Física: Tomo Ii

TOMO II

Guía didáctica del docente

FÍSICA Nathalie Oyola Espinoza

EDICIÓN ESPECIAL PARA EL MINISTERIO DE EDUCACIÓN PROHIBIDA SU COMERCIALIZACIÓN

2

º

MEDIO

Guía didáctica del docente TOMO II •

FÍSICA

2

º

MEDIO

Nathalie Francisca Oyola Espinoza Licenciada en Educación en Física y Matemática Profesora de Estado en Física y Matemática Universidad de Santiago de Chile

La Guía Didáctica del Docente de Física 2° Medio, es una creación del Departamento de Estudios Pedagógicos de Ediciones SM, Chile Dirección editorial

Diseño de portada

Arlette Sandoval Espinoza

Estudio SM

Coordinación editorial

Ilustración de portada

María José Martínez Cornejo

Estevan Silveira

Coordinación área Ciencias Naturales

Diseño y diagramación

Andrea Tenreiro Bustamante

Gabriela de la Fuente Garfias Karina Riquelme Riquelme

Edición

Nathalie Oyola Espinoza

Fotografía

Autoría

Nathalie Oyola Espinoza

Archivo fotográfico SM Pixabay shutterstock

Asesoría pedagógica

Jefatura de producción

Guadalupe Álvarez Pereira

Andrea Carrasco Zavala

Corrección de estilo y pruebas

Cristian Oyarzo Barrientos Coordinación de diseño

Gabriela de la Fuente Garfias

Esta guía corresponde al Segundo año de Educación Media y ha sido elaborado conforme al Decreto Supremo N° 614/2013, del Ministerio de Educación de Chile. ©2018 – Ediciones SM Chile S.A. – Coyancura 2283 piso 2 – Providencia ISBN: 978-956-363-307-8 978-956-363-307-8 / Depósito legal: 280718 Se terminó de imprimir esta edición de 3.465 ejemplares en el mes de febrero del año 2018. Impreso por A Impresores. Quedan rigurosamente prohibidas, sin la autorización escrita de l os titulares del “Copyright”, bajo las sanciones establecidas en las leyes, l a reproducción total o parcial de esta obra por cualquier medio o procedimiento, comprendidos la reprografía y el tratamiento informático, y la distribución en ejemplares de ella mediante alquiler o préstamo público.

Índice Guía Didáctica del Docente Tomo I

Tomo II

Fundamentación general ............................................... 4

Fundamentación general ...........................................110

Articulación de la propuesta .......................................... 6

Articulación de la propuesta...................................... 112

Fundamentación diseño instruccional .........................8

Visión global ...................................................... ......... 114

Estructura de las unidades de aprendizaje ................. 11

Unidad 3: Trabajo y energía ..............................118

Elementos clave de la propuesta ................................. 14

Planificación de la unidad .........................................120

Visión global .................................................................18

Inicio de la unidad. ..................................................... 122

Reproducción del Texto del estudiante

Desarrollo de la unidad. ............................................. 124

Unidad 1: Movimiento.........................................22

Planificación de la unidad ...........................................24 Inicio de la unidad ................................................. .......26 Desarrollo de la unidad ................................................ 28 Cierre de la unidad ...................................................... 46 Profundización disciplinar.......................................... 48 Profundización didáctica ............................................ 49

Cierre de la unidad .....................................................148 Profundización disciplinar.........................................150 Profundización didáctica ........................................... 151 Ficha de refuerzo ........................................................152 Desafío complejo ........................................................158 Evaluación de la unidad............................................ 160 Solucionario ................................................................162

Ficha de de refuerzo refuerzo ................................................... ...... 50


Desafío complejo ..........................................................56

Unidad 4: Universo…........................................168

Evaluación de la unidad............................................... 58

Planificación de la unidad .........................................170

Solucionario ..................................................................62

Inicio de la unidad ...................................................... 172


Desarrollo de la unidad .............................................. 174

Unidad 2: Fuerzas…….........................................70

Planificación de la unidad ...........................................72 Inicio de la unidad ................................................. ....... .......74 74 Desarrollo de la unidad ................................................ 76 Cierre de la unidad ...................................................... 86 Profundización disciplinar.......................................... 88 Profundización didáctica ............................................ 89

109

Cierre de la unidad .....................................................186 Profundización disciplinar.........................................188 Profundización didáctica ...........................................189 Ficha de refuerzo refuerzo ....................................................... 190 Desafío complejo ........................................................194 Evaluación de la unidad.............................................196 Solucionario ................................................................198

Ficha de refuerzo ........................................................ .. ...................................................... 90


Desafío complejo ................................................... ...... 94

Anexos……………………………… Anexos……… …………………………………………… ……………………..............204 ..............204

Evaluación de la unidad unidad .............................................. 96

Bibliografía……………………………………………….............209

Solucionario ................................................. ................ 98



Bibliografía................................................... Bibliografía ................................................... .............. 104 Física • 2.º Medio

e t n e c o D l e d a c i t c á d i D a í u G

Fundamentación general Cada segundo que vivimos es un momento nuevo y único en el universo, un momento que nunca volverá a ser de nuevo. ¿Y qué enseñamos a nuestros niños? Les enseñamos que dos más dos son cuatro, y que París es la capital de Francia. ¿Cuándo les enseñamos también lo que son? Debemos decir a cada uno de ellos: ¿sabes lo que eres? Eres una maravilla. Eres único. En todos los años que han pasado, nunca ha habido un niño como tú. Tus piernas, tus brazos, tus inteligentes dedos, la manera en que te mueves… Puede ser que te conviertas en un Shakespeare, un Miguel Ángel o un Beethoven. Tienes capacidad para todo. Sí, eres una maravilla. Pablo Casals

110

El texto escolar es un instrumento que busca apoyar la implementación curricular, a través de instancias de aprendizaje y orientaciones diseñadas para favorecer la labor del docente y enriquecer las interacciónes dentro de la sala de clases.

permiter al docente adecuarse a la realidad de su clase y para las diversas formas de aprender de los estudiantes. Se compone de tres elementos: Textos del estudiante, Guía Didáctica del Docente (GDD) y Recursos digitales complementarios (RDC).

Las Bases Curriculares, como elementos articulador de la propuesta, reafirman en su concepción el sentido de contribuir al desarrollo completo e integral de los niños y niñas en sus dimensiones espiritual, ética, moral, afectiva, intelectual, artística y física mediante el cultivo de valores, conocimientos y destrezas.

En el modelo del Texto del estudiante, RDC y GDD, estos principios se expresan en la manera en que sus partes se organizan e interactúan. Los mismos principios que sirven para organizar las Unidades, pueden verificarse en la organización de sus distintas secciones. Por ejemplo, tanto las unidades como sus divisiones se estructuran de modo que, al comienzo los y las estudiantes exploran sus aprendizajes previos y proyectan el trabajo mediante la generación de metas y estrategias; durante los procesos, evalúan y reelaboran sus estrategias de forma constante; al cierre, vuelven a evaluar, definen su nivel de desarrollo y proyectan sus aprendizajes futuros.

La estructura de esta propuesta refleja una concepción del aprendizaje como un proceso activo, consciente, basado en las experiencias y aprendizajes previos de los alumnos y las alumnas, y desencadenado por la motivación. Para el logro de estos objetivos la propuesta pedagógica considera recursos que se relacionan con los intereses de los y las estudiantes y que proponen instancias de aprendizaje diversas para

Texto escolar Componentes y su relación

Recurso digital complementario

Guía didáctica

Modelo de aprendizaje Estilo de aprendizaje Bases curriculares e t n e c o D l e d a c i t c á d i D a í u G

Evaluación para el aprendizaje Modelo de persona

Realidad nacional

Contexto cultural 

Educación democrática. En https:// educaciondemocratica.wordpress. com/// hacer-el-mundodigno-de-sus-hijos-pau-casals/

Fundamentación general

Etapa desarrollo biológico niños y niñas

Bases sobre las cuales se construye la propuesta

El aprendizaje es un proceso altamente complejo y sus definiciones varían dependiendo del contexto y de la perspectiva. En educación, el aprendizaje puede definirse como “la adquisicion y la integración de nuevos conocimientos, con el fin de poder reutilizarlos funcionalmente”. Sabemos que aprendemos a aprender; aprendemos cómo resulta más fácil la construcción del conocimiento, aprendemos a conocer lo que nos motiva, a seguir aprendiendo por placer, por necesidad o para crecer como personas. Aprendemos y desaprendemos constantemente, nuestro cerebro está siempre trabajando. Sin embargo, gracias a los estudios desarrollados a nivel internacional, se tiene la certeza de que, si bien lo cognitivo es importante, no se pueden encontrar las respuestas

adecuadas para generar un buen aprendizaje si no se consideran otros campos como las competencias emocionales, y las partes del cerebro que intervienen en ellas. En la monografía de la OCDE La comprensión del cerebro () , se puede leer: “… lo emocional es en parte responsable del dominio cognitivo global presente en los niños y los adultos, y debemos tenerlo en cuenta como se merece…Tradicionalmente dichos estudios se han concentrado sobre los aspectos cognitivos del aprendizaje. Hemos sido negligentes al no efectuar esos análisis sobre las zonas asociadas a lo emocional y a lo afectivo, pues el papel que los mencionados aspectos desempeñan dentro de la funciones cognitivas no se reconocía.”

Ciclo del aprendizaje Hoy en día la Neurodidáctica o Neuropedagagogía, como la denomina el neurólogo Francisco Mora , o Neuroeducación, como la llama el psicopedagogo Roberto Paterno, vienen a ser una suerte de eslabón que permite reunir lo que la Neurología, las Ciencias cognitivas, la Psicología del aprendizaje y la Pedagogía han intentado comprender desde siempre, es decir, cómo aprendemos, cuáles son las mejores maneras de aprender y, en consecuencia, cómo organizar las mejores maneras de enseñar. El ciclo del aprendizaje que plantea David Kolp considera cómo trabaja el cerebro en el proceso de aprendizaje. Este ciclo se basa en que el aprendizaje se origina a partir de una experiencia concreta.

A partir de lo anterior, el modelo del Texto escolar considera estas fases en su estructura. Las instancias de aprendizaje han sido desarrolladas pasando por tres momentos didácticos: Inicio /Desarrollo / Cierre

Esta estructura de trabajo se reitera en cada unidad, en las propuestas por subunidad y en el desarrollo de cada uno de los temas.

111

Actividades de motivación. Contextos lúdicos y atrayentes. Ideas previas o implícitas. Aplicación de los aprendizajes.

Definición de metas y motivaciones.

Desarrollo de pensamiento crítico.

Actividades de evaluación. Proyectos interdisciplinarios. Experimentación Activa

En esta etapa comprendemos la nueva información (la procesamos ) haciendo, implicándonos en nuevas experiencias y experimentando en forma activa para comprender.

Actividades e instancia de aprendizaje: Desarrollo pensamiento metacognitivo.

Experiencia Concreta

Trabajo individual y/o colaborativo.

En esta etapa captamos nueva información (percibimos ) sintiendo, es decir, a través de los sentidos, del contacto con los aspectos tangibles de las experiencias.

Observación Reflexiva

En esta etapa procesamos la experiencia observando; otorgamos sentido observando la experiencia y reflexionando sobre la conexión entre lo que hicimos y las consecuencias de nuestras acciones. e t n e c o D l e d a c i t c á d i D a í u G

Conceptualización Abstracta

En esta etapa obtenemos nueva información (percibimos ) pensando ; por medio del pensamiento obtenemos nuevos conceptos, ideas y teorías que orienten la acción.

Mapas conceptuales. Esquemas/ definiciones.

. OCDE (), Understanding the Brain: Towards a New Learn ing Science. OCDE. Par is. . Mora, S (). Fundamentos

biológicos del aprendizaje. En Estilos de Aprendizaje (Facultades de Medicina). Escanero. Mora S y otros. Prensas Universitarias de Zaragoza. Zaragoza. España.

Física • 2.º Medio

Articulación de la propuesta Los componentes de la propuesta editorial: Texto del estudiante (TE), Guía Didáctica del Docente (GDD) y Recursos Digitales Complementarios (RDC) se articulan a partir de un hilo conductor que cruza los distintos momentos didácticos y establece una secuencia y progresión que da cuenta de los Objetivos de Aprendizaje (OA) y responde a sus respectivos Indicadores de Evaluación (IE).

Unidad 1:Movimiento Lección 1: Descripción del movimiento Lección 2: Análisis de los movimientos horizontales Lección 3: Análisis de los movimientos verticales

Unidad 2: Fuerzas Lección 1: Comprendiendo las fuerzas y sus efectos

112

Lección 2: Explicando las leyes de Newton

Unidad 3: Trabajo y energía Lección 1: Trabajo y potencia mecánica

Se organiza

Unidades

que son:

que están construidas en base a tres momentos didácticos:

Lección 2: Energía y su conservación Lección 3: Impulso y c antidad de movimiento

Unidad 4: Universo Lección 1: Origen y evolución del universo


Lección 2: Las leyes del universo Inicio

Articulación de la propuesta

Desarrollo

Cierre

Para dar cuenta de los OA, las habilidades y las actitudes, en el modelo didáctico del Texto y de la GDD, se proponen las siguientes instancias:

Desde la guía

Desde el texto

Sugerencias para abordar los errores frecuentes.

Orientaciones metodológicas que responden a las secciones del Texto.

Actividades complementarias para apoyar el desarrollo de los aprendizajes.

Ampliación y profundización de tipo disciplinar y didáctica.

Fichas de refuerzo, de profundización y actividades complementarias.

Instancias de evaluación, rúbricas, pautas y solucionarios.

Instancias para la motivación, activación y el registro de los aprendizajes previos y el establecimiento de metas y estrategias.

Actividades que apoyan el desarrollo e integración de los contenidos, habilidades y actitudes.

Actividades de síntesis, aplicación y consolidación de las habilidades y los aprendizajes adquiridos y revisión de las metas y estrategias.

113

Proceso metacognitivo continuo que permite monitorear la evaluación y regular su autonomía.

Actividades digitales complementarias a los contenidos.

Desde los recursos digitales complementarios (RDC)

Actividades que profundizan o amplían el desarrollo de aprendizajes de la unidad.



Visión global Visión Global Tomo I Unidad 1 Movimiento Tiempo estimado: 20 horas pedagógicas Objetivo de aprendizaje: Analizar, sobre la base de la experimentación, el movimiento rectilíneo uniforme y acelerado de un objeto

respecto de un sistema de referencia espacio-temporal, considerando variables como la posición, la velocidad y la aceleración en situaciones cotidianas. Lección 1

Descripción del movimiento

Tiempo Actitud

6

2

Análisis de los movimientos horizontales

10

3

Análisis de los movimientos verticales

4

114

OFT

Mostrar curiosidad, creatividad e interés por conocer y comprender los fenómenos del entorno natural y tecnológico, disfrutando del crecimiento intelectual que genera el conocimiento científico y valorando su importancia para el desarrollo de la sociedad. Trabajar responsablemente en forma proactiva y colaborativa, considerando y respetando los variados aportes del equipo y manifestando disposición a entender los argumentos de otros en las soluciones a problemas científicos. Usar de manera responsable y efectiva las tecnologías de la comunicación para favorecer las explicaciones científicas y el procesamiento de evidencias, dando crédito al trabajo de otros y respetando la propiedad y la privacidad de las personas.

Dimensión cognitivaintelectual Proactividad y trabajo Tecnologías de la información y la comunicación

Habilidades de investigación científica • • • • •

Observar y plantear. Planificar y conducir una investigación. Procesar y analizar la evidencia. Evaluar una investigación. Comunicar una investidación.

Indicadores de Evaluación •

•

•

•

•

• •

Demuestran, con experimentos sencillos, por qué es necesario el uso de sistemas de referencia y de coordenadas en la descripción del movimiento de un objeto. Utilizan las fórmulas de adición de velocidades de Galileo en situaciones simples y cotidianas, como la de vehículos que se mueven unidimensionalmente. Explican conceptos de cinemática, como tiempo transcurrido, posición, desplazamiento, distancia recorrida, velocidad media e instantánea y aceleración, entre otros, asociados al movimiento rectilíneo de un objeto. Identifican características de la cinemática del movimiento rectilíneo, en situaciones cotidianas, como ocurre con vehículos, entre otros ejemplos. Analizan, con conceptos de cinemática y herramientas gráficas y analíticas, el movimiento rectilíneo de un objeto en situaciones cotidianas. Explican el concepto de aceleración de gravedad, y consideran su uso en situaciones de caída libre y lanzamientos verticales. Obtienen conclusiones, en relación con conceptos de cinemática, a partir de investigaciones experimentales sobre objetos con movimiento rectilíneo con aceleración constante (nula o no nula).


Visión global Tomo I

Unidad 2 Fuerzas Tiempo estimado: 18 horas pedagógicas Objetivo de aprendizaje: Explicar, por medio de investigaciones experimentales, los efectos que tiene una fuerza neta sobre un objeto,

utilizando las leyes de Newton y el diagrama de cuerpo libre. Lección 1

2

Tiempo Actitud

Comprendiendo las fuerzas y sus efectos

8

Explicando las leyes de Newton

10

OFT

Esforzarse y perseverar en el trabajo personal entendiendo que los logros se obtienen solo después de un trabajo riguroso, y que los datos empíricamente confiables se obtienen si se trabaja con precisión y orden. Demostrar valoración y cuidado por la salud y la integridad de las personas, evitando conductas de riesgo, considerando medidas de seguridad y tomando conciencia de las implicancias éticas de los avances científicos y tecnológicos. Demostrar valoración e interés por los aportes de hombres y mujeres al conocimiento científico y reconocer que desde siempre los seres humanos han intentado comprender el mundo.

Proactividad y trabajo. Dimensión física y Dimensión moral. Dimensión sociocultural y ciudadana.

Habilidades científicas

Observar y plantear. Planificar y conducir una investigación. • Procesar y analizar la evidencia. • Evaluar una investigación. • Comunicar una investidación. • •

Indicadores de Evaluación • •

•

• • •

115

Identifican una fuerza como la interacción entre dos cuerpos y su carácter vectorial, entre otras características. Realizan investigaciones experimentales para obtener evidencias de la presencia de fuerzas como peso, roce y normal, que actúan sobre un cuerpo, en situaciones cotidianas, describiéndolas cualitativa y cuantitativamente. Aplican las leyes de Newton en diversas situaciones cotidianas, como cuando un vehículo frena, acelera o cambia de dirección su movimiento, entre otras. Encuentran, con un diagrama de cuerpo libre, la fuerza neta o resultante sobre un objeto en el que actúa más de una fuerza. Analizan el efecto que provoca la fuerza neta o resultante en el movimiento de un objeto. Aplican la ley de Hooke en diversas investigaciones experimentales y no experimentales en las que se utilizan resortes u otros materiales elásticos.



Visión Global Tomo II Unidad 3 Trabajo y energía Tiempo estimado: 22 horas pedagógicas Objetivo de aprendizaje •

•

Describir el movimiento de un objeto, usando la ley de conservación de la energía mecánica y los conceptos de trabajo y potencia mecánica. Analizar e interpretar datos de investigaciones sobre colisiones entre objetos, considerando: • La cantidad de movimiento de un cuerpo en función del impulso que adquiere. • La ley de conservación de cantidad de movimiento (momento lineal o momentum).

Lección 1

Trabajo y potencia mecánica

Tiempo Actitud

6

2

Energía y su conservación

8

3

Impulso y cantidad de movimiento

8

116

OFT

Esforzarse y perseverar en el trabajo personal entendiendo que los logros se obtienen solo después de un trabajo riguroso, y que los datos empíricamente confiables se obtienen si se trabaja con precisión y orden. Reconocer la importancia del entorno natural y sus recursos, y manifestar conductas de cuidado y uso eficiente de los recursos naturales y energéticos en favor del desarrollo sustentable y la protección del ambiente. Manifestar una actitud de pensamiento crítico, buscando rigurosidad y replicabilidad de las evidencias para sustentar las respuestas, las soluciones o las hipótesis.

Proactividad y trabajo Dimensión sociocultural y ciudadana Dimensión cognitivaintelectual

Habilidades científicas • • • • •



•

•

• • •

•

•

•


• • • •

Determinan el trabajo mecánico realizado por una fuerza en situaciones unidimensionales diversas y cotidianas, como cuando se arrastra o levanta un objeto, o cuando este cae, entre otras. Describen la energía mecánica de un objeto en términos de su energía cinética, potencial gravitatoria y potencial elástica, según corresponda. Aplican la ley de conservación de la energía mecánica en situaciones cotidianas, como en el movimiento de un objeto en caída libre y, cualitativamente, en una montaña rusa, entre otras. Evalúan el efecto del roce en el movimiento de un objeto, en relación con la ley de conservación de la energía mecánica. Aplican el teorema del trabajo y la energía en situaciones unidimensionales simples y cotidianas. Determinan la potencia mecánica desarrollada por una fuerza en situaciones cotidianas, como ocurre en el funcionamiento de una grúa o un ascensor, entre otras. Evalúan la facilidad o dificultad que existe para cambiar el estado de movimiento de un objeto, de acuerdo a su cantidad de movimiento. Describen el impulso que adquiere un objeto en términos de la variación de su cantidad de movimiento y lo relacionan con la segunda ley de Newton. Aplican la ley de conservación de la cantidad de movimiento en un sistema cerrado, en colisiones entre objetos que se mueven en la misma dirección. Distinguen colisiones elásticas e inelásticas o plásticas entre dos objetos que se mueven en la misma dirección. Explican que en una colisión elástica, entre dos objetos que se mueven en una misma dirección, se conserva la energía cinética. Explican que los efectos de una colisión entre dos objetos pueden ser diferentes para cada uno de ellos. Analizan resultados experimentales obtenidos en colisiones entre dos objetos que se mueven en la misma dirección.

Visión global Tomo II

Unidad 4 Universo Tiempo estimado: 16 horas pedagógicas Objetivo de aprendizaje •

•

Demostrar que comprenden que el conocimiento del universo cambia y aumenta a partir de nuevas evidencias, usando modelos como el geocéntrico y el heliocéntrico, y teorías como la del Big Bang, entre otros. Explicar cualitativamente por medio de las leyes de Kepler y la de gravitación universal de Newton: • El origen de las mareas. • La formación y dinámica de estructuras cósmicas naturales, como el sistema solar y sus componentes, las estrellas y las galaxias. • El movimiento de estructuras artificiales, como sondas, satélites y naves espaciales.

Lección 1

2

Origen y evolución del universo

Las leyes del universo

Tiempo Actitud

8

8

OFT

Demostrar valoración e interés por los aportes de hombres y mujeres al conocimiento científico y reconocer que desde siempre los seres humanos han intentado comprender el mundo. Mostrar curiosidad, creatividad e interés por conocer y comprender los fenómenos del entorno natural y tecnológico, disfrutando del crecimiento intelectual que genera el conocimiento científico y valorando su importancia para el desarrollo de la sociedad. Manifestar una actitud de pensamiento crítico, buscando rigurosidad y replicabilidad de las evidencias para sustentar las respuestas, las soluciones o las hipótesis.

Dimensión sociocultural y ciudadana Dimensión cognitivaintelectual

Habilidades científicas • • • • •


117


• • • •

• • • •

•

•

Explican diversos modelos que han intentado describir el universo desde la Antigüedad hasta inicios del siglo XX, como el geocéntrico y el heliocéntrico, postulados por Ptolomeo y Copérnico respectivamente, entre otros. Identifican virtudes y limitaciones de los modelos del universo para explicar su dinámica. Distinguen a científicos como Galileo, Brahe y Newton, entre otros, por sus aportes en la concepción de modelos del universo. Explican cualitativamente la evolución del universo según la teoría del Big Bang. Describen características de las cosmogonías de culturas que habitan Chile, como el origen y los elementos que componen el universo, entre otros aspectos. Relacionan el desarrollo tecnológico con la evolución de los modelos que describen el universo. Explican cualitativamente, con las leyes de Kepler, las características del movimiento de los cuerpos del sistema solar. Explican cualitativamente el fenómeno de las mareas con la ley de gravitación universal. Explican cualitativamente, con la ley de gravitación universal, el movimiento de traslación que ocurre en sistemas planetarios, satelitales, galácticos y de estructuras artificiales espaciales, entre otros. Describen estructuras cósmicas, como planetas, estrellas, sistemas estelares y galaxias, entre otras, a partir del colapso gravitacional. Explican las ventajas y desventajas de los campos gravitacionales en la navegación espacial y en la instalación de sondas y satélites, entre otros dispositivos tecnológicos. e t n e c o D l e d a c i t c á d i D a í u G


Trabajo y energía Propósito de la unidad

118

La presente unidad tiene como hilo conductor los contenidos que se asocian al estudio del trabajo mecánico y la energía, de manera que las actividades que se desarrollan en el Texto se articulan de acuerdo con los contenidos , habilidades y actitudes que se derivan del estudio de estos aprendizajes. La principal finalidad es que los y las estudiantes comprendan las leyes de conservación de la energía mecánica y de la cantidad de movimiento. Además, conocer los conceptos de trabajo, potencia, energía, cantidad de movimiento e impulso, y cómo estos se relacionan. A partir de lo propuesto en la unidad, se espera que los y las estudiantes sean capaces de explicar situaciones cotidianas utilizando las nociones estudiadas. De forma articulada a los aprendizajes, la unidad busca el desarrollo de

habilidades de pensamiento científico, por medio del análisis de leyes generales de la física.

Contenidos

Habilidades de Investigación Científicas (HIC)

•

•

•

•

•

•

Trabajo mecánico. Energía cinética. Energía potencial gravitatoria y elástica. Potencia mecánica. Conservación de la energía mecánica. Cantidad de movimiento.

Por otra parte, la unidad de la Guía didáctica tiene como propósito apoyar, desde la labor docente, la adquisición de los aprendizajes, habilidades y actitudes por parte de los y las estudiantes. Para ello, se entrega una serie de orientaciones didácticas, actividades complementaras e instancias de apoyo para la evaluación. Por esta razón, para la presente unidad del Texto del estudiante y de Guía didáctica, se espera promover y apoyar el desarrollo de los siguientes contenidos, habilidades, actitudes, Objetivos Fundamentales Transversales y grandes ideas de las ciencias.

En esta unidad aplicarán prácticamente todas las habilidades de investigación: •

•

•

•

•


Unidad 3 • Trabajo

y energía

Observar y plantear preguntas. (HIC 1) Planificar y conducir una investigación. (HIC 2) Procesar y analizar la evidencia. (HIC 3) Evaluar una investigación. (HIC 4) Comunicar una investigación. (HI 5)

Objetivos Fundamentales Transversales (OFT) Los OFT integran las actitudes y valores con el desarrollo de conocimientos y habilidades; en la unidad se promueve el logro de los siguientes: •

•

•

Proactividad y trabajo. (OFT 2) Dimensión cognitiva-intelectual. (OFT 4) Dimensión sociocultural y ciudadana. (OFT 6)

Actitudes Los aprendizajes involucran, además de la dimensión cognitiva, actitudes que contemplan el desarrollo en los ámbitos personal, social, ético y ciudadano que derivan de los OFT. En las actividades propuestas se promueven las siguientes actitudes: •

•

•

Esforzarse y perseverar en el trabajo personal, entendiendo que los logros se obtienen solo después de un trabajo riguroso, y que los datos empíricamente confiables se obtienen si se trabaja con precisión y orden. (OA B) Manifestar una actitud de pensamiento crítico, buscando rigurosidad y replicabilidad de las evidencias para sustentar las respuestas, las soluciones o las hipótesis. (OA D) Reconocer la importancia del entorno natural y sus recursos, y manifestar conductas de cuidado y uso eficiente de los recursos naturales y energéticos en favor del desarrollo sustentable y la protección del ambiente. (OA G)

Grandes ideas •

•

•

•

Los organismos tienen estructuras y realizan procesos para satisfacer sus necesidades y responder al medio ambiente. (GI 1) Los organismos necesitan energía y materiales de los cuales con frecuencia dependen y por los que interactúan con otros organismos en un ecosistema. (GI 2) La cantidad de energía en el universo permanece constante. (GI 6) El movimiento de un objeto depende de las interacciones en que participa. (GI 7)

119

Organización de los contenidos de la unidad del Texto del estudiante Los contenidos de la unidad se organizan en tres lecciones con el fin de comprender los aprendizajes esperados. El siguiente esquema muestra, en una panorámica general, cómo se organizan los contenidos en la unidad del Texto del estudiante. Trabajo y energía

Lección 1: Trabajo y potencia mecánica ¿Cuándo se realiza trabajo mecánico? ¿Cómo se relaciona el trabajo mecánico con la potencia?

Lección 2: Energía y su conservación

Lección 3: Impulso y cantidad de movimiento

¿Qué es la energía?

Describiendo el impulso

¿Qué es la energía potencial?

Cantidad de movimiento


¿Qué es la energía mecánica?

Física • 2.º medio

Planificación de la unidad

Tiempo estimado: 22 horas pedagógicas

La siguiente propuesta de planificación considera las Actitudes, OFY, Aprendizajes Esperados (AE), Objetivos de Aprendizaje (OA) y los Indicadores de Evaluación (IE) asociados a cada uno de ellos, que se desarrollan en cada lección del Texto del estudiante. Lección

Tiempo

1

6

2

3

8

8

120

Notas:



y energía

Actitudes Esforzarse y perseverar en el trabajo personal entendiendo que los logros se obtienen solo después de un trabajo riguroso, y que los datos empíricamente confiables se obtienen si se trabaja con precisión y orden. Reconocer la importancia del entorno natural y sus recursos, y manifestar conductas de cuidado y uso eficiente de los recursos naturales y energéticos en favor del desarrollo sustentable y la protección del ambiente. Manifestar una actitud de pensamiento crítico, buscando rigurosidad y replicabilidad de las evidencias para sustentar las respuestas, las soluciones o las hipótesis.

OFT Proactividad y trabajo Dimensión sociocultural y ciudadana Dimensión cognitiva-intelectual

Aprendizajes Esperados Describir el movimiento de un objeto utilizando los conceptos de trabajo y potencia mecánica. Usar la ley de conservación de la energía mecánica para explicar situaciones cotidianas. Analizar datos sobre colisiones entre objetos considerando la cantidad de movimiento y su conservación.

d

a

d

i

n

u

Objetivos de Aprendizaje

Indicadores de Evaluación

Describir el movimiento de un objeto, usando la ley de conservación de la energía mecánica y los conceptos de trabajo y potencia mecánica. (OA 11)

IE 1. Determinan el trabajo mecánico realizado por una fuerza en situaciones unidimensionales diversas y cotidianas, como cuando se arrastra o levanta un objeto, o cuando este cae, entre otras.

3

IE 2. Describen la energía mecánica de un objeto en términos de su energía cinética, potencial gravitatoria y potencial elástica, según corresponda. IE 3. Aplican la ley de conservación de la energía mecánica en situaciones cotidianas, como en el movimiento de un objeto en caída libre y, cualitativamente, en una montaña rusa, entre otras. IE 4. Evalúan el efecto del roce en el movimiento de un objeto, en relación con la ley de conservación de la energía mecánica. IE 5. Aplican el teorema del trabajo y la energía en situaciones unidimensionales simples y cotidianas. IE 6. Determinan la potencia mecánica desarrollada por una fuerza en situaciones cotidianas, como ocurre en el funcionamiento de una grúa o un ascensor, entre otras.

Analizar e interpretar datos de investigaciones sobre colisiones entre objetos, considerando: • La cantidad de movimiento de un cuerpo en función del impulso que adquiere. • La ley de conservación de cantidad de movimiento (momento lineal o momentum). (OA 12)

IE 7. Evalúan la facilidad o dificultad que existe para cambiar el estado de movimiento de un objeto, de acuerdo a su cantidad de movimiento. IE 8. Describen el impulso que adquiere un objeto en términos de la variación de su cantidad de movimiento y lo relacionan con la segunda ley de Newton.

121

IE 9. Aplican la ley de conservación de la cantidad de movimiento en un sistema cerrado, en colisiones entre objetos que se mueven en la misma dirección. IE 10. Distinguen colisiones elásticas e inelásticas o plásticas entre dos objetos que se mueven en la misma dirección. IE 11. Explican que en una colisión elástica, entre dos objetos que se mueven en una misma dirección, se conserva la energía cinética. IE 12. Explican que los efectos de una colisión entre dos objetos pueden ser diferentes para cada uno de ellos. IE 13. Analizan investigaciones experimentales de colisiones entre dos objetos que se mueven en la misma dirección.

Notas:



Inicio de la unidad

Páginas 118 a 123

¿Cuánta energía necesitamos para cada trabajo que realizamos?

Motivación para el aprendizaje

Páginas 118 y 119

Estas páginas están diseñadas para crear motivación en torno lo s temas de trabajo mecánico y la energía mediante una situación que permite que los y las estudiantes analicen un contexto cotidiano con el fin de indagar en sus conocimientos previos. En este caso, se muestra a un grupo de personas realizando actividad física en el borde costero, donde una madre y su hijo entablan una conversación en torno al “trabajo” que realizan y la “energía” que necesitan para ello. Solicíteles que lean la información y realicen la actividad individual respondiendo lo solicitado.

¿Cuándo realizamos trabajo? Páginas 120 y 121

Con el propósito de seguir indagando en los aprendizajes previos de las y los estudiantes, en estas páginas se propone el análisis del trabajo que se lleva a cabo en una construcción. Organice a sus estudiantes para que se reúnan en grupos y respondan las preguntas planteadas en esta evaluación inicial. Puede complementar estas preguntas con otras, como las siguientes: ¿cuál es la diferencia entre trabajo físico y trabajo en el sentido laboral?, ¿se pueden identificar en la escena las fuerzas que actúan desplazando masas? Haga notar que en una construcción hay traslado (desplazamiento) de tierra y de materiales, y que todo ello es necesario para transformar una cierta cantidad de energía en trabajo. 122

Recuerde que en esta instancia todas las respuestas son útiles, ya que se trata de una etapa de exploración. Lo importante es que se estimule a los y las estudiantes a expresar sus ideas, más allá de centrarse en lo correcto o incorrecto de las respuestas entregadas.

Cada una de las actividades del profesor puede tener un efecto independiente –atraer la atención, aclarar los procedimientos de trabajo o señalar el significado final de una tarea–; cada nueva intervención cobra significado en el conjunto de sus acciones. Estas acciones definen lo que se ha denominado clima motivacional del aula. Los y las docentes lo crean en el aula, traduciéndose en la representación que los alumnos y alumnas se hacen respecto a qué es lo que cuenta en las clases, qué es lo que quiere de ellos el o la docente y qué consecuencias pueden tener, en ese contexto, actuar de un modo u otro. Tal representación, modificable si cambian las pautas de actuación del profesor, forma el marco desde donde las y los estudiantes atribuyen significado a la actividad cotidiana, marco que contribuye a facilitar o dificultar la motivación por aprender. J. Alonso Tapia (1997)


Evaluación de conocimientos previos Utilice estas actividades para evaluar los conocimientos previos de los estudiantes. Para ello, solicite que respondan individualmente las preguntas planteadas y, posteriormente, quienes lo deseen pueden exponer sus respuestas para analizar las situaciones descritas.


y energía

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¿Qué aprenderás y descubrirás en la unidad?

3

Metacognición

Página 122

Las principales Metas propuestas para esta unidad consideran que las y los estudiantes sean capaces de describir el movimiento de un objeto utilizando los conceptos de “trabajo” y “potencia mecánica”. A su vez, se espera que sean capaces de usar la ley de conservación de la energía mecánica para explicar situaciones cotidianas y, finalmente, se desea que logren analizar las características de las co lisiones entre objetos considerando la cantidad de movimiento y su conservación. Para cada una de estas metas, en ¿Cómo alcanzarlas?, se señalan las principales acciones que deberán desarrollar a lo largo de la unidad, dentro de las cuales se considera que realicen actividades prácticas, apliquen modelos y confeccionen presentaciones y maquetas. Por último, ¿Para qué alcanzarlas? destaca la importancia que tiene para los estudiantes el logro de los aprendizajes propuestos, teniendo en cuenta las actitudes que promueve la unidad. Para finalizar esta sección, motívelos a que establezcan sus propias metas para la unidad, considerando las estrategias que emplearán para lograrlas y el propósito que promueve cada una de ellas, considerando el trabajo metacognitivo.

¿Cómo te gustaría protagonizar tu propio aprendizaje? Página 123

En esta sección se propone identificar las motivaciones de los y las estudiantes con respecto a los temas planteados en la unidad. Guíelos para que identifiquen lo que les gustaría aprender. Propóngales algunas temáticas, por ejemplo: la energía de una montaña rusa o de cualquier juego de un parque de diversiones, las características de los choques, la aplicación de la física en un juego de billar, las características de un salto bungee, entre muchos otros temas. Es importante que sus estudiantes descubran su motivación frente a lo que se trabajará en la unidad. Comente que los contenidos de esta les permitirán explicar una infinidad de fenómenos cotidianos.

Con respecto al carácter metacognitivo de esta sección, es importante señalar que es necesario impulsar y animar a los y las estudiantes hacia prácticas metacognitivas, ayudándolos a establecer criterios de referencia a través de preguntas que desencadenen una reflexión fructífera sobre sus propios procesos de aprendizaje. Considerando que se trata de una fase de planificación, antes de enfrentar el contenido de la unidad, puede complementar con preguntas como: » ¿Qué aprendizajes anteriores pueden ayudarme en la tarea? » ¿Qué conceptos relevantes para cumplir mi planificación no domino? » ¿Cuáles son mis expectativas con respecto a la tarea propuesta?

123

¿Cómo lograr mis metas? Página 123

Aquí se espera que las y los estudiantes propongan una estrategia para el logro de los aprendizajes de esta unidad. La principal finalidad de esta sección es que planifiquen la implementación de la estrategia seleccionada, estableciendo en tres pasos su ejecución. Oriéntelos a que identifiquen las estrategias utilizadas en las unidades anteriores para que puedan elegir la que más los acomode.



Desarrollo de la unidad

Páginas 124 a 135

LECCIÓN : Trabajo y potencia mecánica Las actividades propuestas en el Texto del estudiante tienen como propósito el logro de los Aprendizajes Esperados (AE), abordando con diferentes estrategias los Indicadores de Evaluación (IE) e incorporando en cada una de ellas el trabajo con habilidades, actitudes y Objetivos Fundamentales Transversales (OFT). AE

IE

Describir el movimiento de un objeto utilizando los conceptos de trabajo y potencia mecánica.

Actividad

HIC

Actitud/OFT

IE 1

Inicio de la misión (P. 125)

HIC 2

OA B-D/OFT 2-4

IE 1

Indaguemos (P. 126)

HIC 2-3

OA B-D/OFT 2-4

IE 1-5

Determinemos el trabajo mecánico (P. 127)

HIC 3

OA B-D/OFT 2-4

IE 1-5

Interpretemos el gráfico fuerza-elongación (P. 129)

HIC 3

OA B-D/OFT 2-4

IE 1

Indaguemos (P. 130)

HIC 1-3

OA B-D/OFT 2-4

IE 6

Interpretemos el gráfico trabajo-tiempo (P.131)

HIC 3

OA B-D/OFT 2-4

IE 1

Desarrollo de la misión (P. 131)

HIC 3-5

OA B-D/OFT 2-4

IE 1-6

Desarrollo de estrategias (P. 132)

HIC 3

OA B-D/OFT 2-4

IE 1

Cierre de la misión (P. 133)

HIC 4

OA B-D/OFT 2-4

IE 1-6

Integro lo que aprendí (P. 134 y 135)

HIC 3

OA B-D/OFT 2-4

Propósito de la lección

124


En esta lección, se trabajan los conceptos de trabajo y potencia mecánica, según lo propuesto en los Aprendizajes Esperados. Lo anterior se desarrolla a partir de los recursos y las actividades presentes en el Texto del estudiante, en la Guía didáctica y en los Recursos digitales complementarios (RDC), en función del logro de los Indicadores de Evaluación considerando, además del contenido , las habilidades y actitudes.

A continuación se presenta una serie de orientaciones para trabajar los temas, actividades y secciones presentes en la lección del Texto del estudiante, además de actividades e información complementarias, entre otros recursos, presentes en la Guía didáctica.

En el Texto del estudiante, las diferentes temáticas se desarrollan con una propuesta didáctica que trabaja los contenidos, comenzando con actividades Indaguemos, que buscan la activación de los conocimientos previos para posteriormente formalizarlos en el contenido tratado en el Texto. Luego, se presentan actividades que abarcan distintas habilidades, enfocándose principalmente en las de orden superior, ciclo que se repite a lo largo de la lección. De forma articulada al progreso de aprendizaje, en los Desarrollo de estrategias, se entregan herramientas para resolver problemas. Asimismo, a lo largo de la lección se incorpora el trabajo de las actitudes con los OFT.

Esta sección se presenta como una introducción motivadora: los temas se proponen para que los y las estudiantes, puedan expresar sus opiniones y realizar observaciones, más allá de dominar o no los contenidos relacionados. Estimule la comunicación de ideas y la valoración por las ideas del otro. Luego de leer el texto: "Carrera de autos solares", formule las siguientes preguntas: ¿por qué se realizó esta carrera de automóviles en el norte de Chile? ¿Se podría haber realizado en otra región?, ¿en cuál? ¿Qué beneficios reporta la utilización de este tipo de autos para el medio ambiente?

En la Guía didáctica, se presentan pautas para p oder utilizar algunas de las actividades del Texto del estudiante como instrumentos de evaluación , fichas de trabajo para los diferentes ritmos de aprendizaje, actividades complementarias y evaluaciones, con sus respectivos solucionarios.


y energía

Ciencia, tecnología y sociedad

P. 124

Finalmente, puede plantear un debate sobre formas limpias y contaminantes de generación de energía, por ejemplo, enfatizando en las ventajas y desventajas de los siguientes tipos de energía: hidroeléctrica, termoeléctrica, eólica, solar y nuclear. Motive a sus estudiantes para que den su opinión y respeten la de sus compañeros y compañeras.

