluación capítulo 4 banco preguntas para la sección 1 Física en el átomo Nombres:

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1) Los neutrones son partículas subatómicas cuya masa (u.m.a) y carga (Coulomb) es respectivamente: A) 1 y -1,67·10-27 B) 1/1837 y 0 C) 0 y 1/1837 D) 1 y 0 E) 1837 y +1,67·10-27 2) La famosa relación “carga/masa” establecida por Thomsom sirvió de puente para que más tarde Millikan calculara la: A) carga de 1 neutrón. B) masa de 1 electrón. C) carga de 1 protón. D) relación carga/masa de 1 protón. E) ubicación espacial de 1 electrón 3) Según Ernest Rutherford: A) el átomo presenta un núcleo positivo con electrones en su interior. B) la masa atómica se distribuye equitativamente entre protones y electrones. C) los electrones giran en torno del núcleo y además poseen spin. D) los neutrones no aportan carga ni masa al núcleo atómico. E) el protón se encuentra en el núcleo atómico y los electrones en la periferia. 4) Asigne a cada científico de la columna de la izquierda con la columna derecha:

A 1. Dalton 2. Rutherford 3. Bohr 4. Millikan 5. Einstein


B __Modelo atómico nuclear __Efecto fotoeléctrico __Modelo de estado estacionario __Teoría atómica __Carga y masa del electrón

El orden correcto de la columna B de arriba hacia abajo es: A) 2 - 4 - 1 - 3 - 5 B) 2 - 5 - 3 - 1 - 4 C) 2 - 3 - 4 - 5 - 1 D) 2 - 3 - 1 - 5 - 4 E) 2 - 1 - 3 - 5 - 4 5) El mayor aporte del modelo atómico propuesto por Rutherford al resto de los modelos fue: A) describir orbitas circulares para los electrones de la periferia. B) proponer niveles de energía para distribuir a los electrones. C) aseverar la existencia de un núcleo con carga positiva. D) plantear la existencia de electrones en el átomo. E) propones tres de los cuatro números cuánticos conocidos. 6) Cuando un electrón excitado pasa a un nivel menor de energía en un átomo. Este electrón: A) emite una cantidad definida de energía en forma de luz o radiación. B) absorbe una cantidad definida de luz. C) absorbe una cantidad definida de energía. D) emite un espectro continuo. E) absorbe un patrón. 7) Bohr para realizar su modelo atómico utiliza el átomo de: A) litio. B) oro. C) plata. D) cobre. E) hidrógeno.

Soluciones 1. D 2. B 3. E 4. B

5. C 6. A 7. E

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Física en el átomo Las siguientes figuras muestran diversas situaciones relacionadas con la física en el átomo. Utilizando los conceptos estudiados en la sección responde. 1. En el experimento de Geiger y Mardsen, las pantallas detectoras estaban situadas alrededor de la lámina de oro bombardeada con las partículas alfa (α). ¿Cuál fue la conclusión del experimento si se observó que algunas partículas alfa eran desviadas y unas pocas rebotaban? _______________________________________________ _______________________________________________ _______________________________________________ _______________________________________________ _______________________________________________ _______________________________________________ _______________________________________________

2. Una descarga eléctrica pone en estado de emisión una sustancia gaseosa encerrada en un tubo. Las rayas del espectro corresponden a diversos fotones emitidos cuando los electrones saltan de unas órbitas a otras. El esquema corresponde a la serie de Balmes (caída hacia el 2° nivel energético) del átomo de hidrógeno. ¿Cuál es el radio de Bohr para este nivel de energía? ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________



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Sección 2. Estabilidad de la materia y fuerzas nucleares (Página 246) Presentación

En esta sección los estudiantes aprenderán a describir las fuerzas nucleares y electromagnéticas que mantienen unidos a los protones y neutrones en el núcleo para explicar la estabilidad de la materia. Reconocerán las propiedades de los núcleos atómicos, a los isótopos, el equivalente entre masa y energía, la energía de enlace por nuclear. Además, identificarán las propiedades de la fuerza nuclear, ya que es de corto alcance, es independiente de la carga eléctrica y que depende de la orientación de los espines de los nucleones. Podrán describir los modelos nucleares, el de capa y el de gota, conociendo las dificultades en la creación de una teoría del núcleo atómico. Finalmente describirán los conceptos de estabilidad nuclear y de radiactividad natural. Para lograr los objetivos de aprendizaje la sección se ha dividido en los siguientes temas: 1. Propiedades de los núcleos atómicos 2. Fuerzas nucleares 3. Modelos nucleares 4. Estabilidad nuclear Cada subtema forma parte de un objetivo de aprendizaje


La sección trata sobre la física en el átomo. Para que los alumnos logren los objetivos de aprendizaje propuestos para la sección, es necesario que los alumnos revisen algunos contenidos tratados, tales como: la ley de Coulomb, la naturaleza de las fuerzas que existe en la naturaleza. Es preciso que indague en los alumnos lo siguiente. La naturaleza de las fuerzas que existen en la naturaleza. La ley de Coulomb, la ley de gravitación Para ello pídales 1. Calcular la fuerza de eléctrica entre protón-protón, protón- neutrón del 2. Calcular la fuerza gravitacional entre protón – protón, protón- neutrón del 3. Calcular la fuerza la fuerza eléctrica entre un electrón del primer orbital y un protón del núcleo del Deben suponer que los neutrones se encuentran en una circunferencia de radio aproximadamente de 32·10-12m (radio del He) y el radio orbital es de 0,052·10-9m Al finalizar dichos cálculos deben responder las siguientes preguntas: 1. ¿Cuáles son las fuerzas que actúan sobre los protones y neutrones en el núcleo del ? 2. ¿Cuál es la magnitud de la fuerza eléctrica de repulsión entre dos protones del ? 3. ¿Cuál es la magnitud de la fuerza eléctrica de atracción entre el electrón y protón del ? 4. ¿Cuál es la magnitud de la fuerza gravitacional entre el neutrón y protón del ? 5. Ordena de mayor a menor la magnitud de las fuerzas antes calculadas 6. Considerando la magnitud de la fuerza de repulsión de los protones en el núcleo ¿Por qué no se desintegra? 7. ¿Es relevante la interacción gravitacional para los protones y neutrones en el núcleo?, ¿Por qué? 8. Si los neutrones no tienen carga ¿Qué los mantiene juntos a los protones?


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En la tabla Nº1 le proponemos indicadores para evaluar el nivel de logro de los conocimientos previos Tabal 1 Nivel de profundidad de conocimiento previo sobre la estabilidad de la materia y fuerzas nucleares Nivel

Habilidad

Indicador de logro

Avanzado

El estudiante - Aplica la ley de Coulomb y reconoce el tipo de fuerza entre los protones y neutrones. -Aplica la ley de gravitación y reconoce el tipo de fuerza entre protones - protones. - Reconoce la existencia de la fuerza nuclear como la responsable de mantener unido a los protones en el núcleo. - Reconoce la existencia de la fuerza nuclear como la responsable de mantener unida a los neutrones y protones.

El estudiante -Reconoce que la magnitud de la fuerza eléctrica de repulsión entre las protones es muy grande. -Reconoce que la magnitud de la fuerza gravitacional entre los protones- neutrones, protones-protones, neutrones – neutrones es muy pequeña. - Identifica a la fuerza nuclear como una fuerza que permite mantener unida a los protones en el núcleo, siendo la responsable de la estabilidad del núcleo. - identifica a la fuerza nuclear como la fuerza responsable de mantener unido a los protones – neutrones, neutrones – neutrones.

Medio

El estudiante - Aplica la ley de Coulomb y reconoce el tipo de fuerza entre los protones y neutrones. -Aplica la ley de gravitación y reconoce el tipo de fuerza entre protones - protones. - Reconoce la existencia de la fuerza nuclear como la responsable de mantener unido a los protones en el núcleo.

El estudiante - Aplica la ley de Coulomb y reconoce el tipo de fuerza entre los protones y neutrones. -Aplica la ley de gravitación y reconoce el tipo de fuerza entre protones - protones. - Reconoce la existencia de la fuerza nuclear como la responsable de mantener unido a los protones en el núcleo.

Básico

El estudiante - Aplica la ley de Coulomb y reconoce el tipo de fuerza entre los protones y neutrones. -Aplica la ley de gravitación y reconoce el tipo de fuerza entre protones - protones.

El estudiante - Aplica la ley de Coulomb y reconoce el tipo de fuerza entre los protones y neutrones. -Aplica la ley de gravitación y reconoce el tipo de fuerza entre protones - protones.

Insuficiente

El estudiante solo es capaz de reconocer los Se recomienda dar algunos ejercicios donde apliquen la ley de Coulomb, ley de gravitación. tipos de fuerza.


Se sugiere al docente recordarles a los alumnos la ley de Coulomb, la ley de gravitación y como aplicarlas.


A continuación se ofrece una planificación específica para la Sección estabilidad de la materia y fuerza nucleares, de acuerdo con la planificación del capítulo4 de la Unidad 1. En ella se han considerado los aprendizajes esperados dispuestos por el marco curricular y que contemplan los aspectos conceptuales, procedimentales y habilidades, todo ello considerando el tiempo estimado y los recursos didácticos: actividades teóricas y prácticas a desarrollar por los estudiantes:



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Semana


Contenidos

1

- Describir las fuerzas nucleares y electromagnéticas que mantienen unidos los protones y neutrones en el núcleo para explicar la estabilidad de la materia.

2

Identificar las propiedades Fuerzas nucleares 1. Desarrollar preguntas orientadoras como: de las fuerzas nucleares - La fuerza nuclear es de corto a) ¿Cuáles son las propiedades de las fuerzas alcance. nucleares? - La fuerza nuclear es indepen- 2. Explicar las propiedades de las fuerzas nucleares diente de la carga eléctrica. - La fuerza nuclear depende de la orientación relativa de los espines de los nucleones interactuantes.

3

Describir modelos nu- Modelos nucleares cleares -Modelo de gota -Modelo de capas.

1. Desarrollar preguntas orientadoras como: a) ¿Qué dificultad tiene la creación de la teoría del núcleo atómico?, b) ¿Qué es el modelo nuclear? c) ¿cuál es la diferencia el modelo de gota y el de capas? 2. Resolución de Problemas.

4

Describir la estabilidad Estabilidad nuclear nuclear -radiactividad natural

1. Desarrollar preguntas orientadoras como: a) ¿Por qué el núcleo es estable?, b) ¿De qué depende la estabilidad del núcleo? c) ¿Qué es la radiactividad nuclear? 2. Resolución de Problemas.


Propiedades de los núcleos 1. Desarrollar preguntas orientadoras como: a) ¿Cómo podemos calcular la densidad de un atómicos núcleo? -Espines y momento magnético. b) ¿De qué factores depende el radio medio? -Isotopos. c) ¿Qué es un isotopo? -Equivalente entre masa y energía d) ¿Cómo podríamos medir la energía del enlace nuclear? -Energía de enlace nuclear. 2. Resolución de Problemas.

Red de contenidos


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Nivel de conocimientos de la sección Objetivo de aprendizaje a desarrollar en el texto


Indicadores de evaluación sugeridos Cuando los estudiantes han logrado este aprendizaje

- Descripción elemental de las fuerzas nucleares y electromagnéticas que mantienen unidos los protones y neutrones en el núcleo atómico para explicar la estabilidad de la materia y otros fenómenos.

- Describir las fuerzas nucleares y electromagnéticas que mantienen unidos los protones y neutrones en el núcleo para explicar la estabilidad de la materia.

1. Reconocen que el radio medio depende del número másico. 2. Identifican los tipos de núclidos, 3. Comprenden que el equivalente entre masa y energía es importante para establecer la energía por nucleón. 4. Resuelven problemas simples.

- Identificar las propiedades 1. Reconocen que la fuerza nuclear es de corto alcance, indede las fuerzas nucleares pendiente de la carga eléctrica y depende de la orientación relativa de espines de los nucleones. 2. Reconocen el valor relativo y el ámbito de la manifestación de la fuerza. - Describir modelos nu- 1. Reconocen que existen dificultades para crear una teoría cleares del núcleo atómico. 2. Identifican las características del modelo de gota, 3. Identifican las características del modela de capas. 4. Establecen las diferencias entre el modelo de gota y de capas. Describir la estabilidad 1. Identifican que la estabilidad nuclear depende de la competencia entre la fuerza nuclear atractiva y la fuerza eléctrica nuclear repulsiva. 2. Reconocen que las sustancias radiactivas pueden emitir partículas alfa, beta o gamma.

ORIENTACIONES METODOLOGICA A continuación se ofrecen algunas recomendaciones metodológicas para optimizar el tratamiento en clases de los contenidos y actividades (de aprendizaje y de evaluación), planteados en el capítulo 4 del texto del estudiante, de acuerdo con la planificación establecida.



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TEMA 1 PROPIEDADES DE LOS NÚCLEOS ATÓMICOS (Páginas 246)

Equivalencia entre masa y energía (Página 249)

La diferencia radica en la cantidad de neutrones y protones presentes en el núcleo de los átomos y sus diversas combinaciones.

Cómo abordar los conocimientos previos Inicie la explicación con el desarrollo histórico bajo el cual Einstein estableció su ecuación E = m c2.

SECCIÓN 2: ESTABILIDAD LA MATERIAprevios Y FUERZAS NUCLEARES Cómo abordar losDE conocimientos Puede realizar un debate en torno a las implicancias políticas (página 108) t2

y sociales que esta ecuación tuvo. Pida a los estudiantes que hagan un listado cronológico de los diferentes modelos atómicos que establezcan cuál es el Refuerzo (T2) de los contenidos TEMA 1: PROPIEDADES DE LOS NÚCLEOS ATÓMICOS (PÁGINA 108) primer modelo de átomo nuclear. A partir de la expresión de energía equivalente, motive a los Cómo abordar los conocimientos previos t3 alumnos a calcular la energía del protón y del neutrón, para Refuerzoque dehagan los contenidos Pida a los estudiantes un listado cronológico de los diferentes modelos atómicos luego realizaryuna comparación de ellas. establezcan cuál es le primer modelo de átomo nuclear. Para reforzar, realice la actividad de la 109; Densidad del núcleo de Hierro, donde se utiliza la expresión para el radio Solución de ¿Cómo vas? (Página 249) Refuerzo de del los contenidos átomo, además de t3 aplicaciones matemáticas para el Para reforzar,desarrollo realice la actividad la página 109 Densidad del núcleo de Hierro, donde se las utiliza Al comparar energías equivalentes, se observa que el de dichasde habilidades. la expresión para el radio del átomo, además de aplicaciones matemáticas paraneutrón el desarrollo de tiene mayor energía que el protón. dichas habilidades. Soluciones de Ahora resuelves Tú (Página 247) Para el boro, A = 10 Solución a Ahora Por loresuelves tanto, tú (página 109) Para el boro, A = 10 1

Por lo tanto,

Energía de enlace nuclear (Página 250) t3

1

R=R 0⋅A 3 =1,2⋅10−15⋅10 3 =2,58⋅10−15 m=2,58 fm

Isótopos (Página 248)

Isótopos (página 110)

t3


Cómo abordar los conocimientos previos Este contenido no presenta conocimientos previos en la asignatura de Física, sin embargo, este contenido debería ser abordado en Cuarto medio de Química, por lo que puede ocupar el gráfico de la 113 para explicar algunos procesos nucleares, como fusión y fisión, y relacionarlos con las variaciones de energía de enlace por nucleón.

Cómo abordar los conocimientos previos t3 los alumnos queinvestigación realicen una investigación uso en diversas Indique a los Indique alumnosaque realicen una del uso de losdel isótopos Refuerzo de los contenidos actividades. Pida la contextualización a diversas situaciones, el uso del carbono-14 entre de los isótopos en diversas actividades. Pida lacomo contextualiotros. zación de diversas situaciones, como el uso del carbono-14, Los estudiantes deben recordar las interacciones clásicas entre otros. como las fuerzas gravitacionales, eléctricas y magnéticas, para Refuerzo de los contenidos t3 comprender que Aunque en el texto se menciona la clasificación de núclidos en isótopos, isótonos e isóbaros, losen el estudio atómico el problema consistía en encontrar ciertas reglas que explicaran el comportamiento fundamentales son los primeros, es decir, los isótopos de un elemento en particular. Refuerzo de los contenidos del átomo, y que ya se contaba con el antecedente de que la Aunque en el texto se menciona la clasificación de núclidos fuerza eléctrica era la regla por la cual el átomo se mantenía Es importante destacar que el estudio de las reacciones entre átomos es la esencia de la química. Sin en isótopos, isótonos e isóbaros, los fundamentales son los como un todo. En el caso del estudio nuclear el problema se embargo, lo que se refiere a la estructura del núcleo y sus interacciones son temas de la física. primeros, es decir, los isótopos de un elemento en particular. presenta al revés; la mecánica cuántica proporciona las reglas, pero inicialmente no se tenía conocimiento y entendimiento Solución a ¿Cómo vas? (página 110) t3 de las La diferenciaEs radica en la cantidad de neutrones y protones presentes en el núcleo deinteracciones los átomos y nucleares. importante destacar que el estudio de las reacciones sus diversas combinaciones. entre átomos es la esencia de la Química. Sin embargo, lo que se refiere a la estructura del núcleo y sus interacciones son temas de la Física.


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TEMA 2 FUERZAS NUCLEARES (Página 252)

TEMA 4 ESTABILIDAD NUCLEAR

Cómo abordar los conocimientos previos Este contenido no tiene conocimientos previos en Física, sin embargo es útil que haga un repaso de las propiedades de los protones y neutrones, distancias internucleares, fuerzas de enlace entre nucleones.

1

(Página 255)

Cómo abordar los conocimientos previos Este tema también es abordado en la asignatura de Química, por lo que se sugiere una clase interdisciplinaria. Se recomienda dar énfasis a las videncias experimentales que permitieron el descubrimiento de las partículas alfa, beta y gamma.

Refuerzo de los contenidos tratados en el tema Para explicar la naturaleza de las fuerzas nucleares que mantienen unidas las partículas dentro de los núcleos, es necesario analizar sus propiedades. En general, un núcleo tiene una masa y posee carga eléctrica. Además, tiene un tamaño que se puede medir por su radio. Los nucleones se mueven bajo la acción de interacciones mutuas, y la intensidad de sus interacciones se puede medir por su energía de enlace o energía de ligadura nuclear. Esto último está íntimamente relacionado con la expresión de Einstein ∆E = ∆m c2, que permite determinar la diferencia de masas (defecto de masa) entre la partículas unidas en el núcleo y las partículas aisladas.

TEMA 3 MODELOS NUCLEARES (Página 253) Cómo abordar los conocimientos previos Este tema no posee conocimientos previos en la asignatura de Física, pero sí es útil presentar una cronología de las evidencias y principios que formulan cada modelo

Refuerzo de los contenidos tratados en el tema Incentivar la búsqueda en Internet sobre datación de materiales con isótopos específicos, de videos que muestren los usos de radioisótopos en medicina para la detección y tratamiento de enfermedades; efectos de la radiación sobre los seres humanos, lamentables accidentes de Chernobyl (1986) y Fukushima (2011). Se aconseja dialogar con los estudiantes el tema de la estabilidad nuclear. Que se pregunten cómo es posible que existiendo en el núcleo gran cantidad de protones y que la fuerza electrostática en este caso es repulsiva, el núcleo no se desintegre. Que reconozcan la existencia de la fuerza nuclear que actúa sobre todos los nucleones, pero que es de corto alcance. Comparar el efecto de distancia entre las interacciones clásicas y nucleares puede ser de gran utilidad en la comprensión del comportamiento del núcleo.

Radiactividad natural (Página 256) Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere que el docente realice las siguientes preguntas:


¿Conoces algún elemento radiactivo?

Haga mención a la definición de la tensión superficial presente en líquidos para realizar una analogía hacia el modelo de gota. También recuerde a los estudiantes que los líquidos son débilmente compresibles.

¿Cuáles consideras naturales y cuáles artificiales?

Para el modelo de capas, recuerde los números mágicos y su relación con el número de protones y de neutrones, así como la serie de 5 núcleos doblemente mágicos.

Refuerzo de los contenidos tratados en el tema Explicar las razones por las cuales las partículas cargadas, como las partículas alfa o beta, se desvían experimentando trayectorias circulares al penetrar a un intenso campo magnético externo, y por qué razón esto no ocurre con los fotones.

Solución de ¿Cómo vas? (Página 254) el modelo de la gota establece que el núcleo atómico es similar a una gota de agua. En cambio, el modelo de capas indica que existen niveles energéticos donde se ubican los nucleones, en concordancia con el principio de exclusión de Pauli.

Solución de la actividad grupal Estabilidad nuclear (Página 257) El procedimiento de trabajo considera tabulación y graficación de datos.



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• Determina la cantidad de neutrones para los siguientes núcleos estables:

La radiación beta corresponde a partículas muy pequeñas cargadas negativamente.

20 Ne, 56 Fe, 88 Sr, 112 Cd, 139 La, 152 Sm, 209 Bi 10 26 38 47 57 62 83

• Confecciona una tabla con las entradas Z, A, N y N/Z. Observa cómo cambian los valores de N/Z con el aumento de Z. • Grafica N versus Z y une los puntos correspondientes. Un método alternativo de grafico puede ser N/Z versus Z. • Aplica las etapas 2 y 3 a los núclidos: 25 Si, 50 Ca, 52 14 20 24

Cr,

La radiación gamma corresponde a ondas electromagnéticas, por lo que son de naturaleza eléctrica neutra. 3. La estabilidad nuclear está determinada por la competencia entre la fuerza nuclear de atracción entre los protones y neutrones y las interacciones eléctricas repulsivas de los protones. 4. La energía de enlace es la energía necesaria para separar los nucleones.

64 Zn,183 Hf,197 Au 30 72 79

• Incorpora en el gráfico los puntos correspondientes a cada una de las especies indicadas en 4. ¿Cuál puede ser la hipótesis de esta actividad? ¿Es posible que un núcleo estable tenga N/Z inferior al valor 1?

5. Frenkel vio la similitud entre una gota de líquido y el núcleo de un átomo, por lo que postuló que la saturación de las fuerzas nucleares llevan al núcleo a adoptar una forma esférica, equivalente a una tensión superficial.

Soluciones de la evaluación final

Ne

Fe

Sr

Cd

La

Sm

Bi

Z

10

26

38

47

57

62

83

A

20

56

88

112

139

152

209

b) E2 = -3,4 eV

N

10

30

50

65

82

90

126

c) ∆E = 10,2eV

N/Z

1,0

1,15

1,31

1,38

1,44

1,45

1,52

Si

Ca

Cr

Zn

Hf

Au

Bi

Z

14

20

24

30

72

79

83

A

25

50

52

64

183

197

209

N

11

30

28

34

111

118

126

N/Z

0,79

1,5

1,17

1,13

1,54

1,49

1,52

Orientación para el desarrollo de la actividad Esta actividad es muy apropiada para registrar datos en una tabla y luego graficar. Por un lado se grafica una curva considerando núcleos estables y luego se incorporan los núcleos problema, de los cuales se desea determinar si son estables o no. Si los núcleos problema coinciden con la curva, son estables. Aquellos que se apartan de la curva son radiactivos.

1) a) E1 = 13,6 eV

2. a) E2 – E1 = h · f = 10,2 eV b) f = 2,46 · 1015 Hz c) λ = 1,22 · 10–7 m 3) es cuatro veces mayor, debido a que el radio del orbital es proporcional a n2. 4) r2 = 2,1 · 10-10 m; r3 = 4,8 · 10-10 ; r4 = 8,5 · 10-10 5) E2 = –3,4 eV; E3 = –1,5 eV; E4 = –0,85 eV 6) Con n = 4 ahora podemos tener l = 3 sumado a los otros valores posibles para n = 3. Esto nos entrega siete valores para m entre –3 y +3. Como cada uno de estos tiene dos espines, existen otros 14 estados adicionales dando un total de 32. 7

c

8) b

Solución de la evaluación (Página 257)

9) Respuesta abierta de desarrollo.

1. Núcleo: es la parte del átomo que se encuentra en el

10) E = -92,162 eV

centro, formado por protones y neutrones. Núclidos: son los distintos núcleos atómicos que existen en la naturaleza o que se pueden producir artificialmente. Nucleón: corresponde al número másico de un átomo. 2. La radiación alfa corresponde a partículas cargadas positivamente.


11) d 12) c 13) a 14) b

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15) a 16) a 17) d

Del gráfico se establece que los núcleos estables son los de Cr, Zn y Au. Serían radiactivos los isótopos de Si, Ca, Ba, y Hf. El o la docente podría solicitar que algunos grupos tracen la curva N/Z versus Z y verifiquen si se obtienen las mismas conclusiones.


Describir investigaciones científicas clásicas o contemporáneas relacionadas con los conocimientos del nivel, reconociendo el papel de las teorías y el conocimiento en el desarrollo de una investigación científica. ACCIONES Y PREGUNTAS ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE Descripción de la situa- Comprensión de la idea principal ción planteada


PROPUESTAS Pida a los alumnos que lean el texto que se propone en la actividad y realice las siguientes preguntas: ¿De qué trata el tema? ¿Cuáles son las ideas principales? Pida a los alumnos que ordenen las ideas de la más importante a la menos importante.

Planteamiento de la Formulación de preguntas de in- ¿Qué beneficios ha traído a la medicina la técnica de RMN y TAC? lectura dagación Formulación de preguntas de relación Solicite a los alumnos que realicen una secuencia histórica del avance secuencial en la aplicación de la técnica nuclear. Análisis de proceso

Formulación de preguntas de in- ¿Te has realizado alguna vez un examen de imagen? ¿A través de qué dagación material se emiten los resultados? Formulación de preguntas de com- Explica la diferencia de la imagen de escáner de rayos X y de resonancia paración nuclear. Formulación de preguntas de pro- Investiga qué otras aplicaciones o usos tienen los radioisótopos. fundización Formulación de inferencia

¿Qué efectos positivos y negativos tiene la aplicación de radioterapia en personas con cáncer?

Aplicación de la infor- Formulación de conclusiones: apli- Prepara un cuadro de los usos y aplicaciones de la energía nuclear en mación cación medicina y otros campos del conocimiento.



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- Describir la conexión lógica entre hipótesis, conceptos, procedimientos, datos recogidos, resultados y conclusiones extraídas en investigaciones científicas clásicas o contemporáneas, comprendiendo la complejidad y coherencia del pensamiento científico. - Organizar e interpretar datos y formular explicaciones, apoyándose en las teorías y conceptos científicos en estudio. ACCIONES Y PREGUNTAS


PROPUESTAS Montaje de la actividad. Comprensión de la idea principal Pida a los alumnos que lean el texto que se propone en la actividad y realice las siguientes preguntas: ¿De qué trata la actividad? ¿Estás preparado para realizarla? Pida a los alumnos que ordenen sus ideas y las anoten, planteando: Planificar ¿Qué debo hacer primero? ¿Qué debo hacer a continuación? ¿Qué debo hacer finalmente? Observe si los alumnos realizan eficientemente cada procedimiento, pídales Secuencia del proceso que denominen cada paso en: paso 1, paso 2… y solicíteles que realicen un esquema de los detalles de cada paso (dibujar). ¿Cuál es proceso físico que explica Descripción de la situación planteada Solicíteles que establezcan las característica entre el color de la llama el color de la llama? encendida y los elementos químicos que se están quemando. Realizar inferencia Pida a los alumnos que compartan sus respuestas y que respondan las siguientes preguntas: ¿Qué elementos comunes tienen nuestras respuestas? ¿Cómo podemos mejorarlas? Formulación de pregunta de profundización Solicíteles que respondan: ¿Por qué la llama cambia de color? ¿Se relaciona el color de la llama con el tipo de compuesto? ¿Por qué es importante limpiar Formulación de pregunta de profundización Pregúnteles: ¿Para qué se usa el hilo de nicromo? cuidadosamente el hilo de nicromo Formulación de pregunta indirecta Pregúnteles: ¿Por qué es importante el hilo de nicromo? antes del nuevo ensayo? ¿Cómo se podría detectar la presencia Realizar inferencia de algunos elementos anteriores en una muestra desconocida?

¿Cuál es la diferencia entre el color de la llama y una llama del mismo color, emitida por un cuerpo incandescente? Investiga las frecuencias de las ondas electromagnéticas en el espectro visible e identifícalas con el color de cada llama. Calcula la energía asociada a cada color de la llama.

Conclusión.


Pida a los alumnos que compartan sus respuestas y que respondan las siguientes preguntas: ¿Qué elementos comunes tienen nuestras respuestas? ¿Cómo podemos mejorarlas? Producción de un ejemplo nuevo Pídales que respondan: ¿Qué nuevos ejemplos podrían nombrar sobre la forma de detectar elementos químicos? Realizar inferencia Pida a los alumnos que compartan sus respuestas y que respondan las siguientes preguntas: ¿Qué elementos comunes tienen nuestras respuestas? ¿Cómo podemos mejorarlas? Pídales que respondan: ¿Qué tienen en común los tipos de color de la Construcción de conocimiento llama y de un cuerpo incandescente? Comprensión de la idea principal Pida a los alumnos que busquen información sobre el espectro electromagnético y realice las siguientes preguntas: ¿Qué es el espectro electromagnético? ¿Qué relación existe entre los colores y el tipo de onda electromagnética? Pídales que respondan: ¿Qué tienen en común los tipos de ondas electroConstrucción de conocimiento magnéticas y el color de la llama? Comprensión de la idea principal Pida a los alumnos que construyan una tabla que contenga en su primera columna el tipo de color, en la segunda la frecuencia de onda electromagnética asociada y en la tercera la energía de cada onda electromagnética. Construcción de conocimiento Pídales que respondan: ¿Cómo se relaciona la energía de una onda electromagnética con su frecuencia? ¿Qué científico descubrió dicha relación? Establecimiento de conclusión por com- Pregúnteles: ¿Qué conclusiones puedes sacar sobre el color de la llama y el elemento que se quema? paración Aplicación de la información a otro contexto Pregúnteles: ¿Cómo aplicarías este laboratorio a los espectros atómicos? Producción de un ejemplo nuevo Pídales que respondan:¿Qué nuevos ejemplos podrían señalar la relación entre el espectro electromagnético y las ondas electromagnéticas?