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Ciencia al día P. 125

3

Tema 1: ¿Cuándo se realiza trabajo mecánico? Páginas 126 a 129

Esta sección es parte de Ciencia, tecnología y sociedad, por lo que pretende la construcción del conocimiento científico. Con el texto "La potencia del ser humano", se espera que los y las estudiantes tengan una primera aproximación con el concepto de “potencia mecánica”. Centros de investigación en Chile Centro para la Innovación y Fomento de las Energías Sustentables (CIFES) Centro dedicado al diseño, implementación y evaluación de proyectos relativos al uso de energías renovables en Chile. Uno de sus principales objetivos consiste en la pro moción del desarrollo tecnológico local en el país. El trabajo realizado por este centro puede ser presentado a las y los estudiantes durante la Lección 2, con el fin de indagar en diferentes acciones llevadas a cabo para promover un desarrollo tecnológico sustentable. Fuente: http://cifes.gob.cl/en/

Centro de Investigación en Energía Solar Serc-Chile Este centro de investigación realiza estudios relacionados con energía solar con especial énfasis en el potencial del desierto de Atacama. El objetivo principal de sus investigaciones es mitigar las restricciones existentes para el desarrollo de tecnologías solares en Chile. Fuente: http://serc.cl/


¿Cómo conducir una investigación? En esta lección, se espera que las y los estudiantes creen un juego que les permita establecer la relación entre trabajo y potencia. Guíelos para que planifiquen su trabajo considerando los aprendizajes que adquirirán en la lección. Para ello, puede tener en cuenta los pasos para la conducción de una investigación científica: Confeccionar un marco conceptual basándose en conocimientos existentes relativos al problema. Proponer diversos planes de acción para resolver un problema. Establecer un procedimiento de ajuste del diseño de investigación basándose en retroalimentaciones periódicas y sistemáticas en su ejecución. Utilizar herramientas tecnológicas (TIC) para obtener datos, información y evidencias confiables. Utilizar modelos para apoyar explicaciones. •

•

•

•

•

Inicie el trabajo de estas páginas preguntando a sus estudiantes: ¿en qué situaciones de la vida cotidiana creen que se desarrolla trabajo mecánico y en cuáles no?

Activación de conocimientos previos Los conceptos de trabajo y potencia mecánica permiten describir situaciones en las que actúa una fuerza, provocando desplazamiento durante un cierto lapso de tiempo. Por esta razón, es fácil relacionarlos con algunas actividades físicas como juegos, deportes, bailes, o algún tipo de trabajo corporal. Puede instar a sus estudiantes a que realicen una lluvia de ideas sobre los deportes que practican o que más les gusten, y en cada uno de ellos determinar qué es lo que se desplaza, y de dónde proviene la fuerza que provoca dicho desplazamiento. Actividad del texto (P. 126) Indaguemos El propósito de esta actividad es identificar las ideas previas de sus estudiantes con respecto a las situaciones planteadas, como la fuerza de roce, la normal, el peso y la fuerza ejercida por la mano. Además, se pretende que reconozcan las habilidades y actitudes que les facilitarían integrar nuevos aprendizajes. Para guiarlos, solicíteles que realicen un esquema de cada situación planteada, con las fuerzas que logren identificar, y que representen mediante flechas su acción.

125

Puede evaluar las habilidades y actitudes científicas de la actividad realizada, usando la siguiente rúbrica: Rúbrica de evaluación de habilidades y actitudes Indicadores

Niveles de logro L

ML

PL

Conducen adecuadamente la experiencia. Identifican las fuerzas que generan desplazamiento. Realizan el procedimiento de manera rigurosa. L = Logrado; ML = Medianamente logrado; PL = Por lograr.

Cuando explique a sus estudiantes cómo se determina el trabajo mecánico realice algunos ejemplos sencillos en la pizarra, de modo que se familiaricen con la expresión que relaciona el trabajo mecánico con el módulo de la fuerza y del desplazamiento. Puede ser una oportunidad para trabajar la transformación de unidades de medida, por ejemplo, dar valores en centímetros y pedir el resultado en unidades del Sistema Internacional.



Desarrollo de la unidad Determinando el signo del trabajo mecánico (P. 128) Al trabajar con sus estudiantes el contenido de la página 128, puede sintetizar lo revisado proponiendo analizar diferentes situaciones cotidianas e identificar las fuerzas que realizan un trabajo positivo, negativo y las que no realizan trabajo.

Actividad complementaria Establece en cuál de las siguientes situaciones, el trabajo realizado es positivo, negativo y en cuáles no se realiza trabajo.

1. Una persona sube por una escalera con una maleta. 2. Un deportista practica levantando y bajando una pesa, sentado en una silla de ejercicios.

3. Una pelota de goma se deja caer desde el reposo y lue-

Tema 2: ¿Cómo se relaciona el trabajo mecánico con la potencia? Páginas 126 a 129 Actividad del texto (P. 130) Indaguemos Para conseguir el objetivo, puede, realizar algunas preguntas adicionales: ¿cuál variable no se había estudiado hasta ahora en relación con el trabajo mecánico?; si ambos jóvenes realizan el mismo trabajo, ¿por qué se pueden considerar situaciones diferentes? ¿qué tipo de “gasto” adicional habría en el estudiante que realizó el trabajo en menos tiempo? Esta actividad presenta una oportunidad para trabajar los OFT. Guíe a los y las estudiantes para un correcto trabajo en equipo: puede estructurar de otra manera el mobiliario de la sala y controlar el tiempo de la actividad, así como resolver dudas que se vayan suscitando durante su desarrollo.

go vuelve a subir.

4. Una persona en patines que hace fuerza contra un

El trabajo colaborativo

muro. Interpretación gráfica del trabajo mecánico (P. 129) 126

En la página 129 del Texto del estudiante se trabaja la interpretación gráfica del trabajo. Mencione a sus estudiantes que la ley de Hooke es válida solamente para el rango de elasticidad del material, esto es: durante ese intervalo la relación entre fuerza y elongación es lineal, pero no más allá de cierto límite. Los y las estudiantes tienden a pensar que los materiales se comportan según el modelo que se presenta, porque no se enfatiza en las limitaciones de estos. Actividad del texto (P. 129) Interpretemos el gráfico fuerza-elongación Guíe el trabajo de sus estudiantes mostrándoles cómo leer el gráfico que es presentado, las variables de cada uno de los ejes y cómo determinar el área bajo la curva. Puede evaluar la actividad realizada, usando la siguiente rúbrica: Rúbrica de evaluación Indicadores


Niveles de logro L

ML

PL

Identifican el tipo de fuerza que actúa en la situación descrita. Calculan el trabajo realizado a partir de la interpretación del gráfico. L = Logrado; ML = Medianamente logrado; PL = Por lograr.


Ventana de profundización didáctica

y energía

La cooperación consiste en trabajar para alcanzar objetivos comunes. Es muy importante reseñar que "cooperar" significa algo más que colaborar porque añade ese componente emocional que hace que las relaciones entre miembros del grupo sean más cercanas y humanas y no se restrinjan únicamente a alcanzar los objetivos propuestos. El aprendizaje cooperativo conlleva la formación de grupos reducidos (por ejemplo, de 2 a 4 miembros, siendo más adecuado el número par) en los que los y las estudiantes optimizan su aprendizaje y el de los demás. Ello requiere una organización del aula que facilite la interacción entre compañeros y compañeras y que sea diferente a la tradicional distribución de mesas en filas y columnas. Este tipo de metodología se puede aplicar en cualquier tarea o materia, puede plantearse de manera formal o informal según las necesidades temporales de la actividad y, en definitiva, es una muy buena forma de atender la diversidad en el aula, sobre todo cuando se promueve la formación de grupos heterogéneos”. Fuente: Guillén, J. Aprendizaje cooperativo en el aula .

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Actividad del texto (P. 131) Interpretemos el gráfico trabajo-tiempo

Para que el trabajo desarrollado en esta sección constituya una instancia evaluativa, puede utilizar la siguiente rúbrica.

Guíe a sus estudiantes en el análisis del gráfico presentado, mostrando cómo se relacionan las variables e infiriendo el significado de la pendiente a partir de la expresión que relaciona la potencia con el trabajo y el tiempo.

Rúbrica de evaluación Indicadores

Niveles de logro L

ML

PL

Utilizan de manera adecuada las relaciones entre variables referidas al trabajo mecánico.


¿Cómo comunicar una investigación? Antes de llevar a cabo el desarrollo de la misión, solicite a los y las estudiantes los materiales necesarios para la confección de su juego de mesa. Luego, con la ayuda del profesor o profesora de Educación Matemática, guíe el desarrollo y diseño de esta estrategia de comunicación, cotejando que lo planificado por sus estudiantes se encuentre correctamente confeccionado, considerando la relación correcta entre los conceptos de trabajo y potencia. Puede evaluar la actividad realizada, usando las siguientes rúbricas:

Utilizan de manera correcta las unidades de medida en el SI de unidades para el contenido que se desarrolla. Calcularon adecuadamente el valor de trabajo mecánico. Desarrollan el problema según las etapas propuestas: identifico incógnitas, registro datos, utilizo modelos y escribo la respuesta. L = Logrado; ML = Medianamente logrado; PL = Por lograr.

Ciencia, tecnología y sociedad P. 133

Rúbrica de evaluación Indicadores

3

Niveles de logro L

ML

PL

Seleccionan un plan de trabajo coherente con la misión encomendada. Justifican el procedimiento realizado para llevar a cabo su trabajo. Implementan adecuadamente la estrategia para establecer la relación entre trabajo y potencia. L = Logrado; ML = Medianamente logrado; PL = Por lograr.

Desarrollo de estrategias (P. 132) El propósito de esta actividad es que sus estudiantes aprendan a aplicar modelos en torno al tema del trabajo mecánico. Repase brevemente el significado del signo del trabajo, relacionado con la fuerza de roce cinética. Antes de calcular realice las preguntas: ¿de qué signo es el trabajo realizado por la fuerza de roce?, ¿eso es siempre así? Recuérdeles que repitan la sistematización de pasos del taller de estrategias para la resolución de los problemas planteados en el paso 5: Aplico lo aprendido.

En el texto "El concepto de potencia en el mundo actual", se alude al uso cotidiano del término potencia y a su extensión a la energía eléctrica. En ese sentido puede ser útil mencionar también el concepto de eficiencia energética, relacionado con la idea del ahorro de energía, sin que afecte, por ejemplo, a la utilidad lumínica de una ampolleta, como las conocidas “de ahorro de energía”. Mencione a los y las estudiantes que en una ampolleta de filamento de tungsteno se genera una gran cantidad de calor debido al efecto Joule, acompañado de liberación de energía en forma de luz. Puede mencionar que las nuevas tecnologías relacionadas con eficiencia energética pretenden mantener la potencia lumínica del dispositivo, pero reduciendo la cantidad de calor que se emite.

127



Desarrollo de la unidad Cierre de la misión (P. 133)

Ventana de profundización disciplinar

¿Cómo evaluar una investigación? En esta instancia de la misión, se espera que las y los estudiantes evalúen su desempeño en el trabajo realizado, analizando tanto su trabajo personal como el colectivo, con el propósito que puedan calificarlo a partir de la retroalimentación. Para ello, además de las preguntas planteadas en el Texto del estudiante, se sugiere implementar las siguientes pautas de evaluación: Pauta de auto-evaluación Aspectos a evaluar

Sí

No

Realicé aportes para la creación del juego de mesa, relacionando correctamente los concepto de potencia y trabajo mecánico. Fui responsable en mis tareas dentro del grupo de trabajo. Trabajé con conciencia e interés en el desarrollo de la misión. Respeté las decisiones del grupo con el propósito de desarrollar satisfactoriamente el proyecto.

Pauta de co-evaluación Aspectos a evaluar

128

Hubo buena disposición para el trabajo colaborativo. Los distintos miembros del grupo colaboraron con ideas. Se respetaron distintas ideas para llevar a cabo el procedimiento. Se comunicaron de una manera clara y adecuada.

Sí No

El ingenio: el archienemigo del trabajo a lo largo de la historia

Obras como las pirámides egipcias construidas miles de años atrás aún pueden quitarnos el aliento, otras como los motores de combustión nos asombran y nos hacen admirar a aquellos que las idearon. Los egipcios, los rapanui e incontables otros utilizaron troncos para desplazar grandes rocas y estatuas; quizá lo consideremos algo básico, pero en esos tiempos era una idea brillante, que ayudó a ahorrar mucho trabajo. A lo largo de la historia, el ser humano ha buscado la manera más eficiente para realizar ciertas tareas. Por ejemplo, los primeros campesinos sembraban utilizando palos para hacer surcos en la tierra, un proceso tedioso y agotador, pero la invención del arado lo facilitó. Luego, la domesticación de los animales permitió generar una potencia mucho mayor a la que genera el ser humano, realizando mayor trabajo en menos tiempo. Por otro lado, los griegos en el siglo VII a.C consiguieron hacer en el Istmo de Corinto lo que ni los españoles en el siglo XVI, ni los franceses en el siglo XIX consiguieron hacer en Panamá. Para reducir el tiempo de viaje de los barcos, los griegos no excavaron un canal, sino que construyeron sistemas de rampas para pasar los barcos del mar Jónico al mar Egeo y viceversa. El proceso de subir el primer barco hasta la cúspide de la rampa era bastante brutal y requería de cientos de hombres y decenas de animales de tiro, pero luego dejaban que la fuerza peso del primer barco hiciera gran parte del trabajo de subir el segundo barco y a su vez este subía a un tercero, cuando comenzaba a bajar por el otro lado. Esto les ayudó a evitar un rodeo por el mar al continente de aproximadamente 400 kilómetros. Hoy en día, el poco trabajo físico que el ser humano debe hacer para llevar grandes pesos de un lado a otro, para cavar, para fabricar y para hacer un sinnúmero de otras labores, requirió mucho trabajo y esfuerzo a lo largo de la historia, además de potentes mentes y varios milenios. Fuentes: – Vázquez, A.(2006). Grecia, un universo de agua . Revista Tecnología del agua. – Cabus, A.(1995). Teoría sobre la construcción de la gran pirámide de Egipto. Revista Sociedad Catalana de Egiptología.



y energía

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Reflexiono sobre lo que aprendí (P. 35) Para orientar esta sección, invite a sus estudiantes a que analicen su proceso de aprendizaje en la lección, invitándolos a responder las preguntas plateadas. Es importante que, en esta instancia, identifiquen, además de los contenidos abordados, las habilidades, estrategias y actitudes que se desarrollaron durante la lección.

3

Notas

Integro lo que aprendí P. 134 y 135 Invite a las y los estudiantes a poner en práctica los aprendizajes adquiridos en la lección, respondiendo las preguntas que se proponen en esta evaluación de proceso . Una vez que finalicen, pida a sus estudiantes que respondan, además, la sección ¿Cómo voy?, y registren su nivel de desempeño según las respuestas correctas. De acuerdo al nivel de desempeño se propone el trabajo con las siguientes actividades complementarias. El propósito de estas actividades es trabajar según los diferentes ritmos de aprendizaje . Si sus estudiantes obtuvieron un nivel de desempeño Logr ado, pídales que realicen la Ficha de ampliación de la página 153. A quienes obtuvieron un desempeño correspondiente a Por lograr y Medianamente logrado, solicíteles trabajar en la Ficha de refuerzo de la página 152.

129

Para la etapa final de la evaluación, una vez que sus estudiantes respondan las preguntas de la sección ¿Cómo voy? , puede complementarlas con las siguientes preguntas, apropiadas para la fase de evaluación: ¿Cuáles son mis errores más frecuentes? ¿Cuáles son los conocimientos previos que dificultan mi aprendizaje de estos nuevos contenidos? ¿Cuáles errores se podrían relacionar con un desarrollo defectuoso de algún tipo de procedimiento? ¿Cuáles son los errores más rápidos de resolver? Planifica una serie de actividades para corregir aquellos errores detectados en el desarrollo de la evaluación. •

•

•

•

•




Páginas 136 a 155

LECCIÓN : Energía y su conservación Las actividades propuestas en el Texto del estudiante tienen como propósito el logro de los Aprendizajes Esperados (AE), abordando con diferentes estrategias los Indicadores de Evaluación (IE) e incorporando en cada una de ellas el trabajo con habilidades, actitudes y Objetivos Fundamentales Transversales (OFT). AE

Usar la ley de conservación de la energía mecánica para explicar situaciones cotidianas.

IE IE 5 IE 5 IE 5 IE 5 IE 5 IE 5 IE 5 IE 2-3-4 IE 2 IE 5 IE 2-3 IE 5 IE 2-3-4

Actividad

HIC

Inicio de la misión (P. 137) Indaguemos (P. 138) Reconozcamos la energía en nuestro entorno (P. 139) Relacionemos la energía cinética con el medio ambiente (P. 140) Reflexiono sobre la energía cinética (P. 141) Indaguemos (P. 142) Determinemos la energía potencial gravitatoria (P. 143) A poner en práctica (P. 146 y 147) Indaguemos (P. 148) Desarrollo de la misión (P. 151) Determinemos la energía potencial gravitatoria (P. 151) Cierre de la misión (P. 153) Integro lo que aprendí (P. 154 y 155)

HIC 2 HIC 2-3 HIC 3 HIC 3 HIC 3 HIC 2-3 HIC 3 HIC 2-3-5 HIC 3 HIC 2-5 HIC 3 HIC 4 HIC 3

Actitud/OFT

OA B-D-G/OFT 2-4-6 OA B-D/OFT 2-4 OA B-D/OFT 2-4 OA G/OFT 6 OA G/OFT 6 OA B-D/OFT 2-4 OA B-D/OFT 2-4 OA B-D/OFT 2-4 OA B-D/OFT 2-4 OA B-D-G/OFT 2-4-6 OA B-D/OFT 2-4 OA B-D-G/OFT 2-4-6 OA B-D/OFT 2-4

130

Propósito de la lección En esta lección se trabajan los conceptos que permiten comprender la energía y su conservación según lo propuesto en los Aprendizajes Esperados. Lo anterior se desarrolla a partir de los recursos y las actividades presentes en el Texto del estudiante, en la Guía didáctica y en los Recursos digitales complementarios (RDC), en función del logro de los Indicadores de Evaluación considerando, además del contenido , las habilidades y actitudes.


En el Texto del estudiante, las diferentes temáticas se desarrollan con una propuesta didáctica que trabaja los contenidos comenzando con actividades Indaguemos, que buscan la activación de los conocimientos previos para posteriormente formalizarlos en el contenido tratado en el texto. Luego, se presentan actividades que abarcan distintas habilidades, enfocándose principalmente en las de orden superior, ciclo que se repite a lo largo de la lección. De forma articulada al desarrollo del contenido, en los Desarrollo de estrategias, se entregan herramientas para resolver problemas y en A poner en práctica se trabajan las habilidades científicas propuestas, haciendo énfasis en el desarrollo de procesos científicos. Asimismo, a lo largo de la lección, se incorpora el trabajo de las actitudes con los OFT. En la Guía didáctica se presentan pautas para utilizar algunas de las actividades del Texto del estudiante como instrumentos de evaluación , fichas de trabajo para los diferentes Unidad 3 • Trabajo y energía

ritmos de aprendizaje , actividades complementarias y eva-

luaciones, con sus respectivos solucionarios. A continuación se presenta una serie de orientaciones para trabajar los temas, actividades y secciones presentes en la lección del Texto del estudiante, además de actividades e información complementarias, entre otros recursos, presentes en la Guía didáctica.

Ciencia, tecnología y sociedad P. 136 Con la intención de activar las ideas previas de las y los estudiantes sobre los contenidos de esta lección, se utiliza el texto “El potencial de Chile para el desarrollo de las energías renovables”. En este, encontrará información sobre el potencial energético del desierto de Atacama y la inauguración de la central fotovoltaica más grande del mundo. Posteriormente al análisis de la información, promueva la discusión a partir de las siguientes preguntas: ¿Qué ventajas tendría para la comunidad contar con una central fotovoltaica en cada zona del país? ¿Creen que este tipo de tecnologías podría responder a la demanda energética actual de nuestro planeta?, ¿por qué?

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Ciencia al día P. 137

Ventana de profundización didáctica La alfabetización científica

Alfabetización científica

El texto propuesto en Ciencia al día, “Generan energía eléctrica con solo caminar”, es parte de la sección Ciencia, tecnología y sociedad del Texto del estudiante. Ambas lecturas se relacionan con la energía, en el sentido de su producción y su relación con la sociedad. Para promover un pensamiento crítico con respecto al tema, puede proponer a sus estudiantes que completen una tabla como la que se presenta a continuación. Relación de las lecturas con el eje CTS Lectura

Ejes Ciencia

Tecnología

Sociedad

El potencial de Chile para el desarrollo de las energías renovables. Generar energía eléctrica con solo caminar.

Indique a sus estudiantes que realicen la tabla en sus cuadernos y que en cada recuadro, realicen una pequeña descripción de la conexión entre la lectura realizada, con el eje indicado (ciencia, tecnología, sociedad). Puede ayudarlos a completar la tabla a través de las siguientes preguntas: •

•

•

3

¿Qué conceptos científicos están implicados en el texto? ¿Qué aparatos o procesos tecnológicos, se mencionan en la lectura? ¿De qué manera afecta a la sociedad, positiva o negativamente, el tema desarrollado en los temas presentados?

El conocimiento científico ha dado lugar a notables innovaciones beneficiosas para la humanidad, entre las que figura el aumento de la esperanza de vida, el descubrimiento de tratamientos para muchas enfermedades, el incremento de la producción agrícola para atender las crecientes necesidades de la población mundial, los nuevos métodos de comunicación (gracias a la tecnología digital) y el tratamiento de la información, entre muchas otras. Los adelantos en ciencia y tecnología han desplegado un abanico de posibilidades tanto para el quehacer científico como para la sociedad en general (UNESCO-CIUC, 1999); sin embargo, se ha demostrado que, cuando los y las estudiantes tienen escasos logros en ciencia en la escuela, esto se traduce en una baja comprensión científica en los adultos y en su distanciamiento de un mundo impregnado de ciencia y tecnología (Frish, Camerini, Diviani & Schulz, 2011; Pew, 2009). Así, por ejemplo, en un estudio realizado entre adultos estadounidenses, el 82 % de las personas sabía que la tecnología GPS se basa en los satélites, el 65 % sabía que el dióxido de carbono está relacionado con el aumento de la temperatura global del planeta, y solo el 54 % entendía que los antibióticos no eliminan a los virus. A partir de estos resultados se puede inferir que la toma de decisiones individuales en temas medioambientales y de salud no se sustentará en pruebas científicas sino en creencias, lo que pone de manifiesto una escasa alfabetización científica de la población.La alfabetización científica es un concepto que ha sido ampliamente estudiado (Acevedo, 2004; Bybee, 1997; Bybee & McCrae, 2011; DeBoer, 2000; Laugksch, 2000; OCDE, 2008). Se establece como una analogía entre la alfabetización básica iniciada a fines del siglo XIX y el movimiento de extensión de la educación científica y tecnológica (DeBoer, 2000; Fourez, 1997). Sin embargo, las múltiples definiciones e interpretaciones, que varían según sea la visión de quien la presente (Fourez, 1997; Soobard & Rannikmäe, 2011), hicieron que durante décadas el concepto perdiera utilidad. Actualmente, pareciera existir un consenso en su definición e importancia, con lo cual el concepto de alfabetización científica ha sido incorporado al lenguaje cotidiano de los investigadores, diseñadores de currículos y profesores (Vilches, Solbes y Gil, 2004) y relacionado con la importancia social y cultural de la ciencia (Laugksch, 2000). En este sentido, el concepto más difundido y aceptado se presenta en el Programme for International Student Assessement (PISA), conducido por la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE), que define la alfabetización científica como:


131



“la capacidad de un individuo de utilizar el conocimiento científico para identificar preguntas, adquirir nuevos conocimientos, explicar fenómenos científicos y sacar conclusiones basadas en evidencias respecto de temas relativos a la ciencia; comprender los rasgos específicos de la ciencia como una forma de conocimiento y búsqueda humana; ser consciente sobre cómo la ciencia y tecnología dan forma a nuestro mundo material, intelectual y cultural, y tener la voluntad de involucrarse en temas relativos a la ciencia y con ideas científicas, como un ciudadano reflexivo” (OCDE, 2009, p. 128).

132

En este contexto, la alfabetización científica ha sido declarada como la finalidad de la enseñanza de la ciencia en la escuela (Nwagbo, 2006; OCDE, 2000; OREALC/UNESCO, 2005; Vázquez y Manassero, 2002; Vilches et al., 2004). En el empeño por alcanzarla, la mayoría de los países ha incluido este enfoque en los planes curriculares nacionales de ciencia (Bencze & Bowen, 2009; Holbrook & Rannikmäe, 2009; Vilches et al., 2004), apostando a que el desarrollo de la alfabetización científica como una competencia no solo permitirá mejorar la toma de decisiones de los futuros ciudadanos sino también generar un mayor interés en los y las jóvenes por desarrollarse en profesiones científicas y tecnológicas (Bencze & Bowen, 2009; Laugksch, 2000). Fuentes: • Navarro, Marianela y Carla Förster(2012). Nivel de alfabetización científica y actitudes hacia la ciencia en estudiantes de secundaria: comparaciones por sexo y nivel socioeconómico . Pensamiento educa-

tivo: Revista de Investigación Educacional Latinoamericana, 49(1), 1-17. • Acevedo, J.A.(2004). Reflexiones sobre las finalidades de la enseñanza de las ciencias: Educación científica para la ciudadanía . Enseñanza y divulgación de las Ciencias: Revista Eureka, 1(1), 3-16.


¿Cómo conducir una investigación?


En esta lección, las y los estudiantes tendrán la misión de confeccionar una presentación que les permita plantear una estrategia de ahorro de energía para su escuela. Para orientar la planificación de este proyecto y su importancia, y resaltar el valor del uso eficiente de la energía, comparta con sus estudiantes la información que se describe en la siguiente ventana de profundización didáctica.

Ventana de profundización didáctica Diseñando una educación para la sustentabilidad

La educación para la sustentabilidad debería ser desarrollada en las escuelas bajo principios que se originan en una visión holística e interdisciplinaria. Este enfoque debe estar dirigido principalmente a la formación de valores ciudadanos que potencien el pensamiento crítico y una actitud responsable y participativa. Uno de los principales objetivos debe ser que las y los estudiantes puedan comprender la complejidad de la situación ambiental de nuestro planeta y que, a partir de ello, puedan proponer alternativas para mitigar esta problemática tanto a nivel local como global. En general, uno de los principales obstáculos presentes en el desarrollo de la educación ambiental ha sido el tratamiento de esta temática, que comúnmente se presenta como una realidad ajena a las y los estudiantes. Desde esta perspectiva, es necesario que la educación ambiental entienda a los sujetos participantes como agentes transformadores de la realidad e influyentes en ella tanto positiva como negativamente. Fuente: Dieleman, H. y Juárez-Nájera, M. (2008). ¿Cómo se puede diseñar educación para la sustentabilidad? Revista internacional de contaminación ambiental, 24(3), 131-147. (Adaptación)

Tema 1: ¿Qué es la energía? Páginas 138 a 141 Para comenzar este tema proponga a sus estudiantes señalar ejemplos de situaciones cotidianas en que este presente el concepto de energía y que identifiquen qué propiedades se modifican a lo largo del tiempo. Activación de conocimientos previos

Entre los aportes que ha hecho la neurociencia a la pedagogía, están sus consideraciones sobre las distintas maneras que tiene el cerebro de aprender. Varias investigaciones realizadas por grandes neurocientíficos, como Gazzaniga, vienen demostrando que escuchar música y tocar un instrumento musical generan un gran impacto en el cerebro, estimulando zonas responsables de funciones cerebrales superiores. De igual forma, el arte estimula un enorme grupo de habilidades y procesos mentales: permite el desarrollo de capacidades cognitivas y emocionales, además de estimular el desarrollo de competencias humanas. Con este conocimiento en mente, los educadores podrán utilizar la música y el arte como activadores del aprendizaje vinculados a su práctica pedagógica y planificación curricular. Fuente: Campos, A (2010).Neuroeducación: uniendo las neurociencias y la educación en la búsqueda del desarrollo humano. La educ@ ción. Revista digital, 143. Disponible en: .

Unidad 3 • Trabajo y energía

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Actividad del texto (P. 138) Indaguemos

Tema 2: ¿Qué es la energía potencial? Páginas 142 a 147

La actividad experimental de esta página propone relacionar la altura desde la que es soltada la bolita con su energía potencial, y esto con el desplazamiento que luego logra la caja de fósforos. Además, pretende que los y las estudiantes indaguen en las actitudes ideales para adquirir nuevos conocimientos. La dificultad está en que los estudiantes logren conectar su noción particular de energía, con la altura de la bolita y el desplazamiento logrado por la caja, y que propongan alguna hipótesis que incluya los conceptos de fuerza, velocidad u otro similar. Solicite a sus estudiantes que lean sus hipótesis, luego, invítelos a que, a partir de ellas, diseñen situaciones experimentales conducentes a demostrar o descartar dichas hipótesis. Recuerde que, para producir una motivación inicial, es conveniente que no se consideren respuestas incorrectas, sino ideas que se pueden poner a prueba para avanzar en la explicación del fenómeno observado.

Niveles de logro L

ML


La actividad experimental propone que los y las estudiantes relacionen la deformación producida en la greda con el trabajo mecánico realizado, y observen los diferentes efectos que se producen al modificar la altura. También se espera que reflexionen sobre el orden y el rigor en el trabajo experimental. Si es difícil conseguir greda, la superficie que se deforma puede ser de plasticina, masa de harina con agua u otra superficie que cumpla con deformarse de manera tal que se pueda apreciar. Si la masa de la esfera es demasiado grande, puede que el centímetro recomendado para el grosor de la greda sea insuficiente. Se recomienda realizar una etapa previa de prueba. Puede evaluar las habilidades y actitudes científicas de la actividad realizada, usando la siguiente rúbrica:

Rúbrica de evaluación de habilidades y actitudes Indicadores

3

PL

Conducen adecuadamente la experiencia. Identifican correctamente las variables en estudio. Explican con claridad las características del suceso estudiado. Identifican la importancia de los conocimientos previos para explicar los sucesos. L = Logrado; ML = Medianamente logrado; PL = Por lograr.

Actividad del texto (P. 140) Relacionemos la energía cinética con el medio ambiente

Realice esta actividad en conjunto con sus estudiantes para resaltar la importancia de utilizar los recursos renovables como fuente de energía. ¿Cómo se relaciona la energía cinética con el trabajo mecánico? (P. 141)

Desarrolle en la pizarra la deducción del teorema del trabajo y la energía cinética, pues es probable que haya debilidades algebraicas en los y las estudiantes, las que pueden ser detectadas y corregidas durante el proceso de deducción.

Rúbrica de evaluación de habilidades y actitudes Indicadores

Niveles de logro L

ML

PL

Conducen adecuadamente la experiencia.

133

Describen detalladamente las características del suceso observado a partir del análisis de evidencias. Formulan la relación correcta entre el trabajo y la energía de la bolita en estudio. Trabajan de forma ordenada y rigurosa. Identifican maneras de mejorar la experiencia. L = Logrado; ML = Medianamente logrado; PL = Por lograr.

Actividad del texto (P. 143) Determinemos la energía potencial gravitatoria

Esta actividad permite que sus estudiantes apliquen el modelo matemático para determinar el valor de la energía potencial gravitatoria de un cuerpo. Guíelos en aplicación de la expresión matemática, pidiéndoles que identifiquen los datos con los que cuentan. Puede desarrollar la expresión en la pizarra para comprender la utilidad de este tipo de análisis.



Desarrollo de la unidad Energía potencial elástica (P. 145)

Alfabetización científica

Cotidianamente nos encontramos con cuerpos que poseen un cierto grado de elasticidad, como elásticos de la ropa, resortes al interior de mecanismos, amortiguadores de vehículos o de colchones, entre muchos otros. Es importante mencionar que si bien muchos de estos cuerpos elásticos se comportan según la ley de Hooke en un cierto rango, otros pierden esta cualidad cuando pasan un cierto límite y se deforman permanentemente. La energía acumulada en los elásticos al estirarse puede volver a su estado normal una vez que deja de actuar la tensión que los estira, mientras que los resortes acumulan energía tanto al estirarse como al comprimirse.

A poner en práctica P. 146 y 147 ¿Cómo conducir una investigación científica?

134

Esta actividad experimental tiene como propósito que los y las estudiantes determinen cuantitativamente el comportamiento de la energía mecánica de un cuerpo durante su caída. Se debe considerar, para evitar errores de paralaje, grabar la imagen desde una distancia tal que todas las marcas realizadas con papeles adhesivos se vean en el cuadro, y que la cámara se sitúe a una altura media de 75 cm, para que la perspectiva influya lo menos posible. Otro aspecto a considerar es que la pelota, al no ser un objeto puntual, puede influir en la precisión de las medidas. Lo ideal es que se trate de una pelota pequeña y que su color contraste claramente con el fondo. Además considere un punto fijo de la pelota, por ejemplo su parte inferior, cuando pasa frente al adhesivo de papel. No se considera el roce con el aire, lo que puede influir en los resultados obtenidos; quizás en los resultados de la tabla no se logre una conservación perfecta de la energía mecánica, pero sí puede aparecer clara una tendencia.

Puede evaluar la actividad realizada, usando la siguiente rúbrica: Rúbrica de evaluación de habilidades y actitudes Indicadores

Niveles de logro L

ML

PL

Forman equipos de trabajo respetando las habilidades y competencias de cada integrante. Formulan una hipótesis coherente con la pregunta de investigación Realizan la experiencia de forma ordena y rigurosa, para la obtención de datos confiables. Analizan e interpretan correctamente las evidencias obtenidas en la actividad. Elaboran conclusiones a partir de los resultados obtenidos. Comunican los resultados a partir de un informe científico bien elaborado. Muestran interés, curiosidad, rigor y perseverancia para realizar la experiencia. L = Logrado; ML = Medianamente logrado; PL = Por lograr.

Tema 3: ¿Qué es la energía mecánica? Páginas 148 a 152


Esta actividad tiene como finalidad analizar los tipos de energía a partir del análisis del juego pinball. Plantee las preguntas que se proponen en el texto para que los y las estudiantes las respondan en forma conjunta. De forma adicional al ejemplo propuesto en esta página, mencione a sus estudiantes otros ejemplos en los que se identifique la energía mecánica, por ejemplo en la montaña rusa, la caída de un objeto, entre otros. Pregúnteles en qué parte del movimiento la energía cinética es mayor y en cuál lo es la energía potencial gravitatoria.

Recurso digital e t n e c o D l e d a c i t c á d i D a í u G

Utilice el RDC propuesto en la página 149 del Texto del estudiante para trabajar de forma lúdica la relación entre energía cinética y potencial. Considere que, en esta actividad digital, el alumno tendrá la misión de construir una pista de patinaje a partir de sus conocimientos sobre la energía mecánica.


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La conservación de la energía mecánica (P. 149) Mujeres en la historia

Rúbrica de evaluación para la comunicación de resultados

En la página 150 de la Guía didáctica se presenta una Profundización disciplinar sobre "Los aportes de Émilie du Châtelet a la controversia de la energía cinética". Comparta esta información con sus estudiantes y aproveche de trabajar el carácter dinámico de la construcción del conocimiento científico. Pregúnteles: ¿cómo contribuyó Émilie al trabajo de Newton y Leibniz?, ¿son necesarios los aportes de otros científicos para construir el conocimiento? Debata estas ideas con sus estudiantes en una sesión plenaria. Desarrollo de la misión (P. 151)

¿Cómo comunicar una investigación?

Para llevar a cabo el proyecto de esta lección y de acuerdo al trabajo interdisciplinar señalado al inicio del mismo, solicite a sus estudiantes que desarrollen la presentación que les permita plantear una estrategia de ahorro de enrgía para la escuela. Para confirmar que las ideas planificadas por cada grupo de trabajo sean correctas, genere la instancia para que cada equipo le muestre el diseño de su propuesta y sugiera ideas de mejoras para la elaboración del producto final. Puede evaluar la actividad realizada, usando las siguientes rúbricas: Rúbrica de evaluación de habilidades y actitudes Indicadores

Niveles de logro L

ML

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PL

Forman equipos de trabajo respetando las habilidades y competencias de cada integrante. Reconocen las responsabilidades individuales en la ejecución de su investigación. Seleccionan un plan de acción coherente para diseñar su estrategia de ahorro de energía. Utilizan procedimientos, software y plataformas de análisis de textos durante la búsqueda de información. L = Logrado; ML = Medianamente logrado; PL = Por lograr.

Indicadores

Niveles de logro L

ML

PL

Informan sobre la investigación realizada con los recursos más adecuados. Expresan la realización de su investigación argumentando las razones de la elección de su trabajo. Presentan su trabajo utilizando lenguaje científico apropiado. La propuesta presentada es coherente con la realidad del establecimiento. L = Logrado; ML = Medianamente logrado; PL = Por lograr.

Ventana de profundización disciplinar Ideas interesantes sobre la generación de energía

Para nadie es un secreto que la eficiencia energética es la clave para un futuro sustentable, por lo que las ciencias buscan avanzar cada vez más en este campo. La humanidad ha creído encontrar la solución definitiva muchas veces. Primero fueron los hidrocarburos; la explosión controlada o combustión de estos genera energía cinética para el movimiento de vehículos, para generar energía eléctrica y un sinfín de otras aplicaciones. Por muchos años nadie pensó en el daño que sufría nuestro planeta debido al uso indiscriminado de los hidrocarburos: ningún gobierno reguló el incontrolable crecimiento de la demanda, y fue tanto el descontrol que, a pesar de que sabemos lo dañinos que son, aún son el pilar fundamental de la matriz energética mundial. Luego, la atención se volvió hacia la energía nuclear, la reacción en cadena controlada del material radioactivo genera calor, el que a su vez evapora agua, donde la liberación de este genera la energía cinética rotacional suficiente con el fin de mover una turbina para generar energía eléctrica. Sin embargo, accidentes como Chernóbil o de Fukushima, y la acumulación de desechos radiactivos peligrosos, volvió a truncar las esperanzas por la solución definitiva a los límites energéticos. Todas estas formas de generar energía tienen desventajas que nos hacen buscar mejores soluciones, que a su vez también tienen sus aspectos negativos. Por ejemplo, la generación de energía solar a gran escala, es responsable de la muerte de cientos de miles de aves, que mueren calcinadas en pleno vuelo. Por otro lado, la energía eólica con las gigantescas hélices de los aerogeneradores causan la muerte de millones de aves y murciélagos, lo que podría llevar a la proliferación de plagas como insectos y ratones, debido a la falta de depredadores que los eliminen.


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Las gigantescas desventajas y el impacto que tienen las fuentes energéticas actuales, han llevado a la búsqueda de mejores soluciones para el problema energético, algunas bastante novedosas. La pelota Soocket

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Desarrollada por cuatro estudiantes de la Universidad de Harvard, consiste en una pelota de fútbol cuyo ingenioso concepto involucra la inserción de un mecanismo que utiliza una bobina inductiva que convierte al juguete en un generador de energía amigable con el medio ambiente. El movimiento y los impactos en la pelota proveen de energía cinética a un imán que se mueve a través de la bobina, induciendo un voltaje y por lo tanto generando energía eléctrica que es almacenada por la pelota. La Soocket ha sido distribuida a muchos jóvenes estudiantes pertenecientes a países pobres que no cuentan con energía eléctrica en sus casas, con el propósito de que la usen durante el día para jugar y en la noche para estudiar usando la energía eléctrica almacenada para encender una lámpara. El dispositivoaún presenta algunos problemas, como por ejemplo deja de funcionar después de algunos meses, sobretodo porque nadie del entorno cercano de los estudiantes puede repararlas cuando sufren simples desperfectos. Además, la luz de la lámpara se debilita con el pasar de los días. Sin embargo, utilizar el deporte y la entretención como una fuente de energía es una idea brillante. Sistema Hybrid2

Otra idea interesante es este sistema, la cual fue concebida por el diseñador Chiyu Chen y que consiste en el alquiler urbano de bicicletas capaces de almacenar parte de la energía cinética a través del sistema de frenos que luego es utilizada para cargar autobuses híbridos. Los usuarios del sistema reciben créditos, de acuerdo a la energía que lograron almacenar, que pueden usar cuando necesiten el autobús. Esta idea tiene como objetivo no solo fomentar la vida sana y las energías limpias, sino que también busca descongestionar los sistemas de transporte público. Sin embargo la idea no termina allí, ya que en un esfuerzo por hacer el sistema aún más eficiente se puede aprovechar el movimiento de las ruedas para generar luz.


Hay un sinfín más de ideas interesantes para generar energía, como la utilización de baldosas que aprovechan la energía cinética de las personas que caminan sobre ellas, o casas inteligentes que utilizan material con grandes propiedades piezoeléctricas para generar energía. Si bien estas tecnologías aún no son de uso masivo, muestran una imagen esperanzadora para nuestro futuro y sobre todo para el futuro de nuestro planeta. Fuentes: – Di Pelino, V. La energía. Instituto Argentino de la energía. – The soccket: a soccer ball that generates electricity. (s.f.). Recuperado el 10 de junio del 2015, de http://www.globalenvision. org/2011/12/16/soccket-soccer-ball-generates-electricity – Hacer deporte y generar energía. (s.f.). Recuperado el 10 de junio de 2015, de http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2010/06/03/193481.php

Actividad del texto (P. 151) Determinemos la energía potencial gravitatoria

Guíe a sus estudiantes en el desarrollo de esta actividad, dibujando el esquema en la pizarra para resolverlo de manera colaborativa. Propóngales practicar con otros datos, por ejemplo aumentando al doble las alturas en los puntos A y B.

Recurso digital En este recurso digital, los y las estudiantes encontrarán desafíos que le permitirán descubrir cómo se comporta la energía mecánica en dos juegos dentro de un parque de diversiones: la caída libre y la montaña rusa. Las TIC

De manera adicional al recurso presentado en el Texto, puede trabajar con la simulación virtual: Energía en el parte del patinador. Para ello, ingrese el código 18GF2M136a en el sitio web del libro.

Este recurso le permitirá construir pistas, rampas y saltos para un patinador, con el fin de observar la energía cinética, la energía potencial y la fricción cuándo se mueve.


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Disipación de la energía mecánica (P. 152)

Pauta de co-evaluación Sí

Aspectos a evaluar

Actividad complementaria ¿En qué formas se disipa la energía mecánica?

El principio de conservación de la energía mecánica (tal como fue presentado) se cumple en condiciones muy particulares. Para observar algunos de los factores que lo afectan, realiza el procedimiento que se describe: Haz rodar una bolita o un lápiz sobre una superficie horizontal (entregándole solo un impulso inicial). Luego, responde las siguientes preguntas:

a. ¿Qué fuerzas actúan sobre la bolita? Construye un diagrama de cuerpo libre. b. ¿Qué fuerzas realizan trabajo? c. ¿Por qué piensas que la energía cinética de la bolita se disipó? d. ¿Qué preguntas te surgen respecto del fenómeno observado?

Ciencia, tecnología y sociedad P. 153 En la lectura "Energía eólica en Chile: diversificando la matriz energética", puede plantear un debate sobre formas limpias y contaminantes de generación de energía, por ejemplo, enfatizando en las ventajas y desventajas de los siguientes tipos de energía: hidroeléctrica, termoeléctrica, eólica, solar y nuclear. Motive a sus estudiantes para que den s u opinión y respeten la de sus otros compañeros y compañeras. Cierre de la misión (P. 153)

¿Cómo evaluar una investigación?

Para que las y los estudiantes evalúen su desempeño en el trabajo realizado, analizando su desempeño tanto personal como colectivo, pueden hacerlo a partir de la retroalimentación. Para ello, además de las preguntas planteadas en el Texto del estudiante, se sugiere implementar las siguientes pautas de evaluación: Pauta de auto-evaluación Aspectos a evaluar

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Sí

No

No

Tuvieron una buena disposición para realizar el trabajo de forma colaborativa. Respetaron los tiempos asignados para realizar cada una de las tareas. Se respetaron distintas ideas para llevar a cabo el procedimiento. Reflexiono sobre lo que aprendí (P. 51)

Para profundizar en el pensamiento metacognivo de los estudiantes respecto de su trabajo en esta lección puede realizar preguntas como: ¿De qué manera el estudio científico permite comprender mejor el mundo que nos rodea? ¿Cómo pueden mejorar su actitud frente al aprendizaje de la física? ¿De qué manera es importante comprender los modelos para explicar fenómenos cotidianos?

Integro lo que aprendí

P. 154 y 155

Explique a sus estudiantes que esta sección constituye una instancia evaluativa en donde pueden medir el logro de sus aprendizajes. Pídales que completen la sección ¿Cómo voy? , para identificar el logro de los aprendizajes propuestos.

137

Para trabajar los diferentes ritmos de aprendizaje de sus estudiantes, le proponemos que utilice las siguientes actividades complementarias: si el nivel de desempeño es Logrado, pídales que completen la Ficha de ampliación de la página 155, de la Guía didáctica. En el caso de que su desempeño fuese Medianamente logrado o Por lograr, solicíteles que desarrollen la Ficha de refuerzo de la página 154. Puede complementar el trabajo metacognitivo de sus estudiantes en la sección Reflexiono sobre mi desempeño con las siguientes preguntas: ¿qué conceptos que no conocías al principio de la lección, podrías definir con tus propias palabras ahora?, ¿cuál es el proceso que tiene mayor dificultad para ti?, ¿qué es lo que debes ejercitar para superarlo? Plantea una pregunta relacionada con el movimiento que aún no puedas responder, e investiga qué conocimientos sería necesario dominar para hacerlo.

Realicé aportes para establecer una estratedia de ahorro de energía. Fui responsable en mis tareas dentro del grupo de trabajo. Trabajé con conciencia e interés en el desarrollo de la misión.




Ventana de profundización didáctica El desarrollo del pensamiento crítico

El pensamiento crítico es entendido como una competencia básica que es aplicable a diversos contextos de la vida cotidiana de los sujetos. Al desarrollar este tipo de habilidades, los estudiantes serán capaces de discernir y establecer una posición determinada basada en argumentos sólidos y patrones preestablecidos elaborados a partir de una reflexión crítica del entorno. Desde esta perspectiva, los estudiantes son capaces de tomar el control de las ideas, generando un distanciamiento de la especulación, las opiniones de terceros y la desinformación.

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En vista de la realidad de la sociedad actual, bombardeada por gran cantidad de información proveniente de los medios de comunicación masiva, se hace necesario el desarrollo de competencias que faciliten la formación de ciudadanos críticos y reflexivos para enfrentarse a la sociedad del conocimiento. En este sentido, una de las competencias fundamentales para este siglo es el pensamiento crítico, necesario para que los estudiantes desarrollen un criterio que les permita interactuar y reflexionar críticamente ante los mensajes provenientes de diversas fuentes de información en la actualidad. Considerando las problemáticas ambientales que caracterizan al siglo XXI, la escuela debe cumplir con la formación de un alumnado crítico, entendido como agente transformador del entorno en el que se desenvuelve, para lo cual requiere del desarrollo de un pensamiento que fortalezca las capacidades comunicativas y argumentativas.


El desarrollo del pensamiento crítico es una de las claves para que los estudiantes logren un aprendizaje significativo en las clases de ciencias naturales. Como consecuencia de las características de este tipo de pensamiento, su desarrollo mejora la capacidad para la innovación y la creatividad, y el trabajo con las habilidades como la investigación y el análisis. En este nuevo escenario, tienen la posibilidad de cuestionarse las situaciones dadas en su contexto y proponer alternativas diferentes a las ya planteadas por la sociedad. Este tipo de habilidad les permite ser autónomos, desarrollando su imaginación y su pensamiento divergente. En este sentido, el pensamiento científico se ve favorecido, ya que los estudiantes aprenden a cuestionarse el porqué de las cosas y se implican en actividades que requieren del manejo conceptual, procedimental y actitudinal para resolver problemas relacionados con los tópicos de la disciplina.


En la actualidad, el objetivo primordial de la ciencia es enseñar a pensar utilizando tanto el conocimiento, como las evidencias obtenidas a partir del análisis de experiencias prácticas, verificándose, con ello, la conexión inmediata e indisoluble que existe entre el pensamiento crítico y científico. Fuente: Escobar, C. Santos, B., y Calderón, I. (2015). Desarrollo del pensamiento crítico en el área de ciencias naturales. Revista Facultad de Ciencias Universidad Nacional de Colombia, 4 (2), 17-42. (Adaptación).

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Notas

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Páginas 156 a 169

LECCIÓN : Impulso y cantidad de movimiento Las actividades propuestas en el Texto del estudiante tienen como propósito el logro de los Aprendizajes Esperados (AE), abordando con diferentes estrategias los Indicadores de Evaluación (IE) e incorporando en cada una de ellas el trabajo con habilidades, actitudes y Objetivos Fundamentales Transversales (OFT).. AE Analizar datos sobre colisiones entre objetos considerando la cantidad de movimiento y su conservación.

IE

Actividad

HIC

Actitud/OFT

IE 10


HIC 2

OA B-D/OFT 2-4

IE 8

Indaguemos (P. 158)

HIC 1-2-3

OA B-D/OFT 2-4

IE 8

Analicemos el impulso (P. 159)

HIC 3

OA B-D/OFT 2-4

IE 12-13

Indaguemos (P. 160)

HIC 1-2-3

OA B-D/OFT 2-4

IE 12


HIC 3

OA B-D/OFT 2-4

IE 10


HIC 3-5

OA B-D/OFT 2-4

IE 9


HIC 3

OA B-D/OFT 2-4

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HIC 4

OA B-D/OFT 2-4

IE 7-9-10-12-13


HIC 3

OA B-D/OFT 2-4


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En esta lección se trabajan los conceptos que permiten analizar el impulso y la catidad de movimiento de los cuerpos, según lo propuesto en los Aprendizajes Esperados . Lo anterior se desarrolla a partir de los recursos y las actividades presentes en el Texto del estudiante, en la Guía didáctica y en los Recursos digitales complementarios (RDC), en función del logro de los Indicadores de Evaluación considerando, además del contenido, las habilidades y actitudes. En el Texto del estudiante, las diferentes temáticas se desarrollan con una propuesta didáctica que trabaja los contenidos, comenzando con actividades Indaguemos, que buscan la activación de los conocimientos previos para posteriormente formalizarlos en el contenido tratado en el texto. Luego, se presentan actividades que abarcan distintas habilidades, enfocándose principalmente en las de orden superior, ciclo que se repite a lo largo de la lección. De forma articulada al desarrollo del contenido, en los Desarrollo de estrategias se entregan herramientas para resolver problemas. Asimismo, a lo largo de la lección, se incorpora el trabajo de las actitudes con los OFT.


En la Guía didáctica se presentan pautas para poder utilizar algunas de las actividades del Texto del estudiante como instrumentos de evaluación, fichas de trabajo para los diferentes ritmos de aprendizaje , actividades complementarias y evaluaciones, con sus respectivos solucionarios. A continuación se presenta una serie de orientaciones para trabajar los temas, actividades y secciones más importantes presentes en la lección del Texto del estudiante, además de actividades e información complementaria, entre otros recursos, presentes en la Guía didáctica.


Ciencia, tecnología y sociedad P. 156 En esta sección, se presenta el texto “La energía cinética y los airbag de los automóviles”. Se espera que las y los estudiantes comprendan los efectos de los choques para que puedan evidenciar la importancia de adoptar medidas de seguridad.

Ciencia al día P. 157 A partir de la lectura de la página 157, “Aceleradores de partículas en Chile”, comente a sus estudiantes las aplicaciones en la salud de ciertos elementos radiactivos, como la tomografía en la detección temprana de tumores cancerígenos. En términos conceptuales, se busca que sus estudiantes den una idea tentativa de la relación entre la energía y la velocidad. Adicional a las preguntas que se plantean en el texto, puede realizar la siguiente para iniciar un debate en torno a la información: ¿Sabían que se realizaba este tipo de investigaciones en Chile?

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¿Cómo conducir una investigación? En esta lección, las y los estudiantes tendrán la misión de confeccionar una maqueta que les permita ejemplificar los tres tipos de colisiones que se estudiarán. La principal idea de esta es que logren explicar y representar las características y efectos de las colisiones entre dos objetos.

Ventana de profundización didáctica Técnica heurística: V de Gowin

La V de Gowin es una estrategia para aprender a aprender, centrada en el aprendizaje del conocimiento científico. Surgió como un instrumento implementado en los laboratorios de ciencias naturales para, en palabras de los mismos autores, “ayudar a estudiantes y profesores a clarificar la naturaleza y los objetivos del trabajo en el laboratorio de ciencias” (Novak, 1988, p.76). La propuesta de la técnica surgió a finales de la década de los setenta debido a la falta de conexión entre la teo ría y la práctica que se reconocía en la enseñanza de las ciencias naturales. Según comentan Gowin y Novak en el texto Aprendiendo a aprender, el o la estudiante en el laboratorio no seguía una metodología científica al hacer sus prácticas, de modo que se creaba un abismo entre la rigurosidad científica de la teoría y la falta de la misma en las prácticas escolares. Por la naturaleza de la técnica, se propone para ser utilizada en situaciones prácticas donde el o la estudiante tenga al alcance los fenómenos, objetos u acontecimientos a ser observados, fundamentalmente bajo circunstancias de tipo experimental.

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deductiva, cuyos pasos se inician desde el dominio conceptual con teorías y/o leyes que se comprobarán en el laboratorio, para luego plantear interrogantes y hallar evidencias cotidianas que demuestren su validez científica. Es recomendado para aquellas prácticas de laboratorioiniciales o demostrativas, ya que son procedimientos que deben ser aprendidos previamente para poder ejecutar otros y que requieren del seguimiento preciso de las instrucciones dadas por el o la docente. La segunda ruta es la inductiva, a partir de la cual los y las estudiantes primero plantean preguntas a partir de hechos cotidianos relacionados con la disciplina. Luego, proponen el procedimiento experimental, obtienen resultados y los interpretan para finalmente compararlos con las teorías existentes. En el anexo presente en el Texto del Estudiante se propone una metodología que es una combinación de las dos anteriores (inductiva/deductiva). Se inicia la ruta desde la observación, lo que permite generar una discusión a partir de la cual se origina una pregunta. En seguida, los y las estudiantes deben identificar las teorías y conceptos asociados al fenómeno, para finalmente planificar y llevar a cabo un procedimiento, analizar los resultados y por último concluir. Es importante señalar que cualquiera sea la ruta didáctica seleccionada, deben interrelacionarse ambos lados de la V de Gowin.

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Fuentes: •Novak, Joseph D. y Gowin, D. Bob(1988). Aprendiendo a aprender . Barcelona: Ediciones Martínez Roca. •Manuel Belmonte (1997). Mapas conceptuales y UVES heurísticas de Gowin. Bilbao: Ediciones Mensajero. •Chamizo, J.A.(1995). Mapas conceptuales en la enseñanza y la evaluación de la química. Ciudad de México: Revista Educación Química.

En la V de Gowin se sintetizan dos dimensiones del conocimiento. Una es la dimensión conceptual, integrada por teorías, principios y leyes. La segunda es la dimensión metodológica conformada por juicios de valor, afirmaciones de conocimiento, procedimientos experimentales, interpretaciones de datos, registros de los acontecimientos, fenómenos o fuentes de evidencia. En el vértice y punto de convergencia de ambos lados, está la pregunta de investigación, el acontecimiento, evento o fenómeno estudiado. Y en el centro de la V se escribe una planificación relacionada con la interrogante en cuestión. A partir de esta información el o la estudiante podrá estructurar un informe de laboratorio que relacione la teoría y la práctica. Cabe destacar que usted como docente podrá realizarle los ajustes que considere necesarios para que sea un recurso que responda a sus necesidades particulares.


En la práctica hay tres maneras de construir la V según sea la ruta didáctica seguida. La primera corresponde a la



Tema 1: Describiendo el impulso

Tema 2: Cantidad de movimiento

Páginas 158 a 159

Páginas 160 a 166

Activación de conocimientos previos El inicio de la clase es clave para producir motivación en las y los estudiantes, sobre to do en el inicio de una nueva lección, en la que se enfrentan a nuevos conocimientos. Con respecto a lo anterior, en la página 151 de la Guía didáctica se presenta una Profundización didáctica sobre la Motivación en el aula. Poner en práctica lo que se presenta le permitirá acrecentar la motivación de sus estudiantes por aprender, influyendo positivamente en su aprendizaje. Actividad del texto (P. 158) Indaguemos Los propósitos de esta actividad son observar las situaciones planteadas y reconocer los principios físicos que influyen en los fenómenos, así como indagar en las actitudes necesarias para facilitar la adquisición de nuevos conocimientos. La dificultad está relacionada con interpretar correctamente las situaciones que se plantean; en ellas están implícitamente las ideas de impulso y cantidad de movimiento, magnitudes que pueden ser descritas cualitativamente. 142


Niveles de logro L

ML

PL

Conducen adecuadamente la experiencia. Relacionan la fuerza aplicada con los efectos observados en la actividad. Señalan correctamente las características de las situaciones estudiadas. Evalúan las evidencias que sustentan el análisis de sus resultados. L = Logrado; ML = Medianamente logrado; PL = Por lograr.

Actividad del texto (P. 159) Analicemos el impulso


El propósito de esta actividad es que sus estudiantes, a partir de la expresión que relaciona el impulso con la fuerza aplicada y con el tiempo durante el cual actúa la fuerza, determinen el impulso en cada caso. Muéstreles en la pizarra cómo aplicar esta expresión y cómo analizar la proporcionalidad de las variables.


Actividad del texto (P. 160) Indaguemos En esta actividad, se espera que las y los estudiantes evidencien las características de la cantidad de movimiento, a partir del análisis de un choque de bolitas.

Alfabetización científica Durante un partido de fútbol, la pelota cambia continuamente de posición y de velocidad. Integrando los nuevos conocimientos, podríamos agregar que su cantidad de movimiento cambia continuamente, lo que implica que está recibiendo, cada cierto tiempo, impulsos que modifican su cantidad de movimiento. Como la masa de la pelota es invariante, es el vector velocidad el que se modifica según los impulsos que le producen los jugadores al golpear el balón con el pie. En un partido de tenis sucede algo similar: cada vez que un tenista golpea la pelota, le entrega un impulso tal que cambia el sentido del vector velocidad, así como su magnitud. Esto sucede en muchos deportes en los cuales se pone en movimiento un cuerpo: además del fútbol y el tenis, se podrían mencionar el béisbol, el básquetbol, el vóleibol, el lanzamiento de la bala, la jabalina, el martillo, entre muchos otros. Pregunte a sus estudiantes: ¿en cuáles de esos deportes el tiempo durante el cual se desarrolla el impulso es más extenso? Desarrollo de estrategias (P. 161) El propósito es aplicar la definición de impulso a la resolución de un problema e internalizar en las y los estudiantes las etapas para facilitar el razonamiento. Es una oportunidad para reforzar el uso correcto de las unidades de medida, la selección adecuada de las relaciones entre variables, el manejo algebraico de las expresiones y la resolución aritmé tica del problema. Como se trata de un procedimiento que se puede replicar en la resolución de muchos problemas, se sugiere la utilización de la siguiente rúbrica de autoevaluación para aplicarla luego de realizar el paso 5.

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Pauta de auto-evaluación Aspectos a evaluar

Sí

No

Identifiqué todas las variables involucradas en el pro blema, tanto las conocidas como las desconocidas. Registré los datos conocidos del problema, con sus respectivas unidades de medida. Reconocí las relaciones entre variables que permiten resolver el problema planteado. Despejé algebraicamente la variable desconocida para poder calcular su valor. Antes de calcular el valor de la variable desconocida, revisé que todas las unidades de medida fueran congruentes y estuvieran según el SI de unidades.

3

La conservación de la cantidad de movimiento en colisiones (P. 164)

Actividad complementaria ¿En qué formas se disipa la energía mecánica?

Ingresa el código 18GF2M143b en el sitio web codigos. auladigital.cl. Aquí encontrarás dos simulaciones de choques.

1. En la simulación del choque elástico, modifica las variables que permite el recurso para evidenciar las características de este tipo de colisión.

Realicé el cálculo correctamente y expresé adecuadamente el resultado.

La conservación de la cantidad de movimiento (P. 162 y 163) Una vez revisado el contenido de estas páginas, muestre a sus estudiantes el video que encontrará al introducir el código 18GF2M143a en el sitio web codigos.auladigital. cl, donde se muestra el “cañón de Gauss”, de muy fácil construcción, que ejemplifica la idea de conservación de la cantidad de movimiento. El cañón de Gauss consiste en una serie de bolitas de rodamiento que se ponen en un riel, y un par de imanes de neomidio. El fenómeno observable es que a un pequeño impulso sobre una de las bolitas, la desplaza hacia los imanes y el resto de rodamientos, produciéndose una colisión, acelerada por el campo magnético del imán. Entonces la última bolita sale disparada con un impulso mucho mayor que el dado por la fuerza externa a la primera bolita. Aparentemente se podría pensar que no se conserva la cantidad de movimiento, por lo que la situación puede ser estimulante para el pensamiento crítico. Para trabajar el resultado de la observación, se puede guiar por las siguientes preguntas: ¿cómo se podrían comparar cualitativamente el impulso inicial que se le da a la bolita, en relación con el impulso con que se desplaza la última bolita?, ¿qué es lo que acelera la colisión?, ¿de dónde proviene el incremento observable de la energía cinética?

143

Luego responde las siguientes preguntas:

a. ¿Cuáles son las magnitudes físicas que la animación permite trabajar como variables?

b. ¿Cómo debe ser el signo de las velocidades para que las bolas colisionen de manera frontal?

c. ¿Se conservó la cantidad de movimiento? d. ¿Se conservó la energía mecánica?




2. Luego, en la simulación del choque totalmente inelástico, modifica las variables que permite el recurso para evidenciar las características de este tipo de colisión.

Recurso digital Utilice el recurso digital de la página 164 para que sus estudiantes evidencien la relación que existe entre la masa y la velocidad de ciertos objetos. Con este propósito, la simulación consiste en empujar bloques de distinta masa sobre una mesa sin fricción. El procesamiento de los datos les permitirá crear un informe científico. Desarrollo de la misión (P. 165)

¿Cómo comunicar una investigación? En esta instancia, solicite a sus estudiantes que lleven a cabo la misión propuesta. Considere que, al finalizar la confeccionen de las maquetas, deben presentar al resto del curso su trabajo. Puede evaluar la actividad realizada, usando la siguiente rúbrica: Finalmente, responde las siguientes preguntas:

a. ¿Qué diferencia tiene este choque con un choque elástico? 144

b. ¿Cómo debe ser el signo de las velocidades para que las bolas no colisionen?

c. ¿Se conservó la cantidad de movimiento y la energía? Explica.

Diferenciar entre un choque elástico y uno inelástico, puede traer dificultades por sus similitudes. Es bueno aclarar desde un principio que en todos se conserva la energía, pero no en todos la cantidad de movimiento, antes y después de la colisión, y que en ello radica la diferencia. Utilice la siguiente tabla para diferenciar los tipos de choque. Características de los distintos tipos de choques

¿Se conserva la energía? e t n e c o D l e d a c i t c á d i D a í u G

¿Se conserva la cantidad de movimiento?

Indicadores

Niveles de logro L

ML

PL

Planificaron satisfactoriamente su plan de trabajo. Consideraron los materiales necesarios para la confección de su prototipo. Confeccionaron satisfactoriamente su modelo para cada tipo de colisión.

Error frecuente

Elástico

Rúbrica de evaluación de habilidades y actitudes

Inelástico

Perfectamente inelástico

Obtuvieron los resultados esperados, de forma que consideraron la energía cinética y la cantidad de movimiento. Trabajaron de forma ordenada y rigurosa. L = Logrado; ML = Medianamente logrado; PL = Por lograr.

Rúbrica de evaluación para la comunicación de resultados Indicadores

Niveles de logro L

ML

PL

Informan sobre la investigación realizada con los recursos más adecuados. Expresan la realización de su investigación argumentando las razones de la elección de su trabajo. Presentan su trabajo utilizando lenguaje científico apropiado. L = Logrado; ML = Medianamente logrado; PL = Por lograr.


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¿Cómo evaluar una investigación? El propósito es aplicar la conservación de la cantidad de movimiento en la interacción entre dos cuerpos. Además, en la sección Aplico lo aprendido, se propone una situación para aplicar las definiciones desarrolladas durante la lección. Con respecto a estas páginas, se podría reflexionar sobre lo propuesto por Jesús Guillén, en relación con la motivación escolar: “ El alumno puede desmotivarse tanto si la exigencia de la tarea es grande (se siente desbordado y ve que no progresa) como si es pequeña (la rutina no motiva). Es por ello que los objetivos de aprendizaje han de constituir retos adecuados que le permitan mostrar sus fortalezas. Evidentemente, para que exista un reto se ha de salir de la zona de confort y en este proceso está el papel del profesor como gestor del aprendizaje guiando al alumno y analizando los errores cuando aparezcan, siendo un rol esencial. El alumno puede y debe aprender a controlar el estrés perjudicial (un cierto grado es conveniente para activarnos pero el estrés crónico es dañino) y adquiere confianza cuando el profesor muestra expectativas positivas” . Para aplicar lo anterior en el desarrollo de las actividades, plantee los ejercicios en la pizarra y desarróllelos paso a paso, dando la posibilidad de que los y las estudiantes planteen sus interrogantes y de paso estimule positivamente la formulación de preguntas con respecto al proceso de resolución.

Ciencia, tecnología y sociedad P. 167 Siguiendo con la temática del inicio de la lección, en esta sección se analiza el texto “Deformación programada: una forma de salvar vidas”. Se espera que, con este texto, las y los estudiantes evidencien la importancia del estudio científico para el desarrollo de nuevas tecnologías, y cómo esto puede, incluso a salvar vidas, tal como se ejemplifica en el texto. Adicional a las preguntas planteadas, puede formular las siguientes: ¿Cómo se relaciona este texto con los aprendizajes adquiridos en las unidades anteriores? ¿De qué manera impacta este tipo de tecnología en la sociedad? ¿Qué relevancia le atribuyen a las investigaciones científicas?, ¿por qué?

Para que las y los estudiantes evalúen su práctica en el trabajo realizado, analizando su desempeño personal como colectivo, pueden calificarlo según una retroalimentación a partir del análisis del registro visual que obtuvieron de su proyecto. Para ello, además de las preguntas planteadas en el Texto del estudiante, se sugiere implementar las siguientes pautas de evaluación: Pauta de auto-evaluación Aspectos a evaluar

Sí

No

Sí

No

Trabajé con motivación durante todos los procesos de la misión Planteé mis ideas de manera respetuosa. Escuché las opiniones de mis compañeros y compañeras.

Pauta de co-evaluación Aspectos a evaluar

Todos los integrantes participaron activamente en la distribución de las tareas. Establecieron los materiales que se requirieron para la elaboración de la maqueta.

145

Siguieron los pasos propuestos en la planificación de su proyecto. Analizaron los resultados de su experiencia a partir de un registro audiovisual. Determinaron ventajas y desventajas del prototipo diseñado.

Reflexiono sobre lo que aprendí (P. 167) Para profundizar el pensamiento metacognivo de los estudiantes respecto de su trabajo en esta lección, puede realizar preguntas como: ¿qué conceptos que no conocías al principio de la lección podrías definir con tus propias palabras ahora?, ¿cuál es el proceso que tiene mayor dificultad para ti?, ¿qué es lo que debes ejercitar para superarlo?




Integro lo que aprendí P. 168 y 169 Explique a sus estudiantes que esta sección constituye una instancia evaluativa en la cual pueden medir el logro de sus aprendizajes. Pídales que completen la sección ¿Cómo voy? , para identificar el logro de los aprendizajes propuestos. Para trabajar los diferentes ritmos de aprendizaje de sus estudiantes, le proponemos que utilice las siguientes actividades complementarias: si el nivel de desempeño es Logrado, pídales que completen la Ficha de ampliación de la página 157, de la Guía didáctica. En el caso de que su desempeño fuese Medianamente logrado o Por lograr, solicíteles que desarrollen la Ficha de refuerzo de la página 156. Durante la unidad se trabajan los siguientes OFT: promover las habilidades de resolución de problemas y demostrar las habilidades de análisis, interpretación y síntesis. Con respecto a ellos, y para colaborar en el proceso de autoconciencia del proceso de aprendizaje, puede proponer las siguientes actividades: Explica en qué consisten esas habilidades y da un ejemplo de cada una. Identifica en qué actividades y/o ejercicios se desarrollan las habilidades mencionadas. Planifica una actividad relacionada con el impulso y que permita desarrollar las habilidades mencionadas. •

•

146

•



Ventana de profundización didáctica Los mapas mentales en ciencias

Un mapa mental es una representación gráfica que consiste en una idea central a la que se le asocian conceptos subordinados o complementarios. Dichos conceptos están asociados, a su vez, a otras ideas subordinadas. Este tipo de herramienta es útil para la estructuración de aprendizajes en el área de ciencias naturales, en vista del carácter sistemático del conocimiento científico. Esto quiere decir que los conceptos y teorías de las ciencias están conectados a partir de una lógica interna y racional. La elaboración de mapas conceptuales desencadena procesos cognitivos complejos en los estudiantes, tales como el análisis, la síntesis, la asociación y la deducción. Con el fin de estructurar los aprendizajes logrados en una unidad didáctica, es preciso relacionar los conceptos e ideas entre sí. Mientras más relaciones se establezcan entre los contenidos estudiados, el aprendizaje será cada vez más profundo y significativo, en vista de que los estudiantes formarán redes conceptuales útiles para dar sentido a las ideas científicas. Fuente: http://bibliotecadigital.conevyt.org.mx/concurso/tematica_a/0171.pdf (Adaptación).

Utilice la información de esta ventana disciplinar, para trabajar la síntecis de aprendizajes de la unidad, propuesta en las páginas 172 y 173 del Texto del estudiante.

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3

Notas

147



Cierre de la unidad

Páginas 110 a 117

La CIENCIA se construye Páginas 170 y 171

Esta sección tiene la finalidad de enfatizar el carácter dinámico del proceso de construcción del conocimiento científico. El propósito de las páginas es que los y las estudiantes reflexionen sobre el desarrollo del concepto de energía, pero también sobre la energía como recurso natural. Una vez finalizada la reflexión sobre los temas propuestos en estas páginas, para incentivar la discusión sobre temas como la eficiencia energética y relacionarlo con un tema clásico de la física, muestre el video que encontrará al introducir el código 18GF2M148a en el sitio web codigos.auladigital. cl. El video presenta una infografía animada que plantea el déficit de energía eléctrica en el mundo. A partir de ello, se nombra una serie de intentos de fabricación de motores de movimiento perpetuo, para finalmente plantear la falta de electricidad y abogar por la eficiencia energética. Trabajo con la información

148

Para indagar en esta sección, lea la información junto con sus estudiantes de manera que puedan evidenciar esta evolución considerando el contexto social e histórico. Para ello, además de las preguntas que se proponen en el texto, puede realizar preguntas como: ¿cómo era el contexto histórico en cada época señalada?, ¿qué conocimientos científicos creen que se tenía en cada época?, ¿cómo influye el contexto social en el desarrollo del conocimiento científico?

Síntesis Páginas 172 y 173

¿Cómo trabajar con los organizadores gráficos?


En la actividad Síntesis de estas páginas, se promueve la confección de un organizador gráfico. Para ello, se guía el proceso de construcción de un mapa mental en función de cinco pasos, de tal manera que al ir siguiéndolos las y los estudiantes logren su confección de forma independiente. De esta manera, se espera que en la página 173 del Texto, completen el mapa mental, representando los contenidos, habilidades y actitudes desarrolladas en la unidad. Si lo desea, puede solicitar previamente materiales para que puedan elaborar este mismo organizador de forma más extendida y con mayores recursos en un pliego de cartulina incorporando, fotos, tablas, imágenes, entre otros.


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Evaluación final

3

Metacognición

Páginas 174 a 177

El propósito de estas páginas es evaluar los contenidos, las habilidades y las actitudes trabajadas en la unidad. Sugiera a sus estudiantes que trabajen de manera individual, de modo que puedan identificar aquellos contenidos y/o habilidades que no han alcanzado. Para complementar las preguntas planteadas en la sección Reflexiono sobre lo que aprendí , puede plantear las siguientes preguntas: ¿qué estrategias utilicé en la unidad para abordar los contenidos de esta unidad?, ¿fueron efectivas?, ¿qué debería cambiar para ser más eficaz en el estudio de la próxima unidad? De forma adicional le proponemos trabajar con la evaluación de las páginas 160 y 161, de la Guía didáctica. Esta evaluación presenta preguntas de selección múltiple, cuyas respuestas las encuentra en la sección Solucionario de la Guía didáctica, página 164.

El final de la unidad es un momento en que se debe evaluar, sintetizar y reflexionar sobre el proceso. Con respecto a ello citamos un fragmento que incluye una actividad, del artículo "Aprendizaje cooperativo en el aula", de Jesús C. Guillén. “Cierre: al final de la unidad. En la fase final es imprescindible que los alumnos reflexionen sobre el aprendizaje y su progreso. Eso se puede hacer resumiendo las ideas principales trabajadas durante la unidad. El docente podrá evaluar así si se han cumplido los objetivos iniciales. Actividad lápices al centro: Asumiendo que los grupos de trabajo contienen cuatro alumnos, el profesor proporciona cuatro preguntas sobre la unidad trabajada, haciéndose cargo cada miembro del grupo de una de ellas. Cada alumno(a) lee su pregunta y expone su respuesta y, a continuación, cada uno expresa su opinión al respecto hasta que se decide cuál es la respuesta más adecuada. Los lápices al principio se ubican al centro porque es el momento de hablar y escuchar, mientras que al final es el momento de escribir”. Algunas preguntas que puede realizar a sus estudiantes durante la actividad son las siguientes:

149

» ¿Qué fenómenos cotidianos se pueden explicar con los contenidos vistos en la unidad? » ¿En qué situaciones de la vida cotidiana se cumple la conservación de la energía?

Pregunta de integración con otras asignaturas En esta pregunta, se relacionan los aprendizajes de la unidad, específicamente el uso eficiente de la energía, con la asignatura de Lengua y Literatura. El propósito de esta, es que los estudiantes identifiquen en el cuento “La bombilla protestora” la importancia del uso eficiente de la energía eléctrica.

» ¿Qué habilidades y actitudes trabajadas en la unidad puedes aplicar en otras situaciones? » ¿Las estrategias utilizadas para trabajar en esta unidad fueron l as adecuadas?, ¿usarías la misma estrategia para trabajar los contenidos de la próxima unidad?



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Profundización disciplinar

Máquinas imponentes Hacer el menor esfuerzo posible, en el menor tiempo posible, para lograr el máximo resultado, es la forma de pensar que ha llevado al ser humano a construir grandes máquinas. Una de estas es la excavadora más grande del mundo, la Bagger 288. Mide 240 m de largo, 96 m de alto y 46 m de ancho, y su masa es de 13 000 toneladas aproximadamente, equivalente a la masa de 1 000 buses. Su construcción tomó más de cinco años y debe ser operada por cinco personas al mismo tiempo. Fue construida para la minería en 1978 y, gracias a su gigantesca rueda de 22 m de diámetro, es capaz de extraer más de 240 000 m 3 de material en un día de trabajo. Suena sorprendente, pero este monstruo mecánico también es capaz de moverse: sus 12 juegos de orugas la permiten

moverse a 10 m/min, lo que no parece mucho, pero dadas sus dimensiones, es un milagro de la ingeniería. La Bagger no posee un motor de combustión, sino que funciona con electricidad, y es alimentada por una serie de cables provenientes de una línea de corriente alterna suministrada por dos aerogeneradores, que poseen la turbina eólica construida más grande del mundo. Para funcionar de manera eficiente, necesita una potencia de 16 560 KW en total y solo su pala rotatoria, accionada por cuatro rotores eléctricos, necesita 3 400 KW para operar. Las máquinas que se construyen hoy día, ya sean grandes como la Bagger o muy pequeñas como cámaras de video de uso médico, buscan realizar ciertas tareas de manera más eficiente.

Fuente: – Goldstein, J. y Russell, J. (2012). 10 Amazing Inventions. Andrews UK Limited.

Los aportes de Émilie du Châtelet a la controversia de la energía cinética

150

El título de padre del cálculo infinitesimal no fue el único capítulo en la encarnizada guerra entre Isaac Newton y Gottfried Leibniz, ya que sus ideas también se enfrentaron con respecto a la energía de los cuerpos en movimiento. Por un lado, Newton afirmaba que esa energía era proporcional a la velocidad del cuerpo, mientras que Leibniz afirmaba que era proporcional al cuadrado de la velocidad del objeto.


La marquesa Émilie du Châtelet llegó a resolver la disputa entre estos dos científicos. Fue ella quien llevó las teorías de Newton a Francia y las apoyó, a pesar de que durante esa época el paradigma dominante en la nación gala era la teoría de los vórtices de Descartes. Sin embargo, ella no estaba totalmente de acuerdo con Newton, especialmente con algunos de sus argumentos teológicos, que suponían una aportación continua de energía por parte de un dios que intervenía continuamente en el universo. Además, Émilie rescataba de Leibniz sus ideas acerca de las fuerzas vivas, asociadas al movimiento de la partícula en contraposición con las fuerzas muertas, que no causan

movimiento alguno y su defensa de que la energía era una constante aportada por dios al inicio del universo. Sin embargo, no la convencían totalmente sus supuestos. Para resolver la controversia de la energía de los cuerpos en movimiento desde el punto de vista científico, la marquesa realizó una serie de experimentos para comprobar qué sucedía cuando los cuerpos colisionaban o cuando un objeto en caída libre chocaba contra el suelo. Sus investigaciones ayudaron a científicos posteriores a consolidar la ecuación de la energía cinética y los principios de conservación de la energía, un modelo que hoy en día ningún científico pone en duda. Su obra Las instituciones de Física, pensado inicialmente como un manual introductorio a la física que complementaba las ideas newtonianas con la metafísica de Leibniz, y su traducción de la obra de Newton Principia, escrito originalmente en latín y en un lenguaje matemático extremadamente complejo, la convirtieron en una gran divulgadora de las ciencias.

Fuentes: – Santesmases, M. (2001). La otra mitad de la ciencia . Madrid: Instituto de la mujer. – Salvador, A. y Molero, M (s/f). Madame de Châtelet. DivulgaMAT. – Galindo, S (2012). Entre vórtices cartesianos y gravitación newtoniana: la Cosmología de Andrés de Guevara y Basoasabal S. J (1748-1801). Revista Mexicana de Física. Unidad 3 • Trabajo

y energía

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Profundización didáctica

Motivación en el aula Si buscas resultados distintos no hagas siempre lo mismo. Albert Einstein

 Reflexione ¿Siente que sus estudiantes están motivados?  Empatice ¿Lo motivaría aprender conocimientos en los que no ve ninguna utilidad?  Decida ¿Le gustaría favorecer la motivación por aprender de sus estudiantes? Saber qué factores personales determinan la motivación de sus estudiantes al afrontarse con las tareas académicas le permitirá, como docente, establecer de qué forma puede crear contextos máximamente favorecedores en la motivación por aprender. Tres de estos factores que influyen en que los estudiantes enfrenten su trabajo con más o menos interés y esfuerzo son los siguientes:  El significado de la actividad. Si las y los estudiantes no perciben la utilidad de lo que se ha de aprender, la motivación tenderá a disminuir, ya que este no posee un significado para ellos. Por el contrario, a medida que se perciben las múltiples utilidades, a mediano y corto plazo, que puede tener aprender algo, aumenta la probabilidad de que la motivación acreciente, ya que la actividad adquirirá un significado.  El modo de afrontar la actividad. Las posibilidades que las y los estudiantes consideran que podrían tener para superar las dificultades que conllevan los aprendizajes propuestos influye en gran medida en la experiencia de saber o no cómo afrontar las dificultades específicas que se encuentran. En efecto, las y los estudiantes no se sentirán motivados si consideran de antemano que fracasarán y si comienzan a acumular una experiencia de fracaso, valorarán la escuela como algo inútil.  La percepción del esfuerzo que se ha de hacer. El tiempo y el esfuerzo que presienten las y los estudiantes que les va a llevar el logro de los aprendizajes a los

que apunta el docente, incluso considerándose capaces de superar las dificultades y lograr los aprendizajes, podrían determinarlos si la tarea es demasiado monumental. Esto se debe a que esforzarse conlleva efectos adversos, como la fatiga o la renuncia a actividades más placenteras. No obstante, la visión negativa del esfuerzo puede reducirse en la medida que se modifique la percepción del mismo, algo que puede conseguirse enseñando a dividir las tareas en pasos y a centrarse en cada uno de ellos como una tarea específica.

151

Como docente puede considerar las siguientes actitudes y actividades que pueden tener efectos positivos en la motivación de sus estudiantes.  Las explicaciones claras y organizadas, que utilizan imágenes y ejemplos para facilitar la comprensión, son consideradas positivas. En cambio, el uso de un lenguaje excesivamente técnico es considerado desmotivador.  La exposición grupal suele constituir un reto que puede llevar al desarrollo de nuevas competencias, al poder contrastar puntos de vista; sin embargo, también existe la posibilidad de que el propio trabajo sea discutido y criticado en público por los compañeros. El miedo al ridículo es una variable que se debe tomar en cuenta cuando se realiza este tipo de actividades.  Una de las variables más valoradas por las y los estudiantes, por su efecto motivador, es el hecho de que los docentes les presten atención dentro y fuera de clase, ayudándolos a superar sus dificultades.

Fuentes:– Tapia, J. (2005). Motivación para el aprendizaje: la perspectiva de los alumnos . Madrid. Facultad de Psicolo gía, Universidad Autónoma de Madrid. – Navarrete, B. (2009). La motivación en el aula. Funciones del profesor para mejorar la motivación en el aprendizaje . Revista digital: Innovación y experiencias educativas, 15. Física • 2.º medio


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Ficha de refuerzo

Lección 1

Para reforzar los aprendizajes de la lección, realiza las siguientes actividades en tu cuaderno. 1. Felipe empuja una caja con fruta, arrastrándola por 5 m. La fuerza que aplica se grafica a

continuación en función de la posición. F (N)



 e l b a i p o c o t o f l a i r e t a M

152













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x (m)

¿Cuál es el trabajo realizado por la fuerza aplicada por Felipe? 2. ¿De qué magnitudes depende la potencia mecánica?, ¿con cuál de estas magnitudes es directamente proporcional?, ¿con cuál, inversamente proporcional? 3. Sobre un bloque de cemento de 500 kg, se aplica una fuerza de 300 N tirándolo con un tractor. Considerando que no existe roce entre la superficie y el bloque, ¿cuál es el valor del trabajo aplicado por el tractor sobre el bloque si logra desplazarlo 2 m? 4. Completa la siguiente tabla considerando el trabajo realizado por una fuerza, el tiempo en que se ejecuta y la potencia desarrollada. Gabriel

Nathalie

Trabajo (J)

150

10

Tiempo (s)

10

Potencia (W)

Miguel 2

20

300

5. ¿En qué condiciones una fuerza realiza trabajo mecánico y en cuáles no lo realiza? Explica. 6. Define el concepto de potencia mecánica a partir de una situación cotidiana. 7. Si José Miguel empuja un mueble y realiza un trabajo de 200 J en 10 s, ¿cuál es la potencia

mecánica que desarrolla? 8. Explica las características que debe tener la fuerza en relación con el desplazamiento, para que el trabajo mecánico realizado por dicha fuerza sea nulo.

Nombre:

3

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Ficha de ampliación

Lección 1

3

Para reforzar los aprendizajes de la lección, realiza las siguientes actividades en tu cuaderno. 1. Martina grafica la fuerza que actúa en el extremo del resorte en función de la distancia a

la posición de equilibrio. F (N)

   











x

(cm)

A partir del gráfico, responde:  ¿Qué tipo de fuerza actúa en la situación descrita? 

¿Cuál es el trabajo realizado por la fuerza entre x= 0 a x = 8 cm?



¿Puedes determinar el trabajo realizado por la fuerza para estirarlo desde x = 8 cm a x = 10 cm? Explica las condiciones que se deben cumplir.

2. Gabriel realiza un trabajo W cuando mueve un mueble y tarda 1 min en realizarlo. ¿En

cuánto tiempo debería mover el mueble realizando el mismo trabajo, pero con una potencia mayor? 3. Sobre una caja llena de libros se aplica una fuerza. Considerando que existe roce entre la superficie y la caja, ¿en qué condiciones el trabajo resultante sobre la caja sería nulo? 4. ¿Qué fuerza debe aplicar Javiera sobre una caja, para desplazarla 10 m en 20 s y desarrollar una potencia de 1 000 W? 5. ¿En cuál o cuáles de las siguientes situaciones el peso de la caja realiza trabajo?  Al subirla por una escalera.  Al empujarla horizontalmente por el suelo. 

Al bajarla por una escalera.

6. ¿Cómo puedes definir el concepto de potencia mecánica en función de la velocidad del

cuerpo sobre el que se aplica la fuerza? 7. Marcela empuja un mueble con una fuerza de 130 N y hace que este se desplace con una velocidad constante de 0,5 m/s. Considerando lo anterior, ¿cuál es la potencia mecánica desarrollada por Marcela? 8. Señala un ejemplo para cada una de las siguientes condiciones:  El trabajo mecánico realizado por la fuerza es positivo. 