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Estabilidad de la materia y fuerzas nucleares Nombres:

Apellidos:

Curso:

Fecha:

5) La energía que debe agregarse al núcleo para separar a los nucleones se denomina:

1) La partícula alfa corresponde a: A) 4 electrones. B) núcleos de He. C) núcleos de H2. D) 4 neutrones. E) núcleos de Fe2.

A) energía de ionización. B) energía cinética. C) energía potencial. D) energía de enlace. E) energía eléctrica.

2) Las partículas subatómicas que ayudan a estabilizar el núcleo del átomo son los: A) protones. B) neutrones y electrones. C) protones y electrones. D) neutrones. E) electrones. 3) Respecto del núcleo atómico es correcto afirmar que: I. su volumen es aproximadamente un 99% del átomo. II. pude emitir carga, masa o energía si se encuentra inestable. III. considerando protones y neutrones tiene carga eléctrica igual a cero. A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) I y II E) II y III 4) Si se tiene que el Sol consiste de 73% de hidrógeno, 26% de helio, y un 1% de otros elementos, es correcto decir que el calor que produce el Sol es mediante: A) la emisión de núcleos de He2. B) la fusión nuclear. C) la fisión nuclear. D) choques entre núcleos de átomos pesados. E) choques entre electrones.

6) Respecto a las características de la fuerza nuclear se encuentran: I. de largo alcance. II. son de corto alcance. III. depende de la carga eléctrica. De las anteriores es (son) correcta (s) A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) I y II E) II y III 7) El modelo de capas nucleares fue desarrollado por: A) Ya. I. Frenkel B) Bhor C) Einstein D) Rutherford E) M. Geoppert Mayer

Soluciones 1. B 2. D 3. D 4. B

5. D 6. B 7. E



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Apellidos:

Curso:

Fecha:

Estabilidad de la materia y fuerza nucleares Las siguientes figuras muestran diversas situaciones relacionadas con la estabilidad de la materia y fuerzas nucleares. Utilizando los conceptos estudiados en la sección responde. 1. Un campo magnético permite separar las diversas radiaciones emitidas por una muestra radiactiva. ¿Cómo se puede explicar esto? _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________

2. Si se bombardea con diversas partículas el núcleo de un átomo puede convertirse en inestable y emitir alguna radiación. ¿Cómo explicarías tal situación? _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________


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U N

A D IU ND I AD D

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LA TIERRA Y EL UNIVERSO

Capítulo 1 Mecanismos fisicoquímicos y la acción humana que afectan a la Tierra

(Página 270)

Presentación En este capítulo los alumnos van a estudiar los mecanismos fisicoquímicos que afectan a la Tierra. Se comenzará el estudio con una definición del medio ambiente, se explicarán los mecanismos físicos presentes en la regulación del clima terrestre, el impacto ambiental. A continuación se estudia el concepto de huella ecológica, las fuentes de contaminación y sus efectos tanto globales (cambio climático, agujero en la capa de ozono), como los efectos locales (lluvia ácida, smog). Posteriormente se estudian los mecanismos físicos presentes en la dinámica dela hidrósfera y de la litosfera, explicándose el concepto de desarrollo sostenible. Finalmente, se estudian los recursos energéticos, los conceptos de energía, calidad de energía,, las energías convencionales(combustibles fósiles, energía nuclear, energía hidroeléctrica), las energías alternativas (energía solar, de biomasa y eólica) y las energías que independientes del sol (mareomotriz, geotérmica) y el hidrógeno como fuente de energía. Para lograr los objetivos de aprendizajes este capítulo se ha dividido en 3 secciones: Sección 1 Factores fisicoquímicos que afectan a la Tierra. Sección 2 Uso eficiente de los recursos energéticos

Sección 1 Factores fisicoquímicos que afectan a la Tierra (Páginas 272) Presentación En esta sección los estudiantes aprenderán a reconocer los mecanismos fisicoquímicos que permiten explicar la regulación del clima terrestre y los fenómenos que afectan a las capas fluidas (atmósfera e hidrosfera) y a la litosfera. También reconocerá el impacto ambiental de la actividad humana sobre ellas y la responsabilidad que le cabe al hombre en el origen de fenómenos como el calentamiento global, la reducción de la capa de ozono, el aumento del nivel de los mares, etc. Se desarrollan habilidades del pensamiento científico al realizar el mini laboratorio: ácidos que disuelven rocas. Además, resuelven actividades que involucran habilidades como: análisis de imágenes, análisis de datos, comprensión lectora, comparación y aplicación. Para lograr los objetivos de aprendizaje la sección se ha dividido en los siguientes temas: 1. Mecanismos fisicoquímicos en la regulación del clima terrestre. 2. Impacto ambiental. 3. Mecanismos físicos presentes en la dinámica de la hidrosfera. 4. Mecanismos fisicoquímicos en los fenómenos que afectan a la litosfera. Cada tema se ha relacionado con un objetivo de aprendizaje.


La sección trata sobre los mecanismos físicos que afectan a la Tierra (litosfera, hidrosfera, atmósfera) y el impacto ambiental, o resultante de la actividad humana sobre el planeta. Para que los estudiantes comprendan y dimensionen los contenidos tratados en la sección es necesario que tengan claros el ciclo del agua, las capas de la Tierra, fenómenos naturales y cómo se puede identificar el impacto ambiental. Por lo anterior es preciso determinar el grado de conocimiento que tienen los estudiantes sobre: • la importancia del ciclo del agua en el funcionamiento del clima terrestre. • los tipos de rocas y la formación del suelo. • el impacto ambiental que origina el hombre en su entorno. La actividad exploratoria al inicio del capítulo, es una excelente oportunidad para evaluar los conocimientos previos sobre el impacto ambiental. Para ello pídales un análisis del resultado experimental, para esto use las siguientes preguntas:



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1. ¿Por qué el color del agua se aclara a medida que se le agrega volumen de esta sustancia? 2. ¿Cómo afecta al ciclo del agua el aumento en la concentración de contaminantes? 3. ¿Qué sucedería con el clima terrestre si el ciclo del agua se alterara? En relación con la actividad exploratoria: se puede graduar el nivel de conocimiento guiándose por la propuesta ofrecida en la siguiente tabla:

Evaluación diagnóstica sugerida NIVEL

HABILIDAD

INDICADOR DE LOGRO

Avanzado

El estudiante reconoce la importancia del ciclo del agua como agente en la interacción de las capas fluidas (atmósfera e hidrosfera) además, establece que el agua está contaminada aun cuando la concentración de contaminantes presentes es baja.

Reconoce que el agua incolora no es indicador de que esté libre de contaminantes, ya que la concentración de estos depende de la cantidad del líquido. También da cuenta de que el ciclo del agua es vital en la interacción y regulación del clima terrestre.

Medio

El estudiante establece que el agua está contaminada aun Reconoce que la concentración de contaminantes depende cuando la concentración de contaminantes presentes de la cantidad de agua y que el ciclo del agua solo regula el es baja. Pero no establece con claridad la importancia movimiento del agua en la Tierra. del ciclo del agua en la regulación del clima.

Básico

El estudiante reconoce que incluso el agua incolora Reconoce que la concentración de contaminantes depende puede presentar contaminantes disueltos en ella. de la cantidad de agua.

Insuficiente

El estudiante no es capaz de identificar si el agua Se recomienda dar algunos requerimientos sobre contapresenta contaminantes disueltos en ella. minación.

Esta tabla puede servir para que determine el grado de profundidad en el desarrollo de habilidades y conocimientos previos sobre el ciclo del agua, a la par que constituye un recurso complementario que podrá adaptar para evaluar diferentes contenidos tratados en el Texto.

Remediales a los conocimientos previos Se sugiere al docente recordarles a los alumnos los elementos presentes en el ciclo del agua, y los efectos de este ciclo sobre el clima terrestre.

Red de contenidos

Mecanismos físicos que afectan a la Tierra

Máquina climática

Impacto ambiental Litosfera

se relaciona con Efecto invernadero

contaminación y efectos

Suelo

Erupciones volcánicas

Desertificación dinámica de las capas fluidas

Polvo atmosférico

Erosión

Locales Lluvia ácida Smog

Nubes y su acción sobre el clima

Atmósferica

Hidrosfera

Globales Cambio climático Agujero de la capa de ozono

Ciclo del agua

como Filtro protector

Corrientes oceánicas

Regulador térmico

Temperatura de la Tierra


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A continuación se ofrece una planificación específica para la sección de acuerdo con la planificación del capítulo 1 de la Unidad 2. En ella se han considerado contenidos, aprendizajes esperados, tiempo estimado de actividades, metodología que se va a desarrollar en clases e indicadores de evaluación.

SEMANA

1

2

3


CONTENIDOS


Reconocer los mecanismos físicos presentes en fenómenos que afectan a la atmósfera.

Medio ambiente. Mecanismos fisicoquímicos que la regular el clima terrestre. Máquina climática. Mecanismos físico-químicos en los fenómenos que afectan a la atmósfera e hidrosfera. Dinámica atmosférica. Efecto invernadero e interacción de la radiación solar en la atmósfera.

1. Formular preguntas orientadoras del tipo: a) ¿Cómo se regula el clima del planeta? b) ¿Cuáles son los mecanismos físicos presentes en la máquina climática? c) ¿Cómo regula la atmósfera la temperatura? 2. Analizar imágenes. 3. A partir de la lectura de un artículo, trabajar comprensión lectora. 4. Comparar situaciones.

Reconocer la responsabilidad humana en los fenómenos ambientales.

1. Desarrollar preguntas orientadoras como: Impacto ambiental. a) ¿Qué sucede con los mecanismos físicos en la Clasificación de los impactos ambientales. atmósfera y la máquina climática cuando hay Contaminación atmosférica. presencia de contaminantes? Erupciones volcánicas y su acción sobre el clima. b) ¿Cuáles son los efectos locales y globales de Efectos globales de la contaminación atmosférica: la contaminación atmosférica? cambio climático, agujero en la capa de ozono. 2. Realizar mini laboratorio: Ácidos que disuelven Efectos locales de la contaminación atmosférica: rocas. lluvia ácida, smog.

Reconocer los mecanismos físicos presentes en fenómenos que afectan a la hidrosfera y litosfera.

Mecanismos físicos presentes en la dinámica de la 1. Desarrollar preguntas orientadoras como: hidrosfera. a) ¿Cómo actúa la hidrosfera en la máquina - Corrientes oceánicas. climática? - Agentes contaminantes y su efecto sobre la hidrosfera. b) ¿Cuál es el efecto de la contaminación sobre la hidrosfera? Mecanismos fisicoquímicos en los fenómenos que c) ¿Qué es la litosfera? afectan a la litosfera. d) ¿Cuál es la importancia y uso del suelo? Litosfera y la importancia del suelo. La erosión del suelo y la desertización. e) ¿Cuáles son los factores que influyen en el riesgo de erosión? 2. Resolución de actividades.



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ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE PARA EVALUAR LA ACTIVIDAD EXPLORATORIA

(Página 271)

Categorías:


Organizar e interpretar datos y formular explicaciones, apoyándose en las teorías y conceptos científicos en estudio. Evaluar las implicancias sociales, económicas, éticas y ambientales en controversias públicas que involucran ciencia y tecnología, utilizando un lenguaje científico pertinente ACCIONES Y PREGUNTAS


Montaje de la actividad.



Planificar




PROPUESTAS

¿Es posible detectar si el agua Descripción de la situación planteada Solicíteles que establezcan las característica que presenta el agua contenida en un vaso está de una botella, el agua de la llave de su casa y el agua con tempera. contaminada? Realizar inferencia Pida a los alumnos que compartan sus respuestas y que respondan las siguientes preguntas: ¿Qué elementos comunes tienen nuestras respuestas? ¿Cómo podemos mejorarla? Formulación de pregunta de pro- Solicíteles que respondan: ¿Por qué no es fácil detectar la contamifundización nación del agua de un río? Calcula la concentración de la Formulación de pregunta de pro- Pida a los alumnos que busquen los tipos de concentración y que témpera en el frasco cada 150 fundización respondan la siguiente pregunta: mL de agua adicional. ¿Cuál es la utilidad de conocer la concentración de una sustancia? Formulación de pregunta indirecta ¿Qué sucede con la concen- Realizar inferencia tración?

Pregúnteles: ¿Qué es la concentración? ¿Cuáles son las unidades de medida de la concentración de una sustancia disuelta? Pregúnteles: ¿Cuáles son los factores que influyen en la concentración de una sustancia?

Formulación de preguntas de análisis Pídales que respondan: Si la concentración ha cambiado, ¿puede de relaciones el agua continuar contaminada? Conclusión.

Establecimiento de conclusión por Pregúnteles: ¿Qué conclusiones puedes sacar sobre la contaminación comparación del agua al sacar un poco de esta de un río? Aplicación de la información a otro Pregúnteles: ¿Cómo aplicarías este laboratorio a las técnicas usadas contexto para descubrir la contaminación del las aguas? Producción de un ejemplo nuevo


Pídales que respondan: ¿Qué nuevos ejemplos podrías señalar para mejorar las técnicas de estudio en la búsqueda de conocer la contaminación del agua?

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Respuesta de preguntas de la actividad (Página 274)


• Primeras 2 imágenes ZN, las segundas ZC y las últimas, ZS.

TEMA 1 MECANISMOS FISICOQUÍMICOS EN LA REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE

(Páginas 272)


• Dinámicas de las capas fluidas (atmósfera e hidrosfera.) • Nuestra responsabilidad radica en el impacto ambiental sobre nuestro medio ambiente. • El clima desértico en el norte, la tundra y glaciares en el este y el sur, pasando por el húmedo subtropical en Isla de Pascua, el clima mediterráneo en Chile central, el clima oceánico en el sur y el clima polar en el Territorio Chileno Antártico. • La camanchaca provee la cantidad de agua que el bosque necesita para mantenerse.

Se sugiere comenzar el tema preguntando: • ¿Qué es el medio ambiente? • ¿Cuáles son los componentes presentes en los fenómenos ambientales? • ¿Cómo se regula el clima del planeta? • ¿Cuáles son los mecanismos físicos presentes en la máquina climática?

Soluciones de ¿Cómo vas? (Página 274) • El planeta aumentaría su temperatura superficial, y si uno de los componentes de la máquina climática desapareciera, se provocaría un efecto dominó, y se alteraría el equilibrio dinámico-térmico.

Se espera que los alumnos puedan dar cuenta de los sistemas físicos que conforman la máquina que regula el clima del planeta.

Mecanismos físicos y químicos en los fenómenos que



Enfatizar que:

Pregunte a los estudiantes:

a) Cualquier intervención en el medio natural tiene repercusiones en sus componentes, produciéndose un efecto dominó. b) La máquina climática está formada por la atmósfera, hidrosfera, biosfera y criosfera y es el sistema físico que regula el clima de nuestro planeta, autorregula la temperatura manteniéndola alrededor de 15° C. c) Para predecir cambios climáticos en el planeta se debe considerar la interacción de los constituyentes de la máquina climática.

afectan a la atmósfera y la hidrosfera (Página 275)

• ¿Cuáles son las consecuencias de la interacción entre la atmósfera y la hidrosfera? • ¿Por qué el ciclo del agua es importante para el funcionamiento de la máquina climática? Se espera que los estudiantes puedan relacionar el ciclo del agua con los movimientos en la hidrosfera y la atmósfera.

Reforzando los contenidos Enfatizar que: a) Un gradiente es una diferencia entre los valores de presión, temperatura, humedad o densidad.


b) El gradiente en algún parámetro (presión, humedad o temperatura) al interior de la atmósfera provoca los vientos. Mientras que el gradiente en algún parámetro al interior de la hidrosfera provoca las corrientes oceánicas.

Se produce una disminución de los recursos hídricos, erosión del suelo, aumento del CO2 atmosférico.

Orientaciones para promover el desarrollo de las actividades a) Actividad de análisis de imágenes. Las preguntas permiten al estudiante analizar imágenes y resolver preguntas considerando el funcionamiento de la máquina climática.

Orientaciones para promover el desarrollo de las actividades a) Actividad de análisis de imágenes. Las preguntas permiten al estudiante analizar la imagen y resolver preguntas, considerando el movimiento de las corrientes.



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Solución de la pregunta de la figura 1.3 (Página 275) La fuerza presente en el ojo del huracán es la fuerza centrípeta y también existe allí la fuerza tangencial. Para describirlas puede utilizar las coordenadas polares.

Respuesta de preguntas de la actividad (Página 276) • El movimiento de las corrientes, dependiendo de su temperatura, contribuye a aumentar o disminuir la temperatura de la costa de nuestro país y por lo tanto, tiene una acción en su clima. • Eólica y mareomotriz.

Soluciones de ¿Cómo vas? (Página 276) • Porque permite la interacción entre la atmósfera e hidrosfera.

Pídales a los estudiantes que repasen la información contenida en la sección 2 de fluidos en reposo.

Solución a la pregunta de la tabla nº1 (Página 277) Sería un aumento de la temperatura debido al aumento de los gases de efecto invernadero.

Orientaciones para promover el desarrollo de las actividades a) Actividad de comprensión lectora. Las preguntas permiten al estudiante comprender la información presente en la noticia y resolver preguntas, considerando el rol de la atmósfera como filtro protector.

• De la escorrentía superficial.

Respuesta de preguntas de la actividad (Página 280)

• Son los gradientes en la presión, densidad o temperatura entre dos puntos dentro de la capa fluida, lo cual provoca a la circulación de viento y las corrientes marinas.

• Se protege la salud de los trabajadores.

Dinámica atmosférica: La atmósfera como filtro protector

• La atmósfera es un filtro protector. • Entregar protectores solares. • Cáncer a la piel. • XII, Región de Magallanes y de la Antártica Chilena.

(Página 277)

Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere comenzar el tema preguntando: • ¿Cuáles son los gases que constituyen la atmósfera terrestre? • Si el oxígeno reacciona fácilmente con otros elementos, ¿por qué su concentración no disminuye?

Efecto invernadero y la interacción de la radiación con la atmósfera. (Página 281) Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere comenzar el tema preguntando:

• ¿Cuáles son las capas que conforman la atmósfera?

• ¿Cómo se distribuye la radiación del Sol en la atmósfera?

Se espera que los alumnos puedan establecer la importancia de la atmósfera como un filtro protector de la radiación que recibe nuestro planeta desde el espacio exterior.

• ¿Qué es el albedo?

Refuerzo de los contenidos tratados en el tema Enfatizar que: a) La atmósfera es la envoltura gaseosa de nuestro planeta. b) Las capas de la atmósfera son la troposfera, tropopausa, estratosfera, mesosfera, termosfera e ionosfera. c) La tropósfera es responsable del efecto invernadero. Además, en esta capa ocurren los fenómenos meteorológicos.

Identificar y enfrentar errores frecuentes a) La densidad del aire se mantiene constante en cada capa que la forma. Para enfrentar este error en algunos alumnos (y a propósito de los diversos ritmos y estilos de aprendizaje) le sugerimos lo siguiente:


• ¿Qué es el efecto invernadero y cuál es su consecuencia sobre la Tierra? Se espera que los alumnos puedan establecer la importancia del efecto invernadero como un fenómeno que mantiene la temperatura de nuestro planeta, mientras que el albedo intenta enfriar la superficie de nuestro planeta.

Identificar y enfrentar errores frecuentes a) El efecto invernadero es el causante del calentamiento global. Para enfrentar este error de algunos alumnos (y a propósito de los diversos ritmos y estilos de aprendizaje), le sugerimos lo siguiente: Pídales a los estudiantes que establezcan en las bandas de absorción los gases absorbentes y pregúnteles qué sucedería si aumentara la concentración de los gases, ya que esta es la causa del calentamiento global.

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Reforzando los contenidos

Enfatizar que:

Enfatizar que:

a) El espectro solar se divide en tres zonas : radiaciones de onda corta ( de mucha energía), de onda media (luz visible) y de onda larga (donde se encuentra la radiación infrarroja).

a) Las nubes ejercen una doble acción sobre el clima.

b) El albedo es el fenómeno en que la luz se refleja al exterior y que varía dependiendo del color de la superficie.

c) Las nubes también devuelven a la Tierra la radiación infrarroja que emite la superficie de esta última.

c) Existen diversas bandas de absorción de energía. Dentro de los gases absorbentes están el dióxido de carbono, el metano, el vapor de agua el óxido nitroso.

d) Si la altura de la nube es baja, predomina el albedo y si la altura es alta predomina el efecto invernadero.

d) El efecto invernadero facilita el ingreso de de la radiación solar y condiciona la salida de radiación emitida por la Tierra, que permite el desarrollo de la vida.

2

b) Al reflejar las nubes parte de la radiación solar se incrementa el albedo.

e) El equilibrio dinámico entre el efecto invernadero y el albedo peligra si se produce un cambio brusco en las condiciones climáticas. f ) Uno de los ejemplos de la ruptura del equilibrio entre el albedo y el efecto invernadero sería el clima frío de Marte.

Orientaciones para promover el desarrollo de las actividades a) Actividad de comparación.

Polvo atmosférico y sus consecuencias. (Página 283)

Las preguntas permiten al estudiante comparar las imágenes y resolver preguntas, considerando el efecto invernadero.

Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere comenzar el tema preguntando:

Respuesta de preguntas de la actividad (Página 282) • La temperatura aumenta debido a que hay una mayor concentración de gases absorbentes de temperatura.


• ¿Cuál es la consecuencia de aumentar la cantidad de partículas suspendidas en la atmósfera? Se espera que los alumnos puedan establecer que un aumento del polvo atmosférico genera la reflexión de una mayor cantidad de radiación, aumenta el albedo y, por lo tanto, el planeta se enfría.

• Banda de 2,5 a 4µm: vapor de agua, dióxido de carbono, metano.


Banda de 4,5 a 8µm: dióxido de carbono, óxido nitroso y vapor de agua.

a) El aumento de las partículas en suspensión en la atmósfera provoca un aumento en la reflexión de luz solar y, por lo tanto, un enfriamiento del planeta.

A partir de los 15µm: vapor de agua dióxido de carbono. •

En el efecto invernadero es la interacción de la radiación con la atmósfera, mientras que en el albedo corresponde a la reflexión de luz.

Las nubes y su acción sobre el clima. (Página 282) Cómo abordar los conocimientos previos

Enfatizar que:

Orientaciones para promover el desarrollo de las actividades a) Actividad de análisis. Las preguntas permiten al estudiante analizar situaciones en las que se aplican conceptos estudiados en el texto.

Respuestas de preguntas de la actividad (Página 283) • Disminuir la temperatura del planeta.


• Mantener la temperatura de nuestro planeta, óptima para la vida.

• ¿Cuál es el efecto de las nubes sobre el albedo? • ¿Cuál es el efecto de las nubes sobre el efecto invernadero? Se espera que los alumnos puedan establecer la importancia de las nubes y su acción sobre el clima al regular tanto el albedo como el efecto invernadero.

• El planeta podría enfriarse si la ruptura del equilibrio es a favor del albedo. • Disminuye, ya que disminuye la superficie reflectora.

Soluciones de ¿Cómo vas? (Página 283) • El efecto invernadero disminuye si en el polvo atmosférico hay una concentración menor de gases absorbentes de radiación, pero aumentaría si aumenta esta concentración.



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TEMA 2 IMPACTO AMBIENTAL (Página 284) Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere comenzar el tema preguntando: • ¿Cuáles son las consecuencias de la intervención humana en el ambiente que le rodea? •

¿Qué es el impacto ambiental?

Se espera que los alumnos puedan dar cuenta de la acción humana sobre el medio ambiente al sobreexplotar los recursos naturales.

Refuerzo de los contenidos en el tema Enfatizar que: a) El impacto ambiental es cualquier modificación introducida por la acción humana. b) Entre las causas del impacto ambiental se encuentran: cambios en la utilización del suelo, contaminación, cambio de biodiversidad, sobreexplotación, entre otros. c) Se pueden clasificar en impactos sobre el agua, la atmósfera, el relieve, la flora y fauna, el suelo y el paisaje. d) También se pueden clasificar en impactos ambientales locales, regionales y globales.

Reforzando los contenidos Enfatizar que: a) La huella ecológica es un indicador que refleja la diferencia entre la demanda y el consumo de recursos naturales. b) La huella del carbono es la medición de los gases de efecto invernadero (GEI) que son emitidos por un individuo o empresa.


· La huella ecológica refleja las diferencias entre la demanda

y el consumo de los recursos, mientras que la huella del carbono es la medición de los gases de efecto invernadero.

Contaminación atmosférica y la responsabilidad humana (Página 288)

Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere comenzar el tema preguntando: • ¿Qué es un contaminante atmosférico? • ¿Qué sucede con los mecanismos físicos en la atmósfera y máquina climática cuando hay presencia de contaminantes? Se espera que los alumnos identifiquen las fuentes de la contaminación atmosférica (naturales y artificiales) y las consecuencias de una erupción volcánica sobre el clima.

Soluciones de ¿Cómo vas? (Página 284) • El aumento de contaminantes incrementa la cantidad de gases absorbentes de radiación.

Solución de la pregunta de la figura 1.9 (Página 284) Hubo cambios en la utilización de los suelos, contaminación y cambios en la biodiversidad.

Soluciones de ¿Cómo vas? (Página 285) • El aumento de los gases absorbentes de la radiación provocaría un incremento en la temperatura del planeta y disminuiría el albedo. • Un efecto local solo afecta una zona geográfica delimitada, mientras que un efecto global, a la totalidad del planeta.

Refuerzo de los contenidos en el tema Enfatizar que: a) Se considera contaminante cualquier sustancia y forma de energía que, en concentraciones determinadas, pueda causar daño. b) Entre las fuentes de contaminantes se encuentran las naturales (erupciones volcánicas, procesos de respiración, incendios forestales) y artificiales (combustible industrial, eliminación de residuos sólidos, entre otros).

Solución de la pregunta de la figura 1.15 (Página 288) • Porque fue una fuente de contaminación natural del ambiente.

La huella ecológica (Página 286)

Fuentes de contaminación naturales (Página 288)





· ¿Qué es la huella ecológica?

• ¿Cuál es el efecto de las erupciones volcánicas sobre el clima?

· ¿Qué es una tierra biológicamente productiva? Se espera que los alumnos puedan dar cuenta que los serehumanos no solo afectan al área donde se ubican, si no que también interviene el consumo de materiales, alimentos y energía.


Se espera que los alumnos puedan establecer de qué manera una erupción volcánica puede causar efectos sobre el clima, ya que aumenta la concentración de partículas suspendidas en ella.

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Refuerzo de los contenidos en el tema

2

Solución de la pregunta de la figura. 1.18 (Página 290) El aumento de gases como el dióxido de carbono.

Enfatizar que: a) Las erupciones volcánicas ejercen una doble acción sobre el clima. b) La erupción inyecta una gran cantidad de polvo y se produce un descenso en la temperatura, mientras que el aumento de dióxido de carbono provoca un aumento en la temperatura.



Calentamiento global (Página 291)

• Primero se produce un aumento en el albedo, seguidamente, el incremento de dióxido de carbono provoca un aumento del efecto invernadero.

Efectos globales de la contaminación atmosférica (Página 290)

Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere iniciar el tema preguntando: • ¿Cuál es la diferencia entre un efecto local y otro global? • ¿Cuáles son los efectos globales sobre la atmósfera? Se espera que los alumnos puedan establecer la diferencia entre un efecto global en la contaminación de la atmósfera y otro de carácter local.

Refuerzo de los contenidos en el tema Enfatizar que: a) Los efectos globales son aquellos que abarcan la totalidad del planeta.

Anegamiento de las zonas costeras, cambio en las corrientes oceánicas y en la salinidad. Como abordar los conocimientos previos Se sugiere iniciar el tema preguntando: * ¿Qué es el calentamiento global? * ¿Cuál es la causa del incremento de la temperatura? * ¿Cuáles son sus consecuencias? Se espera que los alumnos puedan establecer cuáles son las causas del calentamiento global y cuáles serán sus consecuencias.

Reforzando los contenidos Enfatizar que: a) El alza de la temperatura observada desde mediados del siglo XX son las crecientes concentraciones de los gases de efecto invernadero. b) Los estudios desarrollados indican que el calentamiento sea más intenso en el Ártico y se asocia al retroceso de los glaciales. c) Entre las consecuencias tenemos: el retroceso de los glaciales, la distribución de las especies y los cambios en la distribución.

Agujero en la capa de ozono (Página 295)

Cambio climático (Página 290)



Se sugiere iniciar el tema preguntando: • ¿Qué es el ozono? • ¿Cuál es su importancia? Se espera que los alumnos puedan establecer que el ozono es un contaminante muy activo en la troposfera y que en la estratosfera es una gas esencial para absorber los rayos ultravioleta.

Se sugiere iniciar el tema preguntando: • ¿Cuál sería una posible causa del cambio climático? • ¿Cómo podríamos contrarrestar el problema del cambio climático? Se espera que los alumnos puedan establecer que una de las causas del cambio climático es el aumento de los gases absorbentes de la atmósfera.

Refuerzo de los contenidos en el tema Enfatizar que: a) Una de las causas del cambio climático es el aumento de gases de efecto invernadero. b) El incremento en las emisiones de dióxido de carbono, que no es contrarrestado por la captación de este por la fotosíntesis, es una de las causas del aumento del efecto invernadero. c) El incremento de dióxido de carbono produciría un aumento en la temperatura global , el cual causaría deshielo, una subida del nivel del mar, inundaciones y cambios en las corrientes oceánicas.

Refuerzo de los contenidos en el tema Enfatizar que: a) El ozono es un gas de color azul pálido, irritante y picante, formado por tres átomos de oxígeno. b) Los productos químicos que dañan la capa de ozono son los clorofluorocarbonatos, los hidroclorofluorocarbonatos, el bromuro de metilo, el metilocloroformo, entre otros. c) El agujero de la capa de ozono del Polo Sur es mayor al del Norte porque la Antártica es un continente. d) La permanencia de un vórtice polar durante gran parte del año impide la afluencia de aire rico en ozono procedente de zonas ecuatoriales.



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Soluciones de ¿Cómo vas? (Página 295) • Absorber los rayos ultravioletas, muy dañinos para la salud.

Orientaciones para promover el desarrollo de las actividades Actividad de aplicación. (Página 296) Las preguntas permiten al estudiante analizar cómo ha aumentado el agujero en la capa de ozono en los últimos años.

Respuesta de preguntas de la actividad • Es una zona de la atmósfera donde ha disminuido la cantidad de ozono. • Una zona donde los rayos UV no son absorbidos. • Es un producto químico que al ser irradiado por la luz ultravioleta libera el átomo de cloro, el cual inicia una cadena de reacciones químicas que destruyen la capa de ozono. • Se debe a que la Antártica es un continente.

Orientaciones para promover el desarrollo de las actividades Actividad de análisis de datos. (Página 298) Las preguntas permiten al estudiante analizar los efectos del aumento de los gases de la atmósfera.

Respuesta de preguntas de la actividad. • Efecto invernadero (A, F, G, H), y el albedo (E, D). • El aumento de los gases de efecto invernadero provoca un aumento en la temperatura. • Si las nubes están a baja altura provocan un enfriamiento, si están a una gran altura, en cambio, provocan un aumento en el efecto invernadero.

Minilaboratorio: ácidos que disuelven rocas. (Página 298)

Lluvia ácida (Página 297)

Los alumnos deben elaborar un informe de laboratorio que incluya: resumen de la actividad experimental, objetivos, introducción, teoría, materiales, montaje experimental, resultados, análisis de resultados, conclusión.



Se sugiere iniciar el tema preguntando: • ¿Qué es la lluvia ácida? Se espera que los alumnos puedan establecer que la lluvia ácida es un efecto local de la contaminación atmosférica.

Refuerzo de los contenidos en el tema Enfatizar que: a) La lluvia ácida es un efecto local y que tiene un pH inferior a 5. b) La lluvia ácida se forma cuando la emisión de óxido nitroso y dióxido de azufre, reaccionan con el agua en la atmósfera, formando ácido sulfúrico y nítrico. c) El impacto de la lluvia ácida se da sobre la vegetación, el suelo, los ríos y lagos.

Soluciones de ¿Cómo vas? (Página 297) • Debería ser de un pH cercano a 5, es ácida.

Smog (nieblas contaminantes) (Página 298) Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere comenzar preguntando: • ¿Por qué el smog es un fenómeno de contaminación atmosférico local? • ¿Cuál es la diferencia entre el smog sulfuroso y fotoquímico? Se espera que los alumnos puedan establecer que el smog es un efecto local, típico de áreas urbanas.

Refuerzo de los contenidos en el tema

Enfatizar que: a) El smog sulfuroso se produce por nubes formadas por óxidos de azufre. b) El smog fotoquímico se forma por una nube de contaminantes secundarios (productos de otra reacción). Para que ocurra se requiere la luz solar.

Ser fuente de smog.

TEMA 3 MECANISMOS FÍSICOS PRESENTES EN LA DINÁMICA DE LA HIDROSFERA (Página 299) Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere comenzar el tema preguntando: • ¿Cómo actúa la hidrosfera en la máquina climática? • ¿Por qué las zonas limítrofes a la costa presentan una menor amplitud térmica? Se espera que los alumnos puedan dar cuenta de que este subsistema actúa como regulador térmico y, por lo tanto, produce una acción sobre las masas de aire y atmosfera.

Refuerzo de los contenidos en el tema Enfatizar que: a) La hidrosfera actúa como regulador térmico ya que los océanos se calientan y enfrían más lentamente que los continentes. b) El mecanismo de transporte de calor a través de los océanos son las corrientes oceánicas. c) Las corrientes superficiales recorren la zona central de los grandes océanos. d) Las corrientes profundas se originan por las diferencias en la densidad del agua, que es mayor cuanto más fría o salada esté.

Agentes contaminantes y efectos sobre la hidrosfera Cómo abordar los conocimientos previos (Página 301) Se sugiere iniciar el tema preguntando:


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U N I D A D • ¿Cuál es efecto de la contaminación sobre la hidrosfera? Se espera que los estudiantes identifiquen las fuentes de contaminación tanto naturales como artificiales y sus consecuencias sobre la hidrosfera.

Refuerzo de los contenidos en el tema Enfatizar que: a) La contaminación del agua se define como la acción y efecto de introducir materias o formas de energía. b) Existen fuentes de contaminación naturales y artificiales de origen humano. Existe fuentes de acuerdo con el agente contaminante (química, biológica, física).


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Litosfera y la importancia del suelo. (Página 303) Refuerzo de los contenidos en el tema Enfatizar que: a) La litosfera se puede definir como la capa superficial, disgregada y de espesor variable. Empleos y fragilidad del suelo. (Página 303)

Refuerzo de los contenidos en el tema. Enfatizar que: a) El suelo se utiliza para soporte de plantas y edificación de casas o construcciones. b) El suelo posee recursos geológicos, geomorfológicos o paleontológicos.


• Disminuye.

Orientaciones para promover el desarrollo de las actividades Actividad de análisis. (Página 301) Las preguntas permiten al estudiante analizar el impacto de la contaminación en la hidrosfera.

• Se erosiona. • El movimiento de los vientos.

La erosión del suelo y desertización. (Página 304) Refuerzo de los contenidos en el tema

Respuesta de preguntas de la actividad.

Enfatizar que: a) La erosión es un proceso natural que puede verse intensificado por las actividades humanas.

• Disminuye la turbiedad del agua. • Contaminación térmica o calentamiento del agua.

Factores que influyen en el riesgo de erosión. (Página 304) Refuerzo de los contenidos en el tema

TEMA 4 MECANISMOS FISICOQUÍMICOS QUE AFECTAN A LA LITOSFERA (Página 302) Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere comenzar el tema preguntando: • ¿Cuáles son las capas de la Tierra? Se espera que los alumnos puedan identificar la litosfera como la capa superficial de la Tierra.

Refuerzo de los contenidos en el tema Enfatizar que: a) La estructura de la Tierra corresponde a la litosfera, mesosfera y endosfera.

Soluciones de ¿Cómo vas? (Página 302) • Por el movimiento de las placas tectónicas.

Enfatizar que: a) La erosión depende factores climáticos, del relieve, del tipo de suelo.

Orientaciones para promover el desarrollo de las actividades Actividad de análisis (Página 304) Las preguntas permiten al estudiante identificar la erosión en un campo de labranza.

Respuesta de preguntas de la actividad • Por efectos de la erosión. • En la zona más oscura. • El movimiento del viento.

Desertización y desertificación (Página 305) Refuerzo de los contenidos en el tema Enfatizar que: a) Desertización es el proceso de degradación ecológica por el cual la tierra pierde su potencial de producción. b) Desertificación es un proceso natural, inducido por la actividad humana.



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c) La degradación puede ser química, física y biológica.

actual es la sobrexplotación de los recursos


Reforzando los contenidos

• Al generar zonas con mayor cantidad de precipitaciones y otras con sequía. • Plantando árboles.

Enfatizar que: a) El desarrollo sustentable es aquel que satisface las necesidades del presente sin comprometer a las futuras generaciones para satisfacer sus demandas?

Desarrollo sostenible (Página 306)

Solución a evaluación (Página 307)

Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere iniciar el tema preguntando: • ¿Qué es el desarrollo sostenible? • ¿Cuál es problema de la sobrexplotación? Se espera que los alumnos puedan establecer que el problema

1. En las sociedades industriales aumenta el impacto ambiental. 2. El smog sulfuroso, es perjudicial para la salud y se produce en ciudades frías y húmedas, mientras que el smog fotoquímico produce irritaciones oculares, afecciones respiratorias, dolores de cabeza, alergias, entre otros.

Nivel de conocimientos de la sección OBJETIVO DE APRENDIZAJE

APRENDIZAJE ESPERADO INDICADORES DE EVALUACIÓN SUGERIDOS CUANDO POR TEMA. SE ESPERA QUE LOS ESTUDIANTES LOS ESTUDIANTES HAN LOGRADO ESTE APRENDIZAJE SEAN CAPACES DE: 1. Distinguen entre la máquina climática, el albedo invernadero y el albedo. Reconocer los mecanismos físicos presentes en fenómenos que afectan a la atmósfera.

R e c o n o c i m i e n to de los mecanismos físico-químicos que permiten explicar fenómenos que afectan la atmósfera, la litosfera y la hidrosfera (calentamiento global, reducción de la capa de ozono, aumento del nivel de los mares, en el origen de dichos fenómenos, etc.) y la responsabilidad humana.

2. Distinguen las capas de la atmósfera y la interacción de la radiación con ellas. 3. Explican por medio de ejemplos cómo las nubes y el polvo atmosférico actúan sobre el clima. 4. Resuelven problemas simples. 1. Clasifican y dan ejemplos de los tipos de impacto ambiental.

Reconocer la responsabilidad humana en los fenómenos ambientales.

2. Identifican el origen de las fuentes contaminantes. 3. Distinguen entre efectos globales y locales de la contaminación atmosférica. 4. Resuelven diversas actividades. 1. Dan ejemplos de situaciones cotidianas en las que se observa la acción de la hidrosfera como regulador térmico.

Reconocer los mecanismos físicos presentes en fenómenos que afectan a la hidrosfera y litosfera.

2. Diferencian la acción de las corrientes oceánicas superficiales profundas sobre la Tierra. 3. Definen los agentes contaminantes y su acción sobre la hidrosfera. 4. Resuelven problemas simples. 1. Explican la importancia del suelo. 2. Distinguen entre erosión y desertificación.


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Factores físico químicos que afectan a la Tierra Nombres:

Apellidos:

Curso:

Fecha: 5) Las causas más frecuentes de impacto ambiental son:

1) La máquina climática está formada por : I. Atmósfera

I. Cambios en los usos del suelo.

II. Biosfera

II. Cambios en la biodiversidad.

III. Suelo

III. Reciclaje.

A) Solo I.

A) Solo I.

B) Solo II.

B) Solo II.

C) Solo III.

C) Solo III.

D) Solo I y II.

D) Solo I y II.

E) Solo I y III.

E) Solo I, II y III.

2) ¿Cuál de las siguientes interacciones es la más importante dentro de la máquina climática?

6) Se entiende por huella ecológica: A) a una cantidad de hectáreas.

A) ciclo del agua.

B) sirve para proporcionar el alimento vegetal.

B) ciclo del carbono.

C) nos permite evaluar si nuestro consumo de recursos no se sostiene.

C) ciclo del nitrógeno.

D) nos permite evaluar si nuestro consumo de recursos se sostiene.

D) ciclo del fósforo. E) ciclo de la materia.

E) Superficie necesaria para pastos que alimentan al ganado. 3) ¿Cuál es la última capa de la atmósfera? 7) Dentro de los efectos de la contaminación atmosférica:

A) estratosfera. B) mesosfera.

I. Cambio climático.

C) termosfera.

II. Erosión del suelo

D) tropopausa.

III. Lluvia ácida

E) troposfera.

A) Solo I. B) Solo II.

4) La radiación que nos llega del Sol lo hace mediante:

C) Solo III.

I. Radiación de onda corta.

D) Solo I y III.

II. Radiación de onda media.


III. Radiación de onda larga. A) Solo I.

Soluciones

B) Solo II.

1. D 2. A 3. C 4. E

C) Solo III. D) Solo I y II. E) Solo I, II y III.

5. D 6. D 7. D



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Apellidos:

Curso:

Fecha:

Mecanismos físicoquímicos y la acción humana que afectan a la Tierra La siguiente figura muestra una situación relacionadas con los mecanismos físicos y la acción humana que afectan a la Tierra. Utilizando los conceptos estudiados en la sección responde.

1 ¿Qué es el efecto invernadero?, ¿Cuáles son las consecuencias el aumento de los gases de efecto invernadero en nuestro planeta? _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________

2. ¿Qué es el impacto ambiental?, ¿Cómo podrías disminuirlo en tu comunidad? _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________


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Sección 2 Empleo eficiente de los recursos energéticos (Página 308) Presentación

En esta sección los estudiantes aprenderán a reconocer las alternativas de uso eficiente de los recursos energéticos para atenuar las consecuencias ambientales. Conocerán los recursos energéticos, la calidad de la energía y el rendimiento energético. Identificarán las energías convencionales entre ellos los combustibles fósiles, la energía hidroeléctrica y la energía nuclear (fisión). Podrán distinguir entre las energías procedentes del Sol (biomasa, eólica) y las energías independientes de la energía solar (mareomotriz, geotérmica) y el uso del hidrógeno como combustible. Para lograr los objetivos de aprendizaje, la sección se ha dividido en los siguientes temas: 1. Recursos energéticos 2. Energías alternativas Cada subtema forma parte de un objetivo de aprendizaje.


La sección trata sobre el uso de energías alternativas. Para que los alumnos logren los objetivos de aprendizaje propuestos para la sección, es necesario que los alumnos revisen algunos contenidos tratados, tales como: el concepto de energía, la transformación de energía.

Es preciso que indague en los alumnos lo siguiente. • Influye el color y la forma de la lámina en la producción de energía en el horno. • La energía solar es una energía de baja calidad. • Es posible que con la energía solar, se pueda cocinar. Con esta experiencia simple se pretende demostrar el efecto de la concentración de la radiación solar en la cocción de alimentos.

Materiales necesarios: • 1 caja de cartón larga • Papel de aluminio • Cartulina • Clavo

Procedimiento 1. Diseña una parábola con los lados más largos de la caja (distancia focal de 10 a 20 cm) y corta la caja (es importante que el corte siga el diseño riguroso de las parábolas). 2. Tapa la parte superior con una cartulina, siguiendo el contorno de las parábolas recortadas a ambos lados de la caja. 3. Pega el papel de aluminio sobre toda la superficie de cartulina con el lado reflectante hacia afuera. Es importante que el papel de aluminio quede liso. 4. Con una hoja de papel en el centro de curvatura, encuentra el foco en el que se concentra la radiación y marca su posición. 5. Coloca dos soportes de cartón para situar el clavo en el foco de la parábola.

Ahora responde 1. ¿Por qué se puede cocinar con energía solar concentrada y no cuando nos ilumina diariamente? 2. ¿Qué relación hay entre en la calidad de la energía y su concentración?, ¿el petróleo es de buena calidad?



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3. Si cambias el aluminio por una cartulina negra? NIVEL

HABILIDAD

INDICADOR DE LOGRO

Avanzado

El estudiante - Identifica que la forma y el color de la lámina influye en la potencia entregada por el horno. - Establece que la forma del aluminio es una superficie cóncava, donde los rayos solares se concentran. -Reconoce que la energía solar es de baja calidad ya que no está concentrada. - Reconoce que la energía de buena calidad es aquella que se encuentra concentrada.

El estudiante -Reconoce que el color y la forma es importante en el calor entregado por la lámina al horno. -Reconoce que la forma cóncava del aluminio, favorece la concentración de la energía solar. -Reconoce que la energía solar es de baja calidad porque no está concentrada. -Reconoce que la energía de alta calidad es aquella que está concentrada en un volumen.

Medio

El estudiante - Identifica que la forma y el color de la lámina influye en la potencia entregada por el horno. - Establece que la forma del aluminio es una superficie cóncava, donde los rayos solares se concentran. -Reconoce que la energía solar es de baja calidad ya que no está concentrada.

El estudiante -Reconoce que el color y la forma es importante en la potencia que entrega el horno. -Reconoce que la forma cóncava del aluminio, favorece la concentración de la energía solar. -Reconoce que la energía solar es de baja calidad porque no está concentrada.

Básico

El estudiante - Identifica que la forma y el color de la lámina influye en la potencia entregada por el horno. - Establece que la forma del aluminio es una superficie cóncava, donde los rayos solares se concentran.

El estudiante -Reconoce que el color y la forma es importante en la potencia que entrega el horno. -Reconoce que la forma cóncava del aluminio, favorece la concentración de la energía solar.

Insuficiente

El estudiante - Identifica que la forma y el color de la lámina influye en la potencia entregada por el horno.

El estudiante -Reconoce que el color y la forma es importante en la potencia que entrega el horno.

Esta tabla le ayudará para que determine el grado de profundidad en el desarrollo de habilidades y conocimientos previos sobre el aprovechamiento de la energía solar para disminuir el uso de energías convencionales.

Remediales a los conocimientos previos Se sugiere al docente recordarles a los alumnos que vuelvan a estudiar la energía mecánica.

Planificación específica de la sección A continuación se ofrece una planificación específica para la Sección deUso eficiente de los recursos energéticos, de acuerdo con la planificación del capítulo 1 de la Unidad 2. En ella se han considerado los aprendizajes esperados dispuestos por el marco curricular y que contemplan los aspectos conceptuales, procedimentales y habilidades, todo ello considerando el tiempo estimado y los recursos didácticos: actividades teóricas y prácticas a desarrollar por los estudiantes:


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Red de contenidos Mareomotriz

Eólica

Energía no dependiente de la energía solar

Alternativas

Energía procedente del Sol Biomasa

Geotérmica Calidad Recursos energéticos

Energía Rendimiento Convencionales

Combustibles fósiles

Energía hidroeléctrica

Energia nuclear

Planificación específica de la sección SEMANA


1

- A reconocer los recursos energéticos utilizados por nuestra sociedad.

2

- Reconocer alternativas de uso eficiente de los recursos energéticos para atenuar sus consecuencias ambientales.

CONTENIDOS


Uso eficiente de los recursos energéticos - Recursos energéticos. -Energía, calidad de la energía, - Energía convencional.

1. Desarrollar preguntas orientadoras como: a) ¿Qué es un recurso energético? b) ¿Cuándo una energía es de alta calidad? c) ¿Qué es una energía convencional?

Energía alternativas - Energía procedente del Sol. - Energías independientes de la energía solar.

1. Desarrollar preguntas orientadoras como. a) ¿Qué es una energía alternativa? b) ¿Cuáles son las energías procedentes del Sol? c) El hidrógeno se puede usar como combustible.



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Energías convencionales (Página 312)

TEMA 1 RECURSOS ENERGÉTICOS (Páginas 308)

Enfatizar que:

Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere comenzar el tema preguntando: • ¿Qué es un recurso energético? • ¿Qué es la energía?

Refuerzo de los contenidos a) Los combustibles fósiles son el carbón, el petróleo, gas natural. b) La energía nuclear, un reactor nuclear puede provocar impactos al afectar el microclima de la zona haciéndolo más cálido y húmedo. c) La energía hidroeléctrica es de bajo costo y mantenimiento, sin embargo reduce la diversidad biológica.

• ¿Qué se entiende por calidad de energía? Se espera que los estudiantes puedan reconocer los recursos energéticos utilizados en nuestra sociedad. Con estos conocimientos entenderán los diversos tipos de recursos energéticos que usa nuestra sociedad y la importancia por buscar nuevas energías.

Orientaciones para la actividad de la figura 1.41 (Página 314) a) Es el lignito

Solución de ¿Cómo vas? (Página 315) • Los combustibles fósiles contaminan.

La energía (Página 309) Refuerzo de los contenidos Enfatizar que:

• La energía nuclear altera el clima del lugar donde se encuentra. • La energía hidroeléctrica altera la diversidad biológica.

a) La energía es la capacidad para realizar trabajo mecánico.

TEMA 2 ENERGÍAS ALTERNATIVAS

b) Si la energía está concentrada tendrá mejor calidad, por el contrario si está dispersa su calidad disminuye.


c) Un sistema energético es un conjunto de procesos realizados sobre la energía desde sus fuentes originales hasta su uso final.


d) El rendimiento es la relación entre la energía suministrada al sistema y la que obtenemos de él.

• ¿Cuáles son las energías provenientes del Sol?

(Páginas 316)

• ¿Qué es una energía alternativa? • ¿Cómo energía que calidad tiene el Sol?

Solución de ¿Cómo vas? (Página 310) • Capacidad para producir trabajo útil por unidad de masa. Por ejemplo, combustibles fósiles.


Se espera que los estudiantes puedan reconocer alternativas de uso eficiente de los recursos energéticos, para atenuar sus consecuencias ambientales. Con estos conocimientos podrán utilizar otras alternativas energéticas, las cuales son renovables y de bajo impacto ambiental.

• Falso, esta máquina sería ideal.

Orientaciones para la actividad de análisis Solución de la actividad (Página 312)

Energía procedente del Sol (Página 316) Refuerzo de los contenidos

a) Fósiles, nuclear, renovables, biomasa

Enfatizar que:

b) Nuclear, fósiles, renovables y biomasa

a) Para temperaturas medianas la energía emitida por el Sol se pueden usar en calentadores de agua, climatización.

c) No

b) Para producir calor a altas temperaturas, es necesario concentrar la energía solar. c) Para producir electricidad por medio de foto celdas solares. Un sistema energético es un conjunto de procesos realizados


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U N I D A D sobre la energía desde sus fuentes originales hasta su uso final.

Uso eficiente de la energía (Página 321)

d) El rendimiento es la relación entre la energía suministrada al sistema y la que obtenemos de él.


e) Energía de la biomasa, la que es proporcionada por diversos productos, entre los que se incluyen forestales, desechos agrícolas, desechos animales, basura orgánica. f ) la energía eólica esta energía la contienen los vientos que se puede transformar en energía eléctrica.

Enfatizar que: a) El ahorro de energía es un nuevo tipo de energía. De hecho uno de los mecanismos para obtener la energía es la cogeneración de energía (por ejemplo vapor de agua y electricidad) a partir de una única fuente de combustible.


Solución sección (Página 321)

• Ventaja que es una fuente ilimitada de energía.

1. De la más baja a la más alta: nuclear, gasolina, energía geotérmica.

• La desventaja que requiere de grandes extensiones de terreno.

Energía independiente de la energía solar (Página 319) Refuerzo de los contenidos

2

2. El coste energético corresponde al valor que pagamos por utilizar la energía, mientras que la rentabilidad económica depende de su precio. 3.

Enfatizar que: a) La energía de las mareas, son producidas por las atracciones del Sol y la Luna combinadas con la rotación de la Tierra. b) La energía geotérmica, el calor que emana desde el interior de la Tierra, tamnbién se puede usar como energía.

a) 1,5 b) OCDE, Unión Europea, Asia c) Aumento de las concentraciones de gases de efecto invernadero.

El hidrógeno como combustible (Página 320) Refuerzo de los contenidos Enfatizar que: a) Produce el triple que el petróleo. b) Se obtiene idealmente por electrolísis. c) El modo de obtener esta energía es cinco veces más caro que cualquier otro mecanismo para obtener energía.



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Describir investigaciones científicas clásicas o contemporáneas relacionadas con los conocimientos del nivel, reconociendo el papel de las teorías y el conocimiento en el desarrollo de una investigación científica. ACCIONES Y PREGUNTAS ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE Descripción de la situa- Comprensión de la idea principal ción planteada.

Análisis de proceso.


Sintetizar y relacionar

Proponga a los alumnos seleccionar tres ideas base y formule preguntas de indagación: ¿Puedes definir con tus propias palabras el significado de reciclaje? ¿Qué relación tiene el tema de esta lectura con la Física?



Formulación de preguntas de com- ¿Qué tipos de reciclaje menciona el texto y cuáles son sus diferencias? paración Formulación de preguntas de relación ¿Qué otros materiales en deshecho pudieran reciclarse? Preguntas de profundización Aplicación de la infor- Enunciado de aplicación mación. Enunciado de construcción

¿Cuál es la importancia del reciclaje hoy? ¿Todos los materiales se pueden reciclar? Investiga en tu comuna: ¿qué cantidad de toneladas de basura produce tu comunidad en una semana, en un año y en cinco años? ¿Qué iniciativas existen en tu comunidad en materia de reciclaje? Construye algún artefacto con materiales de deshechos.

Formulación de conclusiones de Analiza: ¿cuáles serían las mejores alternativas de reciclaje en tu colegio? aplicación Plantea líneas de ejecución de la propuesta. Formulación de conclusiones de Realiza el siguiente experimento: con un téster colocado a la escala de construcción resistencia, mide la resistencia eléctrica de tu piel tomando en cada mano las tenazas del téster. Explica y compara tu resultado con los de tus compañeros.


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ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE PARA EVALUAR EL TRABAJO DE CAMPO (Página 324) Categorías: 1. Identificación de la idea principal. 2. Descripción de la situación planteada. 3. Análisis del proceso. 4. Aplicación de la información a otro contexto. 5. Producción de un ejemplo nuevo. 6. Establecimiento de conclusiones: por relación de conceptos, por comparación y por integración. HABILIDAD CIENTÍFICA:

Organizar e interpretar datos y formular explicaciones, apoyándose en las teorías y conceptos científicos en estudio. Evaluar las implicancias sociales, económicas, éticas y ambientales en controversias públicas que involucran ciencia y tecnología, utilizando un lenguaje científico pertinente. ACCIONES Y PREGUNTAS Organización del taller.


PROPUESTAS



Planificar




Contextualización del tema Descripción de la situación planteada Solicíteles que establezcan las características que presentan los diversos tipos de energía, clasificándolas en convencionales y no en la realidad. convencionales. Formulación de preguntas de in- Pregúnteles: ¿Conoces los usos de las diversas fuentes de dagación energía?,¿Podrías explicarlos con tus palabras? Formulación de pregunta de pro- Pregúnteles: ¿Cómo llega hasta tu casa la energía eléctrica? fundización 1. Supongamos que se Formulación de pregunta de proaprueba una nueva ley que fundización permite invertir aportando inversión de desarrollo a la comunidad e intervención Formulación de pregunta indirecta con mitigación. ¿Varía la decisión de cada grupo luego del cambio de ley? 2. El grupo 1, bajo estas nuevas condiciones, ¿mantiene su postura o quiere cambiarla?


¿Es posible determinar cuán- Realizar inferencia to valora la comunidad el mantener la naturaleza sin intervención?


Pregúnteles: ¿Cómo influye la inversión de desarrollo e intervención con mitigación a tu comunidad?, ¿influye esto en tu decisión como equipo?

Formulación de preguntas de análisis Pídales que respondan: Si la comunidad valora poco mantener la de relaciones naturaleza sin intervenirla, ¿qué estrategias utilizarían para cambiar esta situación? Argumentación acerca de los Establecimiento de conclusión por Pregúnteles: ¿Qué conclusiones puedes sacar sobre la intervención costos de la toma de decisión. comparación del hombre en la naturaleza? Aplicación de la información a otro Pregúnteles: ¿Cómo emplearías este taller en tu comunidad? contexto Producción de un ejemplo nuevo

Pídales que respondan: ¿Qué nuevos ejemplos podrías señalar para disminuir el impacto ambiental?



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ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE PARA EVALUAR LA ACTIVIDAD TALLER (Página 326) Categorías: 1. Identificación de la idea principal. 2. Descripción de la situación planteada. 3. Análisis del proceso. 4. Aplicación de la información a otro contexto. 5. Producción de un ejemplo nuevo. 6. Establecimiento de conclusiones: por relación de conceptos, por comparación y por integración. HABILIDAD CIENTÍFICA:

Describir investigaciones científicas clásicas o contemporáneas relacionadas con los conocimientos del nivel, reconociendo el papel de las teorías y el conocimiento en el desarrollo de una investigación científica.. ACCIONES Y PREGUNTAS ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE Descripción de la situa- Comprensión de la idea principal ción planteada.

Análisis de proceso.


Sintetizar y relacionar

Proponga a los alumnos seleccionar tres ideas base y formule preguntas de indagación: ¿Puedes explicar con tus palabras las consecuencias del movimiento de placas? ¿Qué relación tiene el tema de esta lectura con la Física?



Formulación de preguntas de in- ¿Qué efectos trajo la desertificación en el clima del planeta? ¿Crees que ferencia los efectos de desertificación en distintas partes del planeta puedan ser una de las causas del cambio climático? Fundamenta. Formulación de preguntas de relación Si en el Jurásico la temperatura de los océanos era más cálida que hoy, ¿crees que el movimiento paulatino de masas de hielo desde el continente helado hacia el trópico pueda tener una misma consecuencia? Aplicación de la infor- Formulación de preguntas de pro- ¿Crees que el desarrollo tecnológico y científico logre reducir los niveles mación. fundización de dióxido de carbono mediante la reducción de las emisiones globales? Formulación de conclusiones


Elabora una propuesta de acciones que tu comunidad pudiera abordar tendiente a la reducción de emisiones.

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ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE PARA EVALUAR LA ACTIVIDAD EXPLORATORIA (Página 328) Categorías: 1. Identificación de la idea principal. 2. Descripción de la situación planteada. 3. Análisis del proceso. 4. Aplicación de la información a otro contexto. 5. Producción de un ejemplo nuevo. 6. Establecimiento de conclusiones: por relación de conceptos, por comparación y por integración. HABILIDAD CIENTÍFICA:



Descripción de la situ- Comprensión de la idea principal ación planteada.


Formulación de preguntas de com- Proponga a los alumnos seleccionar tres ideas base y formule preguntas prensión de indagación: ¿Puedes explicar con tus palabras qué significa la eficiencia energética? ¿Qué relación tiene el tema de esta lectura con la Física? Análisis del proceso.


Pida a los alumnos que ordenen las ideas de la más importante a la menos importante. Solicite a sus alumnos que preparen un cuadro de acciones implementadas como estrategias de eficiencia energética.

Formulación de preguntas de inferencia ¿Crees que la sociedad chilena está informada acerca de los beneficios de las energías alternativas? ¿Qué estrategias propondrías para fomentar el desarrollo de energías alternativas? Aplicación de la infor- Formulación de preguntas de aplicación ¿Qué acciones concretas propondrías en tu comunidad para el ahorro mación. de energía? Formulación de conclusiones

Elabora una encuesta para aplicar en tu colegio, tendiente a indagar qué cantidad de hogares desconecta los aparatos eléctricos como medida de ahorro de energía. Investiga: ¿qué programas ha puesto en marcha el Ministerio de Energía para el fomento de la eficiencia energética?