El trabajo mecánico realizado por la fuerza es nulo.



El trabajo mecánico realizado por la fuerza es negativo. Nombre:

e l b a i p o c o t o f l a i r e t a M

153

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Ficha de refuerzo

Lección 2

Para reforzar los aprendizajes de la lección, realiza las siguientes actividades en tu cuaderno. 1. Fernanda se ubica en lo alto de una montaña rusa y su energía mecánica en este punto es

2. 3. e l b a i p o c o t o f l a i r e t a M

4.

5.

6 000 J; al descender y llegar al punto más bajo de la montaña rusa, su energía es 5 500 J. ¿A qué se debe esta diferencia entre la energía entre ambos puntos? Germán se ubica en lo alto de un tobogán, a 15 m de altura. Si su masa es de 70 kg, ¿con qué velocidad llegará a la base del tobogán? Considera g = 9,8 m/ s 2 y desprecia el roce Beatriz debe subir una caja de 3 kg al segundo piso de su casa. ¿Cuál es el trabajo que realizará la fuerza que ejerce Beatriz sobre la caja, si la altura del segundo piso es de 2,4 m? Considera g = 9,8 m/ s 2. Marcelo va en bicicleta de su casa hasta su colegio. Si inicialmente se mueve a 1 m/s y justo antes de llegar al colegio su rapidez es de 3 m/s, ¿cuál es el valor del trabajo mecánico que realiza para variar en esa razón su rapidez? Considera que la masa de Marcelo más la bicicleta es de 90 kg. Un carro de 500 kg de masa se ubica inicialmente en reposo en el punto 1, a 25 m del nivel del suelo, en la montaña rusa de la imagen. Luego, se mueve hasta el punto 2 a 5 m de altura y finalmente llega al punto 3, ubicado a 6 m de altura. 

154





Considerando que no se disipa energía producto del roce, determina la energía cinética, la energía potencial y la energía mecánica en cada uno de los puntos indicados en la imagen. Considera g = 9,8 m/s 2. 6. ¿De qué magnitudes depende la energía cinética de un cuerpo? ¿Con cuáles es directamente proporcional? ¿con cuáles, inversamente proporcional? 7. Determina la energía potencial elástica necesaria para estirar 8 cm un resorte cuya constante de elasticidad es de 0,8 N/m. 8. ¿De qué magnitudes depende la energía potencial gravitatoria de un cuerpo? ¿Con cuáles es directamente proporcional? ¿con cuáles, inversamente proporcional?

Nombre:

3

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Lección 2

3

Para reforzar los aprendizajes de la lección, realiza las siguientes actividades en tu cuaderno. 1. ¿Cómo puedes saber que la energía se disipa producto del roce cuando una persona se 2.

3.

4.

5.

desliza por un tobogán? Explica. Cristina quiere que una esfera de metal de 100 g llegue a la parte más baja de un tobogán con una velocidad de 2 m/s. ¿Cuál debe ser la altura a la cual se debe dejar caer la esfera por el tobogán? Considera la g = 9,8 m/s 2. Debes llevar una mochila a un campamento que se ubica a 1 000 m de altura en un cerro y tienes dos caminos para llegar: por uno recorres el doble de distancia que por el otro. ¿Por cuál de los dos caminos el trabajo que realices será menor? ¿El trabajo que realices aumentará o disminuirá si disminuyes la masa de la mochila? Felipe, cuya masa es m y se encuentra inicialmente en reposo, varía en 10 m/s su rapidez realizando un trabajo W. ¿Cuál debe ser el trabajo realizado para incrementar en 20 m/s su rapidez? El carro de la montaña rusa de la imagen se desplaza desde el punto 1, pasando por el punto 2 y llegando al punto 3. 


 m 155



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 m  m

A partir de esta situación responde: a. ¿En qué punto la energía potencial es mayor? b. ¿En qué punto la energía cinética es mayor? c. ¿Entre qué puntos se realiza un mayor trabajo realizado por la fuerza peso para

desplazarse? 6. Indica lo que sucede con la energía cinética de un cuerpo en cada uno de los siguientes

casos:  Si aumenta su masa al doble. 

Si su velocidad aumenta al doble.



Si su velocidad disminuye a su cuarta parte.

7. ¿Cómo puedes determinar la rapidez inicial de una piedra justo en el instante en que aban-

dona la honda con la que es lanzada? Explica. 8. Un macetero de 5 kg se ubica a 3 m de altura. Si se quiere duplicar su energía potencial gravitatoria, ¿se debe aumentar o disminuir su altura? Explica.

Nombre:

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Ficha de refuerzo

Lección 3

Para reforzar los aprendizajes de la lección, realiza las siguientes actividades en tu cuaderno. 1. En un juego de billar, la bola blanca se encuentra inicialmente en reposo y es impactada

2. 3. e l b a i p o c o t o f l a i r e t a M

4.

5. 6.

156

7.

8.

por una bola de color rojo, cuya rapidez es de 1 m/s. Si una vez producido el choque, la bola blanca se mueve a 1 m/s, ¿cuál será la rapidez de la bola roja? Considera que la masa de ambas bolas es la misma. Explica con un ejemplo de una situación cotidiana el concepto de cantidad de movimiento, su unidad de medida y la expresión que permite calcularlo. Un futbolista patea una pelota con una fuerza de 200 N durante 0,5 s. ¿Qué impulso le aplicó a la pelota? Fernando empuja un carro de supermercado de 10 kg aplicándole una fuerza de 20 N du rante 3 s. ¿Cuál será la velocidad que adquiere el carro si inicialmente estaba en reposo y despreciamos los efectos de roce? ¿Qué impulso le entregó Fernando al carro? ¿Qué características se deben cumplir para aplicar la conservación de la cantidad de movimiento a un choque? Explica. Hernán y Diego, cuyas masas son de 60 y 70 kg respectivamente, se encuentran frente a frente en patines. Al empujarse mutuamente, ¿cuál será la rapidez de Diego si Hernán se mueve hacia la izquierda con una rapidez de 0,5 m/s? Susana empuja un mueble con ruedas de 25 kg y hace que su velocidad varíe de 0,3 m/s a 1 m/s. ¿Qué impulso le entregó Susana al mueble? Considera que el movimiento es rectilíneo y desprecia los efectos de roce. Define las características de cada uno de los siguientes choques, en función con la conservación de la energía cinética.  Choque elástico. 

Choque inelástico.



Choque perfectamente inelástico.

9. De las siguientes condiciones que se proponen a continuación, ¿cuáles se deben cumplir

para que se conserve la cantidad de movimiento antes y después de un choque?  No deben existir fuerzas externas. 

Deben moverse juntos ambos cuerpos.



No debe existir roce.



El impulso debe ser cero.

Nombre:

3

d

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d

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n

u


Lección 3

3

Para reforzar los aprendizajes de la lección, realiza las siguientes actividades en tu cuaderno. 1. El carro de una montaña rusa es golpeado por otro que se mueve a una rapidez v. Am-

2. 3. 4.

5.

6.

7.

8. 9.

bos quedan unidos y subiendo hasta una altura de 3 m. Si la masa de ambos carros es de 500 kg, ¿cuál será la rapidez con que el primer carro impacta al segundo? Considera g = 9,8 m/s 2. Loreto observa el movimiento de un auto y afirma que su cantidad de movimiento es de 200 000 kg m/s 2. ¿Es correcta su afirmación? Justifícala si es falsa. Juan afirma que si se le aplica una fuerza mayor a un cuerpo durante un mismo período de tiempo, el impulso entregado a dicho cuerpo disminuye. ¿Es correcta la afirmación de Juan? Se aplica sobre un carro de masa m, que inicialmente está en reposo, una fuerza F durante un tiempo t hasta que adquiere una rapidez v. Si se quiere aumentar al doble la rapidez, ¿qué debería suceder con el tiempo durante el cual se aplica la fuerza? Considera que el movimiento es rectilíneo. Imagina que sucediera la siguiente situación: dos esferas de igual masa se mueven con igual rapidez, en la misma dirección pero en sentido contrario. Luego, impactan de frente y continúan moviéndose juntas hacia la derecha, con una rapidez mayor que la que traían antes de impactar. ¿Se cumple la conservación de la cantidad de movimiento en la situación descrita? Gabriela se encuentra en reposo parada sobre una patineta y Felipe le lanza una pelota de 500 g con una rapidez de 1 m/s. Si Gabriela atrapa la pelota, ¿qué le sucederá al recibirla si se desprecia el roce? Explica. Tu mamá te pide mover un mueble lleno de copas de cristal de un extremo a otro del comedor pero, para evitar que las dañes te dice que la rapidez con que lo muevas no debe ser mayor que 0,1 m/s. ¿Qué impulso debes aplicarle al mueble, si su masa es de 80 kg, para cumplir con lo pedido? ¿Qué condiciones se deben cumplir para que en un choque se conserve la cantidad de movimiento y la energía cinética? Explica. Si se produce un choque entre dos automóviles y ambos quedan en reposo, ¿se conserva la cantidad de movimiento? Explica.

Nombre:


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Desafío comple jo Objetivo: Evidenciar la relación

Habilidades: Describir investiga-

Actitudes: Interés, curiosi-

entre el trabajo realizado y la fuerza aplicada.

ciones relacionadas con los conocimientos del nivel y reconocer el papel de las teorías para desarrollar una investigación científica.

dad, rigor y perseverancia.

¿Cuándo se realiza más trabajo? INICIO e l b a i p o c o t o f l a i r e t a M

158

Lean atentamente la siguiente situación. Consuelo observa desde su ventana una grúa que se usa en la construcción de un edificio. Durante el día la grúa levanta bigas, bloques de concreto, recipientes con cemento líquido y muchos otros materiales para la construcción del edificio. Entonces, se pregunta si, al levantar cada uno de estos materiales, la grúa, realiza el mismo trabajo mecánico. ¿Qué crees tú? DESARROLLO

CIERRE

Realiza la siguiente actividad experimental, la cual te permitirá evidenciar algunos de los fenómenos que te ayudarán a responder la pregunta planteada al inicio. Considera que algunos elásticos, al estirarse, pierden su elasticidad y no cumplen con la ley de Hooke.

A partir de la actividad experimental y lo aprendido en la lección, responde las siguientes preguntas.

1. Reúnanse en grupos de tres estudiantes y consi-

2.

3. 4. 5.

gan los siguientes materiales: un elástico, 3 cuadernos, pitilla, regla y un clip. Realicen una amarra con la pitilla alrededor del cuaderno, en la que puedan enganchar el clip y en el clip el elástico. Midan la longitud del elástico al tenerlo tenso pero sin levantar el cuaderno y registren este valor. Levanten un cuaderno a aproximadamente 1 cm de altura y midan la longitud del elástico. Realicen el mismo procedimiento utilizando 2 cuadernos y luego tres cuadernos. Es importante que en los tres casos levanten los cuadernos la misma altura y que el elástico utilizado sea el mismo.

Nombre:

a. ¿En qué caso se estiró más el elástico? b. ¿Qué relación tiene el estiramiento del elástico

con la fuerza aplicada para levantar el cuaderno en cada caso? c. ¿Cómo se relaciona la fuerza aplicada con

la masa de los cuadernos y con el trabajo realizado? d. ¿La grúa realiza el mismo trabajo para levan-

tar los diferentes materiales de construcción? Explica. e. ¿Seguiste adecuadamente los pasos propuestos

para desarrollar la actividad? f. ¿Qué instrumentos podrías usar para mejorar las

mediciones?

3

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Desafío comple jo Objetivo: Aplicar los concep-

Habilidades: Organizar e interpre-

Actitudes: Responsabilidad y

tos de energía para producir el movimiento de un modelo de automóvil.

tar datos y formular explicaciones, apoyándose en las teorías y conceptos científicos en estudio.

cumplimiento.

3

¿Cómo almacenar energía para generar movimiento? INICIO

Lee atentamente la siguiente situación. Fabián observa a su hermano pequeño jugar con un auto de juguete que debe ser deslizado por el piso hacia atrás, para lograr que luego se mueva hacia adelante. ¿Conoces estos tipos de autos de juguete?, ¿has pensado alguna vez cómo es su funcionamiento? ¿Podrías construir un prototipo de un auto que no necesite baterías para funcionar?


DESARROLLO

Para responder la pregunta inicial, te proponemos seguir los siguientes pasos.

159

1. Reúnanse en grupos de cuatro estudiantes e in-

5. Cuando se reúnan a trabajar en grupo en el pro-

vestiguen en Internet sobre algunos prototipos que podrían construir, por ejemplo uno que utiliza la energía almacenada de un elástico para moverse. Pidan ayuda a su profesor si es necesario. 2. Cuando decidan el prototipo que construirán, establezcan los materiales que necesitarán y regístrenlos en una lista. Pueden usar materiales reciclados, piezas de otros juguetes, entre otros. 3. Construyan el prototipo y dividan las tareas entre los integrantes del grupo. Es importante que todos participen. 4. Creen un documento que explique, paso a paso, los procedimientos utilizados para desarrollar su proyecto, de modo que este sea reproducible. Además deberá incluir los materiales utilizados y las especificaciones técnicas del prototipo final, como dimensiones, masa, capacidad máxima de energía almacenada, potencia desarrollada, entre otras.

yecto, en un acta describan brevemente lo tratado en cada sesión y los avances que han logrado. Esta deberá ser firmada por los miembros del grupo presentes en cada ocación.

Nombre:

CIERRE

A partir de la actividad y lo aprendido en la lección, responde las siguientes preguntas. f. ¿Pudiste aplicar el concepto de energía en el desa-

rrollo del prototipo?, ¿cómo? g. Explica el funcionamiento del prototipo usando

los contenidos vistos en la unidad, por ejemplo energía, trabajo, potencia, entre otros. h. Realiza una autoevaluación con respecto a la

responsabilidad y el cumplimiento de tu trabajo dentro del equipo. i. ¿Se podría crear otro prototipo que funcione con

otro tipo de energía a la utilizada?

Evaluación de la unidad 1

El trabajo mecánico realizado por una fuerza se mide en joule. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es correcta con respecto a lo anterior?

4

I. El trabajo mecánico es una magnitud


vectorial. II. El trabajo mecánico también se mide en Nm. III. Un joule es el trabajo realizado por una fuerza de 1 newton para desplazar un objeto 1 m. A. Solo I. B. Solo II. C. Solo III. D. Solo II y III. E. I, II y III. 2

160

A. Es igual a su peso. B. No realiza trabajo mecánico. C. Realiza un trabajo mecánico positivo. D. Realiza un trabajo mecánico negativo. E. Es igual a la energía potencial gravitatoria. 5

Un vehículo aumenta su energía cinética de 100 kJ a 1000 kJ. ¿Cuál es el valor del trabajo mecánico que realizó para variar su energía cinética? A. 100 kJ B. 900 kJ C. 1000 kJ D. 1100 kJ E. 100 000 kJ

Esteban arrastra 10 m una mesa por un pasillo y el trabajo mecánico que realiza la fuerza que aplica es de 100 J. ¿Cuál es la magnitud de la fuerza que aplicó sobre la mesa? A. 1 N B. 10 N C. 100 N D. 1 kN E. 10 kN

Cristina sube una escalera aumentando su energía potencial gravitatoria. Con respecto al trabajo realizado por el peso de Cristina, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es correcta? Considera que el sistema de referencia es el suelo.

6

El siguiente gráfico muestra la energía potencial gravitatoria de un cuerpo en función del tiempo. A partir de esta información, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es correcta? Eg (kJ)

3


Marcela empuja una caja con una fuerza que realiza un trabajo mecánico de 100 J. ¿Cuál será la potencia desarrollada al mover la caja en 1 s y en 10 s, respectivamente? A. 10 W y 1 W. B. 100 W y 1 W. C. 100 W y 10 W. D. 10 W y 10 W. E. 10 W y 100 W.


y energía





t (s)

A. La energía potencial gravitatoria del cuerpo

se mantiene constante. B. El trabajo mecánico realizado por el peso del cuerpo es de 16 kJ. C. La potencia mecánica desarrollada a los 20 s es de 320 W. D. En 20 s, la energía cinética del cuerpo disminuye en 16 kJ. E. La energía mecánica del sistema disminuye en 4 kJ.

d

a

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7

Una manzana de 200 g cuelga de la rama de un árbol a 2 m de altura respecto del suelo. ¿Cuál es la energía potencial de la manzana? Considera g = 10 m/s 2.

10 Sobre un mueble de masa 10 kg, se aplica

una fuerza de 10 N durante una décima de segundo. ¿Cuál será la variación de velocidad que experimenta el mueble si el movimiento es rectilíneo?

A. 2 J B. 4 J C. 10 J D. 200 J E. 4000 J 8

¿En cuál de los siguientes casos se requerirá de una fuerza de mayor módulo para detener los siguientes cuerpos? Considera que todos los cuerpos se mueven por un plano horizontal y en línea recta (de izquierda a derecha) y requieren ser detenidos en un tiempo de 5 s.

A. 0,01 m/s B. 0,1 m/s C. 1 m/s D. 10 m/s E. 100 m/s 11 Felipe quiere determinar la fuerza que se

aplica sobre un bloque para que este experimente una variación de su velocidad de 2 m/s. ¿Cuál(es) de las siguientes magnitudes debe conocer si el movimiento es rectilíneo? I. La masa del bloque. II. La altura a la que se encuentra el

A. Una esfera de 2 kg que se mueve a 10 m/s. B. Un atleta de 70 kg de masa que se mueve a

bloque. III. El tiempo durante el cual se aplica la fuerza. A. Solo I B. Solo II C. Solo III D. Solo I y II E. Solo I y III

0,5 m/s. C. Una bolita de acero de 10 g que se mueve a 200 m/s. D. Un perro de 3 kg que corre a 2 m/s. E. Una bicicleta de 15 kg en reposo. 9

Francisco realizó las siguientes anotaciones en su cuaderno: I. Su unidad de medida en el sistema

internacional es el joule. II. Corresponde al cociente entre la fuerza y el tiempo de aplicación. III. Es equivalente a la variación de la cantidad de movimiento. ¿Cuál(es) de las anotaciones de Francisco se refieren al concepto de impulso mecánico? A. Solo I. B. Solo II. C. Solo III. D. Solo I y III. E. Solo II y III.

3

12


161

Un carro se mueve por una montaña rusa ideal, sin roce, con una energía mecánica inicial de 10 kJ. A partir de esta información, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es falsa? A. La energía mecánica es de 10 kJ en toda su

trayectoria. B. En la máxima altura, su energía cinética es de 10 kJ. C. Al nivel del suelo, su velocidad es máxima. D. La suma de su energía potencial gravitatoria y cinética permanece constante. E. La energía potencial gravitatoria disminuye a medida que el carro desciende.



Solucionario Del Texto del estudiante

Actividad individual (P. 119) 1. Respuestas variadas. 2. El cuerpo humano recibe energía de los alimentos y la

utiliza en sus funciones básicas y actividades diarias. 3. Para realizar un trabajo, se requiere de un cambio en la energía. 4. El trabajo corresponde a la fuerza que se le debe aplicar a un objeto para desplazarlo. Evaluación inicial (P. 120 y 121)

Respuestas variadas. Lección 1: Trabajo y potencia mecánica

Interpretemos el gráfico trabajo-tiempo (P. 131) a. aLa potencia mecánica. b. 6,66 J Desarrollo de estrategias (P. 132) a. w = 3 360 j; p = 8 400 W b. No, ya que en ese instante la fuerza no provoca un

desplazamiento. c. Por ejemplo: Porque permite realizar una tarea de forma más ordenada. Porque permite identificar claramente los errores que se pueden cometer. Integro lo que aprendí (P. 134 y 345) 1. 90º < a  º ya que en este intervalo, la fuerza se opo -

ne al movimiento. 2. Las fuerzas horizontales ejercen trabajo ( F y F r ). Las fuerzas verticales no ejercen trabajo (P y N). 3. Por ejemplo: 



Tema 1: ¿Cuándo se realiza potencia mecánica? Indaguemos (P. 126) a. Fuerza de roce, normal y peso. b. En el caso 1, la fuerza aplicada por la mano; en el caso 2,

162

la fuerza de gravedad. c. No, ya que hay otras fuerzas que no provocan un desplazamiento, como en caso 1, donde la normal y el peso no generan desplazamiento. d. Se espera que respondan que sí y que argumenten con ejemplos. e. Se espera que identifiquen que, en cada caso, la fuerza aplicada por la mano y el peso, respectivamente, fueron los que provocaron el desplazamiento. Determinemos el trabajo mecánico (P. 127)

El peso de una hoja cayendo.

Trabajo nulo

La fuerza de roce La normal con el aire de una cuando una hoja cayendo. pelota rueda por el piso.

4. La potencia mecánica corresponde a la rapidez con que

se realiza un trabajo. 5. Pablo ya que realiza el mismo trabajo en menos tiempo. Por lo tanto, su potencia es el doble que la de Felipe. 6. 0,32 J 7. 850 J Lección 2: Energía y su conservación

45 J

Tema 1: ¿Qué es la energía?

Interpretemos el gráfico fuerza-elongación (P. 129) a. Fuerza elástica. b. Determinando el área bajo la curva. c. 1,2 J

Indaguemos (P. 138) a. Algunos conceptos que se encuentran involucrados en la

Tema 2: ¿Cómo se relaciona el trabajo mecánico con la potencia? Indaguemos (P. 130) a. Algunas de las variables involucradas son: el trabajo me e t n e c o D l e d a c i t c á d i D a í u G

Trabajo positivo Trabajo negativo





cánico, el tiempo, la fuerza y la rapidez. b. El trabajo realizado por Carolina y Sebastián es el mismo. c. Carolina realizó el trabajo con mayor potencia por ello se demoró menos tiempo. d. Se espera que comparen las características de una actividad práctica y otra teórica identificando cual le resulta más favorable para el proceso de aprendizaje.


y energía

actividad descrita son: rapidez, fuerza, desplazamiento y trabajo mecánico. b. Debido a que la altura del riel es mayor, se produjo un aumento de la rapidez de la bolita; por lo que al momento de impactar la caja, se produjo un efecto mayor. c. Por ejemplo: Al relacionar los conceptos aprendidos en las unidades anteriores para dar explicaciones a nuevos sucesos. Reconozcamos la energía en nuestro entorno (P. 139) a. En el movimiento que se infiere en cada situación. b. En el desplazamiento que ocasiona la fuerza en cada si-

tuación interpretada. c. Para realizar un trabajo es necesario que se genere un cambio en la energía del cuerpo que realiza dicho trabajo.

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Relacionemos la energía cinética con el medio ambiente (P. 140) 1. Por ejemplo: Utilizar el movimiento del agua. 2. Este tipo de energía es más “limpia” por lo que su impacto medioambiental es muy bajo. Reflexiono sobre la energía cinética (P. 141) a. Respuestas variadas. Deben considerar que, al poseer mayor energía cinética, mayor será el impacto de un choque y sus consecuencias. b. Por ejemplo: Mostrando las consecuencias de los choques o creando una campaña para incentivar la conducción responsable.

Integro lo que aprendí (P. 154 y 155) 1. Si se considera g = 9,8 m/ s 2 a. E gA= 0; E gB= 88 200 J; E gC= 132 300 J b. W AB= 88 200 J c. W BC= 44 100 J 2. La energía aumenta nueve veces. 3. El trabajo realizado por Javiera para levantar el cuerpo siguiendo cada una de las trayectorias es el mismo, ya que el desplazamiento y la fuerza aplicada en los tres casos son lo mismo. Por lo tanto: W I= W II= W III. 4. El valor correcto lo obtuvo Sandra. Lección 3: Impulso y cantidad de movimiento

Tema 2: ¿Qué es la energía potencial?

Tema 1: Describiendo el impulso

Indaguemos (P. 142) a. Algunos conceptos son: peso, trabajo, aceleración de gravedad y rapidez. b. Se debería observar una impresión más profunda sobre la arcilla cuando la bolita fue soltada de mayor altura. c. Un mayor trabajo realizado por la bolita implica que esta dejó una impresión más profunda sobre la arcilla, ya que posee mayor energía, y viceversa. d. Respuestas variadas. Se espera que las y los estudiantes argumenten las razones por las cuales realizaron o no un trabajo riguroso.

Indaguemos (P. 158) a. Algunos conceptos estudiados en las lecciones anteriores y que están presentes en la actividad son: fuerza, energía, trabajo mecánico, rapidez y desplazamiento. b. De la fuerza aplicada sobre ella y del tiempo de aplicación. c. Por ejemplo: La observación y análisis de los sucesos. d. A mayor fuerza aplicada, mayor es el impulso que adquiere un cuerpo.

Determinemos la energía potencial gravitatoria (P. 143) 493 920 J A poner en práctica (P. 146 y 147) Si bien los resultados de este taller dependen de forma exclusiva de los valores obtenidos en cada una de las mediciones, se debería observar la tendencia de la energía total a mantenerse constante. Tema 3: ¿Qué es la energía mecánica? Indaguemos (P. 148) a. Cuando el resorte se encuentra totalmente comprimido posee mayor energía. b. Toda su energía fue cedida a la bola. c. Al momento de liberar el resorte, la energía del sistema es potencial elástica, dado que el resorte aún se encuentra descomprimiéndose; y cinética, ya que la bola y el resorte están en movimiento. En este punto, la energía mecánica del sistema es potencial elástica y cinética. d. Respuestas propias de cada estudiante. Determinemos la energía potencial gravitatoria (P. 151) v = 22,36 m/s

3

163

Analicemos el impulso (P. 159) Mayor sobre A

Mayor sobre B

Iguales

Tema 2: Cantidad de movimiento Indaguemos (P. 160) e. Al ser impactadas, las bolitas adquirieron movimiento. f. Sí, a mayor velocidad, mayor es el impacto sobre las bolitas. g. El impacto sería mayor. Desarrollo de estrategias (P. 161) La velocidad que adquirirá será de 2,25 m/s. Desarrollo de estrategias (P. 166) La velocidad de ambos vagones será 1,65 m/s luego de impactar y quedar acoplados. Integro lo que aprendí (P. 168 y 169) 1. El cañón retrocede con una velocidad de -3,2 m /s. 2. Después del choque, las bolitas se mueven con una velocidad de 0,6 m/s hacia la derecha.



Solucionario 3. El impulso entregado por Pedro sobre el cuerpo R es 4. 5.

6.

7. 8.

igual al que le entregó al cuerpo P. La tabla completada por Sebastián está casi correcta, ya que en una colisión inelástica no se conserva la energía. Las dos primeras afirmaciones realizadas por Natalia son correctas. Sin embargo, la última no lo es, ya que la cantidad de movimiento se mide en kg·m/s y no en joule (J). Es incorrecta la afirmación de Romina, ya que en ambos casos costará lo mismo detener los cuerpos, puesto que poseen la misma cantidad de movimiento (2 kg·m/s). Sería más fácil, detener un cuerpo que posea una menor cantidad de movimiento, por ejemplo uno que posea una masa de 1 kg y se mueva con una velocidad de 1 m/s. En una colisión elástica se conserva la cantidad de movimiento y la energía cinética. En ambos casos, Josefina debería evidenciar un choque de tipo elástico, de manera que al impactar ambas bolitas, estas conservan su cantidad de movimiento y energía cinética.

Evaluación final (P. 174 a 177) 1. a. 7,5 J b. Se espera que respondan que de forma ordenada y 164

2. a. b. 3. a. b. c.

rigurosa. 25 J 125 W 75 J 75 J Por ejemplo, casco, botas de seguridad, chaleco reflectante. Energía potencial elástica. 0,051 m.

4. a. b. 5. 30 cm 0,03 J

50 cm 0,08 J

70 cm 0,17 J

6. a. Se debe efectuar un trabajo de 8mv 2/2 b. 3 mgh 7. El impulso es de 200 N⋅s y la velocidad final es 40 m/s. 8. La primera bola tendrá una velocidad de 4 m/s después


del choque. 9. a. El trabajo se puede determinar al calcular la dife rencia en la energía potencial gravitatoria que ad quirió el cuerpo. b. La energía mecánica en dicha posición es solo potencial gravitatoria. c. La energía mecánica en dicha posición es solo cinética. d. La energía mecánica del péndulo en la parte más alta es potencial gravitatoria. A medida que desciende es potencial y cinética. En la parte más baja es


y energía

solo cinética. A medida que asciende, se transforma en potencial y cinética y, una vez que alcanza la altura máxima, nuevamente toda la energía es potencial gravitatoria. e. La cantidad de movimiento no se mantiene constante, ya que la velocidad de la masa cambia a medida que el péndulo oscila. f. La fuerza de roce con el aire y la fricción de la cuerda con el puento de sujeción. 10. a. Debido a la disipación de energía. b. Sí, la energía mecánica del péndulo decreció de forma constante en cada oscilación. 11. 96 J y 32 J respectivamente. De la Guía didáctica

Actividad complementaria (P. 126) 1. El trabajo de la fuerza aplicada es positivo y el trabajo

del peso es negativo. 2. Al levantar la pesa, el trabajo de la fuerza aplicada es po sitivo y el trabajo del peso es negativo. Al bajar la pesa, el trabajo realizado por la fuerza peso es positivo. 3. Cuando baja la pelota, el trabajo realizado por el peso es positivo. 4. El trabajo de la fuerza peso y la normal es nulo. Actividad complementaria (P. 137) a. Las fuerzas que actúan una vez que esta se encuentra

en movimiento son la fuerza de roce, la fuerza normal y el peso. b. La fuerza aplicada y la fuerza de roce. c. Debido a la fuerza de roce, ya que disminuye su velocidad hasta quedar en reposo. Actividad complementaria (P. 143)

1. a. Permite variar la masa y la velocidad de ambas bolitas. b. Una debe tener signo positivo mientras, que la otra debe tener signo negativo, de manera que la bolita de la izquierda se mueva hacia la derecha y la bolita de la derecha se mueva a la izquierda. c. Sí, se conservó la cantidad de movimiento, ya que se representa un choque elástico. d. Sí, se conservó la energía mecánica. 2. a. En este tipo de choque, las bolitas quedan acopladas luego del impacto. b. Una debe tener signo negativo, mientras que la otra debe tener signo positivo, de manera que la bolita de la izquierda se mueva hacia la izquierda y la bolita de la derecha se mueva a la derecha.

d

a

d

i

n

u

c. En este tipo de choque, se conserva la cantidad de

movimiento, pero no la energía. Ficha de refuerzo (P. 152) 1. El trabajo realizado por la fuerza aplicada por Felipe co-

rresponde al área bajo la curva; en este caso es 1 000 J. 2. La potencia mecánica depende del trabajo y del tiempo según la siguiente expresión: P = W/t. La potencia es directamente proporcional al trabajo realizado (W) e inversamente proporcional al tiempo (t) en que se realiza dicho trabajo. 3. El valor del trabajo aplicado por el tractor sobre el bloque es de 600 J. 4. La tabla debe completarse como se muestra a continuación: Gabriel

Trabajo (J) Tiempo (s) Potencia (W)

150 10 15

Nathalie

10 0,5 20

Miguel

600 2 300

5. Una fuerza siempre produce trabajo, salvo cuando no

produce desplazamiento, o bien cuando es perpendicular al desplazamiento. 6. Las respuestas de sus estudiantes serán variadas. Algunos ejemplos que pueden dar son: • La potencia mecánica desarrollada al subir una escalera dependerá del trabajo realizado y del tiempo utilizado en realizar dicho trabajo. • La potencia mecánica desarrollada por un tractor que desplaza un bloque, dependerá del trabajo realizado sobre el bloque, y del tiempo en el que se realice dicho trabajo. 7. La potencia mecánica desarrollada por José Miguel es de 20 W. 8. Para que el trabajo mecánico realizado por una fuerza sea nulo, dicha fuerza debe ser perpendicular al desplazamiento. Ficha de ampliación (P. 153) 1. a. En la situación descrita actúa una fuerza variable. b. El trabajo realizado entre 0 y 8 cm es de 72 N · cm. c. c. Si el resorte continúa cumpliendo la ley de Hooke,

entonces será posible determinar el trabajo entre x = 8 cm y x = 10 cm. 2. Gabriel deberá mover el mueble en un tiempo inferior a un minuto. 3. Mientras la fuerza aplicada no supere el valor de la fuerza de roce estático, no habrá desplazamiento y por lo tanto, el trabajo resultante será nulo. 4. Javiera debe aplicar una fuerza de 2 000 N.

3

5. El peso de la caja realiza trabajo en las siguientes

situaciones: • Al subirla por una escalera. • Al bajarla por una escalera. 6. La potencia mecánica en función de la velocidad está definida por: P = F · v 7. La potencia mecánica desarrollada por Marcela es 65 W. 8. Los ejemplos de sus estudiantes serán variados, algunos que pueden proponer son: • Cuando la fuerza aplicada sobre un mueble tiene la misma dirección y sentido que el desplazamiento, el trabajo mecánico es positivo. • Cuando la fuerza aplicada sobre un mueble es perpendicular a su desplazamiento, el trabajo mecánico es nulo. • Cuando la fuerza aplicada sobre un mueble tiene igual dirección que el desplazamiento, pero sentido contrario, el trabajo mecánico es negativo. Ficha de refuerzo (P. 154) 1. La energía mecánica disminuyó debido a la disipación de 2. 3. 4. 5.

energía, lo que puede ser producto del roce con los rieles. La velocidad con que Germán llega a la base del tobogán es de aproximadamente 17,2 m/s. El trabajo realizado por Beatriz es de 70,56 J. El trabajo mecánico realizado por Marcelo es de 360 J. Los resultados pueden ser expresados en una tabla: Punto 1 2 3

Energía potencial Energía gravitatoria (J) cinética (J) 122 500 0 24 500 98 000 29 400 93 100

165

Energía mecánica (J) 122 500 122 500 122 500

6. La energía cinética de un cuerpo depende de su velo-

cidad y masa, según la siguiente expresión: E c= __21 mv 2 La energía cinética es directamente proporcional a la masa del cuerpo y al cuadrado de su velocidad. 7. La energía potencial elástica necesaria para estirar un resorte 8 cm es de 0,00256 J. 8. La energía potencial gravitatoria depende de la masa del cuerpo y de la altura a la que se encuentre con respecto al sistema de referencia utilizado, según la siguiente expresión: E g= mgh La energía potencial gravitatoria es directamente proporcional a la masa del cuerpo, a la altura a la que se encuentre y a la aceleración de gravedad. Ficha de ampliación (P. 155) 1. La energía que se disipa corresponderá a la diferencia

entre la energía mecánica en dos puntos; en este caso en lo más alto del tobogán y al llegar a su base. Física • 2.º medio


Solucionario 2. La altura desde la cual debe dejar caer la bolita en el

tobogán es de 0,2 m. 3. Por los dos caminos el trabajo realizado será el mismo. Por otra parte, el trabajo realizado es directamente proporcional a la masa de la mochila, por lo que si disminuye la masa de esta, el trabajo realizado será menor. 4. El trabajo realizado por Felipe para incrementar en 20 m/s su velocidad debe ser de 4 J. 5. a. La energía potencial gravitatoria es mayor en el punto 1. b. La energía cinética es mayor en el punto 2. c. Entre los puntos 1 y 2, el carro realiza mayor trabajo. • Aumenta al doble su energía cinética. • Se cuadruplica su energía cinética. • Su energía cinética disminuye a un dieciseisavo de

la inicial. 7. Si la lanzamos verticalmente hacia arriba, podremos saber su velocidad inicial en función de la altura máxima alcanzada. 8. Se debe aumentar su altura al doble. Ficha de refuerzo (P. 156) 1. La rapidez de la bola roja será 0. 2. Cualquier cuerpo que se mueva con determinada veloci-

3. 4. 5. 6.

7.

dad. La unidad de medida de la cantidad de movimiento en el SI es kg·m/s y la expresión que permite calcularlo es p = mv. El impulso que aplicó el futbolista a la pelota es de 100 N·s. La velocidad que adquiere el carro es de 6 m/s y el impulso que le entregó Fernando es de 60 N·s. Debe haber ausencia de fuerzas externas. La velocidad de Diego será aproximadamente 0,43 m/s en la misma dirección que la de Hernán, pero en sentido contrario. El impulso que le entregó Susana al mueble es de 17,5 N·s.

8. • Choque elástico: se conserva la energía cinética. • Choque inelástico: no se conserva la energía cinética. • Choque perfectamente inelástico: no se conserva la e t n e c o D l e d a c i t c á d i D a í u G

2. 3.

4. 5. 6.

6.

166

Ficha de ampliación (P. 157) 1. El primer carro impacta al segundo con una velocidad

energía cinética. 9. Para que se conserve la cantidad de movimiento antes y después de un choque, se deben cumplir las siguientes condiciones: • No debe existir fuerzas externas. • No debe existir roce.


y energía

7. 8. 9.

de 15,4 m/s. Loreto se equivoca porque la unidad de medida no es correcta. La afirmación de Juan es incorrecta, ya que la fuerza es directamente proporcional al impulso, por lo tanto, al aumentar la fuerza aplicada el impulso también se incrementa. El tiempo debiera ser el doble. No se cumple la conservación de la cantidad de movimiento. Gabriela se moverá levemente en la dirección y sentido de la velocidad de la pelota, debido a la conservación de la cantidad de movimiento. El impulso que se le debe aplicar al mueble es de kg·m/s. El choque debe ser perfectamente elástico. No se cumple con la ley de conservación de la cantidad de movimiento, ya que la cantidad de movimiento final es cero. Sin embargo, si los autos tuvieran la misma masa y chocaran frontalmente con la misma rapidez, sí se cumpliría.

Desafío complejo (P. 158) a. Mientras más cuadernos, más se estira el elástico. b. Mientras mayor es la masa que se debe levantar, mayor

c. d. e. f.

será la fuerza ejercida sobre el elástico y, por ende, mayor será su elongación. La fuerza aplicada sobre los cuadernos es directamente proporcional al trabajo realizado. No, ya que estos tienen distinta masa, por lo tanto, no se aplica la misma fuerza para levantar uno u otro. Las respuestas dependerán de cada grupo de trabajo y de su desempeño en la actividad. Se podría usar un dinamómetro para medir la fuerza aplicada.

Desafío complejo (P. 159) a. En las máquinas de Goldberg se conserva la cantidad de

movimiento y se utiliza el impulso para producir distintos movimientos. b. Dependerá de cada máquina construida, pero lo más probable es que estén involucrados los siguientes: energía cinética, energía potencial gravitatoria, energía potencial elástica, fuerza peso, fuerza de roce, entre otros. c. Una máquina ideal no necesitaría alimentación continua de energía, pero mucha energía se disipa debido principalmente al roce y la deformación en las colisiones. d. Las respuestas dependerán del trabajo realizado por cada equipo.

d

a

d

i

n

u

Evaluación de la unidad (P. 160 y 161) 1. D 2. B 3. C 4. D 5. B 6. B 7. B 8. B 9. C 10. B 11. E 12. B

3

Notas

167



TRABAJO Y ENERGÍA ¿Cuánta energía necesitamos para cada traba jo que realizamos? ¡Se necesita mucho trabajo para realizar este ejercicio! Me canso muy rápido.

Porque nuestro cuerpo necesita energía para funcionar.



¿Por qué uno se cansa cuando realiza ejercicios, mamá?

Entonces, si uno se cansa ¿es porque está realizando un trabajo?

Actividad individual 

Si pudieras participar de la conversación entre la madre y su hijo, ¿qué aportes realizarías?



¿De qué manera recibe y utiliza la energía el cuerpo humano?



¿Qué relación existe entre el trabajo y la energía?



En física, ¿cuándo realizamos un trabajo?



Evaluación inicial ¿Cuándo realizamos trabajo? Para reconocer el trabajo mecánico, responde las siguientes preguntas a partir de la situación que se muestra en la ilustración.

Mira, mamá, ellos también deben estar cansados.

¿Por qué lo dices, hijo?

Porque están trabajando.

¿Qué opinas de la conclusión que estableció el hijo? Argumenta.



Unidad  •

Trabajo y energía

¿Qué personas se encuentran realizando trabajo? Fundamenta.

Física • ° Medio



¿Qué aprenderás y descubrirás en la unidad? Te presentamos las principales metas, estrategias y propósitos de la unidad. Luego, propón las metas que te gustaría lograr, las estrategias que emplearías para alcanzarlas y el propósito de estas.

Metas

Describir el movimiento de un objeto utilizando los conceptos de trabajo y potencia mecánica.

¿Cómo alcanzarlas?

   

Usar la ley de conservación de la energía mecánica para explicar situaciones cotidianas.

  

Para comprender que el logro de los aprendizajes se obtienen mediante el trabajo riguroso, preciso y ordenado.

Realizando actividades prácticas. Ejecutando procesos científicos. Confeccionando presentaciones.

Para reconocer la importancia del entorno natural y sus recursos, manifestando conductas de cuidado y uso eficiente de los recursos naturales y energéticos

Realizando actividades prácticas. Aplicando modelos. Confeccionando maquetas.

Para desarrollar pensamiento crítico que permita buscar evidencias para sustentar soluciones y respuestas a problemas cotidianos.



Propón tus propias metas para esta unidad.

Establece las estrategias que emplearás para el logro de tus metas.



        



Realizando actividades prácticas. Siendo perseverante. Analizando gráficos. Aplicando modelos.

Analizar datos sobre colisiones entre objetos considerando la cantidad de movimiento y su conservación.



Unidad  •

Trabajo y energía

¿Para qué alcanzarlas?

Identifica el propósito de tus metas.

¿Cómo te gustaría protagonizar tu propio aprendizaje? En esta unidad aprenderás las características de los conceptos de trabajo y energía mecánica. ¿Qué sabes sobre estos conceptos? ¿Qué te llama la atención de la energía? ¿Qué te gustaría aprender en esta unidad? ¿Qué dificultades crees que podrías enfrentar en esta unidad?

En las unidades anteriores desarrollaste diversas estrategias, como confeccionar afiches o escribir la letra de una canción. Propón una estrategia diferente, a las utilizadas anteriormente, que te permita desarrollar tus habilidades. Justifica tu elección.

¿Qué importancia tiene para ti el entorno natural? ¿De qué manera se pueden manifestar conductas de cuidado y uso eficiente de los recursos naturales y energéticos en favor del desarrollo sustentable y la protección del ambiente?

¿Cómo lograr mis metas? Para que puedas llevar a cabo tus metas y adquirir los aprendizajes que se trabajarán es esta unidad, te invitamos desarrollar la estrategia que propusiste anteriormente. Para ello, establece en tres pasos cómo la desarrollarás.