Aplicación de la infor- Formulación de conclusiones: aplicación ¿Qué precauciones debes tener al manipular aparatos eléctricos? mación a otro contexto. Formulación de conclusiones de Investiga: ¿Qué otras aplicaciones beneficiosas tiene la corriente indagación eléctrica para los seres humanos? Formulación de conclusiones de Realiza el siguiente experimento: con un téster colocado a la escala de construcción resistencia, mide la resistencia eléctrica de tu piel tomando en cada mano las tenazas del téster. Explica y compara tu resultado con los de tus compañeros.



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Evaluación capítulo 1 banco preguntas para la sección 2 Uso eficiente de los recursos energéticos Nombres:

Apellidos:

Curso:

Fecha:

1) ¿Cuál (es) de las siguientes energías son de baja calidad?

5) Como energía convencional podemos nombrar:

I. Energía solar

I. combustible fósil

II. Energía nuclear

II. energía hidroeléctrica

III. Energía mareomotriz

III. energía de la biomasa

A) Solo I.

A) Solo I.

B) Solo II.

B) Solo II.

C) Solo III.

C) Solo III.

D) Solo I y II.

D) Solo I y II.

E) Solo I y III.


2) ¿Cuál de las siguientes tipos de energía es renovable? A) Energía nuclear B) Energía proveniente del petróleo. C) Energía proveniente del carbón. D) Energía eólica. E) Energía proveniente del gas natural. 3) ¿Cuál de los siguientes combustibles es fósil? A) antracita. B) etanol. C) metanol. D) carbón de madera. E) metano 4) Dentro de las aplicaciones de la celda solar podemos nombrar: I. repetidoras de televisión. II. satélites artificiales.

6) La siguiente definición: “es un tipo de energía que no emite contaminación y se produce por efecto térmico del Sol sobre la Tierra”: A) Energía de la biomasa. B) Energía eólica. C) Energía nuclear D) Energía de las mareas E) Energía de las mareas. 7) Respecto a la energía hidroeléctrica podemos decir: I. es de bajo costo II. es de mínimo mantenimiento III. genera la lluvia ácida A) Solo I. B) Solo II. C) Solo III. D) Solo I y II. E) Solo I, II y III.

III. transporte de los recursos. A) Solo I.

Soluciones

B) Solo II.

1. A 2. D 3. A 4. D

C) Solo III. D) Solo I y II. E) Solo I, II y III.


5. D 6. B 7. D

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Apellidos:

Curso:

Fecha:

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Uso eficiente de los recursos energéticos La siguiente figura muestra una situación relacionada con el uso eficiente de los recursos energéticos. Utilizando los conceptos estudiados en la sección responde.

1. ¿Cuáles son los usos de la energía eléctrica por parte de nuestra sociedad?, ¿Cuáles son las ventajas de la energía hidroeléctrica? _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________

2. ¿Cuáles son las consecuencias negativas que tienen la producción de la energía hidroeléctrica? _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ Investiga el impacto ambiental de las principales hidroeléctricas de nuestro país. _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________



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U N

I

D A D

2

LA TIERRA Y EL UNIVERSO


Capítulo 2 Nuestro universo (Páginas 334) Presentación En este capítulo los alumnos van a estudiar las estructuras cósmicas presentes en el universo. Al mismo tiempo reconocerán los fenómenos que sustentan las teorías acerca del origen y evolución del universo y que proporcionan evidencia de su expansión acelerada. Se comenzará con las evidencias que sustentan la teoría del Big–Bang, se estudiarán a las galaxias y sus propiedades. Se describen algunas evidencias experimentales del Big–Bang como el corrimiento al rojo, la Ley de Hubble, el fondo cósmico de microondas. A continuación se describe la estructura y expansión del universo. Posteriormente, se describe a las estrellas y se explica cómo éstas obtienen la energía que las hace brillar. Para lograr los objetivos de aprendizajes este capítulo se ha dividido en 2 secciones: Sección 1 El Universo Sección 2 Formas en el cielo

Sección 1 El Universo (Páginas 336) Presentación Los alumnos aprenderán sobre las propiedades de las galaxias (luminosidad, diámetro, masa). Reconocerán los fenómenos que sustentan las teorías acerca del origen y evolución del universo. Conocerán el concepto de fondo cósmico de radiación de microondas, la estructura del universo y su expansión. Para lograr los objetivos de aprendizaje, la sección se ha dividido en los siguientes temas: 1. Propiedades físicas de las galaxias 2. Evidencias experimentales del Big -Bang Cada subtema forma parte de un objetivo de aprendizaje

Conocimiento previo La sección trata sobre las evidencias experimentales de la expansión del universo. Para que los alumnos logren los objetivos de aprendizaje propuestos para la sección, es necesario que los alumnos revisen algunos contenidos, tales como: la ley de gravitación de Newton, expansión del Universo. La sección trata sobre los cuerpos cargados y sus interacciones. Para que los alumnos logren los objetivos de aprendizaje propuestos para la sección, es necesario que los alumnos revisen algunos contenidos tratados, tales como: la ley de gravitación de Newton. Es preciso que indague en los alumnos lo siguiente. La relación que existe entre la masa de los cuerpos y su relación con la fuerza de atracción gravitacional. La relación que existe entre la distancia que separa a los cuerpos y la fuerza de atracción gravitacional, si estos mantienen su masa.


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Para ello pídales realizar la siguiente actividad relacionada con la expansión del universo. Dibuja sobre un globo dos espirales Infla el globo y observa que pasa con los puntos. Vuelve a inflar el globo, agregando aire ¿Qué pasa con los puntos? Observa lo que sucede y responde ¿Existe una fuerza gravitacional entre los puntos? ¿Qué ocurre con los puntos si se agrega aire al globo? ¿Qué tipo de fenómeno explica la separación de los puntos? En relación con la actividad exploratoria, le proponemos indicadores para evaluar el nivel de logro de los conocimientos, en la Tabla N°1.

Tabal 1 Nivel de profundidad de conocimiento previo sobre la ley de gravitación de Newton Nivel Habilidad Indicador de logro

Avanzado

El estudiante - Reconoce que hay una fuerza gravitacional entre los puntos ubicados en el globo. - Reconoce que la fuerza de atracción depende de la distancia que separa a los cuerpos. - Reconoce que los puntos del globo se alejan y la fuerza de gravedad disminuye. - Reconoce que la expansión del universo influye en la separación de las galaxias.

El estudiante -Reconoce la existencia de fuerza gravitacional entre los puntos del espacio. -Reconoce que la fuerza de atracción depende de la distancia que separa a los puntos. - Reconoce que la fuerza de atracción entre los puntos disminuye a medida que aumenta la distancia que separa a los cuerpos -Reconoce que el modelo representado se identifica con el modelo de la expansión del universo.

Medio

El estudiante - Reconoce que hay una fuerza gravitacional entre los puntos ubicados en el globo - Reconoce que la fuerza de atracción depende de la distancia que separa a los cuerpos. - Reconoce que los puntos del globo se alejan y la fuerza de gravedad disminuye.

El estudiante -Reconoce la existencia de fuerza gravitacional entre los puntos del espacio. -Reconoce que la fuerza de atracción depende de la distancia que separa a los puntos, - Reconoce que la fuerza de atracción entre los puntos disminuye a medida que aumenta la distancia que separa a los cuerpos.

Básico

El estudiante - Reconoce que hay una fuerza gravitacional entre los puntos ubicados en el globo. - Reconoce que la fuerza de atracción depende de la distancia que separa a los cuerpos.

El estudiante -Reconoce la existencia de fuerza gravitacional entre los puntos del espacio. -Reconoce que la fuerza de atracción depende de la distancia que separa a los puntos .

Insuficiente

El estudiante solo es capaz de reconocer las fuerzas a distancia en el sistema de cuerpo.

Se recomienda dar algunas tareas sobre leyes de Newton, ley de gravitación.

Esta tabla le ayudará para que determine el grado de profundidad en el desarrollo de habilidades y conocimientos previos sobre los tipos de fuerza y la ley de gravitación de Newton, a la par que constituye un recurso complementario que podrá adaptar para evaluar diferentes contenidos tratados en el texto y procesos.

Remediales a los conocimientos previos Se sugiere al docente recordarles a los alumnos las variables físicas presentes en la expresión de la ley de gravitación de Newton, tipos de fuerzas.



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Planificación específica de la sección A continuación se ofrece una planificación específica para la Sección de la interacción eléctrica entre cargas en reposo, Coulomb v/s Newton, de acuerdo con la planificación del capítulo 3 de la Unidad 1. En ella se han considerado los aprendizajes esperados dispuestos por el marco curricular y que contemplan los aspectos conceptuales, procedimentales y habilidades, todo ello considerando el tiempo estimado y los recursos didácticos: actividades teóricas y prácticas a desarrollar por los estudiantes:

Semana


Contenidos

1

- A identificar estructuras a gran Evidencias que sustentan el Big-Bang. escala que se encuentran en el Galaxias, propiedades. universo. Diámetro y luminosidad de las galaxias. Masa de las galaxias.

2

A reconocer los fenómenos que sustentan las teorías acerca del origen y evolución del universo y que proporcionan evidencia de su expansión acelerada.


1. Desarrollar preguntas orientadoras como: a) ¿Qué es una galaxia? b) ¿Cuáles son las propiedades de una galaxia? 2. Minilaboratorio. 3. Resolución de Problemas. Evidencias experimentales del Big Bang 1. Desarrollar preguntas orientadoras como: -Corrimiento al rojo. a) ¿Qué es una evidencia? - Ley de Hubble. b) ¿Qué es la ley de Hubble? - Fondo de radiación de microonda. 2. Realizar las actividades de investigación -Estructura del Universo. 3. Resolución de Problemas. - Expansión del universo.

Red de contenidos

Objetivo de aprendizaje a desarrollar en el texto -Reconocimiento de fenómenos que sustentan las teorías acerca del origen y evolución del universo y que proporcionan evidencia de su expansión acelerada.



Indicadores de evaluación sugeridos Cuando los estudiantes han logrado este aprendizaje

- A identificar estructuras a gran 1. Identificar las galaxias. escala que se encuentran en el 2. Identificar las propiedades de las galaxias. universo. 3. Resuelven problemas simples. A reconocer los fenómenos que 1. Identifica los fenómenos que sustentan las teorías acerca del origen sustentan las teorías acerca del y evolución del universo origen y evolución del universo y 2. Resuelve problemas simples. que proporcionan evidencia de su expansión acelerada.

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2

ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE PARA EVALUAR LA ACTIVIDAD EXPLORATORIA (Página 335) Categorías: 1. Identificación de la idea principal. 2. Descripción de la situación planteada. 3. Análisis del proceso. 4. Aplicación de la información a otro contexto. 5. Producción de un ejemplo nuevo. 6. Establecimiento de conclusiones: por relación de conceptos, por comparación y por integración.. HABILIDAD CIENTÍFICA:

- Analizar y argumentar sobre controversias científicas contemporáneas relacionadas con conocimientos del nivel, identificando las razones posibles de resultados e interpretaciones contradictorios. - Organizar e interpretar datos y formular explicaciones, apoyándose en las teorías y conceptos científicos en estudio. ACCIONES Y PREGUNTAS


Planteamiento de la ac- Comprensión de la idea principal tividad.


Planificar




¿Qué es una galaxia? ¿Cómo Formulación de preguntas de in- Solicíteles que establezcan las características que presentan los se clasifican? dagación diversos tipos de galaxias. Formulación de pregunta de com- Pregúnteles: ¿Cuál es la diferencia entre una galaxia y una estrella? paración ¿A qué distancia se encuentran las Nubes de Magallanes de la fotografía de la página anterior? ¿Qué unidad de distancia se emplea en las distancias astronómicas? ¿Cuántas galaxias se pueden observar a simple vista?

Formulación de preguntas indagatoria Solicíteles que establezcan una unidad de medida que les permita establecer la distancia de las galaxias. Formulación de pregunta indirecta

Pregúnteles: ¿Cuál es la diferencia entre un parsec y un año luz?

Formulación de pregunta de pro- Pregúnteles: ¿Cómo se establecen las unidades en astronomía? fundización Realizar inferencia


Formulación de preguntas de análisis Pregúnteles: ¿Cuál es la diferencia entre los distintos telescopios de relaciones utilizados para la investigación de los astros? ¿Cómo definirías la denominación año luz? Calcula la equivalencia del año luz en kilómetros. ¿Cuáles son las dimensiones de la Vía Láctea en años luz (su diámetro y su espesor)? ¿Cuál es la distancia, en años luz, a la que está el Sol desde el centro de la Vía Láctea? El parsec es otra unidad de distancia astronómica, ¿cómo podrías definirla?

Establecimiento de conclusión por Pregúnteles: ¿Qué conclusiones puedes sacar sobre la forma de comparación estudiar el universo? Indíqueles que establezcan los distintos logros de la investigación astronómica. Aplicación de la información a otro Pregúnteles: ¿Cuáles son los observatorios astronómicos presentes contexto en Chile? Producción de un ejemplo nuevo

Pídales que respondan: ¿Qué nuevos ejemplos podrías señalar que son utilizados en el estudio de los astros?



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Orientaciones metodológicas TEMA 1 PROPIEDADES FÍSICAS DE LAS GALAXIAS (Página 336) Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere comenzar el tema preguntando: ¿Qué evidencias sustentan el Big – Bang? ¿Qué son las galaxias? ¿Cuáles son las propiedades de las galaxias?

velocidad orbital de las estrellas, por medio del efecto Doppler Las leyes de Kepler se usan para calcular la masa de la galaxia.

TEMA 2 EVIDENCIAS EXPERIMENTALES DEL BIG -BANG (Página 346) Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere comenzar el tema preguntando: ¿Qué evidencias experimentales sustentan el Big–Bang? ¿Cuál es la estructura del universo? ¿Por qué el cielo es oscuro de noche?

Refuerzo de los contenidos Enfatizar que: Las galaxias son objetos pocos luminosos y difíciles de observar a simple vista, es un conjunto de millones y millones de estrellas. Hubble clasificó a las galaxias en espirales barradas, espirales e irregulares. Para cuantificar las enormes distancias que separan a las galaxias se utiliza la unidad astronómica (U.A.) y el parsec.

Solución a ¿Cómo vas? (página 338) 2. Un año luz =63 067 U.A. 3. Se utilizan los parsec 4. 1pc =3,26 años luz 1 año luz = 0,3 pc

Refuerzo de los contenidos Enfatizar que: El corrimiento al rojo, mientras mayor es el corrimiento, mayor es la distancia a la galaxia. La ley de Hubble es una relación entre la velocidad a la que se alejan las galaxias y la distancia a la que se hallan. Fondo de radiación de microondas explica que el universo se ha expandido desde un estado con alta temperatura, radiación de alta temperatura y de longitud de onda corta, a otro estado de longitud de onda larga, baja temperaturas de 2.7º K.

Estructura del universo (página 351)

Solución a ¿Cómo vas? (página 340)

¿Por qué el cielo es oscuro de noche?

18,4 vueltas


Diámetro y luminosidad de las galaxias

Enfatizar que: El universo está lleno de galaxias.

Enfatizar que: Conociendo el diámetro angular y la distancia a una galaxia, se puede determinar el diámetro geométrico.

La hipótesis de Olbers, establece los siguientes supuestos: que las leyes físicas son válidas en todo el universo, las regiones remotas son muy similares a la nuestra, en todo el universo hay estrellas. El corrimiento al rojo, mientras mayor es el corrimiento, mayor es la distancia a la galaxia.

Solución a ¿Cómo vas? (página 342)

La ley de Hubble es una relación entre la velocidad a la que se alejan las galaxias y la distancia a la que se hallan.

Refuerzo de los contenidos (página 341)

7,2°

Masa de las galaxias (página 343)


La masa de las galaxias se pueden medir observando las estrellas de su parte exterior, que orbitan alrededor de su centro y con la velocidad orbital de las estrellas, por medio del efecto Doppler. Las leyes de Kepler se usan para calcular la masa de la g.

Enfatizar que: La masa de las galaxias se puede medir observando las estrellas de su parte exterior, que orbitan alrededor de su centro y con la


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2

El Universo Nombres:

Apellidos:

Curso:

Fecha:

1) El modelo de la Gran explosión fue desarrollado por A) Gamow.

5) ¿Cuál de los siguientes fenómenos son evidencias experimentales del Big Bang?

B) Kant.

I. Corrimiento hacia el rojo

C) Hubble.

II. Ley de Hubble

D) Laplace.

III. Masa de una galaxia

E) Einstein.

A) Solo I. B) Solo II. C) Solo III.

2) Las nubes de Magallanes son ejemplo de A) una estrella

D) Solo I y II.

B) un planeta.


C) una galaxia. 6) La velocidad con que se alejan las galaxias se puede calcular utilizando.

D) cúmulos. E) energía proveniente del gas natural.

A) Ley de Hubble.

3) “Son galaxias que no presentan simetría de ningún tipo, no aparece definido un núcleo ni un disco” . Esta definición corresponde a galaxias de tipo A) espirales.

B) Ley de Inercia C) Ley de Masa D) Ley de acción-reacción E) Ley de Wien

B) lenticulares C) irregulares.

7) Respecto a la ley de Hubble podemos establecer que:

D) elípticas.

I. Es una evidencia que el universo está en expansión.

E) elípticas y lenticulares.

II. Implica una expansión uniforme. III. Implica un punto central.

4) Si el radio de la órbita de un satélite alrededor de un planeta se cuadruplica, entonces el período de dicho satélite alrededor del planeta se A) duplica. B) cuadruplica. C) multiplica por ocho. D) reduce a la cuarta parte. E) reduce a la octava parte.

A) Solo I. B) Solo II. C) Solo III. D) Solo I y II. E) Solo I, II y III.

Soluciones 1. A 2. C 3. C 4. C

5. D 6. A 7. D



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Apellidos:

Curso:

Fecha:

El universo Las siguientes figuras muestran diversas situaciones relacionadas con el universo. Utilizando los conceptos estudiados en la sección responde. 1. Erwin Hubble clasificó las galaxias según su forma y propuso que su evolución corresponde al camino de la figura. ¿A qué tipo de galaxias puede evolucionar una galaxia esférica?, ¿Cuál tipo de galaxias no está indica en la figura? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________

2. La expansión del universo hace que las galaxias se alejen unas de otras ¿Cuáles son las evidencias de que esto ocurre? _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________


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Sección 2 Formas en el cielo

2

(Página 354)

Presentación En esta sección correspondiente al capítulo 2, los estudiantes aprenderán a explicar cualitativamente cómo las estrellas producen su energía a partir del hidrógeno presente en ellas. Para ello, los estudiantes deben conocer las propiedades de las estrellas, por medio de las magnitudes físicas observables que las caracterizan (luminosidad, espectro, color, temperatura superficial), establecer cuantitativamente ecuaciones que les permitan a partir de la magnitud aparente y paralaje estelar, calcular su luminosidad, temperatura y radio. Al conocer las fuerzas presentes en el equilibrio hidrostático podrán calcular la presión al interior de una estrella y, empleando la ecuación de estado, podrán calcular la presión superficial de esta. Con ayuda de los conocimiento de la física atómica y nuclear desarrollados en los capítulos de la Unidad 1del texto, podrán entender cómo se forman los productos de las reacciones nucleares de fusión de hidrógeno al interior de las estrellas (cadena protón–protón, ciclos CN/CNO) y estimar la energía liberada en dichas reacciones.

Conocimiento previo La sección trata sobre las estrellas. Los alumnos saben sobre mecánica de Newton, la mecánica de fluidos, fuerzas presentes en el núcleo atómico y en el átomo. Para que los alumnos logren los objetivos de aprendizaje propuestos para la sección, es necesario que demuestren su conocimiento sobre algunos contenidos tratados en el Texto: cómo actúan las fuerzas sobre los fluidos en reposo, los principios de Newton, las fuerzas presentes en el núcleo, además de diferenciar una reacción de fusión nuclear de otra de fisión, calcular la energía usando la ecuación de Einstein E=m • c2 En relación con lo anterior, le proponemos los indicadores para evaluar los logros de sus conocimiento, en la Tabla N° 1.

Evaluación diagnóstica sugerida Tabal 1 Nivel de profundidad de conocimiento previo sobre los Principios de Newton Nivel Indicador de logro Avanzado

El estudiante reconoce la diferencia entre una reacción de fusión y una de fisión. Es capaz de calcular la energía almacenada por cuerpos en reposo, usando la ecuación E=m·c2 Y de reconocer las fuerzas que actúan en los fluidos.

Medio

El estudiante reconoce la diferencia entre una reacción de fusión y una de fisión. No calcula correctamente la energía almacenada por cuerpos en reposo, usando la ecuación E=m·c2 Pero, reconoce las fuerzas que actúan en los fluidos.

Básico

El estudiante reconoce las fuerzas que actúan en los fluidos

Insuficiente

El estudiante no es capaz de identificar las fuerzas presentes en el sistema de cuerpos



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Red de contenidos Formas en el cielo

Propiedades medidas se relaciona con

Procesos nucleares

Clasificación

Astrofísica estelar utiliza para estudiantes

fusión del hidrógeno al interior de la estrellas

Magnitud aparente Luminosidad

Cadena Protón - Protón

Brillo

Ciclo CN/CNO

Magnitud absoluta

Proceso Triple alfa

Ramas de la Física Tipo espectral

Clásica

Clase de Luminosidad

Plasma

Nuclear

Relatividad general

Planificación específica de la sección A continuación se ofrece una planificación específica para la sección Formas en el cielo, de acuerdo con la planificación del capítulo 2 de la Unidad 2. En ella se han considerado los aprendizajes esperados dispuestos por el Marco Curricular y que contemplan los aspectos conceptuales, procedimentales y habilidades, todo ello considerando el tiempo estimado y los recursos didácticos: actividades teóricas y prácticas a desarrollar por los estudiantes:

SEMANA


1 Explicación cualitativa–desde el punto de vista de la física nuclear– de cómo a partir del hidrógeno presente en las estrellas se producen otros elementos y la energía que las hace brillar.

2


CONTENIDOS


La astrofísica estelar. Las estrellas. Propiedades observadas. magnitud y brillo de las estrellas. Escala de magnitudes. Distancias estelares. luminosidad. Magnitud absoluta. Los espectros y clasificación de las estrellas.

Desarrollar preguntas orientadoras como: -¿Cómo se puede estudiar las estrellas? -¿Cómo se clasifican las estrellas? Orientar la deducción de la ecuación que explica el cálculo de la magnitud relativa, absoluta, luminosidad. Resolución de problemas.

La física de los procesos al interior de las estrellas. Auto gravitación. Equilibrio Hidrostático. Energía gravitacional. Procesos nucleares en las estrellas. La fusión de hidrógeno en la estrellas (cadena protón - protón). Ciclos carbono-nitrógeno-hidrógeno. Los ciclos CON. Proceso Triple alfa.

Desarrollar preguntas orientadoras como: -¿Cómo un proceso de reacción nuclear podría ser la fuente energética de una estrella? -¿Cuál es el producto de la fusión del hidrógeno en el interior de las estrellas? Orientar la deducción de la ecuación para calcular la presión exterior e interior de una estrella. Resolver problemas que involucren el uso de reacciones de fusión.

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2

se transformaran en una nebulosa planetaria.

Orientaciones metodológicas Tema 1 Cielo diurno, cielo nocturno (Página 354) Cómo abordar los conocimientos previos

Las estrellas de 1,4 masas solares, producen carbono hasta generar hierro. Clasificando estrellas (Página 358) Como abordar los conocimientos previos Se sugiere comenzar este tema preguntando:


¿Cómo se pueden clasificar las estrellas?

¿Qué observamos cuando miramos al cielo a simple vista? ¿Qué es una constelación?

Se espera que los alumnos puedan comprender los criterios usados para clasificar a las estrellas.

Solución a ¿Cómo vas? (Página 355) Refuerzo de los contenidos tratados en el tema. Rojo, azul, amarillo.

Enfatizar que:

No todas las estrellas brillan con la misma intensidad.

La clasificación tipo espectral (catálogo de Henry Draper) distingue a las estrellas de acuerdo a la presencia de determinadas líneas de absorción, el espectro luminoso y su temperatura superficial. Las estrellas se clasifican de mayor a menor temperatura

Las Constelaciones (Página 355) Refuerzo de los contenidos tratados en el tema.

( W, K,G,FA,B,O)

Enfatizar que:

La clasificación clase de luminosidad (observatorio de Yerkes) es de acuerdo con el grosor de líneas de absorción presentes en la estrella.

Las constelaciones son una forma antigua de organizar el cielo nocturno, asociando figuras a un conjunto de estrellas.


Las estrellas (Página 356)

La clase espectral clasifica a la estrella, distingue a la estrella de acuerdo a líneas de absorción, el espectro luminoso y su temperatura superficial. Mientras que la clase de luminosidad es de acuerdo con el grosor de las líneas de absorción presente en una estrella.

Refuerzo de los contenidos tratados en el tema Enfatizar que: Las estrellas son objetos que brillan con luz propia. Las estrellas al ser observadas titilan, ya que la luz que recibimos de ella interactúa con las capas la atmósfera.

Fábrica de elementos químicos. (Página 359)

Las estrellas se forman a partir de nubes de gas y polvo. Como abordar los conocimientos previos Se sugiere iniciar el tema preguntando:

Vida y evolución estelar (Página 356)

¿Qué ocurre al interior de las estrellas? ¿Cómo obtienen la energía que las hace brillar?

Refuerzo de los contenidos tratados en el tema Enfatizar que: Las estrellas son objetos que evolucionan Las estrellas cuya masa es parecida a la del Sol, se transformarán en una gigante roja y perderán sus capas al exterior

Se espera que estudiantes puedan comprender que la radiación que recibimos de las estrellas proviene de su atmósfera y que gracias a ella se puede construir modelos y deducir lo que ocurre al interior.



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gravitacional producida por su autogravitación.

Enfatizar que: La estrella al ser una esfera de gas, formado de partículas cargadas posee propiedades como: Presión, temperatura, densidad y masa molecular promedio, que se relacionan por una ecuación de estado.


la ecuación de estado para una estrella es.

La energía gravitacional producida por la autogravitación de un cuerpo celeste es importante para los procesos astrofísicos.

!=

!"#∙!"! 82 !"#∙!

!∙! ∙ !

Enfatizar que: La energía es una de las cantidades más importantes en la descripción de fenómenos físicos.

La energía gravitacional de un cuerpo esférico se relaciona con su masa y radio de acuerdo con:

U = –k

Equilibrio hidrostático (Página 360)

Cómo abordar los conocimientos previos.

G · M2 R

Procesos Nucleares en las Estrellas (Página 361)

Se sugiere iniciar este tema preguntando:


¿Cómo es posible que las estrellas no colapsen por la acción del campo gravitatorio?

Se sugiere comenzar este tema preguntando: ¿Cuál es la fuente energética de las estrellas?

Se espera que los alumnos puedan identificar que las estrellas no colapsan debido a que hay un equilibrio de fuerzas entre la fuerza gravitacional y la presión hidrostática. Refuerzo de los contenidos tratados en el tema. Enfatizar que: En el caso de los cuerpos sólidos son las fuerzas eléctricas que actúan a nivel microscópicos las que impiden que el sólido colapse por la acción de la fuerza de gravedad, manteniendo su forma.

¿Cómo se relacionan la formación de elementos químicos y las reacciones que ocurren al interior de las estrellas? Se espera que los alumnos identifiquen que la fuente de energía de las estrellas son las reacciones nucleares que ocurren en su interior. Además, que los estudiantes puedan identificar como son los procesos de formación de elementos químicos al interior de una estrella. Refuerzo de los contenidos tratados en el tema. Enfatizar que:

En el caso de los fluidos, es la presión interna la que sostiene a estos cuerpos impidiendo que sean aplastados por su propio peso. Este fenómeno se denomina Equilibrio hidrostático.

Una estrella, al estar en equilibrio hidrostático, posee una presión enorme que soporta su núcleo y evita que la estrella colapse.

Usando los principios de la mecánica de fluidos, en particular la fuerza generada por la presión al interior de este y la ley de gravitación de Newton, se puede establer un modelo matemático que permita calcular la presión al interior de la estrella.

Los conocimientos de la física de plasma y de gases, nos indica qua al existir esta gran presión, existe en el interior del núcleo una gran cantidad de grados kelvin. A temperatura tan alta los átomos de hidrógeno presentes en una estrella podrían iniciar una fusión nuclear.

Energía gravitacional (Página 360)

La fuente de energía de las estrellas son las reacciones nucleares de fusión de elementos livianos que se realizan al interior de la estrella.

Cómo abordar los conocimientos previos. Se sugiere iniciar este tema preguntando: ¿Cuál es la energía gravitacional de un planeta o estrella?

Las preguntas permiten al estudiante identificar a los científicos que han realizado aportes en el estudio de los procesos nucleares.

Se espera que los alumnos puedan identificar la energía


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U N I D A D Respuesta a preguntas de la actividad (Página 360)

2

procesos de fusión nuclear la masa de las estrellas también influye.

Eddington, Gamow, Landau. Entre otros. Refuerzo de los contenidos tratados en el tema. La fusión de hidrógeno en las estrellas (Página 361)

Enfatizar que: Cuando la temperatura central de una estrella, con masa superior a dos masas solares, la fusión de hidrógeno se produce con la intermediación de otros núcleos mas pesados.

Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere iniciar este tema preguntando: ¿Cómo se convierte el hidrógeno en helio al interior de una estrella?

En el ciclo CN el hidrógeno se convierte en helio usando como catalizadores núcleos de carbono y nitrógeno, como reactivos, pero que no se consumen efectivamente. Cómo abordar los conocimientos previos.

Se espera que los alumnos puedan identificar las reacciones de fusión hidrógeno para formar helio, que se llevan a cabo al interior de una estrella.

Se sugiere iniciar este tema preguntando: ¿Cómo influye el oxigeno en la cadena CN?