ESTRATEGIA Paso 1

Paso 2

Paso 3

Física • ° Medio



Lección

Trabajo y potencia mecánica Proposito de la unidad Cuando escuchamos la palabra trabajo, por lo general se nos viene a la mente alguna tarea física o intelectual, ya sea preparar un informe informe para el colegio o trasladar nuestros cuadernos de un lugar a otro. Sin embargo, desde el punto de vista de la física, el concepto de trabajo tiene que ver con otras situaciones. ¿Te imaginas cuáles son?

e d d a a d d a t e c nologí a y s oc i i e e n c i a C i e ,

En esta lección, aprenderás a explicar y calcular, con la ayuda de esquemas y modelos, el significado físico del trabajo mecánico y cómo este se relaciona con la potencia. Así, te darás cuenta de la importancia de realizar actividades de manera rigurosa, precisa y ordenada.

CIENCIA en

CHILE

Carrera de autos solares La Carrera Solar Atacama es la única competencia latinoamericana de vehículos solares y se realiza en Chile. En ella se reúnen equipos de diferentes partes del mundo para recorrer el desierto de Atacama. En su última versión, realizada entre el 21 y 26 de abril del año 2016, se presentaron 17 equipos, de Chile, Bolivia, Colombia e Italia. En la versión del año 2016, el primer lugar se lo llevó el Equipo Solar Kan de Chile con su automóvil llamado AntüNekul 2s, que recorrió 1 736,9 km en un tiempo total de 36,2 horas; el segundo lugar lo obtuvo el equipo italiano Onda Solare, con el vehículo Emilia 3, al recorrer una distancia de 1 674,1 km en 33.6 horas. El auto ganador, AntüNekul 2s, es alimentado exclusivamente mediante celdas solares de 6 m 2 , lo que le permite obtener una potencia de 1 200 watts, casi el doble de su predecesor, para alcanzar una velocidad entre 75 y 80 km/h. Sus baterías pesan 20 kg y pueden almacenar hasta 5,5 kWh (kilo watt hora), superando en un 30 % al primer modelo y llegando así a una velocidad sobre 100 km/h. ¿Qué características del auto solar AntüNekul 2s le permitieron obtener el primer lugar en la competencia? competencia? ¿Consideras que este tipo de vehículos pueden ser utilizados en la vida diaria? ¿Qué beneficios traería? Auto solar AntüNekul 2s, proyecto liderado por estudiantes e ingenieros de la Universidad de Concepción en Chile.

Fuente: https://twitter.com/AutoSolarUdeC



Unidad  •  • Trabajo y energía

ó n i ó a c z z i t c a b e t fi í í f a e n l A i c e

Lección 

Tema 1

¿Cuándo se realiza trabajo mecánico?

Es habitual asociar la noción de “trabajo” con alguna forma de esfuerzo, ya sea físico o mental. Sin embargo, desde el punto de vista de la física, no todo aquello que nos demanda un esfuerzo corresponde a un trabajo. Para que puedas comprender este concepto, concepto, te invitamos a analizar el efecto que tiene una fuerza sobre el estado de movimiento de un cuerpo y definir, desde esa perspectiva, el concepto de trabajo mecánico a partir de actividades que permitan lograr exitosamente el aprendizaje de concep conceptos tos y procedimientos.

Indaguemos a partir de nuestros aprendizajes previos Objetivo: Reconocer qué fuerzas realiObjetivo: Reconocer zan desplazamiento. Habilidad: Analizar y relacionar las Habilidad: Analizar características de un suceso. Actitud: Ejecutar una actividad hasta Actitud: Ejecutar lograr los aprendizajes. Tiempo: 20 Tiempo: 20 minutos.

¿Recuerdas los efectos que producían las fuerzas? Menciónalos e infiere cuál de ellos se relaciona con el concepto de trabajo.

Actividad Activid ad grupal

En parejas consigan un libro, una pelota y realicen el siguiente procedimiento: 1. Apoyen el libro sobre la superficie de la mesa y apliquen una fuerza horizontal para desplazarlo, tal como se muestra en la imagen 1. 2. Luego, dejen caer la pelota desde cierta altura, como se observa en la imagen 2. A partir del procedimiento, respondan: respondan: a. ¿Qué fuerzas estudiadas en la unidad anterior están presentes en este procedimiento?? Escríbanlas. procedimiento

b. En cada uno de los casos, ¿qué fuerzas afectaron el movimiento del ob jeto? Explíquen.

Imagen 1. Desplazamiento de un libro.

c. ¿Es correcto afirmar que todas las fuerzas producen desplazamiento? Fundamenten.

d. ¿Realizaron el procedimiento de manera rigurosa para cumplir su objetivo?

Imagen 2. Dejar caer una pelota.

e. ¿Pudieron ¿Pudieron establecer correctamente la fuer za que provoc provocó ó el desplazamiento en cada caso? Fundamenten. Fundamenten.

En la actividad anterior, seguramente pudiste identificar aquellas fuerzas que afectaron el movimiento de los objetos y pudis te concluir que no todas las fue rzas producen un desplazamiento. Entonces, ¿por qué algunas fu erzas producen desplazamiento y otras no? ¿Qué relación tiene es to con el trabajo mecánico mecánico??



Unidad  •  • Trabajo y energía

Cuando una fuerza es aplicada sobre un cuerpo y produce el desplazamiento de este, se dice que la fuerza realizó un trabajo mecánico sobre el cuerpo. cuerpo. No todas las fuerzas realizan un trabajo mecánico. Por ejemplo, el peso de una caja que se encuentra inmóvil sobre el suelo no efectúa trabajo, dado que no produce ninguna modificación en la posición de la caja ni afecta afec ta su desplazamiento. En particular, una fuerza (o una de sus componentes) realiza un trabajo sobre un cuerpo cuando actúa en la misma dirección de su desplazamiento. Para comprender mejor el trabajo mecánico, analicemos las siguientes situaciones:

__

__

P

F

›

__

›

›

_ x

__

›

__

F

›

F

›

F __

›

Fr

__

›

P

_ x

›

Al levantar de manera vertical una caja, tanto la fuerza aplicada como el peso realizan un trabajo mecánico sobre esta.

Al deslizar la caja sobre una superficie horizontal, tanto la fuerza aplicada como el roce efectúan un trabajo, sin embargo, en esta situación el peso de la caja no realiza un trabajo, ya que no hay desplazamiento vertical.

De esta manera, el trabajo mecánico W ocurre ocurre cuando se ejerce una fuerza constante de magnitud F sobre un objeto, ya sea para levantarlo o trasladarlo, producto de lo cual se logra un desplazamiento en la misma dirección y sentido de la fuerza, cuya magnitud es x. En consecuencia, el trabajo mecánico se puede expresar matemáticamente como: como:

W = F  x Actividad grupal

Determinemos el trabajo mecánico Determinemos el

Para mudarse de su casa, Paz traslada una caja, aplicando una fuerza horizontal de 15 N. Si alcanza a desplazarla una distancia de 3 m y se desprecia el roce con el suelo, ¿cuál es el valor del trabajo realizado?

Al empujar un muro, la fuerza aplicada no produce ningún efecto sobre la posición de este, por lo tanto, no se realiza un trabajo.

Importante Dado que la fuerza se mide en newton (N) y el desplazamiento en metros (m) (m) el trabajo se mide en N⋅m Este producto de unidades es equivalente al joule (J) que corresponde a la unidad de energía del Sistema Internaciona Internacionall

x



Física • ° Medio



Lección 

Determinando el signo del trabajo mecánico

Importante

Dependiendo del ángulo que forman los vectores fuerza y desplazamiento, el trabajo mecánico puede ser negativo, positivo o nulo. A continuación, analizaremos en qué situaciones el trabajo posee las características señaladas.

En la situación considera que el roce es suficientemente pequeño por lo que la fuerza aplicada sobre el objeto no provoca rotación del mismo sino que solo afecta su desplazamiento en la dirección en que se aplica

Trabajo positivo __

›

F

Ejemplo

α

__

F

›

_ x

F

›

Una fuerza realiza trabajo positivo cuando favorece el movimiento de un cuerpo. Para que esto ocurra, el ángulo ( α) entre los vectores fuerza y desplazamiento debe estar en el siguiente intervalo: 0°≤ α < 90°. Es i mportante señalar que el trabajo realizado por una fuerza es máximo cuando α = 0°.

Desplazamiento

Si la fuerza ejercida por la joven logra desplazar la caja, entonces el trabajo realizado por dicha fuerza es positivo.

Trabajo nulo __

›

N

__

›

F

α = º

__

›

Ejemplo

F

_ x

›

Para que el trabajo de una fuerza que actúa sobre un cuerpo sea nulo, la fuerza debe ser perpendicular al desplazamiento, es decir, el ángulo (α) entre el vector fuerza y el vector desplazamiento tiene que ser igual a 90°.

__

›

P

Desplazamiento

Al empujar una caja sobre una superficie horizontal, la normal y el peso no realizan trabajo, ya que son perpendiculares al desplazamiento.

Trabajo negativo __

›

F

Ejemplo __

α

›

F _ x

›

__

›

Fr Desplazamiento

Una fuerza realiza un trabajo negativo cuando se opone al movimiento de un cuerpo. Para que esto ocurra, el ángulo (α) entre los vectores fuerza y desplazamiento debe estar contenido en el siguiente intervalo: 90° < α ≤ 180°.



Unidad  • Trabajo y energía

Al arrastrar una caja sobre una superficie horizontal, la fuerza de roce efectúa un trabajo negativo, ya que se opone a su movimiento.

Interpretación gráfica del trabajo mecánico Para representar de manera gráfica el trabajo realizado sobre un cuerpo, se recurre a un plano cartesiano. En el eje de las abscisas (eje horizontal), se indica la posición del cuerpo, mientras que en el eje de las ordenadas (eje vertical), se muestra la fuerza aplicada. Según las características de esta última, distinguiremos la representación gráfica de fuerzas constantes y de fuerzas variables, tal como veremos a continuación. Fuerzas constantes Si una fuerza constante actúa sobre un cuerpo y lo desplaza en la dirección del eje horizontal, originará un desplazamiento. Al representar la fuerza en función de la posición, gráfico 1, se observa que el área comprendida entre la recta y el eje horizontal (F  x) equivale al trabajo realizado por la fuerza.

Gráfico 1

F

F = cte

A

0

xi

x f

x

x

A =W =F ⋅ x

Fuerzas variables En muchas situaciones, la fuerza varía con la posición. En estos casos, la relación matemática para determinar el trabajo no se puede aplicar, ya que es válida solo cuando la fuerza es constante.

Gráfico 2

F

F = f(x)

En el gráfico 2, el área entre la curva y el eje h orizontal corresponde al trabajo mecánico. Sin embargo, para ca lcularla se requieren habilidades matemáticas más avanzadas. Un caso de fuerza variable, en el que resulta simple determinar el trabajo, corresponde a la fuerza restauradora de un resorte, modelada mediante la ley de Hooke, siempre y cuando el resorte opere en su rango de elasticidad. En este caso, el trabajo mecánico corresponde al área del triángulo representado en el gráfico 3.

A

xi

x

x f

A =W

Gráfico 3

F

F =k ⋅ x

A

0

x f

x A =W =

Actividad grupal

Interpretemos el gráfico fuerza-elongación Cuando Claudia analiza cómo varía el módulo de la fuerza que actúa en el extremo de un resorte en función de la elongación del mismo, obtiene el gráfico de la derecha. A partir de él, responde:

 

x

⋅ k ⋅ x2

Gráfico de fuerza-elongación

F (N) 24 18 12

a. ¿Qué tipo de fuerza actúa en la situación descrita? b. ¿Cómo calcularías el trabajo realizado por esta fuerza? c. ¿Cuál es el trabajo realizado por la fuerza cuando el resorte se estira desde x0= 0 a x= 10 cm?

6

0

2

4

6

8

10

x ( cm)




Lección 

Tema 2

¿Cómo se relaciona el trabajo mecánico con la potencia?

¿Has notado la diferencia entre trasladar un objeto pesado por un par de metros y desplazarlo por varias cuadras? Probablemente has notado la diferencia, pero ¿estarás haciendo más trabajo al desplazar el objeto una distancia mayor? Para responder a esta pregunta, te invitamos a analizar modelos que te permitirán establecer relaciones entre los conceptos de fuerza, desplazamiento y tiempo a partir de actividades que fortalezcan el esfuerzo y tu perseverancia.

Indaguemos

Si desplazas un objeto pesado por más tiempo, ¿harás más trabajo mecánico? Reflexiona en torno a la respuesta.

a partir de nuestros aprendizajes previos

Objetivo: Relacionar el trabajo mecánico con el tiempo. Habilidad: Relacionar y predecir sucesos.

Actividad grupal

Reúnanse en parejas y lean la siguiente situación: Dos amigos, Carolina y Sebastián, compiten para determinar cuál de ellos levanta con mayor rapidez una masa de 10 kg a una altura de 3 m, utilizando un sistema de poleas, tal como se representa en la imagen.

Actitud: Evaluar la forma de ap render. Tiempo: 15 minutos.

¿Qué debo saber para realizar esta actividad?

m = 10 kg

Carolina

m = 10 kg

Sebastián

Al levantar la masa, Carolina demora 3 s y Sebastián 4 s. Comenta con tu compañera o compañero la situación descrita. Luego, respondan: a. ¿Qué variables físicas están involucradas en la acción realizada por Carolina y Sebastián? b. ¿Cuál es el trabajo realizado por cada uno? c. ¿A qué creen que se debe que Carolina demoró menos tiempo?, ¿cómo se relaciona esto con el trabajo realizado? d.. ¿Este tipo de actividad te permite adquirir nuevos aprendizajes? ¿Qué tipo de actividad consideras que te per mite aprender de mejor manera?

En la situación anterior, descubriste que tanto Carolina como Sebastián debían efectuar el mismo trabajo, ya que el peso del cuerpo y el desplazamiento eran iguales. Entonces ¿qué concepto da cuenta de la diferencia entre los dos? 


Potencia mecánica

Importante

La potencia mecánica, corresponde a la rapidez con que se realiza un determinado trabajo. Por ejemplo, en e l caso anterior, la potencia desarrollada por Carolina fue mayor que la de Sebastián, ya que realizó el mismo trabajo en menor tiempo. Al igual que para el trabajo mecánico, existe una expresión matemática para determinar la potencia (P), la que corresponde a la razón entre el trabajo (W) y el tiempo empleado en realizarlo (t), esto es:

W P = __ t

La unidad en la que se mide la potencia es el watt ( W ) en honor al ingeniero e inventor escocés James Watt quien realizó importantes aportes al desarrollo de la máquina a vapor  watt representa la potencia de un sistema que realiza un trabajo de  joule en  segundo es decir

1 W = 1 _Js_

A partir de esta expresión, podemos afirmar que mientras menor sea el tiempo empleado en efectuar un determinado trabajo, mayor será la potencia desarrollada. Pero, ¿cómo se relaciona la potencia con la rapidez? Como ya estudiamos, el trabajo realizado por una fuer za de magnitud constante F, que actúa en la misma dirección y sentido que el desplazamiento de magnitud ∆x, se expresa como:

W = F  x Al remplazar esta expresión en la de potencia, obtenemos:

W = ______ F  ∆x = ______ F  ∆x = F  v P = __ t t t

Importante Esta ecuación solo es válida para MRU y para fuerzas constantes

De esta manera, la potencia depende de la rapidez del cuerpo sobre el que se aplica la fuerza. Gráfico trabajo-tiempo

Actividad grupal

Interpretemos el gráfico trabajo-tiempo

W (J) 40

Camila mueve un librero aplicando sobre él una fuer za constante. El trabajo realizado por ella sobre el mueble se representa en el siguiente gráfico: a. ¿Qué representa la pendiente de la recta?

20

b. ¿Cuál fue la potencia desarrollada sobre el librero entre los 0 y los 6 s? 0

3

6

t (s)

Desarrollo de la misión Ahora que conoces la relación entre la potencia y el traba jo mecánico, reúnete con tu grupo de trabajo y elaboren el juego de mesa que permita comprender esta relación. Para ello, pueden utilizar las ecuaciones, las imágenes o los ejemplos que consideren necesarios. Al finalizar, establezcan las dificultades que enfrentaron en esta misión, así como las ventajas de elaborar un juego de mesa para adquirir nuevos aprendizajes.




Lección 

Desarrollo de estrategias Aprendiendo a aplicar modelos para determinar el trabajo y la potencia. Situación problema Gabriel desplaza 2,5 m una caja de 40 kg de masa sobre una superficie horizontal. Para ello, le aplica una fuerza paralela a la superficie de 220 N. Considerando que el coeficiente de roce cinético es µc = 0,18, responde:

F = 220 N m = 40 kg

• ¿Cuál es el trabajo resultante sobre la caja? • Si el tiempo que tarda en desplazar la caja es de 32 s, ¿cuál será el valor de la potencia mecánica? __

›

N

PASO 1 Identifico las variables Primero debemos identificar todas las fuerzas que actúan en el sistema; para ello es conveniente realizar un diagrama de cuerpo libre de la situación.

__

__

Fr

F

›

›

PASO 2 Registro los datos

m = 40 kg

x = 2,5 m

µ c = 0,18

F = 220 N

t = 32 s

PASO 3 Utilizo los modelos Para calcular el trabajo resultante sobre la caja, debemos determinar previamente el trabajo realizado por cada una de las fuerzas. De esta manera, el trabajo total corresponderá a la suma de los trabajos individuales. Entonces: Trabajo realizado por la fuerza aplicada:

W F = Fx = 220 N  2,5 m = 550 J Trabajo efectuado por la fuerza de roce:

W r = F r  x = µ c  N  x = µ c  m  g  x W r = 0,18  40 kg  –10 m/s2  2,5 m = -180 J El trabajo realizado por la fuerza peso (P) y por la fuerza normal (N) es nulo, ya que ambas fuerzas forman un ángulo de 90° con el desplazamiento, es decir:

W P = W N = 0 Luego, el trabajo resultante es

W total = W F + W r + W P + W N = 550 J - 180 J + 0 + 0 = 370 J Finalmente, la potencia se determina como la razón entre el trabajo mecánico y el tiempo, es decir:

370 J = 11,563 W P = W total/t = _____ 32 s PASO 4 Escribo la respuesta El trabajo resultante sobre la caja corresponde a la suma de los trabajos realizados por cada una de las fuerzas, el que es igual a 370 J; la potencia mecánica es 11,563 W.

PASO 5 Aplico lo aprendido En una competencia, un deportista levanta verticalmente un peso de 140 kg de masa, desde el suelo hasta una altura de 2,4 m, en 0,4 s. Respecto a esta situación, responde: a. ¿Cuál es el trabajo que efectúa para levantar el peso y la potencia mecánica? b. ¿Realiza trabajo el deportista cuando sostiene el peso a 2,4 m de altura? Explica. c.. ¿De qué manera seguir los pasos te permite resolver problemas de forma exitosa? 


__

›

P

C i e n c i a t e c nologí a y s oc i e d a d ,

El concepto de potencia en el mundo actual En las páginas anteriores hemos estudiado el concepto de potencia desde el punto de vista de la mecánica. Sin embargo, el concepto es mucho más amplio y cotidiano de lo que podríamos pensar, dado que está presente en la mayor parte de los artefactos eléctricos y máquinas que utilizamos. En los artefactos eléctricos, la potencia eléctrica se define como la cantidad de energía que estos pueden disipar (o transformar) por unidad de tiempo. Por ejemplo, en el caso de las ampolletas, las de mayor potencia entregan más energía lumínica, o bien, un equipo de música de elevada potencia, proporciona una mayor energía sonora. Otro ejemplo es la potencia mecánica del motor de un automóvil de carrera. Esta se pone de manifiesto cuando puede hacer que aquel alcance una gran velocidad en un tiempo muy breve. ¿Cómo piensas que el concepto de potencia está presente en una aspiradora, una plancha y en un horno de microondas? Explica.

i ó n c i z a c a t b e t fi í f a l A i e n c

Cierre de la misión Al comienzo de la lección te invitamos a confeccionar un juego de mesa que permitiera comprender la relación entre trabajo y potencia. ¿Qué dificultades se presentaron a la hora de desarrollar su proyecto? ¿Qué cambios realizarías a su procedimiento para mejorarlo?

¿Esta misión se incluirá en el proyecto del texto? Fundamenta en la página 13.

Reflexiono sobre lo que aprendí Lee y comenta las siguientes preguntas con tus compañeros y compañeras, para conocer si alcanzaste el propósito de la lección. Contenido

Hasta el momento ¿has estudiado algunos de los conceptos que te interesaba conocer antes de iniciar la unidad? De no ser así ¿qué temas te gustaría aprender?

Habilidades/Estrategias

Actitudes

¿Qué habilidades te han resultado más fá- ¿Has podido cumplir con las metas que te ciles de trabajar? ¿cuáles no? propusiste al inicio? Si no ha sido así ¿qué ¿Cuál fue la mejor estrategia que te permi- debes cambiar para que tu estudio sea más efectivo? tió lograr el propósito de la lección?




In tegro lo que aprendí

Evaluación de proceso

Identifica

 ¿En qué intervalo debe encontrarse el ángulo (α) de acción de una fuerza para que esta realice un trabajo negativo? Fundamenta.

__

›

N

Identifica

 Una persona desliza una caja sobre el suelo, tal como se representa en la imagen.

__

›

¿Qué fuerzas realizan trabajo sobre la caja y cuáles no? Considera que el roce es pequeño, por lo que la fuerza aplicada sobre el objeto no provoca rotación del mismo, sino que solo afecta su desplazamiento en la dirección en que se aplica.

F

__

›

__

Fr

›

P

_ x

›

Describe

 Señala una situación, distinta de las que aparecen en el libro, en las que se realice trabajo positivo, negativo y nulo. Puedes realizar un esquema para representarlo.

Trabajo positivo

Trabajo negativo

Trabajo nulo

Explica

 ¿Cómo le explicarías el concepto de potencia mecánica a una amiga o amigo?

Analiza

 Felipe realiza un trabajo W en un tiempo t y Pablo efectúa el mismo trabajo, pero en un tiempo t/. ¿Cuál de ellos desarrolla una mayor potencia?




Gráfico fuerza-posición

Aplica

 Carolina aplica una fuerza en el extremo de un resorte, haciendo variar su longitud, tal como muestra el gráfico. ¿Cuál es el trabajo realizado por la fuerza sobre el resorte?

F (N) 16

0

Aplica

1

2

4 x (cm)

3

__

›

 Sobre una caja de 35 kg de masa, Natalia ejerce una fuerza de 300 N, paralela a la superficie horizontal y que produce que esta se desplace 4 m, tal como se representa en la imagen. Si el coeficiente de roce cinético entre la caja y la superficie es de 0,25, ¿cuál es el trabajo resultante sobre la caja? Considera que el roce es pequeño, por lo que la fuerza aplicada sobre el objeto no provoca rotación del mismo, sino que solo afecta su desplazamiento en la dirección en que se aplica.

N __

›

F __

›

Fr __

›

P

4m

Sintetiza

Confecciona un organizador gráfico que relaciones los conceptos, habilidades y actitudes desarrolladas en esta lección. ¿Qué tipo de organizador utilizarás?, ¿por qué?

¿Cómo voy? Revisa tus respuestas y, según los resultados que hayas obtenido, marca con  el nivel de desempeño correspondiente. Si es necesario, pídele ayuda a tu profesor o profesora. Indicador

Ítem

Identifiqué las características del trabajo mecánico y apliqué su relación matemática en diversos contextos

    y 

Expliqué y apliqué el concepto de potencia mecánica en diversas situaciones

y

Habilidad Aplicar e identificar

Nivel de desempeño L Cuatro o cinco ítems correctos ML Dos o tres ítems correctos PL Uno o ningún ítem correcto

Aplicar y explicar

L Dos ítems correctos ML Un ítem correcto PL Ningún ítem correcto

L = Logrado ML = Medianamente logrado PL = Por lograr

Reflexiono sobre mi desempeño Según tu apreciación (1: en desacuerdo; 2: ni de acuerdo ni en desacuerdo; 3: de acuerdo), marca con  las siguientes afirmaciones: 1

2

3

He utilizados gráficos y esquemas para explicar los conceptos trabajados He aplicado estrategias que me permiten adquirir nuevos aprendizajes He manifestado interés por afrontar nuevos desafíos y aprender cosas nuevas




Lección

Energía y su conservación Propósito de la lección Para realizar cualquier tipo de actividad, ya sea para mover una caja, calentar los alimentos, andar en bicicleta; así también para que un ser vivo respire, crezca y se desplace, siempre se necesita de energía. Ningún proceso físico, químico o biológico es posible sin energía.


Para que sepas lo importante que es este concepto para la ciencia, en esta lección podrás realizar diferentes actividades que te permitirán explicar en situaciones cotidianas la ley de conservación de la energía para que puedas reconocer la importancia de manifestar conductas de uso eficiente de los recursos energéticos.

CIENCIA en

CHILE

El potencial de Chile para el desarrollo de las energías renovables Chile presenta una serie de condiciones geográficas que lo convierten en una nación privilegiada para la obtención de energía a partir de fuentes renovables. En un futuro no muy lejano, Chile podría convertirse en una potencia en energía solar a nivel mundial. Esta afirmación se basa en las excepcionales condiciones del Norte Grande aprovechables para este tipo de energía: radiación, claridad de los cielos y disponibilidad de espacio. Se estima que si se utilizara menos del 1 % de la extensión del desierto de Atacama, se podría abastecer toda la demanda energética de Chile el año 2030, y aún más, se produciría tanta energía que se cubriría la tercera parte de la energía requerida por todo el continente sudamericano. Un estudio reciente, realizado por la embajada del Reino Unido, señala que Chile posee el potencial más alto del mundo para la generación de energía undimotriz (energía que se genera a par tir del movimiento de las olas). Al menos 100 MW al año podrían ser instalados a partir del año 2020. Además, Chile tiene un potencial hidráulico y eólico

privilegiado, por lo que si se diversifica la matriz energética, toda la demanda del país debería ser cubierta por fuentes de energía renovables, lo que incidirá positivamente en el medio ambiente. Fuente: Ministerio de Energía y Solar Energy Research Center Chile

1. ¿Cuál es la importancia de generar energía a par tir de fuentes renovables?

2. ¿De qué manera piensas que contribuiría al ahorro energético el hecho de utilizar la energía proveniente del sol, del aire o del mar?

En la imagen se muestra la planta de generación de energía fotovoltaica más grande de Sudamérica, la planta “Amanecer Solar CAP” ubicada en la ciudad de Copiapó.

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Ciencia al día Generan energía eléctrica con solo caminar ¿Has escuchado mencionar que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma? Bajo es te principio, llamado principio de conservación de la energía, se han diseñado distintos artefactos que permiten emplear y transformar las diferentes formas de energía. En particular, en los últimos años, se han creado algunos dispositivos que pueden usar la energía cinética del movimiento del cuerpo humano para generar energía eléctrica. Uno de ellos consiste en unas zapatillas que poseen, debajo de sus suelas, unos sensores que captan la energía cinética producida por la pisada y la transforman en un voltaje eléctrico de hasta 20 volt. Al emplear este tipo de calzado es posible aumentar la duración de las baterías de teléfonos o cargar cualquier tipo de artefacto eléctrico que sea portable. Otro invento que utiliza la energía cinética del movimiento de las personas es la Pavegen, que es una baldosa flexible que genera luz a partir de las pisadas de los transeúntes. Al pisar la baldosa, esta comprime un resorte, cuyo movimiento es empleado para encender una luz LED. De esta forma, las pisadas de las personas pueden iluminar calles enteras. Fuente: http://www.pavegen.com/ ¿Cómo las pisadas en las baldosas pue den generar energía eléctrica?

Caminar para generar energía eléctrica.

¿Cómo contribuye a la comunidad la generación de energía eléctrica a través de estos mecanismos?

Inicio de la misión Considerando la importancia que tiene la energía para la sociedad actual, en esta lección tendrás la misión de confeccionar una presentación en PowerPoint o Prezi que plantee una estrategia de ahorro de energía para tu escuela.

Para llevar a cabo esta misión, reúnete con tres compañeros y en conjunto diseñen una estrategia que les permita ahorrar energía dentro de su establecimiento educacional. Para ello, planifiquen su trabajo, considerando que, al finalizar esta lección, deberán realizar la presentación de este.


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Lección 

Tema 1

¿Qué es la energía?

A diario utilizamos la energía para realizar todas nuestras actividades, pero ¿te has preguntado qué es la energía y de donde proviene?

¿Qué formas de energías conoces? ¿Cómo las relacionarías con el concepto de trabajo mecánico?

En este tema aprenderás sobre la energía analizando diversas situaciones cotidianas que te permitirán aplicar relaciones matemáticas simples para determinar la energía cinética.

Indaguemos


Objetivo: Reconocer y registrar aprendizajes previos. Habilidad: Observar sucesos y relacionarlos con conocimiento previos. Actitud: Mostrar interés por adquirir nuevos conocimientos. Tiempo: 20 minutos.

Actividad grupal

Reúnance en parejas y consigan un trozo de cartón de 30 cm x 20 cm, una caja de fósforos vacía, una regla, una bolita de cristal y tres libros. Luego, realicen el siguiente procedimiento: 1. Doblen el cartón por la mitad más larga y construyan un riel. 2. Con dos libros y el riel construyan un plano inclinado y ubiquen al final del riel la caja de fósforos tal como se muestra en la imagen 1. 3. Desde la parte más alta del riel dejen caer la bolita y observen qué sucede con la caja de fósforos. Midan el desplazamiento de la caja de fósforos. 4. Incorporen el otro libro para inclinar aún más el plano y vuelvan a ubicar la caja de fósforos al final del riel, como se muestra en la imagen 2. 5. Dejen caer la bolita por el riel y observen qué sucede con la caja de fósforos. Midan el desplazamiento de la caja de fósforo.

Imagen 1.

6. Comparen los resultados obtenidos en ambas situaciones. Luego, debatan y respondan a las siguientes preguntas: a. ¿Qué conceptos estudiados en las lecciones anteriores están presentes en la experiencia realizada?

b. ¿Cómo explicarían que la bolita que descendió por el riel más inclinado produjo un efecto mayor sobre la caja? Propongan una hipótesis. Imagen 2.

c.. ¿De qué manera realizar esta experiencia, les permite aplicar sus conocimientos y adquirir otros nuevos?

Tal como pudiste notar en la actividad anterior, la bolita provoca un desplazamiento en la caja de fósforos al impactarla, de manera que, mientras mayor es la velocidad que adquiere la bolita, más desplaza a la caja de fósforos. A la capacidad que tiene un cuerpo (o un sistema) para poder realizar cambios en sí mismos o en otros se le denomina energía.




Para comprender mejor el concepto de energía, considera el lanzamiento de un basquetbolista. Cuando se lanza el balón, la fuerza aplicada por el cuerpo produce un trabajo sobre el balón, moviéndolo y trasladándolo hasta la canasta. Esta es la idea detrás del concepto de energía. En términos más amplios, se puede considerar a la energía como la capacidad que tienen los sistemas para modificar sus propiedades a lo largo del tiempo. La variación de la energía de un cuerpo se puede ocasionar por ejemplo, producto de la modificación de su movimiento (aumento o disminución de su rapidez), el cambio en su forma, la modificación de su temperatura, entre otros. De esta manera, todo trabajo mecánico puede ocasionar un cambio en la energía. La energía no puede ser creada ni destruida, solo se transforma de un tipo a otro, y se transfiere de un objeto a otro, como estudiaremos en esta lección. Actividad grupal Reconozcamos la

energía en nuestro entorno

Reúnanse en parejas y, a partir de las siguientes imágenes, respondan las preguntas asociadas.

a. ¿De qué forma está presente la energía en cada una de las fotografías? b. ¿Cómo se observa el concepto de trabajo mecánico en las fotografías? c. ¿Cómo creen que se relacionan el trabajo mecánico y la energía?


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Lección 

La energía cinética La energía cinética es aquella que se encuentra asociada al movimiento. Por ejemplo, una persona que trota, el agua de un río o el viento, varían su energía cinética. En términos físicos, la energía cinética se define como la capacidad que posee un cuerpo para realizar un trabajo mecánico en virtud de su movimiento. Este trabajo se pone de manifiesto cuando el cuerpo se ve obligado a cambiar su estado de movimiento. La energía cinética (EC) de un cuerpo depende simultáneamente de su masa y de su rapidez. El modelo matemático que integra estas variables y que permite determinar la energía cinética de un cuerpo es:

1  m  v 2 EC = _ 2 Donde m es la masa del cuerpo medida kg y v la rapidez medida en m/s, según el Sistema Internacional.

¿Qué otras manifestaciones de la energía cinética conoces?

Al igual que el trabajo mecánico, la energía cinética se mide en joule (J) en el Sistema Internacional de unidades. De hecho, _ 2 1J = 1N  m = 1 kg (_m s) La energía cinética es una magnitud escalar y siempre es mayor o igual a cero, ya que se anula solo si el cuerpo no tiene rapidez. De esta manera, si dos cuerpos de masas iguales se mueven con la misma rapidez, pero en direcciones distintas, tienen igual energía cinética.

Actividad grupal

Relacionemos la

energía cinética con el medio

ambiente Lean la siguiente afirmación y luego respondan las preguntas. Existen varias maneras de generar energía eléctrica sin contaminar el medio ambiente, una de ellas es la energía eólica, que consiste en aprovechar la energía cinética del viento para convertirla, por medio de un generador, en energía eléctrica. En Chile, existen varios parques eólicos que abastecen a algunas ciudades; tal es el caso del parque Punta Palmeras, en Colbún, en la Región del Maule. 1. ¿De qué otras maneras se puede aprovechar la energía cinética para generar energía eléctrica en la naturaleza? 2.. ¿De qué manera este tipo de energía contribuye al medio ambiente?

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Imagen del parque eólico Punta Palmeras.

¿Cómo se relaciona la energía cinética con el trabajo mecánico? Cuando una fuerza neta (distinta de cero) actúa sobre un cuerpo, varía su estado de movimiento y, en consecuencia, produce un cambio en su rapidez, por lo que el trabajo realizado por la fuerza puede originar un cambio en la energía cinética de este. Para determinar la relación formal entre el trabajo y la energía cinética, debemos considerar que el módulo de la fuerza neta que origina el desplazamiento del cuerpo es constante y paralelo al desplazamiento de un cuerpo. Por lo tanto, el trabajo será:

W = F  x Aplicando la segunda ley de Newton, F = m  a , el trabajo se puede expresar como:

W = m  a  x  Dado que el cuerpo experimenta un movimiento rectilíneo y acelerado, se cumple que: 2  a  x = v f2 - v i2 Despejando obtenemos:

v f2 - v i2 a  x = ______  2

Al reemplazar la ecuación 2 en la expresión 1, obtenemos:

v 2 - v

2

f i W = m  ______ 2

1  m  v 2 W=_ f 2 W = EC f -

_1  m  v

2 E Ci

2 i

Importante Una de las principales herramientas de la física es la matemática Esta permite validar a través de su estructura lógica los modelos y ecuaciones que representan determinados fenómenos naturales La mayoría de las expresiones presentes en esta disciplina son el fruto de experimentaciones mediciones y deducciones como la relación entre trabajo y energía presentada en esta página ¿Qué opinas sobre esto? ¿De qué manera has utilizado tus conocimientos en matemática para comprender mejor el mundo que te rodea?

W = E C De lo anterior se infiere que el trabajo realizado por la fuerza neta se emplea en variar la energía cinética del cuerpo. Esta expresión se denomina teorema del trabajo y la energía cinética. Actividad individual Reflexiono sobre

la energía cinética

Lee la siguiente afirmación y luego responde las preguntas. En el país, los accidentes de tránsito por imprudencias del conductor se pueden observar a diario y en muchas ocasiones la causa principal es el exceso de velocidad. En esta situación, cuando un vehículo transita a gran rapidez, lleva consigo una enorme cantidad de energía cinética, es decir, tiene la capacidad de realizar un trabajo de gran magnitud y, por lo tanto, al impactar puede ejercer una fuerza de grandes dimensiones, lo que originará graves consecuencias. a.. ¿Por qué es importante respetar las leyes del tránsito? Explica desde el contexto científico, y a partir de las evidencias. b.. ¿Cómo podrías crear conciencia acerca de respetar los límites de velocidad?


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Lección 

Tema 2

¿Qué es la energía potencial?

Cada vez que subimos una escalera realizamos un trabajo, el que puede resultar especialmente agotador dado que lo hacemos en oposición a la fuerza de gravedad. Pero ¿qué tipo de energía se encuentra asociado a esta situación?

¿Cómo se relaciona el concepto de potencia con la energía potencial? Infiere.

En este tema, describirás diferentes situaciones cotidianas en las que se encuentra presente la energía potencial. Para ello, realizarás diversas actividades que te permitirán comprender este tipo de energía y cómo se puede utilizar de manera eficiente.

Indaguemos


Actividad grupal

Objetivo: Caracterizar la energía asociada a la posición.

En grupos de tres integrantes consigan dos trozos de cartón de 10 cm x 10 cm, greda, una bolita de acero, una huincha de medir y realicen el siguiente procedimiento:

Habilidad: Analizar evidencias.

1. Cubran cada uno de los trozos de car tón con 1 cm de greda.

Actitud: : Mostrar rigurosidad y perseverancia. Tiempo: 25 minutos.

2. Desde una altura de 20 cm, dejen caer la bolita sobre uno de los cartones cubiertos por arcilla, tal como se muestra en la imagen. 3. Utilizando el otro cartón, repitan el procedimiento, pero esta vez, dejen caer la bolita desde una altura de 40 cm. Procuren que la bolita esté libre de residuos de greda para que mantenga sus características. Analicen los resultados y luego respondan las siguientes preguntas: a. ¿Qué conceptos estudiados hasta el momento están presentes en la actividad?

b. ¿Qué diferencias observaron en la impresión dejada por la bolita sobre la greda en ambos casos? Describan.

c. ¿Cómo creen que se relaciona el resultado obtenido con el trabajo realizado por la bolita y la energía?

Imagen del procedimiento.

d. ¿Realizaron el procedimiento descrito de manera ordenada y rigurosa? De no ser así, ¿cómo podrían mejorar?

En la actividad anterior observaste que la bolita produjo un efecto más notorio sobre la greda cuando fue soltada desde una altura mayor. ¿A qué se debe esto?

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Energía potencial gravitatoria A la capacidad que tiene un cuerpo de realizar un trabajo mecánico en función de su altura (o posición) y de su masa se le denomina energía potencial gravitatoria. La expresión que la representa es:

Eg = m  g  h Donde m es la masa del cuerpo, g la aceleración de gravedad y h la altura. Al igual que la energía cinética, la energía potencial gravitatoria se mide en joule (J) en el Sistema Internacional de unidades. Por ejemplo, cuando se mueve un objeto por un plano inclinado, la energía p otencial dependerá de la altura a la que se encuentre el objeto. El máximo de energía potencial gravitatoria se obtiene en lo alto de la pendiente.

Para mover la caja hacia arriba hay que proporcionarle energía. En este punto Eg= 0

Actividad grupal

Determinemos la

energía potencial gravitatoria

Lorena es alpinista y se encuentra escalando una colina de 784 metros. ¿Cuál será su energía potencial al llegar a la cima de la colina? Para determinarlo, reúnanse en parejas y consideren que la masa de Lorena es de 63 kg y que la aceleración de gravedad es 10 m/s 2.




Lección 

¿Cuál es la relación entre la energía potencial gravitatoria y el trabajo mecánico? Para determinar la relación entre la energía potencial gravitatoria y el trabajo mecánico, consideremos la siguiente situación: un objeto de masa m , situado a una altura h1, es elevado con velocidad constante y por una fuerza F (de igual magnitud que el peso del objeto) hasta una altura h 2 , tal como se muestra a continuación:

→

F

h2 h1

En esta situación, el trabajo realizado por la fuerza aplicada para desplazar el objeto será:

W = Fh W = mgh 2- mgh1 W = Eg Entonces, trabajo realizado por la fuer za ejercida corresponde a la variación de la energía potencial gravitatoria.

¿Qué pasa con el trabajo de la fuerza peso?

h1 h2 →

P

Cuando la caja se desliza hacia abajo, lo hace por la acción de la fuerza peso. Aquí, el trabajo realizado por la fuerza peso es:

W = Ph W = mgh1- mgh2 W = -Eg 


¿Por qué la acción de la fuerza peso hace que el trabajo sea la variación negativa de la energía potencial gravitatoria?

Energía potencial elástica La energía potencial también puede ser elástica. Por ejemplo, para comprimir un resorte con velocidad constante, debemos aplicar una fuerza que haga variar su longitud desde xi hasta x f, tal como se representa en la siguiente imagen:

Antes de aplicar una fuerza externa que comprima el resorte, su longitud es xi.

Una vez que es aplicada una fuerza externa sobre el resorte, su longitud disminuye a x f .

Cuando el resorte es comprimido (o estirado), decimos que posee energía potencial elástica. Esta se expresa como:

1 k(x) 2 Ee = _ 2

Como la constate de elasticidad se mide en N/m y la elongación en m, entonces la energía potencial elástica se mide en Nm, lo que equivale al joule (J) en el Sistema Internacional de unidades.

¿Cuál es la relación entre la energía potencial elástica y el trabajo? En la situación anterior, también hay una relación entre el trabajo y la energía, pues cuando sobre el resorte se ejerce una fuerza que hace variar su elongación, podemos asumir que el trabajo mecánico realizado por dicha fuerza es equivalente a la variación de energía potencial elástica, es to es:

W = Ee Hay que aclarar que un resorte puede almacenar energía potencial elástica cuando se lo comprime (imagen 1) y puede realizar trabajo cuando se lo libera (imagen 2).

Imagen 1.

Ahora que ya estudiaste este tema, vuelve a responder la pregunta inicial de la página 142. ¿Cuál es la relación que se puede establecer entre la energía potencial y la potencia?

Imagen 2.




A poner en práctica

ficas habilidades cien tí median te un taller de

Aprendiendo a desarrollar procesos científicos: ¿De qué manera se comporta la energía de un cuerpo en caída libre? Objetivo: Inferir que la energía mecánica de un sistema tiende a mantenerse constante.

Habilidad: Formular conclusiones apoyándose en teorías y conceptos en estudio.

Actitud: Mostrar interés, curiosidad, rigor y perseverancia.