Refuerzo de los contenidos tratados en el tema Enfatizar que: No existe una única reacción de fusión de hidrógeno al interior de una estrella. Todos los procesos hacen lo mismo. Cuatro núcleos de hidrógeno son consumidos en el centro de la estrella para formar un núcleo de helio. El proceso de fusión nuclear que se conoce como cadena protón – protón, es el más común e involucra la fusión de isótopos livianos de hidrógeno. En el ciclo CN/CNO, menos frecuente pero no menos importante, se involucran isótopos más pesados del carbono, del nitrógeno y del oxígeno que actúan como catalizadores en la conversión de hidrógeno en helio. Proceso Triple alfa, que involucra tres núcleos de helio se transforman en un núcleo de carbono. Ciclo carbono – nitrógeno –oxigeno (ciclo CN/CNO) (Página 362)

Se espera que los alumnos puedan identificar la acción del oxígeno en el ciclo CN, dando origen al ciclo CNO. Refuerzo de los contenidos tratados en el tema Enfatizar que: La síntesis de carbono sl final del ciclo CN, es solo una alternativa. Si el núcleo de nitrógeno se fusiona con un núcleo de hidrogeno, se produce un isotopo estable de oxigeno. Las reacciones del ciclo continúan a partir del isotopo de oxígeno hasta que se produzca un isotopo de nitrógeno iniciándose nuevamente el ciclo. embargo en la cadena CNO el oxigeno es un intermediario, una alternativa cuando un isotopo de hidrogeno se fusiona con un núcleo de nitrógeno. Cómo abordar los conocimientos previos Se sugiere iniciar este tema preguntando: Hasta ¿Qué elemento químico puede sintetizar en el interior de una estrella?


Se espera que los alumnos puedan comprender que después que el hidrógeno se fusiona en helio, el proceso de reacciones nucleares continúa hasta detenerse en el hierro.

Se sugiere iniciar este tema preguntando: ¿Cómo influye la masa de una estrella en los procesos nucleares de fusión?

Refuerzo de los contenidos tratados en el tema Enfatizar que:

Se espera que los alumnos puedan identificar como en los

El proceso de fusión de elementos en el núcleo de las estrellas



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que produce energía en su interior, la cual es transportada a su superficie e irradiada desde allí al espacio, en todas direcciones.

termina cuando se forma hierro. En este fenómeno participa el proceso Triple alfa. El proceso triple alfa es el proceso por el cual tres núcleos de helio se transforman en un núcleo de carbono. Cuando la temperatura central de una estrella está por encima de 1·108 K ,y en los núcleos estelares hay una gran abundancia de helio. La producción de elementos más pesados que el hierro. Se produce por la captura de neutrones, en etapas como las supernovas.

2)

Usando el brillo y la distancia a la cual se encuentra la estrella.

3)

Porque tienen diferentes temperaturas superficiales.

4)

Poder medir presiones al interior de ellas, como también la temperatura de su núcleo.

5)

Usando la ecuación

Solución a evaluación de la Sección 2 (Página 363) 1)

Pcentro ≈

Es una enorme esfera de gas que contiene partículas eléctricamente cargadas, que pueden interactuar con otras partículas con fuerzas eléctricas de largo alcance, es decir, es una esfera de plasma, aislada en el espacio,

4 R2 · π · G · ρ2 · 3 2

6.a) Próxima 6.b) Vega 6.c) Vega (61), Sirio (21), Procyon (7,7), Próxima (0.0017)

Nivel de conocimientos de la sección Objetivo de aprendizaje a desarrollar en el anteproyecto


1. Explicar cualitativamente cómo las estrellas producen a partir del hidrógeno presente en ellas, los otros Explicación cualitativa –desde el elementos químicos. punto de vista de la física nuclear– de cómo a partir del hidrógeno 2. Explicar cómo las estrel- presente en las estrellas se producen las obtienen la energía que otros elementos y la energía que las hace brillar, usando para las hace brillar. esto conceptos de la física clásica, física nuclear y física de fluidos aerostáticos, entre otros.


Indicadores de evaluación sugeridos cuando los estudiantes han logrado este aprendizaje

1. Distinguen entre las magnitud es aparente y absoluta. 2. Distinguen las estrellas por sus propiedades de brillo, tamaño, color, entre otras. 3. Explican por medio de ejemplos el equilibrio hidrostático, la energía gravitacional y autogravedad. 4. Describen el procedimiento matemático para obtener la ecuación de estado y la ecuación de la presión interna en una estrella. 5. Distinguen entre las cadena protón –protón, los ciclos CN / CNO y el proceso triple alfa. 6. Resuelven problemas simples.

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ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE PARA EVALUAR LA ACTIVIDAD LECTURA CIENTÍFICA (Página 366) Categorías:




Descripción de la situación Comprensión de la idea principal planteada.


Formulación de preguntas de com- Proponga a los alumnos seleccionar tres ideas base y formule preprensión guntas de indagación: ¿Cómo definirías el concepto de estrellas de neutrones? ¿Qué relación tiene el tema de esta lectura con la Física? Análisis de proceso.

Formulación de enunciados de Prepara una secuencia donde se establezca cómo una estrella de secuencia neutrones puede convertirse en púlsar y cuáles son sus características. Formulación de pregunta de pro- ¿Por qué las estrellas de neutrones son más pequeñas que una fundización estrella normal? ¿Qué son los púlsares?

Aplicación de la información. Formulación de conclusiones

Investiga cuáles son los principales objetivos del centro astronómico ALMA y qué función tienen los radiotelescopios en el estudio de las estrellas.

Formulación de conclusiones

Prepara un PowerPoint sobre el mayor proyecto astronómico del mundo: ALMA, señalando su ubicación, sus instalaciones y sus objetivos.



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Evaluación capítulo 2 banco preguntas para la sección 2 Formas en el cielo Nombres:

Apellidos:

Curso:

Fecha:

1) Nuestro Sol es una estrella: A) roja. B) azul. C) verde. D) amarilla. E) violeta

5) La rama de la astronomía que se dedica al estudio de las estrellas es: A) la astrofísica estelar. B) la astrofísica teórica. C) la mecánica celeste. D) la cosmología. E) la astrología.

2) En relación al movimiento del planeta Tierra respecto al Sol es correcto que: I. la rapidez que tiene es constante. II. la energía mecánica del planeta es constante. III. tiene máxima energía cinética en el punto más cercano al Sol. A) Sólo I. B) Sólo II. C Sólo III. D) Sólo I y II. E) Sólo II y III.

6) ¿Cuál de los siguientes procesos de fusión ocurren en el interior de las estrellas? I. Cadena protón - protón II. Ciclo CNO III. Ciclo CN A) Solo I. B) Solo II. C) Solo III. D) Solo I y II. E) Solo I, II y III.

3) ¿Qué objeto se forma por la contracción de una gran esfera de gases que causa la fusión nuclear de elementos más livianos en elementos más pesados? A) Cometa. B) Planeta. C) Estrella. D) Luna. E) Asteroide

7) ¿Cuál de los siguientes objetos consiste en un gran número de estrellas que se organizan por medio de la fuerza gravitacional? A) Las nebulosas B) Las galaxias C) Las supernovas D) Las constelaciones E) Los cometas

4) Respecto al movimiento del planeta Tierra respecto al Sol es correcto que: I. la rapidez que tiene es constante. II. la energía mecánica del planeta es constante. III. tiene máxima energía cinética en el punto más cercano al Sol. A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo III. D) Sólo I y II. E) Sólo II y III.

Soluciones


1. D 2. E 3. C 4. E

5. A 6. E 7. D

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Apellidos:

Curso:

Fecha:

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Formas en el cielo La siguiente figura muestra una situación relacionada con las formas en el cielo. Utilizando los conceptos estudiados en la sección responde. El diagrama de Hertzsprung- Russell que se ilustra en la figura, relaciona la luminosidad absoluta de la estrella con su espectro. 1. Si comparamos el Sol con una Gigante roja ¿Cuál de ellas tiene mayor luminosidad?, ¿Por qué? _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ 2. Si comparamos el Sol con una Enana blanca ¿Cuál de ellas tiene mayor temperatura superficial? _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ ¿Cómo es la evolución de una estrella tipo Sol? _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________



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Estrategias para detectar el nivel de logro de los objetivos de aprendizaje Para apoyar a la evaluación de los objetivos de aprendizaje, y les permitan establecer los niveles de logro a sus alumnos, y poder enfrentar los diversos estilos y ritmos de aprendizaje de los estudiantes, el texto propone diversas instancias para promover que los alumnos se comprometan con su aprendizaje, que se motiven para aprender y se autoevalúen en la medida que avanzan en la progresión de los avances del contenido. Este enfoque en la elaboración del texto le permite al estudiante avanzar autónomamente y le permite a usted poder monitorear sus avances y aplicar estrategias para los distintos ritmos y estilos de aprendizaje de los estudiantes.

A) Ideas y conocimiento previos que poseen los estudiantes Esta es la primera instancia de evaluación que el texto propone; le permitirá conocer las ideas y conocimientos que los alumnos traen, sean correctos o incorrectos. La actividad exploratoria es una gran oportunidad para que estos conocimientos sean explícitos y usted tenga la posibilidad de plantear diferentes remediales para lo cual, en la sección “orientaciones metodológicas por tema”, se plantea cómo poder identificar los errores frecuentes.

B) ¿Cómo vas? Esta instancia evaluativa tiene por objetivo que el estudiante adquiera un compromiso con su propio aprendizaje, al poder monitorear su propio nivel de comprensión de los contenidos, procedimientos y actitudes tratados en los diversos temas de la sección. Es además, una herramienta que le permitirá identificar el ritmo de aprendizaje del curso o nivel de trabajo, al comparar la respuesta ideal entregada (ver orientaciones metodológicas por tema) con las respuestas que el propio alumno elabora.

C) Ahora tú Esta instancia evaluativa, se aplica luego de un ejercicio resuelto de destreza matemática, donde se ha explicitado uno de los procedimientos que permiten resolver el problema planteado; de esta forma el alumno identifica el modelo matemático presente. El ahora tú, como instancia evaluativa, permite al alumno poder aplicar las herramientas, tanto matemáticas como procedimentales, para resolver otro problema de características similares, motivándolo a comprender el procedimiento, monitorear su avance para lograr los objetivos de aprendizaje propuestos. Para usted será una instancia para detectar ritmos, y estilos de aprendizaje que le permitan aplicar remediales si los alumnos no logran explicitar los procedimientos necesarios. Recuerde que la solución a cada ahora tú se encuentra en la orientaciones metodológicas por tema.

D) Minilaboratorio Esta es una instancia evaluativa para que los estudiantes expliciten sus habilidades científicas; su nivel de logro, cuando explican y analizan ciertos fenómenos, aplicando las leyes, los principios que han aprendido en cada tema tratado en la sección. Para que los alumnos puedan verificar su nivel de logro, le sugerimos aplicar el siguiente instrumento de autoevaluación que se fundamenta en el formulario KPSY. Una vez que los alumnos hayan completado la pauta, convóquelos a un debate sobre los resultados. Para aquellos alumnos que obtuvieron respuesta entre las categoría 1, 2 y 3 sugiera algún refuerzo.



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Formulario KPSI para minilaboratorios y actividades experimentales Categorías: 1.- No lo sé. 2.- No lo entiendo. 3.- Creo que lo sé. 4.- Se lo podría explicar a mis compañeros. Utilizando las categorías anteriores, marque con una X en el recuadro que corresponda a su nivel de conocimiento de acuerdo a lo afirmado Nombre: Asignatura:

Curso:

Mini laboratorio:

Fecha: Alumnos

1

2

3

4

Observaciones Habilidad para resolver problemas Manejo los conceptos relacionados con la práctica Observo con atención los fenómenos presentes Puedo plantear una hipótesis Puedo identificar las variables físicas presentes en la práctica. Soy capaz de determinar la validez de la hipótesis Puedo realizar el análisis de la práctica Logro elaborar conclusiones relacionadas con la práctica. Habilidades para el trabajo experimental Puedo identificar los materiales habituales de laboratorio Logro manejar los materiales y/o el armado de dispositivos propios de la práctica Logre realizar el procedimiento de la práctica Actitudes Logren cumplir con los objetivos propuestos en la práctica Cumplan con el rol o roles asignados en el trabajo en equipo



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Nombre:

Curso:

Asignatura:

Fecha: Categorías

1

2

3

4

Observaciones Revisión de conceptos I.

Asocia la palabra clave a la pregunta que corresponde.

II.

Marca la alternativa que mejor responda al enunciado.

Revisión de procedimientos Revisión de habilidades

¿Qué son los formularios KPSI El formulario KPSI (Knowledge and Prior Study Inventory, Young & Tamir, 1977) es un cuestionario de autoevaluación del alumnado, que permite de una manera rápida y fácil efectuar la evaluación inicial. A través de este instrumento, se obtiene información sobre la percepción que el alumnado tiene de su grado de conocimiento en relación a los contenidos que el profesor o profesora propone para su estudio, por tanto es conveniente incluir los prerrequisitos de aprendizaje. Muchas veces, la puesta en común de los resultados, cuando se les pide que expliquen sus ideas, les permite darse cuenta que su idea inicial no era tan elaborada como pensaban. Al final del proceso nos permite percibir la evolución de los aprendizajes. Es necesario que el alumno sepa qué objetivos debe lograr, pero también debe saber qué pretende el profesor cuando está entregando un contenido determinado, por lo tanto, en la medida que el alumno participa y por otro lado, se le entregan estrategias para explicitar sus aprendizaje, su compromiso con él será mayor.

F.4. Investigación En este ítem los alumnos deben realizar una investigación, presentando un informe que responda la pregunta de investigación planteada. Esto permite al alumno resolver nuevos desafíos.

G) Evaluación camino a la educación superior En esta etapa de la evaluación, los alumnos podrán resolver preguntas alternativas, donde explicitan sus conocimientos. Este es un buen momento para que ellos puedan detectar sus fortalezas y debilidades al momento de enfrentarse a una prueba de selección universitaria.



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Información complementaria Contenido complementario para los capítulos 1, 2 y 3 Interpretación física del producto escalar.

Productos entre vectores

Sea una fuerza constante que asegura un desplazamiento rectilíneo

Producto escalar de vectores Definición El producto escalar de dos vectores y es el número obtenido de multiplicar las longitudes (módulos) de estos vectores por el coseno del ángulo formado por ellos, es decir, con las notaciones usuales ! ∙ !· == ! ∙ ! ∙ !"#$ (1)

Figura 1

el ángulo formado entre los vectores y . donde ! es

Figura 2

= de un punto material. Si la fuerza forma un ángulo ! , con el desplazamiento (figura 2), entonces como aprendimos en física, el trabajo realizado por la fuerza para efectuar el desplazamiento es igual A = F · S · COSϕ

Notemos que en la fórmula (1) el producto escalar puede ser escrito además como omitiendo el punto.

Según la fórmula (1) se tiene

Puesto que (figura 1)

A=

!"#$%&&'ó!! ! = ! ∙ !"#$ y

· (3)

de este modo, el trabajo realizado por una fuerza constante durante un desplazamiento rectilíneo de su punto de aplicación es igual al producto escalar del vector de la fuerza por el vector del desplazamiento.

!"#$!""#ó!! ! = ! ∙ !"#$

se puede escribir

! ∙· ! = ! ∙ !"#$%&&'ó!! ! = ! ∙ !"#$%&&'ó!! ! (2)

es decir, el producto escalar de dos vectores es igual a la longitud de cada uno de ellos multiplicada por la proyección del otro vector sobre el eje que tiene la dirección del primero.



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Producto vectorial de vectores Recordamos que tres vectores , y no coplanares (no se encuentran en el mismo plano) forman un sistema derecho (figura 3a) o izquierdo (figura 3b), si está orientado por la regla de la mano derecha o de la mano izquierda, respectivamente.

c

Si se cambia el orden de factores el producto vectorial cambia su signo por el opuesto conservando el módulo. es decir, · = -( · ) (5)

c

b D

a Efectivamente, al permutar los vectores y el área del paralelogramo construido sobre ellos permanece invariable, es decir,  · = · 

D

a

b

a)

b)

Observemos que si en el sistema de tres vectores no coplanares , y se permutan dos vectores, el sistema cambia su orientación, o sea, si era derecho pasa a ser izquierdo, y viceversa. En adelante al sistema derecho de tres vectores, lo consideraremos estándar. Definición: llámese producto vectorial de dos vectores , y vectores a otro vector = · (4) 1) el módulo es igual al área del paralelogramo construido sobre los vectores dados, es decir, = a · b · senϕ (5) donde ! es el ángulo formado entre los vectores y . ( 0 ≤ φ ≤ π , figura 4)

Figura 4

2) este vector es perpendicular a los vectores que se multiplican (en otras palabras, es perpendicular al plano del paralelogramo construido sobre ellos), es decir ⊥ , ⊥ ,.


3) si los vectores no son colineales(situados en rectas paralelas), los vectores , , y y a, b, c forman un sistema derecho de tres vectores Algunas de las propiedades principales del producto vectorial.

, y · forman un sistema izquierdo. Por eso, el sentido del vector · es opuesto al sentido del vector ( y no son colineales). Si y son colineales, la igualdad (5) es evidente De este modo el producto vectorial de dos vectores no es conmutativo El producto vectorial no es conmutativo: Los vectores = · y = · coinciden solamente en magnitud, pero tienen sentido opuesto. La representación de la velocidad angular como vector nos permite relacionar cómodamente el vector de la velocidad lineal con el de la velocidad angular y el radio vector , que determina la posición del punto material respecto al eje de rotación Como se ve de la figura 2 = · es decir, es el producto vectorial de por . Fórmula de Lorentz Usando la siguiente fórmula F = q · v · B · senθ Denominada fuerza de Lorentz, podemos calcular la magnitud de la fuerza que actúa sobre una carga que se desplaza a una rapidez v por un campo magnético de magnitud B. La fórmula de Lorentz se puede escribir en forma vectorial observando que la dirección de la fuerza coincide con la del producto vectorial · de donde = · · Si además del campo magnético hay un campo eléctrico de intensidad E, la fuerza total que actúa sobre la carga que se desplaza a la velocidad , es la suma de la fuerza eléctrica ( · ) y de la fuerza de Lorentz ( · · ) = ·( + · )


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La velocidad angular como vector. El movimiento según una circunferencial de radio dado R estará completamente caracterizado, si se conocen: 1. la rapidez angular ω (o la lineal v), 2. el plano en que está la circunferencia, 3. el sentido de la rotación La última característica es imprescindible ya que el movimiento según una circunferencia, mirado desde un lado determinado del plano, puedo transcurrir bien en el sentido de las agujas del reloj (figura 1b), o en sentido contrario (figura 1a). No obstante, todas estas características se pueden dar con ayuda de un vector, si convenimos en trazar este vector perpendicularmente al plano y concordar el sentido del vector con un sentido determinado de rotación. Esta última se establece según la regla de la mano derecha: se hace coincidir el sentido del vector con pulgar de la mano derecha, y la rotación de los dedos de la mano (índice, medio, anular y meñique) con el sentido de la rotación (figura 1). De esta manera, para la característica de la rotación se introduce el concepto de un vector denominado vector de la velocidad angular, que cumple con: 1. su magnitud sea igual al valor numérico de la rapidez angular. 2. sea perpendicular al plano de la circunferencia por la cual se realiza la rotación, 3. mirando desde el extremo de este vector, la rotación se efectúe contra las agujas del reloj (figura 2).

Figura 1

La representación de la velocidad angular mediante un vector se justifica porque, en el caso de que un cuerpo sólido esté dotado de dos rotaciones simultáneas, la rotación resultante (composición de rotaciones) se caracteriza por un vector obtenido sumando los vectores de las velocidades angulares componentes según la regla del paralelogramo. En el análisis vectorial se introduce el concepto del llamado producto vectorial de dos vectores. Por el producto vectorial de los vectores y se construye un vector de magnitud

! = ! ∙ ! ∙ !"#$ C B

A

Figura 2

Donde A y B son las magnitudes de los vectores , , y α el ángulo formado por ellos ( figura 3). El vector es perpendicular al plano que contiene los vectores y , y de sentido hacia el lado en que, mirando desde su extremo, el vector se pueda hacer coincidir con el vector haciéndolo girar contra las agujas del reloj (hacia el lado del ángulo menor, véase la figura 3. En otras palabras: usando la regla de la mano derecha colocar los dedos de la mano sobre el vector y se deben mover desde hacia el vector (en el sentido del ángulo menor), el pulgar determina el sentido del vector . El producto vectorial de dos vectores se escribe así:

Figura 1

=

·



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Contenido complementario capítulo 2 sección 2 Hidrostática

Presión atmosférica

Presión

Aunque a menudo no nos fijemos en ello, vivimos sumergidos en un fluido: el aire. El aire también nos somete a una presión, tal y como se ha visto en el principio anterior, aunque no sea aplicable su ecuación al ser el aire compresible y variar su densidad con la altura. Esta presión, es responsable, entre otras cosas, de que cueste extraer agua de colonia de botellas muy llenas, fue puesta de manifiesto por Torricelli con su conocida experiencia de la columna de mercurio, como se mostró en la página 94 del texto del estudiante. También comprobó que esta presión variaba de unos días a otros según el estado del tiempo. Posteriormente se vio la importancia de su medida y de los aparatos a ello destinados: los barómetros.

A veces es importante saber cómo se reparte o concentra la fuerza ejercida sobre un cuerpo. Esta propiedad, que nos relaciona una fuerza con la superficie sobre la que actúa, recibe el nombre de presión. Se suele medir por el cociente entre la fuerza y la superficie.

La unidad de presión en el S.I. el pascal (Pa), es la que, actuando sobre un cuerpo aplica una fuerza de un newton sobre cada m2. Otras unidades son la baria (CGS), el kp/ma (UT), el milibar (mbar), la atmósfera, el milímetro de mercurio (mmHg) oo,

Principio de Arquímedes Principio de Pascal Si actúa una presión sobre un cuerpo sin forma propia –un fluido-, éste intenta eludir la presión, con lo que provoca que ésta se transmita integralmente a todos sus puntos y en todas direcciones. Esta propiedad de los fluidos recibe, habitualmente, el nombre de Principio de Pascal: Al hacer una presión sobre un fluido en un recinto cerrado ésta actúa íntegramente sobre cada punto de la pared, por lo que la fuerza que recibe una cierta superficie será proporcional a ésta.

Así, se puede modificar una fuerza, generalmente multiplicarla. Es el caso de las máquinas hidráulicas: frenos, prensa, elevadores etc. En ellas dos superficies S1 y S2 que reciben fuerzas cuyas magnitudes son F1 y F2 . donde p es la presión ejercida sobre el fluido: agua, aceite, aire, etc. .

Principio fundamental de la Hidrostática En un fluido, en un campo gravitatorio, cada una de sus partes se apoya en las que tiene por debajo. Por ello, cualquier punto está sometido a una presión debida al fluido que se halla por encima. Dos puntos soportan diferente presión según la profundidad a que se hallan.

Quiere la tradición que, al encargar Hierón, rey de Siracusa una corona a un joyero y, a sospechar un posible fraude, pidió a Arquímedes que averiguara, sin estropear la joya, si el oro era puro o bien una aleación con otros metales. La solución llevó, según la leyenda, al descubrimiento, por parte de Arquímedes, del principio que lleva su nombre: Al sumergir en un fluido un cuerpo, recibe de éste una fuerza hacia arriba -empuje o fuerza ascensional igual al peso de un volumen de fluido igual al del cuerpo.

Si el peso es mayor que el empuje, el cuerpo, al dejarlo libre, baja. Caso de que sea a la inversa el cuerpo sube. Esta propiedad de los fluidos, enunciada en el principio, es fundamental en la flotación de los cuerpos (fig. 30), el vuelo de los globos, el tiraje de las chimeneas Todos estos principios arriba enunciados han podido ser demostrados con posterioridad, por lo que, en propiedad, les correspondería el nombre de leyes, si bien, por razones históricas se conserva su denominación tradicional.

Esta diferencia sólo depende del peso específico ( ) ydel fluido y de la diferencia del nivel entre los puntos (h2 - h1) (fig. 28). En el caso de un líquido -fluido incompresible- esta diferencia de presión vale

!! − !! = !! ∙ (ℎ! − ℎ! ) =


!! − !! = !!! ·∙ !(ℎ·!(ℎ −! ℎ = −! )ℎ!)


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Contenido complementario capítulo 2 sección 3 Hidrodinámica Un fluido es un sistema material cuyas moléculas se mueven libremente las unas con respecto a las otras. Los líquidos y los gases son fluidos y hablaremos de la dinámica de los líquidos-fluidos incompresibles, es decir, que mantienen constante su volumen al comprimirlos-, con las limitaciones siguientes: Trataremos los líquidos no viscosos -que se muevan sin pérdidas de energía- y en régimen laminar, no turbulento -sin que se corten los caminos que siguen las diferentes partículas, sin remolinos-. Supondremos, además, que a lo largo del camino no hay ni fuentes ni sumideros, por lo que se conservará la masa total del líquido.

!+!∙

!! !

Teorema de Bernoulli

+ ! · ! · ! = !"# ,

encima de él. Muy habitual es el uso de los pulverizadores, tanto en perfumería como en los carburadores de los motores de explosión; en ellos, una corriente de gas, forzada a gran velocidad frente a la boca de un tubo, succiona por depresión el líquido, obligándole a ascender y ponerse en medio de la comente y ser así pulverizado. En el caso de una pelota lanzada con efecto, es el aire -cuya velocidad es diferente en un lado y otro de la pelota- quien tuerce su camino, de la misma manera que sostiene a un avión en vuelo gracias a la forma de sus alas. El efecto Venturi es también la base del funcionamiento de las trompas de vacío, usadas en los laboratorios, y de algunos aparatos para medir la velocidad de vuelo de los aviones (tubo de Pitot).

Teorema de Torricelli

Con una enorme cantidad de partículas en movimiento, es imposible ocupamos de las características de cada una de ellas. Sin embargo, podemos estudiar la energía total del conjunto e imponer la condici6n de que se conserve: cualquier variación de energía será debida al trabajo realizado por alguna fuerza exterior. Como también se conserva la masa y el fluido es incompresible, el volumen V del líquido que atraviesa dos secciones del tubo de corriente en el mismo tiempo es idéntico. Por ello, el líquido irá más de prisa en los pasos estrechos.

En un depósito con salida, el desagüe tiene una sección mucho menor que la superficie libre del líquido, por lo que, al desaguar, la velocidad del líquido en la parte superior del depósito es despreciable (muy pequeña) frente a la velocidad de salida. Si aplicamos el teorema de Bernoulli a este caso -observando que la presión exterior sobre las dos superficies libres es la atmosférica-, comprobamos que la energía potencial que desaparece arriba es igual a la energía cinética que aparece abajo. Se llega a la misma conclusión si imaginamos la substitución del líquido de abajo por el correspondiente de arriba con el resto inmóvil (fig. 1).

¿Qué fuerzas actúan sobre un líquido que se mueve? Aparte de su propio peso, existen las presiones a que le somete el tubo, la atmósfera o cualquier otro agente externo. Así pues, la energía de cualquier parte del líquido, solo puede variar a causa de un cambio de velocidad v -energía cinética-, del nivel geográfico o altura h -energía potencial gravitatoria-, o de la presión p -trabajo externo-. La suma de los tres términos debe ser constante en cualquier punto e instante.

Figura 1

Para la unidad de volumen se cumplirá, siendo d - m/V la densidad del líquido, que es una de las formas de expresar el teorema de Bernoulli, considerado como el principio fundamental de la hidrodinámica. Así, la velocidad de salida del agua por el agujero es la misma con que caería desde arriba del depósito

Efecto Ventori Si el fluido circula horizontalmente y, por lo tanto, el nivel es constante, la suma de los dos primeros términos de la ecuación de Bernoulli debe permanecer constante. Toda variación de velocidad -por ejemplo, al variar la sección del tubo-, comporta una variación en la presi6n del fluido, lo que es conocido como efecto Venturi. Muchas son las aplicaciones de este efecto; entre ellas, alguna tan vistosa como elevar un papel sujeto por un extremo, al soplar por

!=

2!ℎ

En los líquidos reales hay que tener en cuenta la pérdida de energía debida a la acci6n de las fuerzas que se oponen al desplazamiento relativo de las distintas partes del líquido entre sí. Este rozamiento interno de los líquidos se mide mediante el coeficiente de viscosidad, que es propio de cada sustancia y suele depender de la temperatura.



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Contenido complementario capítulo 3 sección 1 Carga eléctrica y campo eléctrico

Carga eléctrica

Quizás, al descender del coche después de un viaje en un día seco, nos haya sorprendido desagradablemente un pellizco, un pequeño calambre. Incluso es posible descubrir al despojarnos, en la oscuridad, de una prenda de vestir -especialmente si es de fibras sintéticas-, la luminosidad y el chasquido de las pequeñas chispas que se producen. Son ejemplos de un fenómeno, conocido desde antiguo, que recibe el nombre de electricidad estática. Ya los griegos observaron que, al frotar un pedazo de ámbar (électron, en griego clásico) con un paño, atraía pequeños objetos.

La magnitud física que produce los fen6menos electrostáticos es la carga eléctrica, y los cuerpos con las propiedades descritas hasta aquí son cuerpos cargados. La unidad elemental de carga es la del electr6n. El protón tiene la misma carga, pero de signo contrario. Dado que su valor es muy pequeño, las unidades habitualmente utilizadas son otras: en el S.I., el coulomb (C) corresponde a la carga de cada uno de dos cuerpos que, situados a 1 m de distancia en el vacío, se repelen con una fuerza de 9·109N. La unidad electrostática de carga (u.e.e.q) es 3.109 veces menor.

Para estudiar este fenómeno nos será útil conseguir un péndulo eléctrico, consistente en una bolita de médula de saúco (o algún sucedáneo) suspendida de un soporte de plástico mediante un hilo de seda. Trataremos de evidenciar las fuerzas eléctricas que aparezcan sobre la bolita. Utilizaremos diversos materiales (vidrio, barras de diversos plásticos, lacre, etc.) para ser frotados con otros (paños de lana, de seda, bolsas de plástico), puesto que la electrización se da entre dos objetos cualesquiera que se froten entre sí. Si con una barra de un plástico cualquiera tocamos dos de estos péndulos próximos entre sí, comprobaremos que se repelen. Lo mismo sucede si los péndulos entran en contacto con una barra de vidrio que haya sido frotada contra un paño de seda o, incluso, con una bolsa de plástico. En cambio, si tocamos un péndulo con plástico y otro con vidrio, se atraen. Este hecho permite considerar dos clases diferentes del mismo fenómeno electrostático. Franklin llamó negativa a la electricidad de la resina (el plástico) y positiva a la del vidrio. En cada caso, el cuerpo con el que hemos frotado la barra, adquiere una electricidad de signo contrario al de ésta: el paño con que se frota el plástico adquiere electricidad positiva .

Estructura eléctrica de la materia ¿Cómo hacemos aparecer electricidad en la materia eléctricamente neutra? La respuesta está en la propia estructura de la materia: los átomos que la conforman están, a su vez, compuestos por otras partículas menores, entre las cuales, los protones –portadores de electricidad positiva y muy internos en el átomo- y los electrones -negativos y situados en la zona exterior- se compensan. Al frotar entre si dos cuerpos, uno de ellos arranca algunos electrones de los átomos superficiales del otro, quedando este último con electricidad positiva por defecto de electrones, mientras que el primero queda con electricidad negativa.


Ley de coulomb La interacci6n electrostática entre dos cargas eléctricas de valores respectivos q y q’, situadas a una distancia d, viene cuantificada por la ley de Coulomb, en cuya expresión 1 ! ∙ !′ ∙ 4!" ! ! 1 el valor del factor depende del medio que separa las cargas. 4!" En el vacío, y para !=

!

unidades S.I., vale 9 ∙ 10! ! ∙ !! ; y para unidades electrostá! ticas, vale 1 !"# ∙

!"! con la letra ε se designa la constante dieléctrica !. !. !. !!

del medio.

Campo eléctrico A veces prescindimos de considerar las cargas eléctricas y estudiamos sus efectos mediante la utilizaci6n del concepto de campo eléctrico, que ocupa la zona del espacio en la cual se manifiestan fuerzas de atracci6n y repulsión sobre cargas eléctricas, y cuya intensidad E en un punto dado, corresponde a la fuerza que actúa sobre una carga positiva de valor unidad colocada en dicho punto. Así, si conocemos el valor de E podremos calcular la fuerza con que actúa sobre una carga cualquiera q situada en un punto dado, multiplicando E F=E·q Para representar el campo eléctrico en una zona del espacio, se dibujan las líneas de campo en lugar de señalar el vector E en todos los puntos, se trazan líneas tales que, en cada punto, el vector E les sea tangente (fig. 70). Si la carga que crea el campo es puntual, las líneas de campo serán\radiales. Si se superponen varios campos, en cada punto deberemos hallar E como la suma de todos los campos elementales, mientras que las lineas de campo tendrán formas diversas.


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Contenido complementario capítulo 3 sección 3 Aceleradores de partículas

Tipos de aceleradores

electrodos o cámaras de aceleración. Aventajan a los lineales en la repetida utilización de los mismos elementos aceleradores. Sin embargo, tienen el inconveniente de la aparición de la radiación sincrotrón: para describir una trayectoria circular se deben acelerar las partículas, y toda partícula acelerada emite una radiación y pierde energía. La radiación emitida en los aceleradores circulares es de la gama de los rayos X, lo cual comporta problemas de protección. Ciclotrón (fig. 125). Las partículas emitidas en su centro reciben energía al pasar de una D a otra mediante una tensión alterna de alta frecuencia. El campo magnético las desvía, con lo que siguen una trayectoria espiral girando sincrónicamente con la variación del campo eléctrico, pues las más rápidas lo hacen con mayor radio. Como al llegar a velocidades próximas a las de la luz las partículas aumentan de masa, se pierde la sincronía, lo cual obliga a limitar el número de vueltas y a usar potenciales muy elevados.

Una primera clasificación de los aceleradores distingue si la energía es suministrada por campos estáticos o variables en el tiempo. La forma de la trayectoria descrita por las partículas permite diferenciar los aceleradores lineales de los circulares. Es necesario, además, especificar las partículas aceleradas por un acelerador determinado: electrones, positrones, protones, etc.

Sincrociclotrón. Para evitar la desincronización que aparece en el ciclotrón a altas velocidades, se aplica una frecuencia que varía a medida que crece la velocidad, lo que permite utilizar tensiones menores y alcanzar mayores velocidades.

Aceleradores electrostáticos: la energía la suministra un campo, una diferencia de potencial constante en el tiempo. Los principales son: Generador de Van de Graaff: las cargas eléctricas son creadas por fricción o por inducción en un extremo de una cinta aislante que las transporta hasta una esfera hueca que las almacena. La tensión conseguida se aplica en un tubo de vacío, bien entre los extremos, bien por etapas, con lo que se evita la aparición de chispas. Pueden conseguirse tensiones superiores al millón de volt.

Sincrotrón. El espacio vacío se reduce a un tubo en el que se concentra el campo magnético, donde las partículas describen una trayectoria de radio aproximadamente constante. El campo magnético aumenta con la velocidad de las partículas aceleradas. La energía es transferida por un campo eléctrico cuya radiofrecuencia es constante en el caso de un acelerador de electrones y creciente en uno de protones.

Acelerador de Cockcroft - Walton: consiste en un transformador de alto voltaje y un multiplicador de tensión a base de rectificadores y condensadores que, debidamente conectados, producen la tensión que se aplica por etapas.

Espectógrafo de masas

Un acelerador de partículas es todo aparato que usa campos eléctricos y magnéticos para acelerar partículas subatómicas cargadas -electrones, protones, positrones, etc-. Los campos eléctricos pueden aumentar la energía -la velocidad- de las partículas o desviarlas, mientras que los campos magnéticos se limitan a curvar sus trayectorias. Para evitar las pérdidas de energía por choques con moléculas gaseosas, debe hacerse el vacío en todo el recinto por el que se mueven las partículas. Estos aparatos no sólo tienen aplicación en la física de las partículas, sino también en otros campos más habituales: medicina, electrónica (osciloscopios, tubos de los televisores, etc.).

Aceleradores de campos variables: el campo eléctrico, y, a veces, también el magnético, varía con el tiempo. Cabe distinguir los siguientes:

Se trata de un aparato que separa las partículas según su masa, sin transferirles energía. Cuando un campo magnético actúa sobre partículas de idéntica carga eléctrica que se mueven con la misma velocidad, el radio de su trayectoria circular depende sólo de su masa, lo que permite separar los diversos isótopos de un elemento y medir con precisión la masa de un núcleo o un ión determinado.

Aceleradores lineales: se llaman así porque movilizan las partículas en trayectorias rectas. La aceleración puede lograrse de una sola vez o por etapas, mediante elementos distribuidos a lo largo del aparato y alimentados por tensiones alternas de alta frecuencia. Estos aceleradores proyectan las partículas en paquetes, de tal forma que las que se retrasan son recogidas por el grupo siguiente. Aceleradores circulares: mediante el uso de campos magnéticos adecuados se consigue una trayectoria circular o con fragmentos circulares, con lo que las partículas pasan varias veces por los mismos



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Contenido complementario capítulo 3 sección 4 Inducción electrostática. Condensadores Coloquemos un cuerpo cualquiera en el interior de un campo eléctrico. Las cargas de las partículas que constituyen el cuerpo se verán impulsadas por la acción del campo de manera que, en general, se producirá un desplazamiento efectivo de las cargas eléctricas y su acumulación en determinadas zonas del cuerpo. Este fenómeno, por el cual aparecen cargas eléctricas en un cuerpo al someterlo a un campo eléctrico o al acercarle otra carga, se denomina inducción electrostática.

Conductor metálico: La estructura interna de los metales permite que uno o más electrones pertenecientes inicialmente a cada uno de sus átomos -que ocupan posiciones fijas en la red cristalina-puedan ocupar cualquier posición en el interior del cuerpo. No están, pues, ligados a un átomo concreto: son electrones libres, y sus movimientos en el interior del conductor son desordenados. Bajo la acción de un campo eléctrico se desplazarán en sentido contrario a las líneas de campo, con lo cual, en un extremo del conductor, habrá una acumulación de electrones; y, en el otro, una carga positiva neta, debido a su ausencia (fig. 78). Estas cargas inducidas crean, a su vez, otro campo eléctrico que se opone y tiende a anular al primero en el interior del conductor. Podemos eliminar una cualquiera de las concentraciones de cargas comunicando un extremo con la tierra, con lo cual, por inducción electrostática, conseguiremos cargar el cuerpo.

Dieléctricos En un cuerpo no conductor (dieléctrico), los electrones están unidos a sus átomos o agregados atómicos, sin posibilidad de desplazarse libremente por el interior del cuerpo. Sin embargo, al acercar un campo eléctrico, se produce una reorientación de las cargas alrededor del punto de equilibrio de cada átomo, lo que provoca la aparición de cargas de signos opuestos en los extremos del cuerpo.

carga suministrada se distribuirá de manera uniforme por toda su superficie, que alcanzará, así, un determinado potencial. El cociente entre la carga suministrada y el potencial adquirido es característico del cuerpo, y recibe el nombre de capacidad del conductor

Condensadores

Ǫ ! = !

Si en las cercanías de un conductor cargado existe otro conductor con una carga de signo opuesto, el potencial del primero -es decir, el trabajo que nos costarla trasladar hasta él una carga de +1C- se verá reducido; tanto más, cuanto más cerca esté el segundo conductor. Así, su capacidad aumentará. Cuando dos conductores, cargados con cargas opuestas, están dispuestos de manera que “ todas las líneas de campo que parten del conductor positivo van a parar al negativo”, se dice que entre ellos existe influencia total. El conjunto de los dos conductores es un condensador; y cada conductor, una de sus armaduras. En los condensadores, la capacidad es igual a la carga Q de la armadura positiva (si la influencia es total, la carga de la armadura negativa será -O) partida por la diferencia de potencial (V-V›) creada entre las dos armaduras.

Energía de un condensador El trabajo necesario para cargar un condensador (extraer carga de la armadura negativa y trasladarla hasta la positiva) queda acumulado en el sistema en forma de energía eléctrica, la cual puede ser utilizada en el proceso de descarga. Esta energía acumulada en un condensador de capacidad C, que adquiere una diferencia de potencial V-V› cuando lo cargamos con una carga Q, responde a la expresión siguiente: 1 1 W = Ǫ ∙ V − V ! = C ∙ V − V? 2 2

!

=

1 Ǫ! 2!

Capacidad Existe una relación entre la carga Q que suministramos a un cuerpo y el potencial V que adquiere. Si el cuerpo es un conductor, las cargas elementales se repelerán entre sí y tenderán a ocupar las posiciones más distantes posibles. Así pues, la


Fuente: adaptado de Atlas de Física, J.Muñoz Puig, G. Pascual Vives. Editorial EdibooK, S.A. Barcelona. 1992.


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Contenido complementario capítulo 4 sección 1 El núcleo atómico

eléctricamente neutra con diversos pares de cargas de signos diferentes distribuidos en ella.

Estructura de la materia la materia discontinua El interés que la humanidad ha demostrado a lo largo de su existencia para conocer la realidad que nos rodea, ha permitido un constante avance en el conocimiento de la estructura de la materia, desde Tales de Mileto -toda materia es, en último término, agua-, pasando por la teoría de los cuatro elementos (tierra, agua, aire y fuego), hasta llegar a las actuales teorías sobre las partículas elementales y la cosmología. Durante más de dos milenios han competido las ideas de Aristóteles, quien sostenía que la materia era continua (se podía proceder a dividir indefinidamente un cuerpo, en partes cada vez más pequeñas, sin que perdiera sus propiedades), con las de Leucipo y Demócrito, que suponían que todos los cuerpos estaban constituidos por un gran número de partículas a las que llamaron átomos (indivisible). A principios del siglo XIX, John Dalton, partiendo de suponer que cada elemento está formado por átomos iguales entre sí, explicó que los compuestos son combinaciones de átomos de varios elementos, cuyas masas intervienen siempre en la misma proporción. Siguiendo a Dalton, la mayoría de las sustancias tienen como unidad básica la molécula, agrupación de unos pocos átomos. Las moléculas de un elemento están formadas por uno o varios átomos iguales, y las de un compuesto dado tienen siempre la misma proporción de átomos de sus elementos componentes. No hubo, sin embargo, evidencia directa de la existencia de átomos y moléculas hasta que, en 1905, Albert Einstein interpretó el movimiento browniano -pequeñas partículas de polen suspendidas en agua se mueven incesantemente y de forma irregular- como el resultado del choque de las partículas con moléculas de agua no visibles ni con el más potente microscopio. Esta teoría daba una imagen conforme a la realidad y consideraba así probada experimentalmente la existencia de las moléculas y, por extensión, de los átomos.

Modelos atómicos A lo largo del siglo XIX va siendo universalmente aceptada la estructura atómica de la materia, y es aplicada al creciente número de elementos ya identificados. Se constatan ciertas periodicidades en las propiedades químicas y se intenta imaginar la estructura de los átomos. El estudio de los rayos catódicos permitió, en 1894, a J. J. Thomson proponer un modelo formado por una esfera sólida de una materia eléctricamente positiva en medio de la cual estaban embutidos los electrones como las pasas en un pastel. Los rayos catódicos resultaron ser electrones arrancados del cátodo -electrodo negativo- de un tubo de vacío, bien por efecto de calentamiento o efecto termoiónico, bien por la acción de un campo eléctrico intenso. Otro modelo suponía una masa

Modelo de Rutherford En 1911, Ernest Rutherford propuso a sus colaboradores Geiger y Mardsen el estudio de la dispersión, por una fina lámina de oro (l0-7m), de un haz de partículas a emitidas por una sustancia radiactiva. El resultado fue que, aunque la mayoría no eran desviadas, algunas sufrían alguna dispersión; y unas pocas, una desviación muy marcada. Por último, una pequeña proporción de partículas rebotaban en la lámina y eran repelidas. La experiencia se interpretó como una clara demostración de la existencia de una concentración de masa, cargada positivamente, en una región relativamente pequeña (l0-12 veces el átomo) a la que se llamó núcleo. El modelo de Rutherford suponía también que los electrones orbitaban alrededor del núcleo como en un sistema planetario. El modelo de Rutherford sobre la envoltura electrónica estaba en contradicción con la electrodinámica clásica, para la cual una carga eléctrica acelerada -y un electrón girando alrededor del núcleo sufre una aceleración centrípeta- emite energía de forma continua. Según esto, el electrón debería perder rápidamente su energía y caer sobre el núcleo.

Espectros Cuando ponemos de manifiesto un conjunto de radiaciones electromagnéticas, obtenemos su espectro. Cuando la luz blanca atraviesa un prisma y se descompone en los colores del arco iris, produce un espectro continuo en el cual las radiaciones componentes están ordenadas según su frecuencia. Otros espectros son discontinuos y contienen sólo ciertas radiaciones que, en el caso de los espectros visibles, aparecen como rayas. El espectro emitido por los átomos de un determinado elemento químico es discontinuo y está formado por un conjunto de rayas específicas de cada elemento. Una raya del espectro tiene una frecuencia fija, lo que indica que los átomos emiten energía sólo de forma discreta.

El átomo de Bohr Para interpretar el espectro del hidrógeno, el átomo más sencillo, Niels Bohr estableció en 1913 unos postulados según los cuales un electrón sólo puede moverse alrededor del núcleo en ciertas órbitas permitidas, en las que tiene una energía fija y determinada;



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por lo tanto, mientras se mantenga en ella, no emite energía. Cada nivel energético viene caracterizado mediante el llamado número cuántico principal, n, que es un número entero (l, 2, 3,...). Un electrón absorbe o emite energía en forma de un fotón al saltar de una órbita a otra más externa o más interna respectivamente. Con posterioridad se ha ido ajustando este modelo, al que se han añadido sucesivos subniveles energéticos. ¿Qué forma tienen las órbitas? ¿Son fijas o varían con el tiempo? Nuestra visión del mundo macroscópico influye en la idea que nos forjamos de los fenómenos atómicos, pero parece que éstos se resisten a ser interpretados con imágenes que nos sean familiares.

El núcleo Como se había comprobado que el átomo emitía partículas α y β y radiaciones γ que debían proceder del núcleo, fueron considerados éstos sus componentes. Sin embargo, Con las partículas α y β no era posible construir ni el átomo de hidrógeno, el átomo más ligero. Cuando en 1919 Rutherford aisló su núcleo positivo, lo consideró un componente básico de todos los demás y le llamó protón (el primero); y sugirió, además, la existencia de otro componente eléctricamente neutro y de


masa similar, al que llamó neutrón, que fue finalmente identificado por James Chadwick en 1932. Con ello quedaba definida la estructura primaria del núcleo de un átomo cualquiera. El número de protones (Z) se denomina número atómico, que es el mismo para todos los átomos de un elemento químico. El número total de protones y neutrones es el número de masa (A), generalmente superior a 2Z, que no define a un elemento químico, puesto que átomos de un mismo elemento pueden contener distinto número de neutrones, en cuyo caso reciben el nombre de isótopos de dicho elemento. La mayoría de elementos químicos contienen una proporción prácticamente constante de sus diversos isótopos. Las propiedades químicas dependen exclusivamente del número de electrones y de su distribución en la corteza, y no varían para los distintos isótopos de un mismo elemento. Finalmente cabe señalar que el número de electrones en la corteza de un átomo coincide con el número atómico Z y con el número de protones del núcleo, puesto que el átomo es eléctricamente neutro. Una pregunta queda en el aire, si el núcleo reúne varias cargas positivas en una pequeña región y sabemos que cargas del mismo signo son sometidas a mutuas repulsiones electrostáticas, ¿cuál es la fuerza que las mantiene unidas? La energía de enlace entre las partículas del núcleo es debida a la interacción fuerte.


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Contenido complementario capítulo 4 sección 2 Radiactividad y energía nuclear

Defecto de masa y energía de enlace

En 1896 Henri Becquerel descubrió casualmente que la pechblenda (una sal de uranio) emitía espontáneamente unas radiaciones que impresionaban las placas fotográficas. Estudió su poder de penetración y su comportamiento al cruzar campos eléctricos y magnéticos y dedujo la existencia de radiaciones de tres tipos, a las que llamó α, β y radiaciones γ. Estas mismas radiaciones eran emitidas por otros compuestos del uranio y, con mayor intensidad, por el uranio puro. Los esposos Curie comprobaron que el polonio y el radio, que recientemente habían aislado, eran mucho más radiactivos. La radiación a -la de menor poder de penetración- resultó estar formada por partículas cuya masa era la del helio y cuya carga era positiva y doble que la del electrón. La radiación α consistía en electrones, mientras que la más penetrante, y, era una radiación electromagnética sin carga ni masa.

Al considerar las masas reales de las partículas, y no el número másico, se comprueba que en las reacciones nucleares no se conserva la masa. Sin embargo, la transformación relativista E = m·c2, en donde m es el aumento o disminución de masa en una determinada reacción, y c es la velocidad de la luz, nos permite afirmar que se conserva el conjunto masa-energía, como comprobaremos si medimos todas las manifestaciones energéticas que acompañan al proceso. La desaparición de una pequeña cantidad de masa se traduce en una emisión energética, y viceversa. Así, la masa de un núcleo es siempre inferior a la suma de las masas de los nucleones que lo integran. El defecto de masa se ha transformado en la energía de enlace que los mantiene unidos y que será la energía que deberemos comunicar al núcleo si queremos separar sus partículas constituyentes. Esta energía corresponde a la existencia de una fuerza nuclear entre las partículas del núcleo (interacción fuerte) que, para distancias pequeñas, tiene una intensidad mucho mayor que la repulsión electrostática.

Reacciones nucleares naturales Cuando un núcleo atómico emite una partícula α, su número atómico disminuye en dos unidades; y su número másico, en cuatro. La emisión de una partícula β hace aumentar en 1 el número atómico sin variar el número de masa. ¿Cómo puede un núcleo -positivoemitir un electrón? En 1934 Fermi interpretó que el neutrón es una partícula inestable y, al cabo de un cierto tiempo de ser aislado, se transforma en un protón, un electrón y un antineutrino. Si el proceso tiene lugar en el núcleo, el electrón puede ser emitido si cuenta con la energía suficiente. El protón que aparece hace que Z crezca en una unidad. La emisión de radiación y se produce cuando un núcleo excitado vuelve a su estado fundamental. Cuando un núcleo radiactivo emite una radiación puede dar lugar a un nuevo núcleo que sea, a su vez, inestable; con lo que el proceso sigue, con emisión de nuevas partículas, hasta conseguir un núcleo estable, completando así una serie radiactiva.

Constantes radiactivas: Para medir la mayor o menor radiactividad de una sustancia se han definido diversas magnitudes: Constante radiactiva (γ): probabilidad, por unidad de tiempo, de que un núcleo se desintegre. Período de semidesintegración (T): tiempo que tarda un determinado número de núcleos en reducirse a la mitad. Vida media (τ): la media de-la vida de todos los núcleos. Actividad radiactiva (A) de una muestra es el número de desintegraciones que se produce en ella por segundo. Se mide en curie (l Cu = 3,7 · 1010 desintegraciones por segundo).

Reacciones nucleares provocadas Desde 1919 se utilizan las partículas conocidas para bombardear núcleos de átomos estables y estudiar los resultados. La mayoría de los avances en física subatómica se ha debido a la utilización de proyectiles cada vez más energéticos, lo que ha permitido la detección de un enorme conjunto de nuevas partículas. Asimismo se han construido elementos no conocidos, como los de número atómico mayor que el del uranio (Z = 92).

Reacciones en cadena En el proceso radiactivo correspondiente a la ruptura (fisión) en dos partes aproximadamente iguales de los núcleos de algunos átomos pesados (como el uranio 235) se produce, además de una gran cantidad de energía, la emisión de dos o tres neutrones, que pueden incidir sobre otros núcleos vecinos, romperlos a su vez y originar una reacción en cadena que, una vez iniciada, se mantiene por sí misma. El inicio de la reacción es espontáneo con sólo unir una determinada cantidad (masa crítica) de material fisionable. La rapidez de las reacciones y la enorme cantidad de energía desprendida son características de las explosiones nucleares. Si se procede a frenar los neutrones y a absorber gran parte de ellos, la liberación de energía será graduable y podrá ser utilizada (reactor nuclear). Otras reacciones en cadena consisten en la fusión de los núcleos de ciertos átomos para dar núcleos más pesados. Son las reacciones habituales en las estrellas y las responsables de su emisión de energía. La construcción de reactores nucleares de fusión es uno de los retos de la tecnología energética de fin de siglo.



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Contenido complementario Unidad 2 capítulo 2 sección 1 El universo Las culturas primitivas tenían una imagen geocéntrica del mundo, con la Tierra, en general plana, sostenida de diversas maneras (sobre elefantes, tortugas, etc.) y con los astros y estrellas visibles suspendidas de un techo superior y alejado. Aristóteles supuso el mundo formado por cuatro elementos -tierra, agua, aire y fuegodispuestos en esferas concéntricas, alrededor de las cuales otras esferas transparentes, que contenían la Luna, el Sol, los planetas y las estrellas fijas, giraban independientemente alrededor de un eje que pasaba por la estrella polar. Los trabajos de Copérnico, Galileo, Kepler y Newton establecieron la dinámica que permitió considerar, sin duda alguna, que los planetas giran alrededor del Sol. A partir de ese momento, el Sol era una estrella más. Asimismo, Galileo comprobó que la Vía Láctea era un conjunto de millones de estrellas demasiado alejadas y numerosas para ser distinguidas a simple vista.

Galaxias Sin embargo, los bloques básicos del universo no son los cien trillones de estrellas existentes. En 1924 Edwin Hubble observó, mediante un potente telescopio, que la Nebulosa de Andrómeda estaba formada por estrellas individuales, lo que la convertía en una galaxia del tamaño de la Vía Láctea y claramente distanciada de ella (algo más de 2 millones de años luz). Con posterioridad se comprobó que muchas nebulosas eran galaxias, de las que se considera que existe un centenar de miles de millones arracimadas en cúmulos de hasta decenas de miles -el «grupo local tiene diecisiete, siendo las mayores la Vía Láctea y la Nebulosa de Andrómeda-.

Origen del universo La mayoría de científicos supone que la dispersión actual del universo partió de una situación creada hace unos diez o veinte mil millones de años, cuando toda la materia y la energía que podemos constatar actualmente ocupaba una pequeña región, enormemente caliente, e inició una expansión (Big bang) que no ha cesado y que todavía podemos advertir al observar que las galaxias se alejan unas de otras. La materia fue agrupándose en nubes de gas que giraban y que, lentamente, se convirtieron en conjuntos de millones de puntos luminosos.

La vida de una estrella Hace unos cinco mil millones de años, las partículas materiales que formaban una de aquellas nubes de gas (unas losas) empezaron


a colapsar -caer todas a la vez hacia una región central- debido a la mutua atracción gravitatoria. El súbito aumento de la densidad hizo proliferar las colisiones entre las partículas, lo que produjo un incremento de temperatura que inició las reacciones de fusión entre los núcleos de hidrógeno. La consiguiente emisión de energía en forma de fotones detuvo el proceso de contracción y la nube gaseosa adquirió una forma esférica estable, siguió emitiendo energía luminosa y quedó formado nuestro Sol. Como el Sol, las estrellas nacen en grupos en un mismo complejo globular -como podría ser la Nebulosa de Orión- y, a partir de su formación, siguen caminos diversos en el interior de las galaxias debido a la rotación de éstas. Cuando todo el hidrógeno de las capas internas se haya convertido en helio -dentro de unos cinco mil millones de años-, el núcleo solar sufrirá un nuevo colapso gravitatorio y otro aumento de temperatura que permitirá el inicio de la fusión de los núcleos de helio para formar carbono y nitrógeno. Mientras, las capas exteriores se expandirán hasta alcanzar la dimensión de la órbita terrestre (estrella gigante roja). Cuando finalice la fusión del helio, se expulsará la capa exterior, que producirá una nebulosa planetaria, mientras el núcleo solar se contraerá hasta unos miles de kilómetros de diámetro (estrella enana blanca), y seguirá brillando unos miles de millones de años más hasta que se apague y aparezca como una enana negra. Si la masa de una estrella es mayor que una vez y media la solar -límite de Chandrasekhar-, la gigante roja correspondiente se convierte en una supernova, al expulsar la mayor parte de su masa en una explosión espectacular, durante la cual se forman elementos pesados, como el hierro. En el centro queda un núcleo compuesto de neutrones, tan próximos entre sí que la estrella de neutrones resultante tiene la densidad del núcleo atómico y un diámetro de unos quince kilómetros. Su rápida rotación -menor, en muchos casos, a un segundo- hace que sus emisiones sean radioondas y rayos X pulsantes (púlsar). Desde 1967 han sido detectados centenares de púlsares. En el caso de que la masa residual de la estrella sea superior a 3,6 veces la masa solar, se prevé que el proceso de contracción no cesará hasta que todas las partículas lleguen a ocupar un punto con densidad infinita. La fuerza de atracción gravitatoria impedirá que nada, ni tan sólo los fotones, salgan de una zona esférica (el horizonte de sucesos) centrada en el punto. La estrella se convertirá en un agujero negro observable solamente a través de la atracción gravitatoria que ejercería sobre las masas próximas. En general, el proceso evolutivo de una estrella es más rápido cuanto mayor sea su masa. Una estrella muy masiva puede llegar a su estado final en cien millones de años. La evolución futura del universo puede seguir dos caminos: o bien la expansión seguirá indefinidamente (universo abierto), o bien llegará un momento en que se detendrá y toda la materia y la energía iniciará una compresión hasta alcanzar una situación como la inicial -big crunch- (universo cerrado).


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Contenido complementario Unidad 2 capítulo 2 sección 2 Torbellinos en el viento solar Un equipo de científicos ha estudiado el viento solar con un nivel de detalle sin precedentes, descubriendo minúsculos torbellinos que podrían jugar un papel muy importante a la hora de mantener la temperatura del plasma espacial. La turbulencia es un fenómeno muy complejo que podemos observar en todas partes, desde el agua que sale de un grifo o el flujo de aire que rodea el ala de un avión, hasta los reactores experimentales de fusión nuclear o el espacio. Se piensa que la turbulencia juega un papel muy importante a la hora de mantener el calor en el seno del viento solar – una corriente de partículas cargadas expulsada por el Sol. El viento solar se enfría a medida que se expande por el Sistema Solar, pero mucho menos de lo que cabría esperar si el flujo fuese suave y laminar. La turbulencia se origina a partir de irregularidades en el flujo de partículas y en las líneas del campo magnético. Tratar de analizar cómo se transfiere esta energía desde las grandes estructuras en las que se genera hasta las microestructuras en las que se disipa es tan complejo como intentar trazar el flujo de energía desde el cauce tranquilo de un río hasta los torbellinos que se forman al final de una catarata. En este nuevo estudio, se han utilizado dos de los cuatro satélites que componen la misión Clúster de la ESA para estudiar en detalle la turbulencia del plasma del viento solar.