Situación problema Seguramente han observado una gran cantidad de fenómenos en los que se encuentran involucradas diferentes formas de energía. Por ejemplo, cuando un auto asciende por una cuesta, posee energía cinética ya que se encuentra en movimiento, pero simultáneamente adquiere energía potencial gravitacional debido a que su altura, respecto de un nivel de referencia, aumenta. ¿Existirá, en este caso, una relación entre ambos tipos de energía? Para indagar acerca de aquello, reúnanse en grupos de cuatro o cinco integrantes y realicen la siguiente experiencia. Para este taller les proponemos la siguiente pregunta de investigación: ¿Cómo es la energía total (energía cinética más energía potencial) de un cuerpo en caída libre? Respecto de la pregunta, propongan una o varias hipótesis. Para ponerlas a prueba, realicen el siguiente diseño experimental. Procedimiento experimental



1.

Reúnan los siguientes materiales: una pelota, una balanza, una cinta métrica, un celular con cámara y algunos papeles adhesivos de colores.

2.

Descarguen en su celular una aplicación de libre uso, que les permita realizar y reproducir un video en cámara lenta ( slow motion).

3.

Frente a un muro, desde el suelo midan 1,5 m y utilizando los adhesivos, hagan marcas de color en este cada 50 cm, tal como se muestra en la imagen. Luego, midan y registren la masa de la pelota en kg.

4.

Con el celular, graben un video de la pelota cayendo desde 1,5 m de altura. Procuren que la f ilmación sea de forma simultánea a la caída. Repítanla varias veces hasta obtener un registro óptimo.


Organización de los datos Para completar la siguiente tabla, deben reproducir el video en cámara lenta, observando el cronómetro que aparece junto con la reproducción. Cuando la pelota pase frente a cada una de las marcas, deben pausar el video y registrar el tiempo medido.

Marca

Altura (m)

Tiempo (s)



















a.. ¿Qué fuentes de error podrían haber afectado sus mediciones? ¿Fueron rigurosos al realizar sus mediciones? De no ser así, ¿qué parte o partes del procedimiento piensan que deberían repetir? Análisis e interpretación de evidencias b. Al soltar el cuerpo, ¿qué ocurre con la energía potencial gravitatoria a medida que la pelota cae?, ¿qué sucede con la energía cinética? Expliquen. c. Utilizando la siguiente expresión: Eg= m  g  h, determinen la energía potencial gravitatoria de la pelota para las marcas 1, 2 y 3. Como la última marca se encuentra casi a nivel de suelo, consideraremos que la energía potencial en dicho punto es prácticamente cero. d. Empleando la expresión de caída libre (v f = v i + g  t ) estudiada en la unidad 1, determinen la rapidez de la pelota en las marcas 2, 3 y 4. Para ello, deben considerar que la rapidez inicial de la pelota es igual a cero y utilizar los valores del tiempo para cada una de las marcas. 1  m  v 2 para calcular la energía cinética en cada ca so. Luego, utilicen la expresión EC = _

2

e. Con sus resultados, completen la siguiente tabla:

Marca

Energía potencial (Eg)

Energía cinética (EC)

Energía total ET = E g + E C

   

Elaboración de conclusiones f.

¿Qué ocurre con la energía cinética y potencial a medida que cae la pelota?

g. ¿Cómo es la energía total del cuerpo en la caída libre? ¿Validaron su hipótesis? Expliquen. h. ¿Se puede establecer que la e nergía total de un cuerpo, en caída libre, permanece constante?, ¿por qué? Comunicación de los resultados Preparen un informe escrito en el que se respondan las siguientes preguntas: ¿cuál fue el problema de investigación?, ¿qué hipótesis propusimos?, ¿en qué consistió el diseño experimental?, ¿cuáles fueron nuestras conclusiones?




Lección 

Tema 3

¿Qué es la energía mecánica?

En la realidad, es muy difícil que un cuerpo o un sistema presente una sola forma de energía. Por ejemplo, si un estudiante se traslada desde el primer piso de su colegio hacia el segundo piso, este presentará energía cinética y potencial respecto del suelo. Para dar cuenta de la energía total de un cuerpo o sistema, te invitamos a analizar con rigurosidad algunas situaciones en las que se observan las energías de un sistema y a definir el concepto de energía mecánica.

Indaguemos


Objetivo: Analizar el comportamiento de un resorte en términos de su energía. Habilidad: Describir y analizar las características de un suceso.

¿Cuál es la relación entre la energía cinética y la energía potencial? Puedes ayudarte con las conclusiones obtenidas en el A poner en práctica.

Actividad Individual

Analiza la siguiente situación y luego responde las preguntas asociadas. En el juego pinball, el dispositivo de lanzamiento consiste en un resorte que se puede comprimir y luego liberar, entregándole impulso a una bola, tal como se muestra en la siguiente imagen:

Actitud: Mostrar interés por conocer sucesos científicos.

A

Tiempo: 15 minutos.

B

C

a. ¿Qué sucederá cuando el resor te se encuentre totalmente comprimido? b. En términos de la energía, ¿qué implica que el resorte se estire completamente? c. ¿En qué momento del suceso se pueden observar los efectos de la energía cinética y la potencial elástica?, ¿existe una relación entre ellas? d. ¿De qué manera el análisis de ciertos sucesos te permite indagar sobre tus conocimientos previos?

En el juego pinball se pueden evidenciar diferentes tipos de energía, sin embargo, para dar cuenta de la energía total de un cuerpo o sistema, recurrimos al concepto de energía mecánica. 


Tal como pudiste analizar en la actividad anterior, Antes de lanzar la bola (A), el resorte se encuentra en su má xima compresión. En dicho momento, toda la energía mecánica del sistema (bola y resor te) es potencial elástica. Luego, al momento de liberar el resorte (B), la energía del sistema es potencial elástica, dado que el resorte aún se encuentra descomprimiéndose; y cinética, ya que la bola y el resorte están en movimiento. En este punto, la energía mecánica del sistema es potencial elástica y cinética. Finalmente, y una vez que el resor te se encuentra completamente extendido (C), toda su energía potencial elástica fue cedida a la bola, que solo posee energía cinética. Por lo tanto, la energía mecánica del sistema es cinética. Es así que, la energía mecánica EM del sistema se puede expresar como:

EM = E C + E e En general, para un sistema que puede adquirir y transformar su energía cinética (EC) en energía potencial ( EP), ya sea gravitatoria (Eg) o elástica (Ee), la energía mecánica resulta:

EM = E C + E P Como la energía es una magnitud escalar, la energía mecánica resultará ser la suma algebraica de las diferentes formas de energía.

La conservación de la energía mecánica

Mujeres en la historia

Con el desarrollo de la actividad anterior, pudiste concluir que la energía potencial de un cuerpo se transforma poco a poco en energía cinética. Si despreciamos la resistencia del aire, la suma de la energía potencial gravitatoria y cinética se mantiene constante (tal como seguramente inferiste en el A poner en práctica de las páginas 146 y 147). Esto es:

EM = E g + E C = ”constante” Podemos enunciar lo anterior de la siguiente manera: En ausencia de fuerzas de roce, la energía mecánica de un sistema permanece constante. Esto se conoce como el principio de conservación de la energía mecánica. Cuando se considera la energía mecánica en dos puntos, uno inicial y otro final como en el caso de la caída libre, se puede enunciar este principio de la siguiente manera:

EMi = E M f (Eg + E C)i = (E g + E C) f 1  m  v 2 = m  g  h + _ 1  m  v 2 m  g  hi + _ f i f 2 2

Emilie du Chatelet (-) fue una dama de la corte francesa que logró ser admitida en los debates de los científicos de mayor importancia de París alcanzando un gran prestigio como física Tradujo al francés la obra de Newton Philosophiae Naturalis Principia Mathematica y dedujo la conservación de la energía

R D C


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Lección 

La conservación de la energía mecánica en una montaña rusa Existen algunos ejemplos en los que es posible distinguir una tendencia de ciertos sistemas a conservar la energía mecánica. Uno de ellos es la montaña rusa. A continuación, analizaremos algunos momentos importantes en el movimiento de un carro en una montaña rusa. A

En lo más alto de un riso o loop, la rapidez del carro disminuye. Sin embargo, es distinta de cero. En dicho punto, el carro posee energía ci nética y potencial gravitatoria.

En el lugar más alto de la montaña rusa, la mayor parte de la energía mecánica del carro es potencial gravitatoria, ya que este se mueve con una velocidad baja. A medida que el carro comienza a descender, su energía potencial gravitatoria disminuye y aumenta su energía cinética. B

A medida que se mueve el carro por la montaña rusa, se puede analizar gráficamente el comportamiento de la energía en cada caso.

Energía potencial gravitatoria en función del tiempo

Energía cinética en función del tiempo

Eg

C

A

EC

Energía mecánica en función del tiempo EM

B B A

t

En el punto más alto de la montaña, el carro posee mayormente energía potencial gravitatoria. En dicho lugar, la energía cinética es casi nula. Al descender el carro, su energía potencial disminuye, y al ascender el carro, esta aumenta.




C

t

En el gráfico se puede observar que cuando el carro desciende, la energía cinética aumenta; y cuando el carro asciende, la energía cinética disminuye.

t

Siempre que no se considere la fuerza de roce, se tiene que en cada punto la suma de la energía cinética y la potencial del carro es constante, tal como se representa en el gráfico.

Desarrollo de la misión Ahora que conoces las características de la energía y su conservación, reúnete con tu grupo de trabajo y elaboren la presentación que les permitirá exponer su estrategia para ahorrar energía dentro de su establecimiento.

En este punto, el carro tiene energía potencial gravitatoria y energía cinética.

C

R D C

Actividad grupal Determinemos

la energía potencial gravitatoria

Reúnanse en parejas y apliquen la ley de conservación de la energía mecánica para determinar la rapidez con la que el carro pasa por el punto B. Para ello, supongan que, en el punto A, la rapidez del carro es cero y que la fuerza de roce entre las ruedas del carro y los rieles de la montaña es despreciable.

A

40 m B

15 m




Lección 

Disipación de la energía mecánica Si dejamos caer un objeto, observaremos que su energía potencial disminuye, mientras que la energía cinética aumenta. En es ta situación, la energía mecánica permanece relativamente constante, por lo que decimos que se conserva. Sin embargo, si hacemos rodar una pelota sobre el suelo, veremos que en determinado momento esta se detendrá. En este caso, decimos que la energía mecánica se disipa. Pero, ¿qué debe suceder para que la energía de un sistema se conserve o no? Para responder esta pregunta, debemos analizar previamente las denominadas fuerzas conservativas y no conservativas.

Las fuerzas conservativas Una fuerza es conservativa si el trabajo realizado por ella sobre un cuerpo, que se mueve entre dos puntos A y B , es independiente de la trayectoria seguida. L as fuerzas conservativas están asociadas a alguna forma de energía potencial, por lo que son fuerzas conservativas la fuerza peso, la fuerza eléctrica y las fuerzas elásticas. B

W 1

El trabajo entre las posiciones A y B no depende de la trayectoria seguida, sino solo de las posiciones inicial y final. Por lo tanto: W 1= W 2= W 3

W 2 W 3 A

Como la fuerza elástica está relacionada con la energía potencial elástica, es una fuerza conservativa.

Las fuerzas no conservativas Se dice que la fuerza que actúa sobre un cuerpo es no conservativa o disipativa si el trabajo que realiza depende de la trayectoria seguida por él. Todas las fuerzas de roce son fuerzas no conservativas, ya que disipan la energía. Por ejemplo, si un cuerpo desciende por un plano ligeramente inclinado, puede suceder que disminuya su velocidad e incluso llegue a detenerse. Cuando dos superficies se deslizan una respecto de la otra, se calientan por efecto de la fricción, es decir, se transfiere energía mecánica mediante calor a ambas superficies y al medio. Esta energía se disipa o se degrada. __

›

N

__

›

F

__

›

Fr __

›

P

En un proceso de transferencia entre la energía cinética y la potencial, la energía mecánica inicial (EMi) corresponde a la suma de la energía mecánica final ( EM f) con el trabajo realizado por las fuerzas de roce ( W Fr), esto es:

EMi = E M f + W r 1  m  v 2 m  g  hi + _ i 2

= m

1  m  v 2 + W  g  h f + _ f r 2

Por lo tanto, al considerar el trabajo realizado por las fuerzas disipativas, la energía total se conserva, no así la energía mecánica.

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Ahora que ya estudiaste este tema, ¿cuál es la relación entre la energía potencial y la cinética? Descríbela mediante un ejemplo que sea diferente a los que aparecen en este tema.


CIENCIA en

CHILE

Energía eólica en Chile: diversificando la matriz energética Disponer de más y mejores formas de producir energía es una condición necesaria para avanzar hacia una mejor calidad de vida de un país. Sin embargo, hoy en día no se busca cualquier forma de generarla. El desafío es encontrar maneras de producir energía que sean confiables, sustentables y que diversifiquen la matriz energética. Pero, ¿qué se entiende por matriz energética? Esta corresponde a las principales formas a partir de las cuales se genera energía en una nación, y diversificarla significa tener múltiples opciones para su producción. Para responder a esto, desde el año 2006, Chile produce, de forma significativa, energía a partir del movimiento del viento (energía eólica). ¿Cómo se transforma el movimiento del viento en energía eléctrica? Cuando el viento golpea las aspas de un generador produce su rotación, la que es transmitida a través de una serie de mecanismos a un alternador eléctrico, el que puede transformar el movimiento en energía eléctri ca.

Las ventajas de esta forma de generar energía eléctrica es que es una manera limpia de hacerlo, es decir, no se emiten contaminantes a la atmósfera en el proceso. Fuente: Agenda Nacional de Energía, mayo 2014.

¿Qué conceptos relacionados con la energía reconoces en la lectura? Menciónalos

¿Existe algún principio o ley física que dé cuenta de las distintas transformaciones de la energía? ¿Piensas que es necesario que la matriz energética de Chile esté diversificada? Argumenta

Cierre de la misión Al inicio de la lección te invitamos a desarrollar una estrategia de ahorro de energía para utilizarla de manera eficiente dentro de tu escuela. Ahora, te invitamos a reflexionar respecto al trabajo realizado.


¿Cuáles fueron los aspectos que más rescatas del trabajo realizado?, ¿cuáles deberías mejorar? ¿A qué conclusiones llegaste? Considera las ventajas que tiene el ahorro de energía.

Reflexiono sobre lo que aprendí Lee y comenta las siguientes preguntas con tus compañeros, para conocer si alcanzaste el propósito de la lección. Contenido

¿Has identificado correctamente la energía que se manifiesta en diversas situaciones cotidianas? ¿y su conservación?


Actitudes

¿Qué habilidades has podido desarrollar en ¿Qué impacto crees que tiene la geesta lección? neración de energía a partir de re¿De qué manera has podido aplicar tus cono- cursos renovables? cimientos para comprender mejor situaciones cotidianas?






Aplica

 Esteban desea comprender la ley de conservación de la energía mecánica. Para ello, dispone de la siguiente información: En una montaña rusa, un carro de 300 kg es elevado desde el nivel del suelo (h0 = 0 , punto A) hasta una altura de 30 m (punto B). Luego, el mismo carro es subido hasta otro punto (C), situado a una altura de 4 5 m respecto del nivel h0. A partir de la información de Esteban, determina: a. La energía potencial gravitatoria del carro en cada una de las alturas.

b. El trabajo efectuado sobre el carro entre los puntos A y B.

c. El trabajo efectuado sobre el carro entre los puntos B y C.

Analiza

 Un cuerpo de masa se mueve con rapidez v. ¿Qué ocurrirá con su energía cinética si su rapidez se triplica?

Explica

 Javiera levanta un mismo cuerpo hasta una altura h siguiendo tres trayectorias diferentes, tal como se representa en el siguiente esquema: Si se desprecia el roce con el aire, ¿cómo es el trabajo realizado por Javiera en cada uno de las trayectorias seguidas? Compara y explica. h

I




II

III

Analiza

 Sandra y Francisco desean saber con qué rapidez saldrá la bola del siguiente tobogán:

h

h/2

Para resolver el problema, utilizan la ley de conservación de la energía mecánica (sin considerar el roce entre _____ de lo anterior, Sandra obtiene que la velocidad de la ___la bola y el tobogán). Producto bola es √ gh y Francisco que es √ mgh . ¿Quién de los dos obtuvo el valor correcto si se considera despreciable el roce y las rotaciones? Justifica tu respuesta. Sintetiza

Confecciona un mapa conceptual utilizando los aprendizajes de esta lección. Considera los contenidos, habilidades y actitudes trabajadas y las relaciones entre cada uno de ellos.

¿Cómo voy? Revisa tus respuestas y, según los resultados que hayas obtenido, marca con  el nivel de desempeño correspondiente. Si es necesario, pídele ayuda a tu profesor o profesora. Indicador Utilicé el teorema del trabajo y la energía cinética en diferentes situaciones

Ítem y

Habilidad Aplicar y explicar

Nivel de desempeño L dos ítems correctos ML un ítem correcto PL ningún ítem correcto

Apliqué el principio de conservación de la energía mecánica

y

Aplicar y analizar

L dos ítems correctos ML un ítem correcto PL ningún ítem correcto

L = Logrado ML = Medianamente logrado PL = Por lograr


2

3

He podido aplicar lo aprendido hasta ahora en mi vida cotidiana He formulado explicaciones y conclusiones integrando las obser vaciones realizadas con los conceptos de trabajo y energía Actué de manera responsable y ade cuada durante el desarrollo de las actividades




Lección

Impulso y cantidad de movimiento Propósito de la lección Dos conceptos fundamentales para la física son el impulso y la cantidad de movimiento. Estos se encuentran estrechamente ligados entre sí, y su modelación ha permitido comprender fenómenos que van desde las colisiones entre partículas subatómicas hasta la propulsión de las naves espaciales.

En esta lección, esperamos que tú mismo descubras la importancia que estos conceptos tienen para la comprensión de diversos fenómenos. Para ello, desarrollarás diversas actividades que te permitan buscar evidencias para sustentar soluciones y respuestas a problemas cotidianos.


La energía cinética y los airbag de los automóviles El airbag es una bolsa de aire que se infla en milésimas de segundo al producirse un impacto, protegiendo a los ocupantes del automóvil. Estas bolsas puedes estar ubicadas tanto en la parte frontal como lateral del vehículo y les ofrecen a los ocupantes una zona sobre la que pueden amortiguar su desplazamiento como consecuencia de una colisión. La eficiencia del airbag se ba sa en el uso combinado del cinturón de seguridad y del apoya cabezas, pudiendo reducir en un 20 % la probabilidad de sufrir lesiones si se acciona durante un choque frontal. El funcionamiento del airb ag se basa en la absorción de la energía cinética del choque mediante la amortiguación que produce la bolsa llena de aire. Al chocar contra la bolsa, que debe estar completamente inflada, el cuerpo del conductor le transmite su energía, al tiempo que ésta le impide que se mueva y lesione. Este funcionamiento le permite frenar suavemente el movimiento de los ocupantes, evitando que las fuerzas de deceleración produzcan daños en ellos, especialmente en la cabeza (por ejemplo, reduce la probabilidad de ocurrencia de lesiones cervicales). Además de ello, permite evitar e l impacto de los ocupantes contra algunos elementos del interior del vehículo: el volante, el tablero, el parabrisas o las ventanas, y proteger la cara y los ojos de los fragmentos de cristal u otros elementos que pueden desprenderse, por ejemplo, del parabrisas. Fuente: Conaset. (2015). Libro del nuevo conductor . Santiago: Gobierno de Chile. (Adaptación)

1. ¿Por qué se considera importante complementar el airbag con el uso del cinturón de seguridad y del apoya cabezas? Explica desde el punto de vista de la física. 2. ¿Consideras que la tecnología es un apoyo para la creación de sistemas de protección para las personas? Argumenta tu respuesta. 3. ¿Qué recomendación les darías a las personas que no utilizan los sistemas de protección en automóviles? Fundamenta tu respuesta.




Activación del sistema frontal de airbag en un vehículo.

CIENCIA en

Ciencia al día

CHILE

Aceleradores de partículas Para acelerar partículas eléctricamente cargadas, como electrones o protones, se requiere entregarles energía, en particular, energía potencial eléctrica. Esto se hace mediante un instrumento denominado ciclotrón, que consiste de dos electrodos que cambian de polaridad, lo cual genera que las partículas aceleren y alcancen velocidades muy altas. Los ciclotrones de mayor potencia en el mundo pueden hacer que las partículas alcancen velocidades cercanas a la de la luz. En las instalaciones de la Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN), funciona uno de los pocos ciclotrones que existen en Chile. Este es empleado para la investigación y en múltiples aplicaciones médicas, como la producción de Flúor 18, el cual es utilizado en hospitales y clínicas para la detección de ciertos tipos de cáncer de manera muy temprana. Fuente: Comisión Chilena de Energía Nuclear http://www.cchen.cl/

Imagen de la Comisión Nacional de Energía Nuclear.

Respecto de la lectura, ¿qué concepto(s) relacionado(s) con la energía te es (son) familiar(es)? Escríbelo(s).

¿De qué manera piensas que se relaciona la velocidad con la energía? ¿Qué beneficios tiene para las personas que se investigue en torno a estos temas? i ó n c i z a c a t b e t fi í f a e n l A i c

Inicio de la misión En esta lección tendrás la misión de confeccionar una maqueta que te permita ejemplificar tres tipos de colisiones. Puedes solicitar la colaboración de tu profesor o profesora de Educación Tecnológica para que te ayude a implementar nuevas técnicas y recursos. Para llevar a cabo esta misión, reúnete con tres compañeros y realicen un plan de trabajo, considerando que, al finalizar esta lección, deberán mostrar su maqueta al curso.




Lección 

Tema 1

Describiendo el impulso

Seguramente, en varias ocasiones has notado que, para reducir el impacto de un salto flexionas las piernas al momento de llegar al suelo. ¿Te has preguntado por qué lo haces?, ¿has notado la diferencia del impacto entre saltar y caer con las piernas rectas a doblar un poco las rodillas? Este tipo de situaciones tienen relación con el concepto de impulso, el cual aprenderás en estas páginas.

Indaguemos

¿Qué entiendes por impulso? ¿En qué contexto has aplicado esta palabra?


Objetivo: Observar situaciones y reconocer los principios físicos que influyen en ellas. Habilidad: Analizar y explicar a partir situaciones. Actitud: Formular explicaciones a partir de evidencias. Tiempo: 20 minutos.

Actividad grupal

Reúnanse en parejas y analicen la siguiente situación. Para analizar aquellas variables de las que depende el cambio de velocidad que se desea conseguir sobre un cuerpo, Catalina y Juan realizaron los siguientes procedimientos. Primero, aplicaron por medio de un resorte la misma fuer za sobre dos bolitas de igual masa durante el mismo tiempo. Producto de aquello, observaron que las bolitas se desplazaron distancias muy similares sobre un riel con roce despreciable. Luego, repitieron el procedimiento anterior pero, es ta vez ejercieron la fuerza durante un tiempo mayor. Debido a esto último, observaron que las bolitas se desplazaron una mayor distancia sobre el riel con roce despreciable. Finalmente, utilizando bolitas de diferente masa, realizaron un procedimiento similar al anterior. En este caso, observaron que al aplicar la misma fuerza sobre ambas bolitas, se desplazó una mayor distancia aquella de menor masa sobre el riel con roce despreciable. En relación con los procedimientos realizados por Catalina y Juan, respondan: a. ¿Qué conceptos estudiados en las lecciones anteriores están involucrados en la experiencia? Escríbanlos.

b.. ¿De qué variable(s) depende que una bolita alcance a recorrer una mayor distancia? Expliquen.

c.. ¿Qué evidencias sustenta su respuesta anterior?

d. ¿Cómo creen que se relaciona la fuerza aplicada con los resultados obtenidos en cada caso? Argumenten.

En la actividad anterior se describió una situación en la que se puso en evidencia que el movimiento en un cuerpo no solo depende de la magnitud de la fuerza aplicada sobre él, sino también de su masa y del tiempo de acción de la fuerza. El impulso está relacionado con la fuerza aplicada a un cuerpo y el tiempo de aplicación. El impulso produce una variación de velocidad en un cuerpo. 


Si queremos conferirle una determinada velocidad a un cuerpo podemos realizar dos acciones: 1. Aplicamos una fuerza de gran magnitud durante un pequeño intervalo de tiempo. 2. Aplicamos una fuerza de menor magnitud pero durante un tiempo mayor. Por ejemplo, cuando un deportista golpea una pe lota de tenis para impulsarla, aplica sobre esta una fuerza F, durante un intervalo de tiempo t, haciendo que la pelota cambie de velocidad. Para determinar el impulso sobre la pelota, debemos aplicar el segundo principio de Newton, el cual establece que la magnitud de la fuerza aplicada sobre la pelota será:

(v f - vi ) _______ F =ma =m t Si multiplicamos por t, obtenemos: 









F  t = m  (v f - vi ) 



Luego, el impulso I sobre un cuerpo es: 



I = F  t = m  (v f - vi ) 



t

De lo anterior podemos inferir que mientras mayor sea la fuerza aplicada sobre un cuerpo y/o mayor el tiempo de su aplicación, mayor será el impulso entregado.

La unidad de medida del impulso en el Sistema Internacional es _ kg  _m s

Actividad grupal Analicemos el

Importante

impulso

En la siguiente tabla, se propone una serie de situaciones en las que se aplican fuerzas sobre dos pelotas idénticas, A y B. En grupos de tres integrantes, comparen el impulso aplicado sobre cada una de las pelotas y marquen con un  según corresponda. Magnitud del impulso Situación Mayor sobre A

Mayor sobre B

Iguales

Sobre la pelota A se aplica una fuerza de magnitud F durante un tiempo 2t y sobre la pelota B se aplica una fuerza 2F durante un tiempo t Sobre la pelota A se aplica una fuerza de magnitud F durante un tiempo t y sobre la pelota B se aplica una fuerza 2F durante un tiempo t/3 Sobre la pelota A se aplica una fuerza magnitud F durante un tiempo t y sobre la pelota B se aplica una fuerza 2F durante un tiempo t/2




Lección 

Tema 2

Cantidad de movimiento

Para describir el estado de movimientos de los cuerpos se requiere de un sistema de referencia, una posición, un tiempo, y por consiguiente, una velocidad o una aceleración. Por otro parte, para cambiar el estado de movimiento de un cuerpo es necesario aplicar una fuerza. ¿Serán estos todos los conceptos importantes en el estudio del movimiento de los cuerpos? ¿Importará la masa de un cuerpo en su estado de movimiento?

¿Qué sucede cuando una persona en reposo es impactada por un cuerpo en movimiento? Describe.

En este tema, explicarás diversas situaciones por medio del concepto de cantidad de movimiento para comprender cómo esta se conserva. Para ello, desarrollarás diversas actividades que te permitirán expresar soluciones de diferentes problemáticas.

Indaguemos


Objetivo: Reconocer que el movimiento se transmite de un cuerpo a otro cuando hay una colisión.

Actividad grupal

Reúnete con dos compañeros y consigan cuatro bolitas de vidrio y realicen el siguiente procedimiento. 1. Coloquen tres de las bolitas alineadas una al lado de una otra sobre una mesa.

Habilidad: Observar experiencias científicas. Actitud: Explicar situaciones a partir de evidencias. Tiempo: 10 minutos.

2. Tomen la cuarta bolita y dispónganla en la misma dirección de la fila de bolitas, pero separada unos 5 cm, tal como muestra la imagen. 3. Impulsen la bolita para que golpee la fila y observen lo que sucede luego del impacto. 4. Repitan esta experiencia tres veces tratando de lanzar la bolita cada vez con mayor velocidad. Luego, respondan las siguientes preguntas: a. ¿Cómo reaccionan las bolitas al ser impactadas? Describan.

Montaje experimental.

b. Comparen los lanzamientos realizados, ¿hubo diferencias en la reacción de las bolitas? Expliquen.

c.. Si una bolita de mayor tamaño fuera lanzada contra la f ila, ¿cómo creen que reaccionarían las bolitas? Fundamenten.

En la actividad anterior pudiste observar como se puede modificar el estado de movimiento de los cuerpos producto de un choque. Esto se debe a que los cuerpos en movimiento poseen una magnitud física conocida como cantidad de movimiento o momentum ( p ). 

La cantidad de movimiento de un cuerpo depende simultáneamente de su masa y de su velocidad. Matemáticamente, la cantidad de movimiento corresponde al producto entre la masa (m) y la velocidad ( v ), es decir: 

p = m  v 






Importante La cantidad de movimiento es una magnitud vectorial cuya dirección y sentido son los mismos que la de la velocidad del cuerpo

Un sistema se encuentra conformado por una serie de partículas, donde cada una de las cuales posee una determinada cantidad de movimiento, tal como se representa en la imagen. _

Entonces, la cantidad de movimiento total del sistema es tá dada por la suma vectorial de los momentum de cada partícula; esto es:

p total = p 1 + p 2 + p 3 + ... + p 







›

_

›

p1



n

_

_

›

p6

›

¿Existe relación entre la cantidad de movimiento y el impulso? Los conceptos de impulso y de cantidad de movimiento se encuentran estrechamente ligados. Para determinar su relación matemática, debemos recordar que el impulso se expresa como: 



I =F 

∆t

p 2

p 9

_

_

›

p 3

›

p 4

_

›

p 8 _

_

›

p5

›

p7

= m  (v f - v i) 



Al multiplicar las masas por las velocidades, obtenemos: 

I = m  v f - m  v 



i

Considerando que la cantidad de movimiento es p = m  v , se tiene que: 



I = p final - p 





inicial

Por lo tanto, el impulso corresponde a la variación de la cantidad de movimiento que experimenta un cuerpo.

Desarrollo de estrategias Aprendiendo a aplicar modelos para determinar el impulso. Situación problema En un saque, un tenista aplica una fuerza sobre la pelota que hace variar su rapidez de 3 m/s a 15 m/s. Si la masa de esta es 60 g, ¿cuál fue la magnitud del impulso que se le entregó?

PASO 1 Identifico las incógnitas

PASO 4 Escribo la respuesta

Producto de la fuerza aplicada, la pelota modifica su velocidad, por lo que, conocida su masa, es posible determinar el impulso.

Al golpear la pelota, el tenista le entrega un impulso de 0,72 kg · m/s.

PASO 5 Aplico lo aprendido PASO 2 Registro los datos

m (pelota) = 60 g = 0,06 kg; vi = 3 m/s; v f= 15 m/s PASO 3 Aplico los modelos

En un chute, un futbolista le proporciona a un balón de 400 g de masa un impulso de 0,9 N·s. Si el balón se encontraba inicialmente detenido, ¿qué velocidad adquirirá? Desprecia la fuerza de roce.

Antes de determinar el impulso, debemos calcular la cantidad de movimiento inicial y final de la pelota.

pinicial = m v i = 0,06 kg 3 m/s = 0,18 kg m/s 





p final = m v f = 0,06 kg 15 m/s = 0,9 kg m/s 








Lección 

La conservación de la cantidad de movimiento En el juego del pool, se produce en ocasiones que la bola blanca (con la que se golpea a la restantes), se detiene al entrar en contacto con otra bola, sin embargo esta última comienza a moverse. En esta situación, podemos distinguir que la primera bola le cedió su cantidad de movimiento a la segunda. Pero, ¿cómo se explica aquello? Cuando sobre uno o más cuerpos la fuerza neta (externa) que actúa es cero, entonces el impulso también lo es: __

›

Fneta = 0 ⇒

_ I =0 ›

A su vez, si el impulso es cero, se tiene que:

_ _ ›

›

_

›

∆ p = p f – p i = 0

_ _ ⇒ p f = p i ›

›

De lo anterior se deduce que, en ausencia de fuerzas externas, la cantidad de movimiento se mantiene constante. Para analizar la implicancia de este hecho, retomemos el ejemplo del juego de pool.




Antes del choque En esta etapa el sistema formado por ambas bolas tiene una cantidad de movimiento igual a:

_ _ _ _ p 1+ p 2= m 1⋅ v 1+ m 2⋅ v 2 ›

›

›

›

_

›

p 1

Durante el choque Cada bola aplica una fuerza sobre la otra, que por el principio de acción y reacción tiene igual magnitud pero sentido contrario. Dado que el tiempo de interacción es el mismo, se cumple que: _ _ __ __ ›

›

›

›

F1 ⋅ t = –F2 ⋅ t → I 1= – I 2

Después del choque Dado que la velocidad de cada bola cambia, la cantidad de movimiento de cada una de ellas es diferente a la presentada antes del choque. Por lo tanto, la cantidad de movimiento del sistema será igual a: __ __ __ __ ›

›

›

›

p'1+ p'2= m 1⋅ v'1+ m 2⋅ v'2

_

›

p’2

En ausencia de fuerzas externas, la cantidad de movimiento se mantiene constante, es decir, la cantidad de movimiento antes del choque es igual a la presentada después del choque. Esta relación se puede expresar como: 



p antes = p después _ _ _ _ m 1⋅ v m ⋅ v  m 1⋅ v 'm ⋅ v ' ›

›

›

›

Lo anterior se conoce como ley de conservación de la cantidad de movimiento. Física • ° Medio



Lección 

La conservación de la cantidad de movimiento en colisiones En una colisión, dos cuerpos o partículas interactúan durante un breve intervalo de tiempo, en el que intercambian cantidad de movimiento y modifican sus velocidades. Dependiendo del tipo de colisión, la energía cinética del sistema pue de o no conservarse. Es impor tante que te des cuenta de que en todo choque la cantidad de movimiento del sistema se conserva. A continuación, analizaremos los distintos tipos de choques.

R D C

Choque elástico A

Cuando en la colisión de dos cuerpos se conserva la cantidad de movimiento y la energía cinética, se dice que dicha colisión corresponde a un choque elástico. Sin embargo, en la realidad no existen los choques perfectamente elásticos, dado que siempre hay disipación de energía. Para dos partículas, A y B, que interactúan en un choque elástico, se cumple que:

B

m A

_

m B _

›

vA

›

vB

• La conservación de la cantidad de movimiento es:

_ _ _, _, mA⋅ v A +m B⋅ v B =m A⋅ v A +m B⋅ v B ›

›

›

›

_

_

›

›

v 'A

• La conservación de la energía cinética es:

v 'B

m A⋅ v 2A m ⋅ v 2B m ⋅ v’ 2A m ⋅ v’ 2B B A B ______ + ______ = ______ + ______ 2 2 2 2 Choque inelástico

Si en la colisión de dos cuerpos se conserva la cantidad de movimiento pero no la energía cinética, se dice que dicha colisión corresponde a un choque inelástico. Generalmente, en este tipo de colisiones, la energía cinética se disipa por la deformación de los cuerpos y también como energía térmica y energía sonora. Para dos partículas, A y B, que interactúan en un choque inelástico se cumple que:

A

B

m A

m B _

_

›

vB

›

vA

_ _ _, _, mA⋅ v A+ m B⋅ v B= m A⋅ v A + mB⋅ v B ›

›

›

›

Choque inelástico.

Cuando dos cuerpos quedan unidos después de una colisión, se dice que el choque es perfectamente inelástico. En tal caso, la velocidad de ambos después del choque es la misma. Si dos partículas, A y B, interactúan en un choque perfectamente inelástico, se tiene que la velocidad después de la colisión es:

_ _ ⋅ v + m ⋅ vB _ m A A B v = ____________ mA+ m B ›

›

›

A

B

m A

m B _

›

vA

_

›

vB _

›

v

Choque perfectamente inelástico.




Algunos ejemplos de la conservación de la cantidad de movimiento La conservación de la cantidad de movimiento se cumple en situaciones “ideales”, dado que para que sea válida, la fuerza externa total que actúe sobre un sistema debe ser cero, hecho que raramente ocurre en situaciones cotidianas. Sin embargo, existen algunos ejemplos en los que es posible distinguir, con cierta claridad, la ley de conservación de la cantidad de movimiento. A continuación, analizaremos algunos de ellos.

Péndulo de Newton Corresponde a una serie de péndulos simples que se encuentran acoplados y cuya oscilación está restringida a un único plano vertical. Cuando una de las masas de los extremos se suelta desde cierta altura, esta transfiere casi perfectamente su cantidad de movimiento y su energía mecánica a través de los péndulos centrales hasta la masa que se encuentra en el otro extremo, logrando que se eleve a una altura similar a la de la masa inicial. Si no existieran las fuerzas disipativas, el fenómeno se repetiría indefinidamente.

Péndulo de Newton.

Sistemas de propulsión Antes de que un cohete se eleve, su cantidad de movimiento total es cero, debido a que su velocidad y la del flujo de combustión es cero. Cuando se produce la ignición, el sentido de movimiento del cohete y del flujo son opuestos, por lo que la cantidad de movimiento sigue siendo igual a cero (en condiciones ideales). Sin embargo, se debe tener presente que en esta situación la masa del combustible es variable. En la naturaleza, algunos animales, como los pulpos y los calamares, utilizan un sistema similar para desplazarse: al expulsar un flujo de agua, se mueven en sentido opuesto.

Cohete lanzado al espacio.

Maniobras en el espacio En el espacio es donde mejor se puede apreciar la conservación de la cantidad de movimiento, debido a que la fuerza de roce es prácticamente nula. Por ejemplo, cuando el transbordador se acopla con la estación espacial, se produce una colisión perfectamente inelástica a muy baja velocidad. En dicha situación no existe conservación de la energía cinética pero sí de la cantidad de movimiento. Para que el impacto no altere la órbita de la estación, esta debe compensar la velocidad del transbordador utilizando propulsores. La lanzadera espacial Atlantis de los Estados Unidos se acopla con la estación orbital rusa Mir.

Desarrollo de la misión Ahora que conoces todas las características de los tipos de colisiones, reúnete con tu equipo de trabajo y realicen la misión solicitada al inicio de la lección. Identifiquen las ventajas y desventajas del trabjo grupal. Física • ° Medio



Lección 

Desarrollo de estrategias Aprendiendo a aplicar la conservación de la cantidad de movimiento. Situación problema Andrea y Simón se encuentran patinando en una plaza. En cierto instante, quedan en reposo de frente y se empujan el uno contra el otro. Producto de ello, se mueven en sentido opuesto, tal como muestra la imagen. Considerando que la velocidad adquirida por Andrea es de 0,04 m/s hacia la izquierda de la imagen y que su masa es 52 kg, ¿cuál será la magnitud de la velocidad de Simón si su masa es 40 kg?

PASO 1 Identifico las incógnitas En el problema debemos determinar la magnitud de la velocidad de Simón después de interactuar con Andrea. Por lo tanto, nuestra incógnita será v′s

PASO 2 Registro los datos • Masa de Andrea m A = 52 kg • Masa de Simón m S = 40 kg • La velocidad antes de la interacción

vA = v S = 0.

pAntes = p Después

• La velocidad de Andrea después de la interacción con Simón es v′s = –0,04 m/s (el signo indica el sentido de la velocidad, hacia la izquierda).

PASO 3 Utilizo los modelos Es importante considerar que sobre el sistema no actúan fuerzas externas. Al conocer la masa y la velocidad antes de la interacción, podemos calcular la magnitud de la cantidad de movimiento de cada uno de ellos.

pA = m A v A = 52 kg 0 = 0 pS = m S v S = 40 kg 0 = 0 





pA + p S = 0 La cantidad de movimiento de Andrea y Simón después de la interacción es:

p′A = m A  v′ A p′A = 52 kg  – 0,04 m/s = – 2,08 kg  m/s p′s = m s  v′ s = 40 kg  v′ s La cantidad de movimiento después de la interacción es:

p′A + p′s = – 2,08 kg  m/s + 40 kg  v′ s


Al reemplazar los valores, obtenemos:

0 = –2,08 kg  m/s + 40 kg  v′ s kg  m ______ 2,08 s v′s = __________ 40 kg

v′s = 0,052 m/s PASO 4 Escribo la respuesta



Por lo tanto, la cantidad de movimiento antes de la interacción es:



De acuerdo con la conservación de la cantidad de movimiento, el momentum total de ambos niños es el mismo antes y después de la interacción, esto es:

La velocidad que adquiere Simón después de empujarse con Andrea es de 0,052 m/s hacia la derecha.

PASO 5 Aplico lo aprendido Un vagón de tren (M) de 30 000 kg de masa se dirige, con una velocidad de 3,3 m/s, hacia otro (N), de igual masa y que se encuentra en reposo. ¿Cuál será la velocidad de ambos vagones si al chocar quedan acoplados? Supón despreciables los efectos del roce.


Deformación programada: una forma de salvar vidas Debido a su masa y a las velocidades que alcanzan hoy en día, los automóviles adquieren una cantidad de movimiento considerable si lo comparamos con el cuerpo humano y su capacidad para soportar impactos. Antes de que se desarrollara el concepto de deformación programada, los vehículos eran muy resistentes, capaces de soportar grandes impactos, sin sufrir grandes daños. Sin embargo, las colisiones de estos automóviles eran casi completamente elásticas, lo que no protegía efectivamente a los ocupantes de los vehículos. Actualmente, la estructura de los vehículos se diseña de tal manera que se deforme la carrocería, pero que a su vez proteja la cabina y a sus ocupantes, evitando con esto que gran parte de la energía del impacto se transmita a ellos. Debido a este diseño, se pueden encontrar casos en que, producto de un choque, el vehículo quede tan deformado que es considerado pérdida total, pero sus ocupantes no sufren lesiones significativas si utilizan, además, cinturón de seguridad.

Plástico Aluminio Acero moldeado Acero de alta resistencia Acero de muy alta resistencia Acero de resistencia extra alta Acero de ultra alta resistencia

El concepto de deformación programada ha sido implementado en otras situaciones, como en la construcción de edificios en zonas sísmicas. En este caso, la estructura disipa grandes cantidades de energía mediante la deformación, lo que da valiosos minutos para la evacuación. Fuente: http://autofameblog.blogspot.cl/2016/07/que-son-las-zonas-de-deformacion.html

¿Qué consecuencias tiene la implementación de este tipo de estructuras en la seguridad de las personas? ¿Qué importancia tiene el estudio de colisiones en la vida cotidiana?

Estructura de un vehículo y sus zonas de deformación programada.

i ó n c i z a c a t b e t fi í l f a i e n A c

Cierre de la misión Al inicio de la lección te propusimos confeccionar una maqueta para ejemplificar los distintos tipos de colisiones. ¿Qué evidencias utilizaron para elaborar su maqueta? ¿Qué dificultades enfrentaron al momento de llevar a cabo la misión?


Reflexiono sobre lo que aprendí Lee y comenta las siguientes preguntas con tus compañeros para s aber si alcanzaste el propósito de la lección. Contenido

En esta lección aprendiste que todos los conceptos del estudio del movimiento están relacionados. ¿Qué ecuaciones permiten evidenciar sus relaciones?


Actitudes

¿Implementarías la confección de ma- ¿Analizaste diversas evidencias para exquetas como estrategia para estudiar plicar las situaciones planteadas a lo largo en otras asignaturas?, ¿por qué? de la unidad?, ¿pudiste elaborar buenas respuestas?






Aplica

 Un cañón de 1500 kg montado sobre ruedas dispara una bala de 80 kg en dirección horizontal y con una velocidad de 60 m/s, tal como se muestra en la i magen.

Suponiendo que el cañón se puede mover libremente y que se desprecia el roce, ¿cuál será su velocidad de retroceso? Aplica

 Felipe y Andrea hacen chocar dos bolitas de plasticina en una superficie sin roce. Producto de la colisión, estas quedan acopladas y se mueven hacia la derecha. m 1 = 60g v1 = 1,4 m/s

m 2 = 40g v2 = 0,6 m/s

v = ?

Considerando los valores de las masas y la rapidez señalados en el esquema, ¿cuál es la velocidad de las bolitas después del choque? Aplica

 Pedro aplica una fuerza F a un cuerpo P, de masa m y durante un tiempo t. Luego, aplica una fuerza de 2F sobre otro cuerpo idéntico R, durante un tiempo de t/2. ¿Cómo es el impulso entregado por Pedro al cuerpo R, respecto del entregado al cuerpo P? Evalúa

 Para resumir si el momentum y la energía cinética se conservan o no en los diferentes tipos de colisiones, Sebastián construye y completa la siguiente tabla:

Magnitud

Tipo de colisión Elástica

Inelástica

Perfectamente inelástica

La energía se conserva

Sí

Sí

No

El momentum se conserva

Sí

Sí

Sí

¿Sebastían completó de forma correcta la tabla? De no ser así, corrígela. Evalúa

 Respecto de la cantidad de movimiento, Natalia afirma lo siguiente: es una magnitud vectorial, es directamente proporcional a la velocidad del cuerpo y se mide en joule (J) ¿Son correctas las afirmaciones de Natalia? De no ser así, convierte en correcta(s) aquella(s) que no lo sea(n).




Evalúa

 Romina se encuentran evaluando la dificultad que existe para cambiar el estado de movimiento de un cuerpo. Ante esto, afirma que es más difícil detener un cuerpo de 4 kg de masa que viaja a 0,5 m/s que otro que posee una masa de 2 kg y se mueve a 1 m/s, ya que el primero posee más masa. ¿Es correcta la afirmación de Romina? De no ser así, corrígela. ¿En qué casos resultaría más fácil cambiar el estado de movimiento de un cuerpo? Da un ejemplo. Explica

 Si dos objetos se mueven en la misma dirección, explica que ocurrirá con la energía cinética si estos experimentan una colisión elástica. Explica

 Josefina diseña con materiales caseros, una maqueta para evidenciar el choque entre dos bolitas, tal como se muestra en la imagen. Dentro del procedimiento que lleva a cabo, realiza dos tipos de colisiones: la primera, cuando le da movimiento a una de las bolitas para colisionar a la otra en reposo y la segunda, cuando hace chocar ambas bolitas en movimiento. A partir de esta experiencia responde: ¿Qué resultados podría evidenciar Josefina en cada procedimiento realizado? Explica los efectos de cada colisión.

¿Cómo voy? Revisa tus respuestas y, según los resultados que hayas obtenido, marca con  el nivel de desempeño correspondiente. Si es necesario, pídele ayuda a tu profesor o profesora. Indicador Evalué y expliqué diferentes situaciones en las que se evidencia la cantidad de moviminiento

Ítem     y 

Habilidad

Nivel de desempeño

Evaluar y explicar

L cuatro í tems correctos ML dos o tres ítems correctos PL uno o ningún ítem correcto

Apliqué modelos matemáticos para determinar el impulso y la cantidad de movimiento

  y 

Aplicar

L dos ítems correctos ML un ítem correcto PL ningún ítem correcto

L = Logrado ML = Medianamente logrado PL = Por l ograr


2

3

He relacionado los conceptos de impulso y cantidad de movimiento con la conservación del momentum lineal de un sistema He realizado concluciones a partir del análisis de evidencias He respondido a mis tareas y trabajos grupales de manera responsable y oportuna




La CIENCIA se construye ¿Cómo ha evolucionado el uso de la energía? La siguiente línea de tiempo muestra los acontecimientos más relevantes sobre el desarrollo de la energía en todo el mundo. Realiza este recorrido por la historia de la energía considerando las características sociales y culturales en las cuales se produjo cada uno de los hitos mencionados.

Los chinos refinaron petróleo como combustible para lámparas.

El ser humano se vuelve agricultor y sedentario.

Un día cualquiera, descubren cómo hacer fuego.

Los humanos utilizan la energía de los alimentos, para desarrollar sus actividades diarias.

En China comienzan a quemar carbón para calentarse y cocinar.

150 000 a. C. 40 000 a. C.

¿Cuál es la principal fuente de energía durante esta época?



Unidad  • Trabajo y energía

En Europa construyen ruedas para utilizar el agua como fuente de energía.

10 000 a. C.

Los persas construyen el primer molino de viento como fuente de energía.

Siglo I al XVII ¿Cómo influye el desarrollo social y cultural de esta época en el desarrollo de nuevas fuentes de energía?

1820 Se perfora el primer pozo para extraer gas. En la actualidad, se utilizan recursos naturales como fuentes de energía.

1700 Se comienza a usar el carbón como combustible.

1950 Se construye la primera planta nuclear.

1850 Se perfora el primer pozo para extraer petróleo.

Siglo XVIII al XX En Chile Las primeras explotaciones de carbón, se realizaron a mediados del siglo XIX en las cercanías de Concepción y Arauco, y luego en Magallanes y Valdivia.

Actualidad En Chile 1960

En Chile 2007

Se formó la Comisión Nacional de Energía Nuclear.

Entró en operación el primer parque eólico ubicado en la localidad de Canela, Región de Coquimbo.

Trabaja con la información 

¿Cómo ha evolucionado el ser humano en función del desarrollo energético?



¿Cuál crees que es la principal fuente de energía a nivel mundial?, ¿por qué?



¿Qué tipos de energías se desarrollan en nuestro país? Ingresa a la página del Ministerio de Energía y Fundación Chile en el link: http://www.aprendeconenergia.cl/ e investiga sobre la matriz energética en Chile. Física • ° Medio



Síntesis Elaborando un MAPA MENTAL para ordenar los aprendizajes Los mapas mentales son esquemas que se construyen empleando dibujos, diagramas, gráficos, símbolos, flechas, números y palabras claves para unir las ideas y conectar los contenidos entre sí. La principal característica de estos organizadores gráficos es que, con ellos, se pueden establecer relaciones de manera más dinámicas entre las ideas. A continuación, te invitamos a seguir los pasos para construir un mapa mental que te servirá como una entretenida estrategia de estudio.

PASO

PASO

1

D e t a l l e

S u b t e m a

S u b te m a

e l l a t e D

i n c i p a l T e m a p r

a e m t b S u l e l a t D e

Definir el tema principal Para comenzar la construcción de este organizador gráfico, define los conceptos principales de la unidad: trabajo y energía.

2

Identificar los subtemas Pueden ser conceptos, definiciones, características, expresiones matemáticas o lo que te parezca apropiado según el contexto. Completa la siguiente tabla para establecer los subtemas por lección.

Contenidos  n ó i c c e L

Trabajo Potencia

Habilidades Aplicar modelos W = Fx P = Fv Relaciar conceptos P = W/t

Actitudes Rigor Precisión Orden

 n ó i c c e L

 n ó i c c e L

PASO



3

Relacionar los subtemas con ciertos detalles de manera gráfica El mapa mental incluye esquemas, gráficos o detalles que te permitan relacionar los subtemas con los contenidos, habilidades y actitudes presentes en la unidad.


a m e t b u S

D e t a l l e

PASO

4

Construye el mapa mental Completa el siguiente mapa mental representando los aprendizajes adquiri dos en la unidad de acuerdo a la información que estableciste en el paso 2.

O r d e n

r o g i R

ó n i s i c e P r

Aplicar modelos i a c t e n i c a o P n c á m e · v

F

TRABAJO Y ENERGÍA

PASO

5

Reflexiona 

¿Qué recurso visual te resultó más fácil de implementar en el esquema?



¿Qué ventajas consideras que tiene la construcción de mapas mentales? Fundamenta.



¿En qué situaciones te resultaría útil emplear un mapa mental?

Física • ° Medio



Evaluación final

Para que conozcas cómo va tu proceso de aprendizaje, te invitamos a realizar las siguientes actividades. Analiza 

Para mover un cuerpo, Héctor aplica una fuerza constante, para desplazarlo una determinada distancia. Para representar su trabajo construyó el gráfico del costado: a. ¿Cuál fue el trabajo realizado por la fuerza aplicada por Héctor, al desplazar el cuerpo desde x = 5 m hasta x = 20 m?

b. ¿De qué manera aplicaste el modelo matemático para determinar el trabajo?

Gráfico de fuerza-posición

F (N) 50

0

5

10

15

20

25

x (cm)

Aplica 

Durante su entrenamiento, Javiera levanta una mancuerna para ejercitarse. a. ¿Qué trabajo debe efectuar Javiera, sobre la mancuerna de masa 5 kg para elevarla desde una altura de 1 m hasta una altura de 1,5 m? b. Si demora 2 segundos en realizar cada levantamiento, ¿cuál es su potencia?

Aplica 

Marcelo trabaja en una construcción, en la cual, para levantar grandes masas utilizan un sistema poleas. Para levantar con rapidez constante un bloque de 5 kg, aplica una fuerza tal como se representa en la siguiente imagen. Determina:

h2 = 3 m

a. El trabajo realizado por Marcelo para levantar el bloque desde h0 hasta h1. b. El trabajo para elevarlo desde h1 hasta h2. c.. ¿Qué medidas de seguridad debería considerar Mercelo para trabajar en la construción?




h1 = 1,5 m

h0 = 0

Analiza 

Alejandra construye un sistema para lanzar pelotas con un resorte, tal como se representa en el esquema adjunto. Para probar el sistema, sostiene una pelota de goma de 60 g de masa contra el resorte de constante de elasticidad k = 6 N/m y que se encuentra comprimido 10 cm.

h

a. ¿Qué energía potencial posee el resorte en esta prueba? b. Cuando Alejandra suelte el resorte, ¿qué altura ( h) alcanzará la pelota si se considera que el roce es prácticamente nulo? c. Explica, el comportamiento de la pelota luego de ser lanzada por el resorte. Señala lo que ocurre con la energía cinética, potencial y mecánica. Aplica 

Eduardo tiene un elástico para hacer ejercicios físicos cuya constante de elasticidad es k = 0,7 N/m. Determina la energía que debe emplear Eduardo para para estirarlo 30, 50 y 70 cm. Estiramiento (cm)

30

50

70

Energía potencial (J) Analiza 

Un estudiante de física se encuentra analizando diferentes situaciones en las que se realiza traba jo. A partir de esto se hace algunas preguntas destinadas a establecer la relación correcta entre los conceptos trabajados. Ayuda a este estudiante a resolver sus dudas. a. ¿Qué trabajo mecánico se debe realizar sobre un cuerpo de masa m para variar su rapidez de v hasta 3v? b. ¿Qué trabajo se debe efectuar para levantar una masa m desde una altura h hasta una altura 4h?

Aplica 

Ana María ejerce, durante un 1 s, una fuerza constante de 200 N sobre un cuerpo de 5 kg, que se encuentra inicialmente en reposo. Si no se consideran los efectos del roce, ¿qué impulso adquirió el cuerpo y cuál fue su velocidad final?

Aplica 

Roberto lanza, con una velocidad de 7 m/s, una bola de 300 g contra otra de 180 g que está en reposo. ¿Cuál será la velocidad de la primera bola si, después del choque, la segunda bola sale con una velocidad de 5 m/s en la dirección y el sentido que inicialmente tenía la primera bola? Supón que los choques son frontales y que ocurren en un suelo horizontal. Además, considera que el roce es despreciable.




Evaluación final

Explica 

Pamela y Matías decidieron comprobar el principio de conservación de la energía mecánica. Para ello, consiguieron un péndulo simple y realizaron el procedimiento que se describe a continuación: elevaron la masa del péndulo hasta una altura de 15 cm respecto de la posición de equilibrio. Luego, midieron la altura que alcanzó el péndulo después de cada oscilación (recuerda que en una oscilación, la masa del péndulo debe ir y volver a la posición desde la que fue soltada).

1

3

h = 15 cm 2

A partir de esta experiencia, responde: a. ¿Cómo se puede determinar el trabajo realizado para elevar la masa desde su posición de equilibrio hasta la altura h? b. ¿Qué ocurre con la energía mecánica del péndulo, cuando la masa se encuentra en la posición 1, antes de ser soltada? c. ¿Qué sucede con la energía mecánica del péndulo cuando la masa pasa por la posición 2? d. ¿Cómo se transforma la energía mecánica del péndulo a medida que este oscila? e. ¿Se mantiene constante la cantidad de movimiento de la masa del péndulo? f. ¿Qué fuerzas disipan la energía del péndulo? Analiza 

Los valores medidos por Pamela y Matías para la altura conseguida después de cada oscilación fueron registrados en la siguiente tabla:

Oscilación

Altura (cm)

Primera



Segunda



Tercera



Cuarta



a. ¿Por qué después de cada oscilación la altura alcanzada por la masa fue menor? Explica. b. ¿Decreció de manera constante la energía mecánica del péndulo? Explica Analiza 

Macarena, suelta sobre una superficie sin roce, un cuerpo que se desplaza libremente entre el punto A y el punto C, tal como se representa en el siguiente esquema. Si la energía potencial del cuerpo en el punto A es de 64 J y la energía cinética en el punto B es de 128 J, ¿cuál es la energía cinética y potencial, respectivamente, cuando el cuerpo pasa por el punto C?




A

C

h B

h/2

Relaciona lo aprendido con Lengua y Literatura Lee el siguiente extracto del cuento infantil “La bombilla protestora”. Luego, responde las preguntas asociadas.

Érase una vez una bombilla de bajo consumo, que algunas veces cuando la encendían se enfadaba… El dueño de la casa, el señor González, no entendía el comportamiento de esta bombilla, ya que le habían dicho que duraba mucho tiempo y ahorraría energía. Pero un día, invitaron a unos amigos a comer a casa, que se llamaban Roberto e Isa. Era un día bastante soleado, pero sin embargo, la familia González tenía encendidas todas las luces del salón para así tener más luz a la hora de comer,

y entre todas las bombillas encendidas, estaba incluida la bombilla protestona, de la que os hemos hablado. Roberto se dio cuenta de que la bombilla tenía cara de enfadada, y se apagaba y se encendía continuamente, entonces preguntó: “oye González, me parece que vuestra bombilla está enfadada, ¿lo habéis notado?!“. Entonces, el señor González le respondió: “cada vez que la encendemos se enfada y se apaga, no sé por qué lo hace, ya que la compramos hace muy poco…”.

a. ¿Por qué crees que la bombilla se enfada frecuentemente? Fundamenta. b. ¿De qué manera se puede evitar que la bombilla se enfade? c. ¿Qué medidas de ahorro de energía consideras que puedes implementar en tus labores cotidianas?

¿Cómo me fue? Revisa tus respuestas y, según los resultados que hayas obtenido, marca con  el nivel de desempeño correspondiente. Pídele ayuda a tu profesor o profesora. Indicador Apliqué los conceptos de trabajo y potencia mecánica en situaciones cotidianas

Ítem    y 

Habilidad Aplicar y analizar

Nivel de desempeño L cuatro ítems correctos ML de dos a tres ítems correctos PL uno o ningún ítem correcto

Empleé la ley de conservación de la energía mecánica para explicar diversas situaciones

y

Aplicar y analizar

L dos ítems correctos ML un ítems correcto PL ningún ítem correcto

Analicé colisiones entre objetos considerando la cantidad de movimiento y su conservación

    y 

Aplicar analizar explicar

L cuatro o cinco ítems correctos ML dos o tres ítems correctos PL uno o ningún ítem correcto

L = Logrado ML = Medianamente logrado PL = Por lograr

Reflexiono sobre lo que aprendí ¿Recuerdas las metas y estrategias planteadas al inicio de la unidad? Si no las recuerdas, vuelve a revisar las páginas 118 y 119. Luego, reflexiona en torno a las siguientes preguntas. ¿Consideras que comprendes mejor las situaciones que ocurren a tu alrededor con el estudio de la energía?

¿Qué nuevas metas desearías cumplir ¿Cómo emplearás tus conocimientos ahora con los nuevos aprendizajes para realizar acciones que contribuadquiridos? yan al uso eficiente de la energía?




Universo Propósito de la unidad

168

La presente unidad tiene como hilo conductor el universo, de manera que las actividades que se desarrollan en el Texto se articulan de acuerdo con los contenidos, habilidades y actitudes que se derivan del estudio del origen y la evolución del universo. La principal finalidad, es que los y las estudiantes analicen las razones y evidencias que sustentan la formación y el origen del universo a partir de la teoría del Big Bang. De forma integrada a lo anterior, se pretende que descubran las características cosmológicas de diversas culturas, como los pueblos originarios y andinos. Del mismo modo, se espera que entiendan cómo reaccionó la sociedad frente al modelo geocéntrico de Ptolomeo, las ideas heliocéntricas de Copérnico y Galileo, las leyes de Kepler y la

ley de gravitación universal de Newton, y cómo estas influyeron en el ser humano. Por otra parte, la unidad de la Guía didáctica tiene como propósito apoyar, desde la labor docente, la adquisición de los aprendizajes, habilidades y actitudes por parte de los y las estudiantes. Para ello, se entrega una serie de orientaciones didácticas, actividades complementaras e instancias de apoyo para la evaluación. Por esta razón, a través de las presentes lecciones del Texto del estudiante y de Guía didáctica, se espera promover y apoyar el desarrollo de los siguientes contenidos, habilidades, actitudes, Objetivos Fundamentales Transversales y grandes ideas de las ciencias.

Contenidos

Habilidades de Investigación Científicas (HIC)

•

•

•

•

•

•

•

•

Características generales de la teoría del Big Bang. Modelo geocéntrico. Modelo heliocéntrico. Aportes de Galileo. Aportes de Tycho Brahe. Leyes de Kepler y de gravitación universal, y su uso para realizar predicciones. Las mareas. Dinámica de estructuras cósmicas.


Unidad 4 • Universo

En esta unidad aplicarán prácticamente todas las habilidades de investigación: Observar y plantear. (HIC 1) Planificar y conducir una investigación. (HIC 2) Procesar y analizar la evidencia. (HIC 3) Evaluar una investigación. (HIC 4) Comunicar una investigación. (HIC 5) •

•

•

•

•

Objetivos Fundamentales Transversales (OFT) Los OFT integran las actitudes y valores con el desarrollo de conocimientos y habilidades; en la unidad se promueve el logro de los siguientes: Dimensión sociocultural y ciudadana. (OFT 1) Dimensión cognitiva-intelectual. (OFT 8) •

•

Actitudes Los aprendizajes involucran, además de la dimensión cognitiva, actitudes que contemplan el desarrollo en los ámbitos personal, social, ético y ciudadano que derivan de los OFT. En las actividades propuestas se promueven las siguientes actitudes: Demostrar valoración e interés por los aportes de hombres y mujeres al conocimiento científico y reconocer que desde siempre los seres humanos han intentado comprender el mundo. (OA A) Mostrar curiosidad, creatividad e interés por conocer y comprender los fenómenos del entorno natural y tecnológico, disfrutando del crecimiento intelectual que genera el conocimiento científico y valorando su importancia para el desarrollo de la sociedad. (OA D) Manifestar una actitud de pensamiento crítico, buscando rigurosidad y replicabilidad de las evidencias para sustentar las respuestas, las soluciones o las hipótesis. (OA H) •

•

•

Grandes ideas •

•

La cantidad de energía en el Universo permanece constante. (GI 6) El movimiento de un objeto depende de las interacciones en que participa. (GI 7) 169

Organización de los contenidos de la unidad del Texto del estudiante Los contenidos de la unidad se organizan en tres lecciones, con el fin favorecer la comprensión del origen y la evolución del universo. El siguiente esquema muestra, en una panorámica general, cómo se organizan los contenidos en la unidad del Texto del estudiante.

Universo

Lección 1: Origen y evolución

Lección 2: Las leyes del

del universo

universo

Origen del universo

Las leyes de Kepler

Sistemas planetarios

La ley de gravitación universal de Newton e t n e c o D l e d a c i t c á d i D a í u G

Los efectos de la fuerza de atracción gravitacional


Planificación de la unidad

Tiempo estimado: 16 horas pedagógicas

La siguiente propuesta de planificación considera las Actitudes, OFT, Aprendizajes Esperados (AE), Objetivos de Aprendizaje (OA) y los Indicadores de Evaluación (IE) asociados a cada uno de ellos, que se desarrollan en cada lección del Texto del estudiante. Lección

Tiempo

Actitudes

1

8

Demostrar valoración e interés por los aportes de hombres y mujeres al conocimiento científico y reconocer que desde siempre los seres humanos han intentado comprender el mundo.

2

8

Notas:



Dimensión cognitiva-intelectual. Dimensión sociocultural y ciudadana.

Aprendizajes Esperados

Comprender que el conocimiento del universo cambia y aumenta a partir de nuevas evidencias, usando modelos y teorías.

Mostrar curiosidad, creatividad e interés por conocer y comprender los fenómenos del entorno natural y tecnológico, disfrutando del crecimiento intelectual que genera el conocimiento científico y valorando su importancia para el desarrollo de la sociedad. Manifestar una actitud de pensamiento crítico, buscando rigurosidad y replicabilidad de las evidencias para sustentar las respuestas, las soluciones o las hipótesis.

170

OFT

Explicar cualitativamente diversos fenómenos y estructuras, por medio de las leyes de Kepler y la de gravitación universal de Newton.

d

a

d

i

n

u

Objetivos de Aprendizaje

Demostrar que comprenden que el conocimiento del universo cambia y aumenta a partir de nuevas evidencias, usando modelos como el geocéntrico y el heliocéntrico, y teorías como la del Big Bang, entre otros. (OA 13)

4

Indicadores de Evaluación

IE 1. Explican diversos modelos que han intentado describir el universo desde la Antigüedad hasta inicios del siglo XX, como el geocéntrico y el heliocéntrico, postulados por Ptolomeo y Copérnico respectivamente, entre otros. IE 2. Identifican virtudes y limitaciones de los modelos del universo para explicar su dinámica. IE 3. Distinguen a científicos como Galileo, Brahe y Newton, entre otros, por sus aportes en la concepción de modelos del universo. IE 4. Explican cualitativamente la evolución del universo según la teoría del Big Bang. IE 5. Describen características de las cosmogonías de culturas que habitan Chile, como el origen y los elementos que componen el universo, entre otros aspectos. IE 6. Relacionan el desarrollo tecnológico con la evolución de los modelos que describen el universo.

Explicar cualitativamente por medio de las leyes de Kepler y la de gravitación universal de Newton:

IE 7. Explican cualitativamente, con las leyes de Kepler, las características del movimiento de los cuerpos del sistema solar.

• El origen de las mareas.

IE 8. Explican cualitativamente el fenómeno de las mareas con la ley de gravitación universal.

• La formación y dinámica de estructuras cósmicas naturales, como el sistema solar y sus componentes, las estrellas y las galaxias.

IE 9. Explican cualitativamente, con la le y de gravitación universal, el movimiento de traslación que ocurre en sistemas planetarios, satelitales, galácticos y de estructuras artificiales espaciales, entre otros.

• El movimiento de estructuras artificiales, como sondas, satélites y naves espaciales. (OA 14)

IE 10. Describen estructuras cósmicas, como planetas, estrellas, sistemas estelares y galaxias, entre otras, a partir del colapso gravitacional.

171

IE 11. Explican las ventajas y desventajas de los campos gravitacionales en la navegación espacial y en la instalación de sondas y satélites, entre otros dispositivos tecnológicos.

Notas:



Inicio de la unidad

Páginas 118 a 123

¿Cómo podemos descubrir el universo si es infinito?

Motivación para el aprendizaje

Páginas 176 y 179

La imagen propuesta en el inicio de la unidad del Texto del estudiante busca, a partir de la representación de una situación cotidiana y cercana, que los y las estudiantes reconozcan y registren sus ideas previas respecto de algunos conceptos asociados con el sistema solar, sus modelos y sus características. El aspecto observacional es fundamental en la astronomía, así como el desarrollo de instrumentos ópticos y electromagnéticos para captar información de objetos de interés en el espacio. Comente a sus estudiantes que Chile tiene condiciones privilegiadas en el ámbito de observaciones astronómicas, especialmente en el norte de nuestro país. Proponga un diálogo al respecto, realizando las siguientes preguntas: ¿qué beneficios puede otorgar a los científicos de nuestro país el hecho que en su territorio funcionen varios observatorios internacionales?, ¿cuáles son los métodos de investigación de los astrónomos en la actualidad?, ¿qué características tiene el norte de Chile que privilegian la instalación de centros astronómicos? Propicie, a través de estas preguntas, la motivación de sus estudiantes con respecto al estudio de los contenidos de la unidad.

Un viaje por el universo Páginas 180 y 181

172

Con el propósito de seguir indagando en los aprendizajes previos de las y los estudiantes, en estas páginas se propone una evaluación inicial en la cual deberán, por una parte, identificar diversas estructuras cósmicas presentes en el sistema solar, y por otra, responder preguntas asociadas a las características del mismo. Para finalizar con esta etapa de motivación, mencione que dentro del Texto tendrán la oportunidad de validar sus respuestas.


El significado básico que toda situación de aprendizaje debiera tener para los y las estudiantes es que posibilite el incremento de sus capacidades, haciéndolos más competentes y permitiendo que disfruten con el uso de las mismas. Cuando esto ocurre se dice que el o la estudiante trabaja intrínsecamente motivado, siendo capaz de quedarse absorto en su trabajo, superando el aburrimiento y la ansiedad, buscando información espontáneamente y pidiendo ayuda si es realmente necesaria para resolver los problemas que encuentra. Así, llega a autorregular su proceso de aprendizaje que, de uno u otro modo, se plantea como el logro de un proyecto personal. Conseguir que los y las estudiantes afronten el aprendizaje atribuyéndole el carácter señalado tiene efectos positivos, por lo que el o la docente debe plantear la enseñanza para que los y las estudiantes puedan afrontarla del modo indicado.

Evaluación de conocimientos previos Utilice esta actividad para evaluar los conocimientos previos de los estudiantes, para ello, solicite que respondan individualmente las preguntas planteadas y posteriormente, los estudiantes que lo deseen pueden exponer sus respuestas para analizar las situaciones descritas.


d

a

d

i

n

u

¿Qué aprenderás y descubrirás en la unidad?

4

Metacognición

Página 182

Las principales Metas propuestas para esta unidad consideran que las y los estudiantes sean capaces de comprender que el conocimiento del universo cambia y aumenta a partir de nuevas evidencias. A su vez, se espera que sean capaces de explicar cualitativamente diversos fenómenos y estructuras, por medio de las leyes de Kepler y de la gravitación universal de Newton. Para cada una de estas metas, en ¿Cómo alcanzarlas?, se señalan las principales acciones que deberán desarrollar a lo largo de la unidad, entre las cuales se considera que realicen actividades prácticas y apliquen modelos. Por último, ¿Para qué alcanzarlas? destaca la importancia que tiene para los estudiantes el logro de las y los aprendizajes propuestos, teniendo en cuenta las actitudes que promueve la unidad.

¿Cómo te gustaría protagonizar tu propio aprendizaje? Página 183

Esta sección los y las estudiantes tienen la oportunidad de registrar lo que quieren aprender en la unidad a partir del reconocimiento de sus ideas previas en la actividad anterior. Con el mismo propósito, se solicita que se formulen preguntas para responder una vez finalizada la unidad. Estas dependerán de cada estudiante, ya que todos son diferentes y tendrán distintas motivaciones; sin embargo, guíelos sugiriendo algunas nociones o fenómenos, por ejemplo, el origen del universo, sus componentes, entre otros. Propicie una instancia en que compartan sus motivaciones y los mecanismos de estudio. Comente a sus estudiantes que pueden considerar los mecanismos que hayan dado mejor resultado para adquirir nuevos conocimientos y que también pueden experimentar nuevas estrategias para lograr las metas propuestas.

Estas páginas trabajan la etapa inicial de la metacognición. Una vez que sus estudiantes respondan las preguntas de estas páginas de manera individual, realice en la pizarra una lista con las distintas preguntas planteadas por ellos. Luego, puede agrupar aquellas preguntas que podrían ser respondidas durante el desarrollo de la lección 6, y las que podrían ser respondidas durante el desarrollo de la lección 7, según el contenido al que hacen referencia. Revise las estrategias propuestas por sus estudiantes y destaque el hecho de que todas las personas tienen distintas maneras de aprender, por lo cual, no hay una sola manera correcta de acercarse a los nuevos contenidos. Indíqueles que la disposición que ellos tengan frente al estudio juega un rol importante en su proceso de aprendizaje y en el éxito de la técnica de estudio que propongan para trabajar.

173

¿Cómo lograr mis metas? Página 183

Aquí, se espera que los estudiantes propongan una estrategia para el logro de los aprendizajes de esta unidad. La principal finalidad de esta sección es que planifiquen la implementación de la estrategia seleccionada, estableciendo en tres pasos su ejecución. Oriéntelos a que identifiquen las estrategias utilizadas en las unidades anteriores para que puedan elegir la que más les acomode.




Páginas 184 a 215

LECCIÓN : Origen y evolución del universo Las actividades propuestas en el Texto del estudiante tienen como propósito el logro de los Aprendizajes Esperados (AE), abordando con diferentes estrategias los Indicadores de Evaluación (IE) e incorporando en cada una de ellas el trabajo con habilidades, actitudes y Objetivos Fundamentales Transversales (OFT). AE


IE IE 4-6 IE 4 IE 5 IE 1-2-3 IE 2-5 IE 1-2-3 IE 1-2-3 IE 1-2-3-4 IE 4-6 IE 4-6 IE 1-2-3-4

Actividad

HIC

Inicio de la misión (P. 185) Indaguemos (P. 186) Indaguemos (P. 190) Analicemos el modelo de Aristóteles (P. 191) Analizando la cosmovisión de los pueblos andinos (P. 192) Comparemos los modelos geocéntricos (P. 193) Analizo los aportes de Tycho Brahe (P. 195) Analicemos los aportes de Galileo (P. 196) Desarrollo de la misión (P. 196) Cierre de la misión (P. 197) Integro lo que aprendí (P. 198 y 199)

HIC 2 HIC 1-2-3 HIC 1-3 HIC 3 HIC 3 HIC 3 HIC 3 HIC 3 HIC 2-5 HIC 4 HIC 3

Actitud/OFT

OA D-H/OFT 1-8 OA D-H/OFT 1-8 OA A-D-H/OFT 1-8 OA A-D-H/OFT 1-8 OA A-D-H/OFT 1-8 OA A-D-H/OFT 1-8 OA A-D-H/OFT 1-8 OA A-D-H/OFT 1-8 OA D-H/OFT 1-8 OA D-H/OFT 1-8 OA D-H/OFT 1-8

Propósito de la lección 174

En esta lección se trabajan los conceptos que permiten describir el origen y evolución del universo a partir de la teoría del Big Bang, según lo propuesto en los Aprendizajes Esperados. Lo anterior se desarrolla por medio de los recursos y las actividades presentes en el Texto del estudiante, en la Guía didáctica y en los Recursos digitales complementarios (RDC), en función del logro de los Indicadores de Evaluación considerando, además del contenido, las habilidades y actitudes. En el Texto del estudiante, las diferentes temáticas se desarrollan con una propuesta didáctica que trabaja los contenidos comenzando con actividades Indaguemos que buscan la activación de los conocimientos previos para posteriormente formalizarlos en el contenido tratado en el texto. Luego, se presentan actividades que abarcan distintas habilidades, enfocándose principalmente en las de orden superior, ciclo que se repite a lo largo de la lección. Asimismo, a lo largo de la lección se incorpora el trabajo de las actitudes con los OFT.


En la Guía didáctica se presentan pautas para poder utilizar algunas de las actividades del Texto del estudiante como instrumentos de evaluación, fichas de trabajo para los diferentes ritmos de aprendizaje , actividades complementarias y evaluaciones, con sus respectivos solucionarios. A continuación, se presenta una serie de orientaciones para trabajar los temas, actividades y secciones presentes en la lección del Texto del estudiante. Junto con ello actividades e información complementaria, entre otros recursos, presentes en la Guía didáctica. Unidad 4 • Universo


P. 184

En esta sección se presenta el texto “La MÚSICA de las estrellas”. Se espera que las y los estudiantes identifiquen algunos hallazgos del estudio astronómico y cómo este nos permite comprender mejor el universo. Adicional a las preguntas que se sugieren en el texto, puede formular las siguientes: ¿Será posible que planetas como la Tierra posean también una frecuencia característica de oscilación como las estrellas? Si la luz que proviene de las estrellas contiene información según las ondas electromagnéticas que nos llegan, ¿cómo se puede obtener información de sus ondas mecánicas?

Ciencia al día

P. 185

Esta sección, es parte de Ciencia, tecnología y sociedad, razón por la cual pretende la construcción del conocimiento científico, pero destacando el rol de los centros de investigación en Chile. De forma adicional a las preguntas presentadas en el texto, puede plantear a sus estudiantes las siguientes: ¿Qué condiciones de nuestro país lo hacen favorable para la observación astronómica? ¿Por qué es tan importante la observación en astronomía con respecto a otras áreas de la ciencia?

d

a

d

i

n

u

Centros de investigación en Chile El Observatorio Interamericano Cerro Tololo (OICT) es un importante núcleo generador de investigaciones astronómicas en la IV Región, desde 1963. Ubicado a 2200 metros sobre el nivel del mar, cuenta con tecnología de punta incorporada en un radiotelescopio y siete telescopios ópticos, entre los que destacan el telescopio Gemini de 8 metros de diámetro. El observatorio es operado por la Asociation of Universities for the Research in Astronomy Incorporation (AURA), con colaboración de la National Optical Astroomy Observatories (NOAO), en convenio con la Universidad de Chile y la National Science Fundation.

4


Niveles de logro L

ML

PL

Conducen adecuadamente la experiencia. Describen detalladamente las características del suceso observado. Argumentan en función de la representación del modelo del universo. L = Logrado; ML = Medianamente logrado; PL = Por lograr.

Fuente:National Optical Astronomy Observatory.

Ventana de profundización didáctica Inicio de la misión (P. 185)


En esta lección, las y los estudiantes tendrán la misión de crear un cortometraje que muestre el origen y evolución del universo. Para llevar a cabo este trabajo, considerando su dimensión interdisciplinar, tenga presente solicitar la colaboración del profesor o profesora de Lenguaje y Literutura. Recuerde que, en esta instancia preliminar, las y los estudiantes solo deben planificar su trabajo.

Tema 1: Origen del universo Páginas 186 a 189

Activación de conocimientos previos

Para activar los conocimientos previos de sus estudiantes, pregúnteles: ¿cómo estudiaban el universo en la antigüedad si no contaban con los grandes telescopios de la actualidad?, ¿cómo se relaciona la astronomía con algunas creencias de los pueblos antiguos? Propicie un ambiente para que puedan expresar sus opiniones y para que valoren la importancia de respetar las opiniones de otros y otras. Actividad del texto (P. 186) Indaguemos

El objetivo de esta actividad es modelar la expansión del universo. Para ello, es importante guiar el análisis de los elementos que componen el modelo, de modo que las y los estudiantes logren interpretar, que el universo se expande.

El uso de modelos en la enseñanza y aprendizaje de las ciencias

La ciencia es una actividad que considera fundamentalmente la transformación representacional y material del mundo, dada su forma específica de entender los fenómenos naturales. Los modelos en ciencias s e construyen con la intención de investigar el medio y de hacer predicciones sobre su comportamiento. Estos mismos son medios materiales que abordan el estudio de la materia y que están basados generalmente en analogías a las que se recurre, contextualizando cierta porción del mundo con un objeto específico. En el proceso de enseñanza aprendizaje de las ciencias naturales, el uso de modelos es una pieza fundamental. La ciencia escolar está basada en los conocimientos construidos en el proceso de interacción entre el docente y sus estudiantes. Este conocimiento no es exactamente igual al construido por la comunidad científica, sino una reconstrucción de este, a partir de las ideas que las y los estudiantes tienen del entorno. Es por ello que la transposición didáctica es imprescindible para hacer posible la enseñanza específica de las ideas y las teorías científicas a través de modelos que sean cercanos y comprensibles. Es importante destacar que, a pesar de la necesidad de hacer cercano el conocimiento científico para las y los estudiantes, los modelos deben ser rigurosos y no se debe caer en errores conceptuales que se traduzcan en futuros obstáculos. Fuente:Chamizo, J. A. y García, A. (Coord.) (2010). Modelos y Modelajes en la Enseñanza de las Ciencias Naturales . México D.F.: Universidad Nacional Autónoma de México. (Adaptación).


175


Desarrollo de la unidad Pueblos originarios (P. 189)

Rúbrica de evaluación

Utilice la información de esta cápsula, para evidenciar las características de la cosmovisión de la cultura mapuche, considerando la visión dual que propone esta cultura, y los aprendizajes de este tema. Para enfatizar el análisis sobre las cosmologías estudiadas, puede realizar preguntas como las siguientes: ¿Consideras que el universo presenta esta dualidad que propone la cosmovisión del pueblo mapuche? Además de los ejemplos presentados en el texto, ¿En qué otras estructuras o fenómenos se pueden evidenciar la dualidad? Tema 2: Sistemas planetarios

Páginas 190 a 196

Carácter dinámico de las ciencias

176

Mencione a sus estudiantes que los modelos son representaciones, que pueden ser simples o complejas, de determinados fenómenos naturales. En este caso, los modelos apuntan a una explicación de la composición, origen y movimientos del sistema solar. Coménteles que los modelos evolucionan a medida que las observaciones se hacen más precisas y exigen explicar detalles más minuciosos. Además, casi siempre que se presentan modelos del cosmos, se hacen desde la perspectiva del conocimiento occidental, preferentemente con origen en los griegos, desde donde generalmente se considera que nace un pensamiento precientífico. Actividad del texto (P. 190) Indaguemos


El propósito de la actividad es que los y las estudiantes analicen evidencias de las trayectorias aparentes del Sol, a través de la bóveda celeste, en distintas épocas del año. Se espera que comprendan la diferencia de duración del día en las distintas estaciones del año. Haga notar que las líneas punteadas representan la trayectoria aparente del Sol a través de la bóveda celeste, la que se asemeja al casquete de una semiesfera. A partir de ello los y las estudiantes podrán inferir que la trayectoria en enero es más larga que la de julio, y por ello el día tiene una mayor duración en verano. Para profundizar y ampliar este contenido puede realizar las siguientes preguntas: ¿ocurrirá lo mismo en el Ecuador o en el hemisferio norte?, ¿sucederá algo similar con la trayectoria de las estrellas?, ¿habrá algún momento en que día y noche tengan igual duración? Puede evaluar la actividad realizada, usando la siguiente rúbrica:


Indicadores

Niveles de logro L

ML

PL

Analizan correctamente las evidencias de las trayectorias aparentes del Sol. Describen la relación entre las trayectorias del Sol y su consecuencia en las estaciones del año. Reconocen la importancia de las observaciones en el proceso de construcción del conocimiento científico. L = Logrado; ML = Medianamente logrado; PL = Por lograr.

Actividad del texto (P. 191) Analicemos el modelo de Aristóteles

El objetivo de esta actividad es evidenciar el carácter dinámico de las ciencias, comparando el modelo planetario propuesto por Aristóteles con lo que se conoce actualmente del sistema solar.

Recurso digital Utilice el Recurso digital complementario propuesto en la páginas 191 del Texto del estudiante para trabajar la evolución de los modelos del sistema solar y la visión de los científicos por comprender lo que nos rodea. En esta actividad, el o la estudiante tendrá la misión de viajar por el tiempo para reunirse con varios científicos que le presentarán sus visiones del sistema solar. Este viaje en el tiempo le entregará al usuario la oportunidad de conocer la concepción que se tenía del movimiento de los astros y los aportes de hombres y mujeres al conocimiento científico. El modelo de Ptolomeo (P. 192)

Cuando explique el modelo de Ptolomeo, considere que es muy probable que los y las estudiantes no hayan observado el fenómeno del movimiento retrógrado, y que algunos puedan llegar a pensar que ese movimiento se puede apreciar en una sola noche. Explíqueles que las observaciones de posición en astronomía se realizan noche a noche, registrando la ubicación de los objetos y luego comparando esas posiciones a lo largo del año. En el caso de los planetas, comente que si noche a noche se observa la posición de un planeta, se observará un pequeño desplazamiento diario con respecto a las estrellas; por ejemplo, cada noche se observará a la misma hora, con un cierto desplazamiento hacia el poniente, pero en otra época del año su desplazamiento se observará hacia el oriente, como si retrocediera.

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Mujeres en la historia (P. 192)

Promueva el análisis de sus estudiantes sobre el aporte de la mujer en el estudio de la ciencia. Puede complementar la información de esta sección mostrando los videos que encontrará al introducir el código 18GF2M177a o 18GF2M177b en el sitio web codigos.auladigital.cl. Además, puede mencionar el aporte de otras mujeres a esta área de estudio, como la que se presenta en la siguiente actividad complementaria.

Actividad complementaria Maria Mitchell (1818-1889) asistió a una escuela privada desde los cuatro años y posteriormente pasó a la escuela dirigida por su padre, en la que se insistía en el trabajo de campo: recogida de piedras y minerales, conchas, flores, etcétera. Cuando su padre dejó de administrar la escuela, Maria pasó a otra para jovencitas. Su director, Peirce, quedó fascinado por las habilidades matemáticas de Maria y la animó a proseguir sus estudios. A los 17 años abrió su propia escuela, un tanto peculiar: las clases podían comenzar antes del amanecer, si había que observar pájaros, o extenderse hasta después de medianoche para observar estrellas y planetas. El 1 de octubre de 1847, Maria observó un nuevo cometa, lo que le valió reconocimiento como gran astrónoma no solo en Estados Unidos, sino también en Europa. Fue la primera mujer elegida miembro de la American Academy of Arts and Sciences (1848) y de la entonces recién fundada American Association for the Advancement of Science (1850). Desde 1849 y hasta 1868, se dedicó a trabajar para el American Ephemeris and Nautical Almanac, así como para el United States Coast Survey, haciendo mediciones que ayudaron a determinar con mayor precisión la longitud, la latitud y el tiempo. En 1865, fue nombrada catedrática de astronomía y directora del observatorio del recién creado Vassar College en Poughkeepsie, Nueva York, y desde entonces se dedicó plenamente a la defensa y práctica de la educación superior de la mujer, contribuyendo a la fundación de la Association for the Advancement of Women. Fuente: Pérez, E. Mujeres en la historia de la ciencia. España: Instituto de Filosofía. Consejo Superior de Investigaciones Científicas.