Estos dos satélites viajaron en la dirección del flujo guardando una separación de apenas 20 kilómetros, y utilizaron su ‘modo ráfaga’ para tomar 450 medidas por segundo del plasma que les rodeaba. Al comparar sus resultados con los modelos matemáticos, los científicos pudieron confirmar la existencia de láminas de corriente de apenas 20 kilómetros de espesor en los bordes de los torbellinos. “Estos resultados nos muestran por primera vez que el plasma del viento solar está extremadamente estructurado incluso a una escala tan pequeña”, explica Silvia Perri, de la Universidad de Calabria, Italia, autora principal del artículo que presenta este hallazgo. Clúster ya había detectado láminas de corriente de unos 100 kilómetros de espesor en la envoltura magnética, la región comprendida entre la burbuja magnética que rodea a la Tierra – la magnetosfera – y la onda de choque generada por el viento solar. En los bordes de estos torbellinos se detectaron ‘reconexiones magnéticas’, el proceso por el que líneas de campo magnético de sentido opuesto se abren de forma espontánea y se reconectan con otras líneas de su entorno, liberando energía. “A pesar de que todavía no hemos detectado reconexiones a esta nueva pequeña escala, está claro que nos encontramos ante una cascada de energía que podría contribuir al calentamiento del viento solar”, explica Silvia. Fuente: http://www.esa.int/esl/ESA_in_your_country/Spain/ Torbellinos_en_el_viento_solar



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¿Qué es el Diseño Instruccional? Atento al cambio de paradigma que enfrenta el proceso de enseñanza y aprendizaje, el área de Currículum y Evaluación del Ministerio de Educación de Chile propone organizar las tareas de los textos escolares siguiendo el Diseño Instruccional, que reconoce sus orígenes en David Ausubel y Jerome Bruner, entre otros. Como una manera de apoyar su labor y revisar aspectos importantes de esta metodología, nos ha parecido pertinente entregarle algunas aproximaciones. Recordemos que se entiende por Diseño Instruccional un “sistema integral de planificación de la enseñanza, en el cual se estructuran los diversos elementos que intervienen en el proceso”1. Observar el modelo de Diseño Instruccional difundido por Jaime Sarramona —catedrático emérito de la Universidad Autónoma de Barcelona— seguramente complementa la definición:

En el Diseño Instruccional se consideran no menos de siete elementos: 1. Identificar el propósito de lo que va a enseñarse y aprenderse, de lo que se ofrece como objeto de conocimiento, del sector de los saberes que —porque son socialmente significativos— se estima deben ser incorporados por niños y jóvenes. Primero el propósito debe estar claro para el docente, de modo que pueda ayudar a que luego resulte claro para los alumnos. Cuando comparte el propósito con los estudiantes, está poniendo en juego uno de los grados de libertad, la libertad de aceptación2 que se ejerce cuando interiormente se reconoce el valor de lo que se pide que haga. Para ello se debe explicar cuidadosamente los motivos. En caso contrario, se obedecerá pero sin convicción. De acuerdo con Delia Lerner, este nivel de libertad es el que genera las “condiciones para que el alumno pueda comprometerse con el aprendizaje”. En las Bases Curriculares 2012, el propósito está manifestado en los objetivos de aprendizaje y en los objetivos de aprendizaje transversales. Los objetivos de aprendizaje/propósitos son los que otorgan sentido a la adquisición de los contenidos, a la realización de la secuencia de actividades, a la evaluación. Es conveniente que los estudiantes tengan la oportunidad de pensar y discutir los propósitos y de volver sobre ellos cuando concluyeron los aprendizajes, para comprobar si los alcanzaron total o parcialmente y, en ese caso, ver qué decisiones compensatorias (de refuerzo o repaso) tomar para lograrlos. Este punto es muy importante, porque si miramos la realidad de nuestros niños y jóvenes, un porcentaje de ellos avanza a niveles superiores con grandes vacíos u objetivos no logrados. 2. Al construir un ambiente de aprendizaje (ambiente educativo) es importante que el docente fomente el espíritu cuestionador respecto de las propias ideas y las ajenas, que aliente la curiosidad y la indagación, favorezca la creatividad,



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I N I C I O promueva el desarrollo metacognitivo, eluda los estereotipos, genere un clima intelectualmente estimulante y asegure a los estudiantes que todos pueden aprender, que se espera mucho de ellos, que hay altas expectativas de cada uno, en definitiva, que no solo tolere la diversidad, sino que la valore3. El ambiente es concebido como mucho más que un mero espacio, como construcción diaria, reflexión cotidiana, singularidad permanente que asegure la diversidad y con ella la riqueza4. Es, en síntesis, el lugar donde se crean las condiciones para que el alumno se apropie de nuevos conocimientos y experiencias. Para ello, el profesor debe “cumplir más bien un rol de orientador, facilitador, dinamizador de aprendizajes, asesor, colaborador” 5. 3. Evocar las ideas previas para construir el nuevo conocimiento disciplinar, implica considerar los saberes anteriores que los estudiantes ya traen, sean correctos o incorrectos, porque pueden, respectivamente, apoyar o interferir y afectar el aprendizaje. Esta es la base del aprendizaje significativo. Requiere actividades que se dirijan deliberadamente a evocar “lo que se encuentra en la estructura cognitiva de la persona que aprende”6, a tender un puente cognitivo, a facilitar “la relación entre conocimientos previos y nueva información”7. Sin esas actividades “es muy probable que los alumnos sean incapaces, por sí mismos (a menos que los ayudemos a instrumentarse para ello —metacognición mediante—) de establecer una relación entre la información nueva y sus conocimientos previos”8. Así se proporciona “una fijación óptima para el material de aprendizaje”9. 4. Comprometer al estudiante con su aprendizaje, para lo cual debe percibir la conexión de los temas propuestos con la realidad y así sentirse impulsado a buscar respuestas, a estar atento al mundo que lo rodea. De ese modo podrá alcanzar niveles superiores de razonamiento. Para lograrlo, se presentan algunas sugerencias: a)

“Encuentre una forma de presentar el nuevo aprendizaje de modo que los estudiantes vean la utilidad de esforzarse para obtenerlo (…).

b) Sea flexible y conserve siempre el foco en el objetivo de aprendizaje (…). c)

Sea pródigo con el refuerzo afectivo, reconociendo el esfuerzo y estimulando a mejorar constantemente”10.

d) No olvide que la retroalimentación postevaluación es también un recurso para afianzar el compromiso con los aprendizajes. 5. Desarrollar conceptos e ideas disciplinares, comprendiendo más que memorizando, valiéndose de ejemplos, ofreciendo información rigurosa y variada, empleando representaciones que puedan convertir ideas en elementos concretos, articulando la construcción de los conceptos clave y la interpretación de las ideas propias del campo disciplinar, con el desarrollo de capacidades (las habilidades científicas). 6. Promover el pensamiento y razonamiento disciplinar para que los alumnos formen sus ideas, las desarrollen y puedan clarificarlas y reflexionar sobre ellas, para luego estar en condiciones de comunicarlas justificando y fundamentando sus opiniones, argumentando. Esto incluye también interpretar las ideas ajenas y automonitorear su progreso. Sin descuidar la apropiación imprescindible del vocabulario específico. 7. Evaluar el progreso en el aprendizaje para orientar el proceso, retroalimentarlo, reformular lo que fuere necesario, ya que entendemos por evaluación el proceso de obtención de información y de su uso para formular juicios que a su vez se utilizarán para tomar decisiones. Porque me permite saber si puedo avanzar o si es necesario retomar el tema con otro enfoque. Es que la evaluación constituye “uno de los pilares fundamentales del proceso de enseñanza-aprendizaje” . Consideraremos la evaluación en sus tres momentos: a)

inicial o de prerrequisitos.

b) formativa, mientras se desarrolla la Unidad; su sentido principal “es determinar el nivel de un aprendizaje preciso (...) ayudar al profesor y al discípulo (...) para orientarse hacia el logro de un nivel final” . Incrementa “el nivel de racionalidad en las decisiones a tomar con relación a la programación”, por eso se llama asimismo, de proceso o reguladora. Actúa como “elemento de ajuste a lo largo del proceso de aprendizaje, (...) como una reflexión crítica, (...) proporcionando una serie de informaciones que permita la retroalimentación del proceso (...) para que el profesor pueda reorientar su práctica educativa” . c)

sumativa, se centra en los momentos finales del desarrollo de la Unidad; por eso se denomina también como de producto, certificativa o de veredicto.



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1. (1991) “Tecnología de la educación”. Madrid, Santillana, colección “Léxicos”, área: Ciencias de la educación. Se puede acudir también a: Quiroga, Marta (2002). “Reflexiones sobre diseño instruccional”, en Rev. Perspectiva Educacional, Instituto de Educación, UCV, n. 39-40. Valparaíso; y a la Biblioteca del Inst. Tecnológico de Sonora (México): http:// biblioteca.itson. mx/oa/educacion/oa32/moldelos_diseno_instruccional/z2.htm 2. García Hoz, V. (1988) “Educación personalizada”. Madrid, Rialp. Cap. 1, Apart. 1.5.2. 3. Ver: Ospina, Héctor (1999) “Educar, el desafío de hoy: construyendo posibilidades y alternativas”. Santafé de Bogotá, Cooperativa Editorial Magisterio. 4. Espinoza Bardavid, Iván (2003) “Ambientes de aprendizaje como apoyo a la gestión docente presencial: Caso INACAPChile”. Ponencia en Virtual Educa, Miami. En línea. Disponible en http://www.ipae.com.br/pub/pt/re/rbead/60/materia6.htm 5. Coll, C. (1986) “Aprendizaje significativo y ayuda pedagógica”. Rev. Cuadernos de Pedagogía. (186): 16 – 20. 6. Junta de Galicia. Consejería de Educación (1992) “Diseño Curricular Base”. 7. Coll, C. (1994) “Los contenidos en la reforma”. España. Santillana. 8. Pérez Gómez, Ángel (1985) “Conocimiento académico y aprendizaje significativo”. Rev. Cuadernos de Educación. Nº 123 - 4. Venezuela. 9. www.educarchile.cl 10. Tenbrinck, T. (1988) “Evaluación”. España. Narcea. 11. Bouciguez, Angélica (1989) “Ponencia en la VI Reunión Nacional de Enseñanza de la Física”. Bariloche. 12. Bloom, B. (1981) “Evaluación del aprendizaje”. B. Aires. Troquel. 13. Junta de Galicia. Consejería de Educación. España (1992): “Diseño curricular base”.



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¿Cómo potenciar las evaluaciones? 1. La evaluación para el aprendizaje debe ser parte de una planificación efectiva para enseñar y aprender. 2. La evaluación para el aprendizaje debe tener el foco puesto en cómo aprenden los estudiantes. 3. La evaluación para el aprendizaje es central en la práctica de aula. 4. La evaluación debe ser considerada como una de las competencias clave de los docentes. 5. La evaluación debe ser cuidadosa y expresarse en forma positiva, ya que por definición, la evaluación genera impacto emocional en los estudiantes. 6. La evaluación debe tener en cuenta la importancia de la motivación del estudiante. 7. La evaluación debe promover un compromiso hacia las metas de aprendizaje y un entendimiento compartido de los criterios, según los cuales se evaluarán. 8. Los estudiantes deben recibir orientaciones constructivas sobre cómo mejorar su aprendizaje. 9. La evaluación para el aprendizaje debe desarrollar la capacidad de los estudiantes para autoevaluarse, de modo que puedan ser cada vez más reflexivos, autónomos y hábiles para gestionar su aprendizaje. 10. La evaluación para el aprendizaje debe ser usada para enriquecer las oportunidades de aprender de todos los estudiantes en todas las áreas del quehacer educativo.



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Científicos y sus contribuciones Dentro de la rama de los fluidos, es necesario destacar a los grandes científicos que desarrollaron diversas teorías para que en nuestros días estos se puedan aplicar, tanto en artefactos que se utilizan en el diario vivir como en otras que se emplean a nivel de la industria y de la ingeniería. Entre estos grandes científicos se destacan los siguientes:

APRENDIZAJES ESPERADOS • Comprender el aporte de algunos científicos al avance de la ciencia. • Realizar una investigación bibliográfica de connotados científicos.

Arquímedes de Siracusa (Siracusa, actual Italia, h. 287 a. C. - id., 212 a. C.). Matemático griego. Hijo de un astrónomo, quien probablemente lo introdujo en las matemáticas. Arquímedes estudió en Alejandría, donde tuvo como maestro a Conón de Samos y entró en contacto con Eratóstenes; a este último dedicó Arquímedes su Método, en el que expuso su genial aplicación de la mecánica a la geometría, en la que pesaba imaginariamente áreas y volúmenes desconocidos para determinar su valor. Regresó luego a Siracusa, donde se dedicó de lleno al trabajo científico.

Daniel Bernoulli (1700 - 1782). Holandés-suizo. Miembro de una familia de grandes matemáticos. Fue inicialmente profesor de anatomía, luego de botánica y finalmente, de física en la Universidad de Basilea. Desarrolló las leyes que rigen la dinámica de los fluidos (hidrodinámica) y contribuyó a los inicios de la teoría cinética de los gases.

Blaise Pascal (Clermont - Ferrand, Francia, 1623 -París, 1662). Filósofo, físico y matemático francés. Su madre falleció cuando él contaba tres años, a raíz de lo cual su padre se trasladó a París con su familia (1630). Fue un genio precoz a quien su padre inició muy pronto en la geometría e introdujo en el círculo de Mersenne, la Academia, a la que él mismo pertenecía. Allí Pascal se familiarizó con las ideas de Girard Desargues, y en 1640 redactó su “Ensayo sobre las cónicas” (Essai pour les coniques), que contenía lo que hoy se conoce como teorema del hexágono de Pascal.



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Robert Boyle (Lisemore, actual Irlanda, 1627- Londres, 1691). Químico británico, nacido en Irlanda. Pionero de la experimentación en el campo de la química, en particular en lo que respecta a las propiedades de los gases. Los razonamientos de Robert Boyle sobre el comportamiento de la materia a nivel corpuscular fueron los precursores de la moderna teoría de los elementos químicos. Fue también uno de los miembros fundadores de la Royal Society of Sciences de Londres.

Otto von Guericke (Magdeburgo, actual Alemania, 1602- Hamburgo, 1686) Físico e ingeniero alemán. Estudió derecho en la Universidad de Jena y matemáticas en la de Leiden. Durante la guerra de los Treinta Años sirvió como ingeniero en el ejército de Gustavo Adolfo de Suecia. De sus estudios sobre el vacío concluyó que este admitía la propagación de la luz pero no la del sonido, y que determinados procesos, como la combustión y, por tanto, la respiración animal, no podían tener lugar en condiciones de ausencia de aire. En 1654 realizó su famoso experimento de los hemisferios de Magdeburgo, en el que dos semiesferas de cobre de 3,66 metros de diámetro quedaron unidas con tal fuerza por el efecto de un vacío parcial creado en su interior, que ni con la fuerza de dieciséis caballos fue posible separarlas.

Evangelista Torricelli (Faenza, actual Italia, 1608 - Florencia, 1647). Físico y matemático italiano. Se atribuye a Evangelista Torricelli la invención del barómetro. Asimismo, sus aportaciones a la geometría fueron determinantes en el desarrollo del cálculo integral. Su tratado sobre mecánica “De motu” (acerca del movimiento) logró impresionar a Galileo, en quien el propio Torricelli se había inspirado a la hora de redactar la obra. En 1641 recibió una invitación para actuar como asistente de un ya anciano Galileo en Florencia, durante los que fueron los tres últimos meses de vida del célebre astrónomo de Pisa.



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Marie Curie (1867-1934). Fue una química y física polaca posteriormente nacionalizada francesa. Pionera en el campo de la radiactividad, fue la primera persona en recibir dos premios Nobel y la primera mujer en ser profesora en la Universidad de París. Nació en Varsovia (Zarato de Polonia, imperio ruso), donde vivió hasta los 24 años. En 1891 se trasladó a París para continuar sus estudios. Fundó el Instituto Curie en París y en Varsovia.

Henrietta S. Leavitt (1868 -1921). Estudió astronomía en lo que es hoy el Radcliffe College, donde en 1892 recibió su grado de Bachiller. Unos cuantos años después ingresó al Observatorio del Harvard College como ayudante voluntaria de investigación, pero terminó trabajando allí por el resto de sus días. Edward Pickering, director del observatorio, le sugirió un cierto programa, gracias al cual ella se convirtió en una de las primeras astrónomas en comparar en forma sistemática la luminosidad de las estrellas utilizando láminas fotográficas.

Actividad

Investigar

Grandes científicos 1. Realiza junto con tus compañeros y compañeras una investigación acerca de por qué los científicos del siglo XVII y XVIII eran hombres. 2. Investiguen sobre el aporte de mujeres a la física y astronomía, tales como: Marie Curie, Henrietta Leavitt, Emmy Noether.

HABILIDADES Y DESTREZAS • Investigar • Recopilar • Registrar

3. Pueden obtener la información entrevistando a profesores de tu colegio del área de Lenguaje y Comunicación, así como del área de Ciencias Sociales. Además, pueden visitar a investigadores de distintas universidades chilenas para conocer su opinión sobre algunos de estos científicos. 4. Averigüen qué sucedía en Chile a comienzos de siglo XX en relación con la investigación científica y particularmente quién fue Ramón Salas Edwards, determinando cuáles fueron sus aportes a la física y a la ciencia en general.

Navegando. Podrás encontrar estas y otras biografías en: - www.biografiasyvidas.com



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I N I C I O

¿Cómo abordar los aspectos valóricos? El desarrollo de valores en el área de las ciencias es elemental para poder alcanzar los logros esperados por parte de los estudiantes; por esto que se pretende que mantengan una conexión con la ciencia, tecnología y sociedad que se acerque a la búsqueda de una cultura global donde se incluyan avances tecnológicos que pueden llegar a ser de gran importancia en la integración de conceptos científicos. La idea es lograr que los estudiantes piensen cómo un científico que posee elevados conocimientos y habilidades, y que sabe conducirlos a favor de la sociedad y comunidad educativa. Esto se expresará en saber trabajar en grupo, en interpretar social y económicamente las necesidades y demandas, en dirigir procesos mediante la participación, el diálogo y la comunicación, en busca de información valiosa para la competitividad. Esta conexión de lo social y lo científico en ciencias lleva a: • Comprender la naturaleza y la tecnología, relacionando la sociedad como influyente sobre la reflexión acercándose a una actitud científica. • Cultivar una conciencia crítica enfocada multidisciplinariamente, fomentando la participación social en la toma de decisiones en la sala de clases. • El desarrollo de las capacidades de valorar los recursos y capacidades de los estudiantes para la búsqueda de la solución a problemas científicos. Los puntos anteriores hacen que la ciencia, tecnología y sociedad sean abordadas por los docentes en forma constante en la física, integrándolas a lo largo del currículo, para finalmente cumplir el objetivo de alcanzar el desarrollo en los futuros profesionales de una nueva imagen de la ciencia y de la tecnología, que exprese los nexos con la economía, la política, la moral, las relaciones con la naturaleza, y que lleven a una actitud de conservación que se relaciona con la capacidad valorativa y con la responsabilidad social. Podemos finalizar mencionando que la educación basada en valores se relaciona con el proceso de humanizar e intencionar lo social, que se conecta con los adelantos científicos del área de la física, y que ayuda a los estudiantes a desarrollar su personalidad, preparándolos para la vida y su futuro como profesionales.



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Pauta para evaluar exposiciones orales individuales Nombre del expositor Tema Fecha Puntaje total

Nota

Indicaciones: De acuerdo a lo presentado por el estudiante, señale en cada casillero el puntaje obtenido de acuerdo a su apreciación, conforme a la valoración: 1: insatisfactorio, no evidencia el rasgo con una frecuencia significativa (<25%). 2: insatisfactorio, evidencia el rasgo de manera ocasional (<50%). 3: satisfactorio, evidencia el rasgo de manera general (<75%). 4: notable, evidencia el rasgo de manera permanente (>75%). Indicadores

1

2

3

4

Se expresa con soltura frente a sus compañeros. Emplea un lenguaje científico adecuado. Manifiesta dominio del tema expuesto. Establece relaciones entre el tema expuesto y situaciones cotidianas. Realiza las adecuadas inflexiones de voz, con una modulación apropiada. Emplea materiales de apoyo (si corresponde). Emplea un lenguaje apropiado al nivel de sus compañeros, pero sin perder la rigurosidad. Es capaz de centrar la atención de sus compañeros y de la exposición en torno a la idea fuerza. Presenta el tema manteniendo un adecuado hilo conductor. Realiza una adecuada articulación entre los temas que presenta.



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I N I C I O

Pauta para evaluar investigaciones bibliográficas Nombre del estudiante Problema o tema de investigación Fecha Puntaje total

Nota

Indicaciones: De acuerdo a lo presentado por el estudiante, señale en cada casillero el puntaje obtenido de acuerdo a su apreciación, conforme a la valoración: 1: insatisfactorio, no evidencia el rasgo con una frecuencia significativa (<25%). 2: insatisfactorio, evidencia el rasgo de manera ocasional (<50%). 3: satisfactorio, evidencia el rasgo de manera general (<75%). 4: notable, evidencia el rasgo de manera permanente (>75%). Indicadores

1

2

3

4

1. El problema y/o el tema escogido es relevante y está suficientemente identificado y descrito. 2. La investigación plantea una introducción y objetivos. 3. La investigación propone preguntas o pistas por las cuales iniciar el trabajo. 4. La investigación presenta un breve, pero significativo marco conceptual o teórico. 5. La investigación contempla diversas y variadas fuentes, como textos, revistas, Internet, etc. 6. Las fuentes bibliográficas son actualizadas y pertinentes al tema de investigación. 7. El desarrollo de la investigación evidencia la búsqueda de las respuestas planteadas al inicio. 8. El análisis de la información evidencia estar hecho sobre la base de lo investigado. 9. La investigación presenta conclusiones válidas para la información recolectada. 10. El análisis de la información, al igual que las conclusiones, contempla el cruce con los contenidos desarrollados en clases. 11. Las conclusiones finales abren la posibilidad de nuevas preguntas y propuestas de trabajo. 12. La investigación presenta citas y referencias bibliográficas. 13. La investigación presenta cuadros, tablas, gráficos, dibujos, esquemas. (si corresponde). 14. La investigación se presenta con adecuada redacción y ortografía.



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Física nuestra de cada día Alas de avión y sustentación dinámica Para que los aviones vuelen, es necesario que exista una fuerza que logre hacer que estos despeguen del suelo. Esta fuerza se denomina fuerza de sustentación, la que actúa sobre sus alas, los mantiene en el aire si se mueven con una rapidez suficientemente elevada en relación con el aire y el ala está inclinada hacia arriba en un ángulo pequeño (“ángulo de ataque”), como se muestra en la figura donde se ven las líneas de corriente de aire recorriendo por el ala.

Figura 2.14 Ala de avión.

La inclinación hacia arriba, así como la superficie superior redondeada del ala, provocan que las líneas de corriente se fuercen hacia arriba y se agrupen sobre el ala (Figura 2.14). El área para el flujo de aire entre dos líneas cualesquiera de corriente se reduce conforme las líneas de corriente se juntan, así que, a partir de la ecuación de continuidad (A1 • v1 = A2 • v2), la rapidez del aire aumenta sobre el ala donde las líneas de corriente están más juntas. Puesto que la rapidez del aire es mayor sobre el ala que debajo de ella, la presión sobre el ala es menor que debajo de esta (principio de Bernoulli). De esta forma, existe una fuerza ascendente neta sobre el ala llamada sustentación dinámica. Los experimentos demuestran que la rapidez del aire sobre el ala incluso puede ser el doble de la rapidez del aire bajo ella. (La fricción entre el aire y el ala ejerce una fuerza de arrastre, hacia la parte trasera, que debe ser superada por los motores del avión). Un ala plana, o con sección transversal simétrica, experimentará sustentación en tanto el frente del ala esté inclinado hacia arriba (ángulo de ataque). El ala que se muestra en la figura 2.14 puede presentar sustentación incluso si el ángulo de ataque es cero, pues la superficie superior redondeada desvía el aire hacia arriba, apretando las líneas de corriente. Los aviones pueden volar de cabeza y experimentar sustentación, si el ángulo de ataque es suficiente para desviar las líneas de corriente hacia arriba y acercarlas. 188 GF.3_4M_CAMBIO.indd 188


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I N I C I O

La figura considera líneas de corriente; pero si el ángulo de ataque es mayor que aproximadamente 15°, se registra turbulencia, lo que conduce a mayor arrastre y menor sustentación, y esto, a la vez, provoca que el ala “pierda fuerza” y que el avión caiga. Esto se aprecia mejor en la figura 2.15.

Figura 2.15 Diferentes ángulos de ataque.

Desde otro punto de vista, la inclinación hacia arriba de un ala significa que el aire que se mueve horizontalmente enfrente del ala se desvía hacia abajo; el cambio en la cantidad de movimiento de las moléculas de aire que rebotan da como resultado una fuerza ascendente sobre el ala (tercera ley de Newton). En la figura 2.16 se muestran algunos ejemplos de otras estructuras geométricas sometidas a las mismas condiciones de flujo de aire.

Figura 2.16 Flujos de aire en distintas estructuras geométricas.



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Aplicaciones de la hidrostática Los vasos comunicantes Estos son recipientes de distinta forma, tamaño y material que se encuentran conectados entre sí; la característica común que presentan es que al llenarlos con líquido alcanzan la misma altura.

hA

hB

A

hC

B

hD

C

D

PA = d • g • hA = d • g • hB = d • g • hC = d • g • hD → hA = hB = hC = hD

La igualdad de las alturas se debe a la presión interna en el interior del fluido del tubo. Para calcular matemáticamente la presión de los vasos comunicantes, se puede medir uno solo gracias a la igualdad entre ellos.

hA A

B

hmercurio

El manómetro Este instrumento fue elaborado para medir la presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados. Es utilizado por los médicos para medir la presión arterial. La imagen representa un manómetro de mercurio, compuesto de un tubo de vidrio con mercurio en su interior. Midiendo la altura de ambas ramas, podemos calcular la densidad del líquido A. PA = PB → dA • g • hA = dHg • g • hHg h dA = dHg • RHg

Fuente: Archivo editorial



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I N I C I O

Aplicación del principio de Arquímedes a) Balanza hidrostática Esta posee platillos ubicados a alturas desiguales que se utilizan para determinar, si el cuerpo es un sólido, lo siguiente: • El objeto se cuelga de un hilo muy fino de masa despreciable y se equilibra la balanza con pesas, obteniendo cierta masa (mobjeto). • Al introducir el objeto en un vaso con agua destilada (esta posee una densidad de 1 g/cm3), la balanza se desequilibra por efecto del empuje. Esta retorna a su equilibrio a causa de las nuevas pesas en el platillo corto, que serán equivalentes a la masa de agua desalojada, obteniendo una masa (magua). Entonces, el volumen del cuerpo será: magua Vcuerpo = Vagua : dagua • Conociendo el volumen del cuerpo, luego se puede calcular la densidad de la siguiente forma: mobjeto Vobjeto = dobjeto A través de esto también se puede obtener la densidad de líquidos desconocidos, pues bastaría con repetir lo anterior e introducir el cuerpo en el líquido problema. Con esto obtendremos un empuje que es función de la densidad de un líquido.

A continuación se muestra un ejemplo. Se equilibra la pesa con 100 g (mobjeto), luego de colgar una bola. Después se introduce la bola en el agua destilada y volvemos a equilibrar la balanza sumando la masa del agua en 82 g (magua). Por lo que el volumen del objeto es: m Vcuerpo = Vagua : agua = 82g 3 = 82 cm3 dagua 1g/cm Y la densidad de: dobjeto= 120 g3 = 1,22 g/cm3 82cm

Fuente: Archivo editorial



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b) La flotación Plano de Un barco se mantiene sumergido y flotando debisimetría do a que el peso es igual al empuje. Además, se debe mencionar que la fuerza de empuje actúa en un punto central llamado centro de empuje, que coincide con el centro de gravedad. Esto hace que la posición del barco sea estable, siendo suficiente con que su centro de gravedad esté situado por Centro de Centro de debajo del centro de empuje y en misma vertical. gravedad (c.g.) empuje (c.e.) Al inclinarse un barco por efecto del viento y del oleaje del mar se desplaza la posición del centro de empuje hasta que el volumen sumergido sea el mismo, con lo que varía su geometría.

Metacentro M

→ E

Si este barco se mueve y la línea de acción corta el eje de simetría propio del barco en un punto M (metacentro) ubicado encima del centro de gravedad, el giro producido por las fuerzas hace que el barco recupere su posición inicial vertical y se mantenga estable sobre el agua.

G → P

Si este barco se mueve más de lo común, su punto M se ubicaría por debajo del centro de gravedad, y el giro provocará una fuerza que volcará el barco. Esto suele suceder en época de temporales en el invierno. G M → → E P

Por lo tanto, para cualquier objeto que flote, cuanto más bajo esté ubicado el centro de gravedad de este, más estable será el equilibrio de este objeto sobre el fluido. Fuente: Archivo editorial



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I N I C I O

Identificación y medida de la carga eléctrica utilizando un electroscopio El electroscopio es un instrumento que se utiliza para medir la carga eléctrica. Este se compone de una barra metálica que termina en la parte superior en una esfera y en la parte inferior en dos delgadas láminas metálicas, que en general son de oro. La barra metálica se encuentra en un sistema aislado de vidrio.

Metal

Aislante Lámina de oro

Vidrio

Este instrumento puede ser utilizado de dos formas para medir la carga eléctrica, acercando o tocando la esfera superior con un cuerpo u objeto cargado eléctricamente. Al acercarla o tocar la esfera se producen dos fenómenos: +++++ ++++ ++++ ++++ ++++ ++++ ++++ +++

Barra de vidrio cargado

+ ++ +++

a) La conducción: al tocar la esfera del electroscopio con un cuerpo u objeto electrizado, se realiza una transferencia de electrones, el electroscopio se carga y se separan las láminas de oro. Al observar la imagen vemos que se acerca una barra de vidrio cargada positivamente, esto hace que la carga descienda hasta las láminas de oro, y por poseer igual signo de carga, estas se separen.

Los electrones del electrosocopio pasan a la barra

+ ++ ++ ++ _ ++ + ++ + + + + +

+ + + + +

+ + + + + +

El ángulo de separación es proporcional a la carga

Electroscopio neutro

_

_

_

_

_

_

_

Barra de plástico cargado _

+

α

_

_

_

Electroscopio cargado

b) La inducción: al acercar un cuerpo u objeto electrizado, se produce una redistribución de cargas eléctricas, y al alejarlo, la lámina de oro vuelve a su estado neutral. La imagen muestra que cuando se le acerca una barra de plástico cargado negativamente, este repele a los electrones del electroscopio a la parte inferior de las láminas de oro y estas se separan, pero al alejar el cuerpo u objeto, los electrones se reordenan y vuelven a su estado inicial.

Los electrones de la barra _ repelen a los del _ _ _ electroscopio _

+ ++ + + + + + _ _ _ _

_ _ _ _

_ _


Al retirar la barra, las laminillas vuelven a juntarse _

α

_

El ángulo de separación es proporcional a la carga


En ambos casos el ángulo de separación de las láminas de oro es proporcional a la carga transferida. Fuente: Archivo editorial



193 06-08-13 22:31

La electrostática en nuestras vidas Existen varios ejemplos de la electrostática en nuestras vidas, como los usos industriales y otros que evitan contaminantes, como por ejemplo: Precipitaderos electrostáticos Las industrias y centrales eléctricas que consumen combustibles de origen fósil, como el petróleo y carbón, generan una gran contaminación ambiental en forma de humo producto de la quema de tales combustibles. El humo está compuesto de diminutas partículas que dañan el ambiente y provoca daños respiratorios al ser humano. Los “precipitadores electrostáticos” se elaboraron con el fin de eliminar el humo de chimeneas industriales para evitar el paso de partículas a la atmósfera terrestre. 1. Las partículas de humo recogen las cargas positivas.

Gases de desechos sin partículas de humo

2. Las partículas de humo son atraídas por las placas.

Carga positiva recogida de placa

2 +

3. Las partículas de humo reposan sobre las placas para luego ser eliminadas.

+

3 1 –

Carga negativa rejilla de metal

Gases contaminantes con partículas de humo

La fotocopiadora Fue creada por Chester Calson en 1938 e inicialmente funcionaba por fotografía eléctrica. En la actualidad son aparatos que sirven para obtener copias exactas de un documento original mediante un proceso electrostático. Al interior poseen tambores eléctricos que liberan electrones y una corona que genera un campo de cargas eléctricas positivas sobre el tambor. Documento original

Física La fotocopia es sacada de la placa de copiado para revelar el texto

acisíF

La imagen del documento es proyectada en una placa con carga positiva

La fotocopiadora El papel es colocado sobre la placa de copiado. El toner es transferido al papel y calentado para adherirse

acisíF

En el lugar donde cae la luz, la carga eléctrica se filtra

acisíF Las partículas negras del toner cargadas negativamente son atraídas a las áreas positivas restantes



06-08-13 22:31

I N I C I O

Potencial eléctrico Carga no puntual El potencial eléctrico originado por una carga puntual tiene la característica de que puede aumentar hasta el infinito, cuando r es igual a cero (r→0). Esta es una situación imaginaria y no real, aunque generalmente la carga eléctrica se asienta dentro de un conductor no puntual. Al interior de un conductor cualquiera los portadores de carga siempre se mueven libremente, presentando una distribución con una repulsión casi mínima. Por eso, cuando un conductor se encuentra en equilibro o representa neutralidad de cargas, el exceso de cargas se reparte por su superficie, por lo tanto, el potencial eléctrico del conductor es constante y coincide con el de la superficie, y el campo eléctrico es neutro. Q Esfera V= 4 • π • εo • R conductora + + + cargada + E = 0 + + V = cte + Q V= + + + 4 • π • εo • r Potencial R

v

+

r

r

Un conductor descargado no posee potencial nulo. Cuando se carga, el cociente entre la carga acumulada y el potencial alcanzado se mantiene constante, por lo que la capacidad eléctrica de un conductor es como el cociente constante entre el exceso de carga (q) y el potencial (V) que adquiere cuando está aislado. Esto se representa mediante la siguiente ecuación: C = q

V

Superficies equipotenciales Los puntos continuos del campo eléctrico que presentan igual potencial forman una superficie equipotencial, por lo que podemos decir que la superficie de un conductor es una “superficie equipotencial”. Una propiedad elemental de estas superficies que son perpendiculares a las líneas de fuerza en todo punto del campo eléctrico. –30V

–30V

–45V –90V

–45V –90V →

+

Superficies equipotenciales

→

E

–

Superficies equipotenciales

E

+ + + + + + + +

+50V +25V 0V –25V –50V

→

E

– – – – – – – –

La imagen nos muestra las superficies equipotenciales en un campo eléctrico creado con carga positiva y negativa en el campo eléctrico uniforme entre ambas láminas cargadas. El vector de campo E posee una orientación hacia potenciales decrecientes por el camino más corto. Fuente: Archivo editorial



195 06-08-13 22:31

Otros recursos fotocopiables para atender a la diversidad

Proyecto científico La física en el parque de diversiones Un parque de diversiones se nos presenta como la posibilidad de asistir y ser actores de primer orden en un gigantesco laboratorio de física, donde cada juego es un laboratorio particular para entender cómo funcionan las cosas desde la perspectiva de la ciencia. Estas propuestas de investigación deben entenderlas como una gran oportunidad para que, mediante indagaciones, observaciones, mediciones e Internet, diseñen proyectos de investigación asociados a los diversos dispositivos y juegos que presenta el parque. Formen grupos de no más de tres compañeros y compañeras para trabajar en el proyecto. Las tareas que los distintos grupos deben realizar a continuación están asociadas a la mecánica lineal y rotacional. • Determinen las fuerzas que actúan sobre un pasajero en los juegos seleccionados. • Identifiquen la fuerza centrípeta en los movimientos rotacionales para un pasajero o carro con pasajeros. Encuentren la rapidez lineal de un pasajero cuando se encuentra en la parte más baja de su trayectoria. • Determinen el trabajo efectuado por el motor de la montaña rusa cuando este arrastra el tren hasta la cumbre de la primera colina. • Determinen la potencia desarrollada por el motor de la montaña rusa para las mismas condiciones anteriores. • Encuentren, en los casos en que corresponda, los coeficientes de roce entre rodadura y rodado.



06-08-13 22:31

I N I C I O

Proyecto científico: Movimiento circular uniforme Analiza la situación:

Un automóvil que circula a unos 72 km/h frena en un instante dado y consigue detenerse tras recorrer una distancia de 40 m. Sus ruedas poseen un radio de 25 cm. Definición del problema Según la situación anterior, piensa cómo estudiar el movimiento circular de esta acción y luego define los objetivos de estudio. Análisis de la solución Para hacer el análisis de la solución, se debe estudiar el movimiento circular de las ruedas en términos lineales y en términos angulares, calculando su aceleración de frenado y el tiempo que el automóvil tarda en detenerse. Para la solución es importante tomar en cuenta que la descripción del movimiento circular puede realizarse en función de magnitudes lineales, ignorando la forma de la trayectoria, o bien en función de magnitudes angulares, pero que ambas se relacionan con el valor del radio de la trayectoria. Informe final Se deberá entregar un informe final con el análisis del estudio que contenga: portada, introducción, desarrollo y conclusión.



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Evaluación 1: Formas en el cielo Nombres: Puntaje total:

Nota: Fecha:

I. Selección única Seleccione la opción que considere correcta, de acuerdo a la situación planteada en cada caso. 1. Si se conoce el brillo y el paralaje de una estrella NO se puede determinar: a) su magnitud absoluta b) su distancia c) su luminosidad d) su índice de color e) su magnitud aparente 2. La estrella más cercana se encuentra a una distancia aproximada de 1 pc. Por esta razón ninguna estrella presenta un paralaje: a) menor a 1” b) mayor a 0.0001” c) mayor a 1” d) mayor a 1.0001” e) igual al de esta estrella 3. Una estrella A tiene un brillo 100 veces mayor a la de otra estrella B. Sobre sus magnitudes aparentes podemos afirmar que: a) la magnitud de A es 100 veces menor que la de B b) la magnitud de A es 5 unidades menor que la de B c) si la magnitud de A es 0 la de B es -5 d) si la magnitud de A es 5 la de B es -5 e) nada podemos decir sobre sus magnitudes conociendo solo el brillo

II. Resuelve el siguiente problema: Un telescopio con un objetivo de un metro de radio está dotado de un dispositivo que permite medir la energía recibida por cada frecuencia. Orientando el telescopio hacia una estrella lejana, se encuentra que la longitud de onda para la que se obtiene el máximo de energía es λ = 4700 Å, y que tras 20 minutos de exposición la energía total recibida (barriendo todas las frecuencias) es de 6 mJ. ¿A qué distancia se encuentra la estrella, si se supone que su radio es igual al del Sol, con RS = 7 x 105 km?



06-08-13 22:31

I N I C I O

SOLUCIONARIO 1. d 2. a 3. c

Solución del problema Cálculo de la potencia

Pabs =

6 ⋅ 10 −3 J 1 min 20 min

⋅

60 seg

= 5 ⋅ 10 −6 W

Por otro lado, aplicando la ley de Wien, podemos calcular la temperatura de la estrella.

T=

2, 9 ⋅ 10 −3 m ⋅ K

λ max

=

2, 9 ⋅ 10 −3 m ⋅ K 4700 ⋅ 10 −10 m

= 6160 K

Por último, basándose en la ley de Stefan - Boltzmann, procedemos a calcular dicha distancia

Pabs =

σ ⋅ T 4 ⋅ 4 ⋅ π ⋅ Rs2 ⋅ π ⋅ R 2 despejando la distancia D 2 A⋅π⋅ D

D2 =

σ ⋅ T 4 ⋅ Rs2 ⋅ π ⋅ R2 Pabs

D=

5, 67 ⋅ 10 −8

W m ⋅K4 2

⋅ 6160 4 K 4 ⋅ ( 7 ⋅ 10 8 m )2

5 ⋅ 10 −6 W

⋅ π ⋅ (1m )2

D = 5, 02 ⋅ 1015 m Tabla de niveles de logro Distinguen las estrellas por sus propiedades de brillo, tamaño, color, entre otras. NIVELES DE LOGRO

DESCRIPTORES

Excelente

Aplica los conceptos y fórmulas ligadas a las estrellas, específicamente las que se refieren a la magnitud aparente, paralaje estelar, brillo, potencia emitida. De esta forma determina las variables físicas solicitadas en el problema.

Bueno

Aplica los conceptos y fórmulas ligadas a las estrellas, específicamente las que se refieren a la magnitud aparente, paralaje estelar, brillo, potencia emitida. De esta forma determina parcialmente las variables físicas solicitadas y comete errores en las soluciones entregadas

Satisfactorio

Aplica algunos de los conceptos y fórmulas ligadas a las estrellas, específicamente las que se refieren a la magnitud aparente, paralaje estelar, brillo, potencia emitida. Pero no logra determinar todas las variables físicas solicitadas en el problema.

Necesita reforzamiento

El desempeño que presenta durante la actividad impide afirmar que conoce los conceptos y fórmulas ligadas a las estrellas, específicamente las que se refieren a la magnitud aparente, paralaje estelar, brillo, potencia emitida. Además, manifiesta un desconocimiento del procedimiento para resolver el problema.



199 06-08-13 22:31

Actividad complementaria: Impacto ambiental Trabajo grupal Nombre(s): ______________________________________________________Fecha:_____

Objetivo • Conocer la opinión pública sobre la contaminación ambiental

Materiales • Mapa de la zona o población que vas a estudiar. • Cuaderno de Física. • Encuesta. • Texto de estudio.

Desarrollo 1. División de la clase en grupos de cuatro personas como máximo. 2. Asignar un área de estudio a cada grupo, dentro de la zona o población que se va estudiar. 3. Explicación en clase de los tipos de encuesta. 4. Ejemplos de cómo interpretar los resultados. 5. Analizar los resultados obtenidos por edad y por pregunta.

Resultados Luego de aplicar la encuesta, recopila la información para su tabulación: 1. Tabula los resultados de las respuestas de la encuesta y sepáralas por pregunta (se adjunta la encuesta a continuación). 2. Realiza un gráfico de torta con las respuestas obtenidas.

Responde 1. En general, ¿cuál es la opinión de la población respecto a la contaminación ambiental? 2. El grado de percepción sobre la contaminación ambiental ¿cambia con la edad? 3. ¿Cuáles son las medidas que implementarían para provocar un cambio en la ciudadanía respecto a la contaminación ambiental?



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I N I C I O

Esta encuesta sobre conocimiento acerca de la problemática ambiental puede ser útil para reflexionar sobre ella. Es conveniente realizarla a personas de distinto sexo y edad.

Encuesta 1. Tener planes en tu casa, para ti es: Muy importante Bastante importante Poco importante Nada importante

9. Cuando las personas están en lugares públicos, pueden dejar residuos (latas, botellas, plástico…) tirados, porque no hay dónde depositarlos. Acuerdo Desacuerdo

2. ¿Te gusta la vida al aire libre? Sí No

10. En medio de una congestión de tránsito hay que tocar la bocina para agilizar la circulación. Acuerdo Desacuerdo

3. En tu ciudad la contaminación es: Mucha Bastante Poca No hay contaminación

11. Muchas veces los terrenos limpios son un buen lugar para tirar la basura. Acuerdo Desacuerdo

4. ¿Cuál de estas medidas te parece más eficaz para controlar el problema de la contaminación? Sanciones (multas, etc.) Educación (campañas, información, etc.) Participación de los vecinos Otra 5. ¿Escuchaste o has leído sobre la contaminación? Sí No 6. ¿Crees que la contaminación del aire produce problemas de salud? Sí No 7. ¿Crees que el ruido en las grandes ciudades ocasiona problemas de salud? Sí No 8. ¿Consideras que la falta de espacios verdes ocasiona problemas de salud? Sí No Lee las siguientes afirmaciones y marca si estás de acuerdo o en desacuerdo con cada una de ellas.

12. La gente no tiene conocimiento si el escape de su auto no funciona y contamina. Acuerdo Desacuerdo 13. No tiene importancia que la gente tire papeles de cigarrillos o golosinas en la calle. Acuerdo Desacuerdo 14. Los industriales no pueden hacer nada si los efluentes/ residuos de sus industrias contaminan. Acuerdo Desacuerdo 15. Los aerosoles son perjudiciales para la atmósfera. Acuerdo Desacuerdo 16. El tema de la contaminación es un invento de los ecologistas, ambientalistas, etc. Acuerdo Desacuerdo 17. En la ciudad no es necesario cuidar la energía eléctrica porque sobra. Acuerdo Desacuerdo



201 06-08-13 22:31

Evaluación 1: Movimiento rotacional Nombre: Fecha:

Puntaje obtenido:

Nota:

Encierra en un círculo la única alternativa correcta. 1. Una pelota de 0,2 kg de masa se mueve con movimiento circular uniforme de radio 1 m. Su aceleración centrípeta es en m/s2. a) 20 b) 30 c) 40 d) 50 e) 10 2. Si una partícula se mueve con movimiento circular uniforme, ¿qué sucede con la fuerza centrípeta si la rapidez de la partícula se duplica? a) Se mantiene constante. b) Se duplica. c) Se triplica. d) Se cuadruplica. e) Se quintuplica. 3. ¿Cuál es la fuerza que causa que una lanzadera espacial orbite alrededor de la Tierra? a) Centrífuga. b) Magnética. c) Gravitacional. d) Fricción. e) Ninguna de las anteriores. 4. ¿Cuál es la fuerza que te permite girar andando en una bicicleta sobre un pavimento plano horizontal? a) Gravitacional. b) Peso. c) Roce. d) Normal. e) Ninguna de las anteriores. 5. Un pequeño objeto atado a una cuerda se mueve con movimiento circular uniforme con un período de 0,2 s y un radio de 0,1 m. La rapidez angular del objeto en rad /s es: a) 5 π b) 7 π c) 8 π d) 10 π e) 15 π



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Evaluación 2: Dinámica rotacional Nombre: Fecha:

Puntaje obtenido:

Nota:

Encierra en un círculo la única alternativa correcta. 1. Para el sistema de la figura, el momento de inercia respecto del punto O perpendicular a la página es (las masas de los cilindros que unen los objetos son despreciables): m

a) 3mb b) 0,5mb3 c) 2mb2 d) 4mb2 e) 9mb2

b m

O

b

m

2. Dos niños están sentados en un balancín de una plaza, separados por una distancia “b”. El tablón se encuentra totalmente horizontal en equilibrio mecánico. Si las masas de los niños son de 40 kg y 30 kg, el momento de inercia del sistema respecto de un eje que pasa por el punto de pivote o fulcrum es (la masa del tablón es despreciable): a) 17,2b2

b) 15,4b3

c) 16,8b

d) 18,3b

e) 33b

3. Se monta una rueda (I = 4 Kgm2) sobre un eje estacionario. Partiendo desde el reposo, alcanza una rapidez de 6 rps en 30 s. La magnitud del torque que produce esta rotación es en Nm: a) 8

b) 7

c) 6

d) 5

e) 9

4. Una rueda posee un momento de inercia de 20 Kg/m2 y rota con una rapidez de 120 rpm. Si la rueda se detiene en un tiempo de 30 s, el torque retardador es en Nm: a) 4,8

b) 6,7

c) 8,4

d) 5,3

e) 9,1

5. Cuando una masa de 500 g de masa se cuelga por medio de un hilo del borde de una rueda de 20 cm de radio, la masa cae 40 cm en un tiempo de 8 s. El momento de inercia de la rueda es en kg/m2: a) 23,4

b) 15,7

c) 20,4

d) 18,5

e)31,8



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Evaluación 3: Hidrostática Nombre: Fecha:

Puntaje obtenido:

Nota:

Responde las siguientes preguntas: 1. ¿Qué es un fluido? 2. ¿Qué representa la densidad de un fluido? 3. ¿Qué se entiende por presión? 4. ¿Cuál es la función de la presión hidrostática? 5. ¿Qué unidades conoces para medir la presión? 6. ¿Qué entiendes por presión atmosférica? 7. ¿En qué consiste el experimento de Torricelli? Explica. 8. ¿De qué se trata el principio de Pascal? Explica. 9. ¿En qué consiste el principio de Arquímedes? 10. ¿Qué se entiende por empuje de un fluido? 11. ¿Cuál es la relación entre la presión y la profundidad? 12. ¿Qué pasa con el peso de un cuerpo dentro de un fluido? 13. Explica qué es un vaso comunicante y nombra algunas de sus aplicaciones. 14. ¿Por qué un cuerpo puede flotar en un fluido? Explica. 15. ¿Qué significa capilaridad?



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Puntaje obtenido:

Nota:

Encierra en un círculo la única alternativa correcta: 1. ¿Cuál de las siguientes definiciones corresponde al principio de Pascal? a) La presión que se ejerce sobre un líquido se propaga en todas direcciones. b) La fuerza que se ejerce sobre un líquido se propaga en todas direcciones. c) La presión decrece cuadráticamente con la profundidad. d) La presión crece exponencialmente con la profundidad. e) La presión permanece constante con la profundidad. 2. Si un cuerpo se sumerge en agua, podemos decir correctamente que sobre el cuerpo la presión: a) decrece linealmente con la profundidad. b) crece linealmente con la profundidad. c) decrece cuadráticamente con la profundidad. d) crece exponencialmente con la profundidad. e) permanece constante con la profundidad. 3. Dos partículas están sumergidas en agua (densidad 1 g/cm3) a profundidades de 1 m y 3 m respectivamente. Determina la diferencia de presión entre ellos. (Considera g = 10 m/s2) a) 1.000 Pa b) 2.000 Pa c) 3.000 Pa d) 10.000 Pa e) 20.000 Pa 4. ¿Cuál de las siguientes definiciones corresponde al principio de Arquímedes, respecto de un cuerpo sumergido totalmente en un fluido?: a) El empuje es igual, en módulo, al peso del fluido desplazado. b) El empuje es igual, en módulo, a la masa del fluido desplazado. c) El empuje es igual, en módulo, al volumen del fluido desplazado. d) El empuje es igual, en módulo, al peso del objeto sumergido. e) El empuje es igual, en módulo, al peso del cuerpo más el peso del fluido desplazado.



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Puntaje obtenido:

Nota:

Responde las siguientes preguntas: 1. ¿De qué depende la presión que ejerce un cuerpo? 2. ¿Es imposible realizar el experimento de Torricelli con otro fluido que no sea mercurio? 3. ¿En relación a la profundidad, qué puedes decir con respecto a la presión? 4. Según el principio de Pascal, ¿las presiones son iguales en todos los puntos del fluido? 5. ¿Cuál es la presión que ejerce el mercurio en la base de una columna de 765 mm de altura? 6. La presión en el fondo de una represa es cinco veces la que existe en la profundidad de 1,2 m. ¿Cuál es la profundidad de la represa? 7. Un cubo de metal mide 2 cm por lado. ¿Cuál es la fuerza de empuje que ejerce sobre el cubo cuando está totalmente sumergido en aceite cuya densidad es de 864 Kg/m3? 8. Una balsa de 6 m • 4 m flota en un río. Al subir a la balsa un automóvil cargado, se hunde 3 cm más en el agua. ¿Cuál es el peso del auto? 9. Al colocar en una balanza muy precisa una probeta parcialmente llena de agua, la balanza indica 22 g. Si en el agua flota un pedazo de madera de 905 kg/m3 de densidad y con un volumen de 2,1 cm3, ¿cuál será la altura de la balanza?



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Evaluación 6: Hidrodinámica Nombre: Fecha:

Puntaje obtenido:

Nota:

Encierra en un círculo la única alternativa correcta: 1. ¿Qué significa la expresión el “flujo de un fluido”? 2. ¿Qué es numéricamente mayor, el peso específico de un cuerpo o su densidad? 3. ¿Qué entiendes por flujo ideal? 4. ¿Qué suposiciones y generalizaciones se hacen en relación con el estudio de la dinámica de los fluidos? 5. ¿Qué entiendes por flujo turbulento y flujo laminar? 6. ¿Qué establece la ecuación de Bernoulli? 7. ¿Qué aplicaciones de la ecuación de Bernoulli conoces en la actualidad? 8. ¿Qué establece la ecuación de continuidad? 9. ¿En qué consiste el efecto Venturi? 10. ¿Dónde se ve representada la velocidad terminal? 11. ¿Qué es el roce en un fluido? ¿Cómo se manifiesta?



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Evaluación 7: Fuerzas entre cargas Nombre: Fecha:

Puntaje obtenido:

Nota:

Desarrolla las siguientes preguntas: 1. Cuando te peinas, sacas electrones de tu cabello que se traspasan a tu peine. Entonces, ¿tu cabello queda con carga positiva o negativa? ¿Y el peine? 2. ¿Por qué los neumáticos de los camiones de transporte de gasolina y de otros líquidos inflamables se fabrican para ser conductores eléctricos? 3. Cuando se frota un material contra otro, los electrones saltan con facilidad entre ambos, pero no los protones. ¿Por qué? 4. ¿Cómo cambia la magnitud de la fuerza eléctrica entre un par de objetos cargados? 5. ¿Cómo cambia la magnitud del campo eléctrico originado por una carga eléctrica?



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Evaluación 8: Electromagnetismo y circuitos de corriente variable Nombre: Fecha:

Puntaje obtenido:

Nota:

Desarrolla las siguientes preguntas. 1. ¿Qué factores influyen en la magnitud de una fem inducida en un determinado alambre de longitud conocida que se mueve en un campo magnético? 2. ¿Por qué es más difícil empujar un imán para introducirlo en una bobina de muchas espiras que introducirlo en una bobina de una sola espira? 3. ¿Qué debe cambiar para que suceda una inducción electromagnética? 4. Además del voltaje inducido, ¿de qué depende la corriente producida por la inducción electromagnética? 5. ¿Por qué en un transformador se requiere corriente alterna? 6. ¿Cuál es la principal ventaja de la corriente alterna sobre la corriente continua? 7. Cuando cambia el campo magnético en una bobina de alambre, en cada espira de la bobina se induce un voltaje. ¿Se inducirá voltaje en una espira si la fuente del campo magnético es la bobina misma? 8. Si alguien desea averiguar el voltaje de ruptura de un condensador conectado en un circuito de corriente alterna, ¿debe tener en cuenta el voltaje máximo, el voltaje medio o el voltaje efectivo? 9. Al aumentar la capacitancia de un circuito, ¿qué sucede con la frecuencia de resonancia del circuito? 10. Cuando la frecuencia se incrementa en un circuito inductivo, ¿qué sucede con la corriente que circula en dicho circuito? 11. Cuando un circuito se sintoniza a su frecuencia de resonancia, ¿cuál es el factor de potencia?



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Evaluación 9 : El átomo Nombre: Fecha:

Puntaje obtenido:

Nota:

Desarrolla las siguientes preguntas. 1. ¿Qué función cumple una red de difracción? Explica. 2. ¿Qué estudios de la estructura atómica efectuó Rutherford y sus asociados? Explica. 4. ¿Para qué se utiliza el espectroscopio? Explica. 5. ¿Si un gas particular luce un color amarillo cuando es atravesado por una corriente eléctrica, en su espectro debe aparecer también el color amarillo? 6. ¿Qué elemento químico fue descubierto en el Sol antes que en la Tierra, a través de qué dispositivo? ¿Quién fue el descubridor de tal elemento? 7. El modelo de Rutherford presenta dos carencias básicas: ¿cuáles son tales carencias? 8. ¿Por qué en el átomo de hidrógeno un electrón que orbita circularmente al núcleo no emite radiación? 9. ¿Erwin Schrödinger creó su teoría cuántica del átomo basado en dos modelos cuáles son? 10. ¿Qué es lo que predice el modelo cuántico del átomo?



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Evaluación 10: El átomo Nombre: Fecha:

Puntaje obtenido:

Nota:

Instrucciones: Encierra en un círculo la única alternativa correcta. 1. Encontrar la razón entre la carga y la masa de un rayo catódico. a) 1,8 • 1011 C/kg b) 1,6 • 1010 C/kg c) 1,4 • 108 C/kg d) 1,2 • 107 C/kg e) 1,9 • 107 C/kg 2. Dado que el radio del átomo de hidrógeno es 5,3 • 10-11 m y su masa es 1,682 • 10-27 kg, ¿cuál es la razón entre la densidad del átomo de hidrógeno y la densidad del agua? a) 7,6

b) 4,3

c) 2,7

d) 1,8

e) 9,9

3. Un estudiante decide construir un modelo físico del átomo. Si diseña el núcleo del tamaño de una pelotita de goma de 1 [cm] de diámetro, ¿a qué distancia aproximada en metros se encontrarían los electrones más exteriores? a) 200 m

b) 300 m

c) 400 m

d) 500 m

e) 600 m

4. Encontrar el momento angular del electrón en el estado base del átomo de hidrógeno, en Joule segundo. a) 3,1 • 10-30 Js b) 2,2 • 10-32 Js c) 4,6 • 10-33 Js d) 1,1 • 10-34 Js d) 1,8 • 10-37 Js 5. ¿Qué diferencia de energía deben tener dos niveles atómicos para producir un rayo X de frecuencia 1018 Hz? a) 41 Kev b) 410 Kev c) 4100 Kev d) 41000 Kev e) 410000 Kev



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Evaluación 11: El átomo Nombre: Fecha:

Puntaje obtenido:

Nota:

Desarrolla las siguientes preguntas: 1. Calcula la longitud de onda de De Broglie de un auto compacto de 1.000 kg de masa que se mueve con movimiento uniforme con una rapidez de 30 m/s. 2. ¿Qué rapidez debe tener un electrón para poseer una longitud de onda equivalente al diámetro del átomo de hidrógeno (10-10 m)? 3. Una molécula de Nitrógeno cuya masa es 4,6 • 10-26 kg posee en el aire a temperatura ambiente, una rapidez media de 500 m/s. Calcula la longitud de onda típica para estas moléculas de Nitrógeno. 4. Un auto compacto atraviesa un túnel muy angosto, de solo 10 m de ancho. ¿Cuál es la incerteza que se genera en el momento lineal del vehículo perpendicular a la carretera? 5. Determina la incerteza en la posición de un electrón a lo largo de su trayectoria cuando su rapidez es de 0,1% la rapidez de la luz. Considera que la incerteza en su momento lineal es del 0,1% de su momentum.



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Evaluación 12: El núcleo atómico Nombre: Fecha:

Puntaje obtenido:

Nota:

Desarrolla las siguientes preguntas. 1. ¿Qué son los protones? 2. ¿Qué es el número atómico? 3. ¿Qué son los neutrones? 4. ¿A qué corresponde el número másico? 5. ¿Qué son los isótopos? 6. ¿El núcleo padre 24Na13 decae vía β-, cuál es núcleo hija? 7. ¿Un núcleo que se desintegra vía alfa gana o pierde protones? 8. ¿Un núcleo que se desintegra vía negatrón, cómo cambia su número másico? 9. ¿Un núcleo que se desintegra vía gamma, qué cambios experimenta? 10. ¿El núcleo 113mIn tiene una vida media de 1,7 horas. Si una muestra de 113mIn tiene una masa de 2 · 10-6 gramos, cuántos átomos presentes tiene esta muestra?



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Bibliografía CALVO, D., MOLINA, MA.T ., SALVACHÚA, J. Ciencias de la Tierra y Medio Ambientales, Mc Graw Hill, España, 2004 En la unidad se detallan los temas relacionados con las dinámica de las capas fluidas, atmósfera e hidrosfera y la unidad 8, contaminación atmosférica. DE JUANA, J.M. Física general volumen I, Pearson, 2007 Capítulo 15, se desarrolla el tema de los fluidos en reposo. DE PEDRAZA, J., SEGURA, M., CÁRDENAS, B., ROIZ, J. M., JIMEJO, G., MARTINEZ, I., GOMEZ, J.R., HACAR, F., ESPEJO, A. Geología Bachillerato, Anaya, 2003 En la unidad 3 se explican temas sobre la estructura y composición de la Tierra. MUÑOZ P. JOAQUÍN; PASCUAL V., GENIS Atlas de física, edibook S.A. 1989 Para la sección contenidos complementario para apoyo a los capítulos del texto. WILSON, J., BUFFA, A. Física, Pearson, Mexico, 2003 En el capítulo 9 se desarrolla el tema de sólidos y fluidos. ZULUAGA, J., I. Fundamentos de Astrofísica, 2007 La primera parte desarrolla la astrofísica estelar, mientras que en su segunda parte, detalla la astrofísica del medio interestelar.

En webs http://eoimages.gsfc.nasa.gov/images/imagerecords/46000/46704/ozone_omi_200911.mov. http://apod.nasa.gov/apod/archivepix.html http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/fluidos.htm http://www.yteach.com



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FÍSICA DOCENTE pdf.pdf

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