A partir de lo anterior, responde las siguientes preguntas:  ¿Qué relación se observa entre el aporte de Maria Mitchell a la ciencia y la posibilidad que tuvo en de adquirir una educación igual a la de los hombres?  ¿Cuáles fueron los principales aportes de Maria Mitchell a la ciencia?  ¿Qué particularidades presentaba la escuela de Maria? ¿Consideras que estas son estrategias útiles para la adquisición del conocimiento científico?

4

Actividad del texto (P. 192) Analizando la cosmovisión de los pueblos andinos

El objetivo de esta actividad es analizar las características de la cosmovisión propuesta por los pueblos andinos en el emblema del whipala. Para trabajar en esta actividad, considere la siguiente información. La whipala es más que el emblema de la nación andina y de los aymara, es la representación de la filosofía andina. Simboliza la doctrina del pachakama (principio, origen universal) y la pachamama (madre, cosmos) que constituye el espacio, el tiempo, la energía y nuestro planeta, por eso el significado de la whipala es un todo. Significado de los colores Representa al tiempo y a la dialéctica (jaya-pacha), es la expresión del desarrollo y la transformación permanente del qullana marka sobre los Andes, el desarrollo de la ciencia y la tecnología, el arte, el trabajo intelectual y manual que genera la reciprocidad dentro la estructura comunitaria Representa la energía y fuerza (ch'ama-pacha), es la expresión de los principios morales del hombre andino, es la doctrina del pacha-kama y pacha-mama: la dualidad (chacha-warmi) son las leyes y normas, la práctica colectivista de hermandad y solidaridad humana. Representa la sociedad y la cultura, es la expresión de la cultura, también expresa la preservación y procreación de la especie humana, considerada como la más preciada riqueza patrimonial de la nación; es la salud y la medicina, la formación y la educación, la práctica cultural de la juventud dinámica. Representa al planeta Tierra (aka-pacha); es la expresión del hombre andino, en el desarrollo intelectual; es la filosofía cósmica en el pensamiento y el conocimiento de los amawtas. Representa a la política y la ideología andina, es la expresión del poder comunitario de los Andes, el instrumento del estado, como una instancia superior, lo que es la estructura del poder; las organizaciones, sociales, económicas y culturales y la administración del pueblo y del país. Representa al espacio cósmico, al infinito (araxa-pacha), es la expresión de los astros y los efectos naturales que se sienten sobre la tierra, es la astronomía y la física, la organización socioeconómica, político y cultural, es la ley de la gravedad, de las dimensiones y fenómenos naturales. Representa la economía y la producción andina, es el símbolo de las riquezas naturales, de la superficie y el subsuelo, representa, tierra y territorio, así mismo la producción agropecuaria, la flora y fauna, los yacimientos hidrológicos y mineralógicos.


177



Adicional a la pregunta planteada en el texto, puede formular las siguientes: ¿de qué manera la whipala relaciona todos los aprendizajes adquiridos en el año?, ¿de qué manera se menciona el estudio de la física en la whipala?, ¿qué postula la cosmovisión andina? Actividad del texto (P. 193) Comparemos los modelos geocéntricos

En esta actividad, se espera que las y los estudiantes señalen diferencias y similitudes entre los modelos planetarios de Aristóteles y Ptolomeo. Actividad del texto (P. 195) Analizo los aportes de Tycho Brahe

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En esta actividad, se espera que las y los estudiantes señalen diferencias y similitudes entre los modelos planetarios de Copérnico y Ptolomeo, considerando los aportes realizados por Tycho Brahe. Al finalizar la actividad, inicie una conversación con el curso, con respecto a la importancia de las evidencias al momento de validar teorías por parte de la comunidad científica internacional. Mencione el hecho de que, especialmente en astronomía, las evidencias constituyen el material de estudio, ya que los fenómenos de este tipo no se pueden reproducir en el laboratorio. Comente a sus estudiantes que las técnicas para reunir información se basan con el análisis de las ondas electromagnéticas y partículas que llegan desde el espacio exterior. Desarrollo de la misión (P. 196)


Para llevar a cabo el proyecto de esta lección y de acuerdo al trabajo interdisciplinar señalado al inicio del mismo, solicite a sus estudiantes que realicen el cortometraje con la ayuda del profesor o profesora de Lengua y Literatura. Para asegurarse de que los trabajos realizados por cada grupo de trabajo sean correctos, genere la instancia para que cada equipo le muestre su representación y sugiera ideas de mejoras para la elaboración del producto final. Cuando cada grupo haya terminado su misión, solicite que presenten su video al resto del curso, y en conjunto discutan y analicen la representación propuesta. e t n e c o D l e d a c i t c á d i D a í u G

Puede evaluar la actividad realizada, usando la siguiente rúbrica:


Rúbrica de evaluación para la comunicación de resultados Indicadores

Niveles de logro L

ML

PL

Expresan la investigación realizada con los recursos comunicacionales apropiados. Presentan su trabajo utilizando lenguaje científico apropiado. Consideran más de una cosmovisión en la representación planteada. L = Logrado; ML = Medianamente logrado; PL = Por lograr.

Ciencia, tecnología y sociedad P. 197 Para trabajar el contenido propuesto en esta sección, en tono al tema de la materia oscura, revise la ficha de profundización disciplinar propuesta en la página 188 de esta Guía didáctica. Cierre de la misión (P. 197)

¿Cómo evaluar una investigación?

En esta instancia de la misión, se espera que las y los estudiantes evalúen su desempeño en el trabajo realizado, analizando su trabajo personal como colectivo, con el propósito de que puedan calificarlo a partir de la retroalimentación. Para ello, además de las preguntas planteadas en el Texto del estudiante, se sugiere implementar las siguientes pautas de evaluación: Pauta de auto-evaluación Aspectos a evaluar

Sí

No

Realicé aportes para la elaboración del cortometraje. Fui responsable en mis tareas dentro del grupo de trabajo. Trabajé con conciencia e interés en el desarrollo de la misión. Respeté las decisiones del grupo con el propósito de desarrollar satisfactoriamente el proyecto. Pauta de co-evaluación Aspectos a evaluar

Hubo buena disposición para el trabajo colaborativo. Los distintos miembros del grupo colaboraron con ideas. Se respetaron distintas ideas para llevar a cabo el procedimiento. Se comunicaron de una manera clara y adecuada.

Sí No

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Reflexiono sobre lo que aprendí (P. 197)

Para orientar esta sección, invite a sus estudiantes a que analicen su proceso de aprendizaje en la lección, invitándolos a responder las preguntas plateadas. Es importante que, en esta instancia, identifiquen además de los contenidos abordados las habilidades, estrategias y actitudes que se desarrollaron durante la lección.

Recurso digital Utilice el Recuso digital propuesto en la página 197 para evidenciar las ideas que tenían los pueblos originarios en Chile en torno al universo y al sistema solar. Para ello, este recurso propone responder una pregunta de investigación mediante la creación de un afiche, considerando las ideas que enseña el personaje virtual.


P. 36 Y 37

Invite a sus estudiantes a poner en práctica los aprendizajes adquiridos en la lección respondiendo las preguntas que se proponen en esta evaluación de proceso. Al finalizar de responder las preguntas, pida a sus estudiantes que respondan la sección ¿Cómo voy? y registren su nivel de desempeño según las respuestas correctas, que pueden revisar en el solucionario de su texto. De acuerdo al nivel de desempeño, se propone el trabajo con las siguientes actividades complementarias. El propósito de estas actividades es trabajar con los y las estudiantes según sus diferentes ritmos de aprendizaje. Si sus estudiantes obtuvieron un nivel de desempeño logrado, pídales realizar la Ficha de ampliación de la página 191. Y a los que obtuvieron un desempeño correspondiente a Por lograr y Medianamente logrado, solicíteles trabajar en la Ficha de refuerzo de la página 190.

4

Ventana de profundización didáctica Motivación para el aprendizaje

“Durante el desarrollo de las clases son varias las características de la actividad docente que pueden tener un impacto motivacional. Ante todo está la organización y claridad expositiva, clave para que los alumnos no se queden bloqueados por no entender. A continuación intervienen otras variables facilitando o dificultando la claridad de la exposición. Primero, el tipo de vocabulario utilizado, que puede ser más o menos técnico y preciso. Después, el uso de imágenes y ejemplos, para ilustrar y aclarar los contenidos más abstractos y difíciles de comprender. Finalmente, el hecho de relacionar los contenidos pertenecientes a distintos temas, así como el de sugerir lecturas complementarias, puede contribuir a una mayor elaboración e integración de los conocimientos, aunque también exige un mayor esfuerzo por parte de los alumnos”. Fuente: Tapia, J. (2005). Motivación para el aprendizaje: la perspectiva de los alumnos. Madrid: Facultad de Psicología, Universidad Autónoma de Madrid.

179

Le proponemos revisar el siguiente texto y luego hacer un análisis sobre cómo es su proceso de enseñanza y cómo este favorece el aprendizaje de sus estudiantes.



Inicio de la unidad

Páginas 200 a 216

LECCIÓN : Las leyes del universo Las actividades propuestas en el Texto del estudiante tienen como propósito el logro de los Aprendizajes Esperados (AE), abordando con diferentes estrategias los Indicadores de Evaluación (IE) e incorporando en cada una de ellas el trabajo con habilidades, actitudes y Objetivos Fundamentales Transversales (OFT). AE Explicar cualitativamente diversos fenómenos y estructuras por medio de las leyes de Kepler y la de gravitación universal de Newton.

IE

Actividad

HIC

Actitud/OFT

IE 7-8-9-11


HIC 2

OA D-H/OFT 1-8

IE 7

Indaguemos (P. 202)

HIC 1-3

OA D-H/OFT 1-8

IE 7

Desarrollo de estrategias (P. 204 y 205)

HIC 3

OA D-H/OFT 1-8

IE 9

Indaguemos (P. 206)

HIC 1-3

OA D-H/OFT 1-8

IE 9

A poner en práctica (P. 208 y 209)

HIC 1-2-3-4-5

OA D-H/OFT 1-8

IE 7-8-9-11


HIC 2-5

OA D-H/OFT 1-8

IE 9


HIC 3

OA D-H/OFT 1-8

IE 7-8-9-11


HIC 4

OA D-H/OFT 1-8

IE 7-8-9-10-11


HIC 3

OA D-H/OFT 1-8


180

En esta lección se trabajan las leyes de Kepler y de gravitación universal de Newton, de manera que las y los estudiantes logren analizar diversas situaciones cotidianas que les permitan explicar en mundo que los rodea, de acuerdo a lo propuesto en los Aprendizajes Esperados. Lo anterior se desarrolla a partir de los recursos y las actividades presentes en el Texto del estudiante, en la Guía didáctica y en los Recursos digitales complementarios (RDC), en función del logro de los Indicadores de Evaluación considerando, además los contenidos, las habilidades y actitudes. En el Texto del estudiante, las diferentes temáticas se desarrollan con una propuesta didáctica que trabaja los contenidos comenzando con actividades Indaguemos, que buscan la activación de los conocimientos previos para posteriormente formalizarlos en el contenido tratado en el texto. Luego, se presentan actividades que abarcan distintas habilidades, enfocándose principalmente en las de orden superior, ciclo que se repite a lo largo de la lección. De forma articulada al desarrollo del contenido, en los Desarrollo de estrategias se entregan herramientas para resolver problemas. Asimismo, a lo largo de la lección se incorpora el trabajo de las actitudes con los OFT.


En la Guía didáctica se presentan pautas para utilizar algunas de las actividades del Texto del estudiante como instrumentos de evaluación: fichas de trabajo para los diferentes ritmos de aprendizaje , actividades complementarias y evaluaciones, con sus respectivos solucionarios. A continuación, se presenta una serie de orientaciones para trabajar los temas, actividades y secciones presentes en la lección del Texto del estudiante. Junto con ello, se


incorporan actividades e información complementarias, entre otros recursos, en la Guía didáctica.


P. 200

Para revisar el texto “El aterrizaje del Curiosity en Marte”, le proponemos organizar la lectura con los y las integrantes del curso. Elija a cuatro estudiantes para que, en la pizarra, registren las ideas principales a medida que se realiza la lectura. Al finalizar las lecturas, realice un resumen de las ideas registradas por sus estudiantes, sintetizando en algunas líneas las principales. En una sesión plenaria, respondan la pregunta planteada en el Texto del estudiante, llegando a una respuesta en común. De forma adicional a las preguntas presentadas en esta sección, le proponemos realizar las siguientes preguntas: ¿qué piensas de la inversión que requiere un proyecto como el de enviar una nave de exploración a Marte?, ¿qué beneficios podría tener para la humanidad?, ¿crees que el estudio de fenómenos meteorológicos en otros planetas nos pueda ayudar a comprender fenómenos climáticos del nuestro? Justifica. ¿Será necesario que todos los conocimientos que adquiera la ciencia tengan una utilidad práctica para el ser humano? Busca argumentos a favor y en contra. Puede proponer que las preguntas anteriores las respondan de manera grupal o de forma individual. En el último caso, una vez respondidas las preguntas, proponga que se realice un debate a partir de las diferentes respuestas de sus estudiantes, estimulando la expresión oral y el respeto por las distintas ideas.

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Ciencia al día

P. 201

Para el análisis del texto “Por primera vez en la historia, una sonda aterriza en un cometa”, puede complementar la pregunta que se presenta en el Texto del estudiante, con las siguientes: ¿qué rol cumple la mecánica clásica en los cálculos de las maniobras de la sonda Rosetta?, ¿de qué manera crees que se puede manejar una sonda en el espacio, desde una sala de control en la Tierra, a millones de kilómetros de ella? Inicio de la misión (P. 97)

¿Cómo conducir una investigación científica? Esta lección, las y los estudiantes tendrán la misión de explicar una de las consecuencias de las leyes que rigen el universo. Para ello, y considerando que esta es la última misión del texto, tendrán la libertad de escoger la estrategia que estimen conveniente para comunicar el resultado de su investigación. Es por esto que, en esta etapa, es fundamental que planifiquen detalladamente su trabajo.

Ventana de profundización didáctica Hablar y escribir para aprender ciencias

Sostener discusiones entre pares en el aula es útil para compartir, clarificar y construir el conocimiento científico. En este tipo de interacción se ve involucrada la formulación de preguntas e hipótesis, al tener la oportunidad de exponer sus ideas y argumentos con los compañeros y compañeras. Por su parte, la escritura es una herramienta fundamental para transformar las ideas básicas en conocimiento coherente y estructurado. Uno de los principios básicos del aprendizaje significativo es la comunicación. Por un lado, el lenguaje oral tiene un rol de mediación en la construcción social del conocimiento al permitir generar, clarificar, compartir y comunicar ideas. Por otro lado, la escritura es una herramienta para estructurar el aprendizaje al desarrollar las ideas con más detalle y rigurosidad. A pesar de ello, ambas estrategias tienen limitaciones que son importantes de reconocer a la hora de articular unidades didácticas basadas en la discusión y la escritura. Primero, la discusión entre pares se ve restringida por el hecho de que, muchas veces, las y los estudiantes no tienen suficientes conocimientos sobre el tópico del cual se discutirá. Segundo, deben poseer habilidades transversales para expresar y ordenar sus ideas de manera escrita, competencias comunicativas que se desarrollan a partir de la lectura y la revisión de sus trabajos escritos. Muchas veces el nivel de desempeño de la escritura es bajo, en vista de las escasas oportunidades que tienen de desarrollar este tipo de actividades en el aula. Hablar y escribir en la clase de Ciencias deben ser estrategias que se utilicen de manera combinada. Los profesores y profesoras de Ciencias Naturales deben incluir más tareas que

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impliquen la escritura, pero siempre y cuando existan suficientes oportunidades de discusiones en el aula, para explorar en nuevos conceptos y teorías a partir del lenguaje oral. Fuente: Rivard, L., y Straw, S. (2000). The effect of talk and writing on learning science: an exploratory study. Social science and Humanities Research Council of Canada. (Adaptación).

Tema 1: Las leyes de Kepler

Páginas 202 a 205

Inicie el trabajo con estas páginas, mencionando a sus estudiantes que Kepler era un astrónomo muy riguroso al observar la posición de los planetas y que llevó registros minuciosos durante muchos años, lo que le permitió elaborar las leyes que hoy tienen su nombre. Actividad del texto (P. 202) Indaguemos Esta actividad tiene como propósito que los y las estudiantes se familiaricen con la elipse como curva y como representación de las órbitas planetarias. Puede mencionar que la mayoría de las órbitas planetarias de nuestro sistema solar tienen una excentricidad muy pequeña, comportándose de manera muy similar a una trayectoria circular, sobre todo en los planetas más cercanos al Sol. Se espera que, a partir de la actividad, los y las estudiantes reconozcan los focos de la elipse.

181

Desarrollo de estrategias (P. 204 y 205) A partir del desarrollo de esta actividad se busca entregar a sus estudiantes estrategias para resolver problemas en los que se deba aplicar la tercera ley de Kepler. Es posible que surjan problemas con la notación científica, por lo cual es recomendable repasar brevemente el significado de las abreviaturas numéricas expresadas como múltiplos de potencias. Sea riguroso en el paso a paso del desarrollo presentado, indicando a sus estudiantes que lo apliquen cuando se enfrenten al paso 5: Aplico lo aprendido.




Tema 2: La ley de gravitación universal de Newton Páginas 206 a 209

182

Puede utilizar la siguiente rúbrica para evaluar los resultados de la investigación. Rúbrica de evaluación para la comunicación de la investigación

Comente a sus estudiantes que las leyes de Kepler no explicaban el motivo por el cual los planetas giraban alrededor del Sol, es decir, solamente se trataba de una descripción del movimiento, pero sin describir sus causas. La ley de gravitación universal explica como causa de la fuerza de atracción gravitacional el movimiento de los planetas.

La información reunida cumple con el contenido solicitado.


Utilizan imágenes pertinentes para realizar la presentación, citando correctamente sus fuentes.

El propósito de la actividad es hacer una analogía de la fuerza centrípeta con el movimiento orbital producido por una fuerza central, como la gravitatoria. Verifique que el hilo que se ocupará sea lo suficientemente resistente para soportar la tensión y así evitar un posible accidente. Recomiende que los giros que se realicen sean con el mínimo de fuerza posible, de manera que logren notar la diferencia. Para complementar esta actividad, proponga a sus estudiantes realizar el Desafío complejo de la página 194 de la Guía didáctica, donde podrán analizar otras variables involucradas en la fuerza de atracción gravitacional, como la distancia y la masa del cuerpo. Para profundizar en los aprendizajes de este tema, puede solicitar a los y las estudiantes que lleven a cabo una investigación acerca del experimento realizado por Henry C avendish para medir la constante de gravitación universal. Solicite, además, que expliquen cómo dicho valor permitió demostrar la tercera ley de Kepler. Para finalizar, una vez reunida la información, pídales que elaboren una presentación en PowerPoint para comunicar los resultados de su investigación al resto de los compañeros de su curso.

Niveles de logro

Indicadores

L

ML

PL

Se citan las fuentes consultadas, siendo estas confiables. La redacción de los textos no contiene errores conceptuales. El lenguaje utilizado en la redacción es adecuado y no contiene errores ortográficos ni de redacción. L = Logrado; ML = Medianamente logrado; PL = Por lograr.

Recurso digital En el recurso digital propuesto en la página 207, encontrará una animación virtual en la que Newton explica cómo llegó a deducir la ley de gravitación universal y cuán importante fue para él establecer esta ley que le permitió dar explicaciones a diversos fenómenos.


P. 208 y 209

¿Cómo conducir una investigación científica? Al desarrollar la actividad es importante que el soporte sea estable para evitar oscilaciones de la estructura, y con ello, pérdidas de energía que podrían afectar las mediciones. Para evitar lo anterior, puede atar el hilo a un cáncamo atornillado al marco de una puerta o una mesa. Guíe a los y las estudiantes para que, una vez que tengan los datos obtenidos ordenados en la tabla, analicen si hay algún valor que se escape notoriamente de los demás, haciendo notar que se podría tratar de algún error experimental, instando a repetir las medidas todas las veces que sean necesarias y teniendo presente que se deben dominar las variables experimentales que puedan producir errores. Haga notar que al realizar los cálculos también se amplifican errores, producto de la manipulación de los datos; puede mencionar que existe un área de la física y la estadística llamada “teoría del error”, que se preocupa de estudiar la mejor manera de manipular valores experimentales.



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Las TIC Ingrese el código 18GF2M183a en la página web del texto, para trabajar con la simulación virtual: Laboratorio de fuerza gravitacional.


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P. 41

Para trabajar con sus estudiantes el papel de la mujer en el área de la astronomía en Chile, le sugerimos que les proponga investigar sobre la destacada astrónoma chilena María Teresa Ruiz. Indíqueles que revisen la información que encontrará al introducir los códigos 18GF2M183b y 18GF2M183c en el sitio web codigos.auladigital.cl. Esta información corresponde a una breve descripción de su trayectoria y del premio obtenido en 1997, junto a entrevistas en las que explica sus principales áreas de estudio y se refiere al rol de la mujer chilena en el área de la astronomía. Después de que sus estudiantes revisen esta información, pídales que respondan las siguientes preguntas: ¿Cuál es el principal descubrimiento de María Teresa Ruiz? ¿Dónde tuvo lugar el descubrimiento de la astrónoma? ¿Qué opina la astrónoma sobre la participación de mujeres chilenas en la disciplina? ¿Cómo se inicia su interés por esta ciencia? ¿Qué importancia le otorga María Teresa Ruiz a la curiosidad? •

•

Este recurso le permitirá visualizar la fuerza gravitacional que dos objetos ejercen entre sí. Para ello, la simulación permite ajustar las propiedades de los objetos para ver cómo afecta la atracción gravitacional.

Tema 3: Los efectos de la fuerza de atracción gravitacional Páginas 210 a 212 En este tema se evidencian los efectos de la fuerza de atracción gravitacional, tanto a nivel terrestre como en estructuras cósmicas. El análisis de esta información les permitirá a las y los estudiantes llevar a cabo la misión propuesta en esta lección.

•

•

•


¿Cómo evaluar una investigación? Para que las y los estudiantes evalúen su desempeño en el trabajo realizado, tanto personal como colectivo, pueden recurrir a la retroalimentación. Para ello, además de las preguntas planteadas en el Texto del estudiante, se sugiere implementar la siguiente pauta de evaluación:


Pauta de auto-evaluación

¿Cómo comunicar una investigación?

Aspectos a evaluar

Para asegurarse de que las estrategias seleccionadas por cada grupo de trabajo sean adecuadas para comunicar los efectos de las leyes del universo, genere la instancia para que cada equipo le muestre su trabajo y sugiera ideas de mejoras para la elaboración del producto final. Cuando cada grupo haya terminado su misión, solicite a sus estudiantes que presenten su proyecto al resto del curso y en conjunto discutan y analicen cada ejemplo. Desarrollo de estrategias (P. 212) Al realizar esta actividad, se busca que sus estudiantes adquieran las estrategias para aplicar la ley de gravitación universal en la resolución de problemas. Aproveche de explicar las unidades de medida de la constante G. Realice un análisis dimensional, en el que se muestre cómo se cancelan las unidades al aplicar la ley de gravitación universal, quedando la fuerza en newton.

183

Sí

No

Realicé aportes para establecer una estrategia para comunicar la investigación. Fui responsable en mis tareas dentro del grupo de trabajo. Trabajé con conciencia e interés en el desarrollo de la misión.

Pauta de co-evaluación Sí No

Aspectos a evaluar

Tuvieron una buena disposición para realizar el trabajo de forma colaborativa. Respetaron los tiempos asignados para realizar cada una de las tareas. Se respetaron distintas ideas para llevar a cabo el procedimiento. Se comunicaron de una manera clara y adecuada.

Luego, desarrolle en la pizarra, paso a paso, aquellos ejercicios que hayan tenido más dificultad para su resolución. Física • 2.º medio




P. 52 y 53

Explique a sus estudiantes que esta sección constituye una instancia evaluativa, mediante la cual pueden medir el logro de sus aprendizajes. Pídales que completen la sección ¿Cómo voy? , para identificar el logro de los aprendizajes propuestos. Para trabajar los diferentes ritmos de aprendizaje de sus estudiantes, le proponemos que utilice las siguientes actividades complementarias: si el nivel de desempeño es Logrado, pídales que completen la Ficha de ampliación de la página 193 de la Guía didáctica. En el caso de que su desempeño fuese Medianamente logrado o Por lograr, solicíteles que desarrollen la Ficha de refuerzo de la página 192. Solicite a sus estudiantes que compartan las respuestas de las preguntas de la sección Reflexiono sobre mi desempeño. Organice una sesión plenaria, de manera que los y las estudiantes se retroalimenten con las respuestas de sus compañeros, favoreciendo así su desarrollo metacognitivo de sus estudiantes.

Ventana de profundización didáctica Las preguntas metacognitivas 184

Las preguntas son un recurso pedagógico, utilizado tanto por docentes como estudiantes, que permite mediar la comunicación en el proceso de enseñanza-aprendizaje en el aula. Desde el punto de vista pedagógico, las preguntas son un facilitador de los procesos comunicativos y activadores del aprendizaje. Las preguntas destinadas a potenciar el pensamiento metacognitivo tienen la función de ser activadores de juicios de meta memoria y están orientadas al monitoreo de estrategias utilizadas con el objetivo de alcanzar ciertas metas que han sido previamente establecidas. Las preguntas metacognitivas promueven la toma de conciencia del proceso cognitivo y contribuyen a él, ya que el estudiante puede analizar su propio desempeño con el fin de tomar decisiones que le permitan modificar sus estrategias para alcanzar sus metas. Fuente: http://www.pedagogica.edu.co/storage/ted/articulos/ted11_06arti.pdf (Adaptación). e t n e c o D l e d a c i t c á d i D a í u G


Notas

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Notas

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Cierre de la unidad

Páginas 216 a 223

La CIENCIA se construye Páginas 216 y 217

Esta sección tiene la finalidad de enfatizar el c arácter dinámico del proceso de construcción del conocimiento científico. En este caso en particular, se muestran los posibles desenlaces que podría tener el universo de acuerdo a las evidencias de su expansión respecto a la teoría del Big Bang. Trabajo con la información Para indagar en esta sección, lea la información junto con sus estudiantes de manera que puedan evidenciar las cuatro teorías que se plantean respecto del destino del universo.

Síntesis Páginas 218 y 219

¿Cómo trabajar con los organizadores gráficos?

186

En la actividad Síntesis de estas páginas promueve la confección de un organizador gráfico. Para ello, se guía el proceso de construcción de una espina de pescado en función de cuatro pasos de tal manera que, al ir siguiéndolos, las y los estudiantes logren su confección de forma independiente. De esta manera, se espera que en la página 219 del Texto, completen la espina de pescado propuesta, representando los contenidos, habilidades y actitudes desarrolladas en la unidad. Si lo desea, puede solicitar previamente materiales para que sus estudiantes puedan elaborar este mismo organizador de forma más extendida y con mayores recursos en un pliego de cartulina. Para finalizar, mencione a sus estudiantes que también pueden utilizar diferentes herramientas tecnológicas disponibles en Internet para realizar un organizador gráfico, por ejemplo: al introducir el código 18G F2M186a en el sitio web codigos.auladigital.cl, encontrará una herramienta digital en la que se pueden crear mapas conceptuales, exportarlos como imagen y compartirlos a través de una dirección URL. Además, permite crear mapas de forma colaborativa. .



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Evaluación final

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Metacognición

Páginas 220 a 223

El propósito de estas páginas es evaluar los contenidos, las habilidades y las actitudes trabajadas en la unidad. Sugiera a las y los estudiantes que trabajen de manera individual, de modo que puedan identificar aquellos contenidos y/o habilidades que aún no han alcanzado. Para complementar las preguntas planteadas en la sección Reflexiono sobre lo que aprendí , puede plantear las siguientes: ¿qué estrategias utilicé para abordar los contenidos de esta unidad?, ¿fueron efectivas?, ¿qué debería cambiar para ser más eficaz en el estudio de la próxima unidad? De forma adicional, le proponemos trabajar con la evaluación de las páginas 196 y 197 de la Guía didáctica. Esta evaluación presenta preguntas de selección múltiple, cuyas respuestas las encuentra en la sección Solucionario de la Guía didáctica, página 201.

Pregunta de integración con otras asignaturas Para intencionar los aprendizajes adquiridos, en esta unidad, con otras asignaturas como Artes Musucales, la evaluación final propone una pregunta relacionada con el universo y el tema musical "El séptimo día" del compositor Gustavo Cerati. La finalidad de esta actividad es que las y los estudiantes identifiquen que el conocimento científico es transversal a otras disciplinas y, sobre todo, que temáticas como el universo es de interés para todo tipo de personas.

Con respecto a la metacognición, le proponemos revisar lo que propone Guillén sobre el tipo de educación que queremos impartir. ¿Qué tipo de educación queremos?

“Desde el enfoque tradicional, que todavía es muy común en las escuelas actuales, encontramos en el aula la clásica distribución de mesas en filas y columnas en donde el profesor, en una p osición dominante, no para de transmitir conocimientos (él, que sabe mucho) a sus alumnos (que saben poco). Como consecuencia del rol pasivo que desempeñan en el aula, muchos estudiantes sienten desinterés y desmotivación, con lo que su aprendizaje se ve muy perjudicado. El intento por atribuir los resultados negativos de los alumnos a su falta de voluntad lleva muchas veces al docente a repetir una y otra vez la misma metodología; sin embargo, en la mayoría de ocasiones lo que se requiere es la utilización de estrategias diferentes, no más de lo mismo. El enfoque moderno, que está en concordancia con la neuroeducación, fomenta la participación activa del alumno en el proceso de aprendizaje, que es gestionado por el profesor y que en el aula habla menos, escucha más y, por supuesto, también aprende. En este sentido, el aprendizaje cooperativo es muy útil porque conlleva beneficios a nivel social, psicológico o académico favoreciendo la aceptación de la diversidad y generando climas emocionales más positivos en el aula o promoviendo estrategias de pensamiento analítico y crítico. Fuente: Guillén, J. Aprendizaje cooperativo en el aula.


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Profundización disciplinar

La materia oscura Un tipo especial de materia creada, según los científicos, en los orígenes del mismo Big Bang, es la materia oscura. Sin embargo, hasta ahora no hay investigaciones concluyentes sobre su composición. La materia conocida desde los tiempos de Demócrito es la “materia visible”, aquella que interactúa con las ondas electromagnéticas haciendo posible su detección a través de los potentes telescopios (como el Hubble) y radiotelescopios dirigidos hacia el espacio exterior.

188

Isaac Newton, con su descripción matemática matemática de la gravedad, logró unificar el cielo con la tierra, afirmando que todos los objetos que tienen masa son atraídos entre sí. Esto último permitió afirmar que los planetas más alejados del Sol se moverían mucho más lento que los planetas cercanos. Lo anterior también es válido para estrellas girando en torno al centro de la Vía Láctea. Lo sorprendente es que, en contra de las predicciones newtonianas, las estrellas más lejanas no muestran mayor cambio en su velocidad. Esto podría ser explicado si hipotéticamente existiera una “materia desconocida” llenando el espacio entre las estrellas. Por otra parte, las predicciones acerca del final del universo, que arroja la teoría del Big Bang, dependen en gran medida de la cantidad de materia presente en el universo: si la densidad de materia no superara un cierto valor

crítico para detener la expansión, entonces, el universo se expandiría infinitamente. Ahora, si la densidad de materia superara el valor crítico, entonces la gravedad detendría la expansión del universo y este colapsaría sobre sí mismo. En vista de estas conclusiones, la densidad de materia, como podemos ver, es crucial. Se sabe que nuestro universo contiene cerca de un setenta y cinco por ciento de hidrógeno; el otro porcentaje restante es básicamente helio. El problema radica en que la materia del universo visible es menos de una centésima parte de la materia necesaria para detener la expansión; si a esta materia le añadimos la existencia de la materia oscura podría superarse el umbral. Todo esto, sin embargo, no deja de ser especulación, porque aún faltan datos exactos sobre la proporción de los diferentes tipos de materia, tanto materia como materia oscura y, si es que existen, otros tipos de materia desconocidos. Actualmente los científicos recurren a enormes colisiones programadas para intentar dilucidar la naturaleza de esta escurridiza materia; este es el caso del gran colisionador de hadrones (GCH), que acondicionado con mejor potencia promete encontrar las partículas teóricas predichas por la teoría matemática de la supersimetría. Fuente: Hawking, S. (1996). Historia del tiempo. Madrid: Alianza Editorial.

Avances y beneficios de la carrera espacial


El ser humano siempre se ha interesado en lo que sucede en el espacio y especialmente en saber si existe vida en otros planetas. Los gastos en estas áreas son enormes y pareciera que los beneficios fueran nimios. La verdad es que no es así. La tecnología que surgió de estos programas nos beneficia todos los días, solo que no lo notamos. La cantidad de energía necesaria para hacer que un transbordador abandone nuestra atmósfera es enorme, por lo que se debía disminuir al máximo posible su masa. En los casos de vuelos no tripulados esto era más sencillo, pero cuando estos son tripulados tripulados,, los astronau astronautas tas necesitan espacio y sobretodo soporte vital. Es de esta necesidad de la que surgieron muchos inventos de los cuales nos beneficiamos hoy en día. Entre estos se encuentran

las herramientas inalámbricas y los sistemas de GPS, e incluso los códigos de barras, diseñados para organizar los millones de piezas usadas en la carrera espacial. Por sorprendente que parezca, los pañales desechables con gelatina absorbente también lo son, por no hablar del velcro, el policarbonato, el tubo de la pasta de dientes, el microondas, los lentes de contacto, los monitores cardiacos, el marcapasos, entre otros. También gracias a investigaciones en el área se desarrollaron tratamientos para patologías cardiovasculares, la osteoporosis y los cálculos renales. Así, nos damos cuenta de que la exploración del universo, además de permitirnos determinar sus características, ha traído muchos avances y beneficios para nuestra sociedad.

Fuentes: Lo que la carrera espacial nos dejó. (s.f.). (s.f.). Disponible Disponible en: http://web.educ http://web.educastur. astur.princast. princast.es/ies/iesreype/Dep es/ies/iesreype/Departamentos/T artamentos/Tecnologia/ ecnologia/ Cangas2100/Pinceladas/Apolo/Apolo.html.a.


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Profundización didáctica

La EVALUACIÓN como parte del aprendizaje Los errores son inevitables. Lo que cuenta es cómo respondemos a ellos. Nikki Giovanni

 Reflexione ¿Es usted un mero calificador y seleccionador?  Empatice ¿Cómo se sentiría si continuamente le dicen que hace algo mal, sin que le expliquen qué hacer para mejorar?  Decida ¿Está dispuesto a ceder el monopolio de la evaluación? El proceso de aprendizaje implica superar obstáculos y errores, más que memorizar información. Las estrategias y los métodos evaluativos que se aplican en el aula tienen una extraordinaria repercusión en qué y cómo usted enseña, y también en qué y cómo aprenden sus estudiantes. El reto que se debe asumir como docente va más allá de buscar la mejor manera de explicar bien los contenidos o seleccionar actividades interesantes y motivadoras: el verdadero objetivo debe ser ayudar a los y las estudiantes a detectar sus propias dificultades, a comprender las posibles causas de estas y a entregar estrategias e instrumentos para que puedan superarlas. A continuación, le presentamos algunas ideas clave, que puede considerar para conseguir que sus estudiantes tengan éxito en su proceso de aprendizaje.  La finalidad finalidad de la evaluac evaluación ión es la la regulación; regulación; no no es solo poner una nota, sino que es una estrategia para comprender al estudiante y ayudarlo con sus dificultades y errores.  Los errores errores son útiles, útiles, no no hay que sentir sentir vergüen vergüenza za en cometerlos, pero sí se debe trabajar para superarlos. Estimulando su expresión pueden ser detectados, comprendidos y regulados.  Es importante importante aprende aprenderr a autoevaluars autoevaluarse. e. Para ello ello debemos lograr que los y las estudiantes se apropien de

los objetivos de aprendizaje, de las estrategias de pensamiento-acción en ciertas tareas.  Todos los actores actores del aula son son potenciales potenciales evaluadores evaluadores,, pero la evaluación más importante es la que realiza el propio estudiante, por lo que el o la docente debe ceder el monopolio en la detección y corrección de los éxitos y errores.

189

 La evaluación evaluación solo solo calificadora calificadora no no motiva. motiva. En general general,, ni la evaluación en sí misma, ni la repetición de curso, motivan al estudiante a esforzarse más a aprender, a no ser que le proporcionen criterios e instrumentos, tanto para comprender de sus errores y superarlos, como para reconocer sus éxitos.  Es necesario necesario diversificar diversificar los instrumentos instrumentos de evaluaevaluación, dado que cualquier aprendizaje contempla diversos tipos de objetivos; es preciso que los instrumentos de recogida de información sean múltiples y variados.  La evaluación evaluación externa externa de los aprendizaje aprendizajess de los los y las estudiantes puede ser útil para orientar la enseñanza. Pero para ello, es importante que los instrumentos y métodos de evaluación aplicados promuevan prácticas innovadoras en el aula.  El o la docente docente también también debe debe evaluar evaluar su trabajo trabajo,, ese es el punto de partida para la innovación y un mejor ejercicio de su profesión.

Fuentes: Sanmartí, N. (2007). Evaluar para para aprender . Barcelona: Editorial GRAÓ. Imbernón, F. (1993). Reflexiones sobre la evaluación en el proceso de enseñanza aprendizaje. Disponible en: http://www.grao.com/revistas/aula/020-la-evaluacion-en-el-proceso-de-ensenanzaaprendizaje-secuenciacion-de-los-contenidos-de-lengua/reflexiones-sobre-la-evaluacion-en-el-proceso-de-ensenanzaaprendizaje



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Ficha de refuerzo

Lección 1

Para reforzar los aprendizajes de la lección, realiza las siguientes actividades. 1.


En un libro de física, Gerardo observa el corrimiento al rojo de las líneas espectrales de una galaxia, tal como se muestra en las siguientes imágenes.

¿Qué significa que el espectro presente un corrimiento al rojo?

2.

Explica el modelo del sistema solar propuesto por Ptolomeo P tolomeo y por Copérnico.

3.

¿Cómo contribuyó el perfeccionamiento del telescopio al estudio de los modelos del sistema solar? Explica.

4.

Describe el modelo del sistema solar propuesto por Aristóteles.

5.

Confecciona un mapa conceptual que sintetice los modelos planetarios estudiados en la lección.

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Lección 1

4


En un libro de física, Gerardo descubre que una galaxia se aleja respecto de un observador. Si las líneas espectrales de la galaxia se representan en la siguiente imagen:

¿Qué debería ocurrir con las líneas espectrales de la galaxia cuando se aleja? Fundamenta

2.

Claudia señala que la principal diferencia entre el modelo de Ptolomeo y el de Copérnico es que el primero ubica a la Tierra en el centro del universo y el segundo, en cambio, ubica al Sol en este punto. ¿Es correcta la afirmación de Claudia? Corrígela si es incorrecta.


191

3.

¿Es posible que se haya construido un modelo actual del sistema solar sin los aportes de Aristóteles, Ptolomeo o Copérnico? Justifica tu respuesta.

4.

Diego le cuenta a su hermana que Aristóteles señalaba que la Tierra se encontraba en el centro del sistema solar y los otros planetas giraban alrededor del Sol y además propuso el concepto de excentricidad de las trayectorias. ¿Es correcto lo dicho por Diego? Justifica tu respuesta.

5.

Confecciona un organizador gráfico que sintetice los modelos planetarios estudiados en la lección.

Nombre:

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Ficha de refuerzo

Lección 2


Usando el siguiente esquema, describe lo que enuncia la segunda ley de Kepler. P2

Perihelio

P’1

A2 Sol


Afelio

A1 R a d i o v e c t or

P1

P’2

2.

Considera que, para el caso de los planetas, la imagen es una exageración. La elipse que se muestra en la imagen solo es un modelo para explicar la primera ley de Kepler, ya que las órbitas elípticas de los planetas son casi circulares. ¿Qué propuso Newton en su ley de gravitación universal? Explica.

3.

La tercera ley de Kepler se describe a partir de la siguiente expresión:

192

T 2 = Ka 3 ¿Qué representa cada término?

4.

5.

¿Cuál de los siguientes fenómenos fueron descritos a partir de la ley de gravitación universal?  El origen de las mareas. 

Las trayectorias de los planetas.



El cambio del eje de rotación de la Tierra.



Las estaciones del año.

Determina la fuerza de atracción entre dos cuerpos que se encuentran a 1 UA de distancia y la masa de ambos es igual 3000 kg. Considera G = 6,6710 –11 Nm 2/kg 2.

Nombre:

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Lección 2

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Felipe afirma que, según el segundo principio de Newton, la velocidad de un planeta al recorrer el arco AB es menor que su velocidad al recorrer el arco CD. ¿Es correcta la afirmación de Felipe? De estar incorrecta, corrígela. A D

Sol C B

Considera que, para el caso de los planetas, la imagen es una exageración. La elipse que se muestra en la imagen solo es un modelo para explicar la primera ley de Kepler, ya que las órbitas elípticas de los planetas son casi circulares.


193

2.

Usando la ley de gravitación universal, Jaime determinó que la fuerza de atracción gravitacional entre la Tierra y la Luna es de 1,981 0 20 N. Si la masa de la Tierra es de 5,971024 kg y la de la Luna es de 7,351022 kg, ¿cuál es la distancia entre ambos? Considera G = 6,6710 –11 Nm 2/kg 2.

3.

Fernando describe la tercera ley de Kepler señalando que los cuadrados de los períodos de revolución de los planetas alrededor del Sol son proporcionales al cuadrado de los semiejes mayores o radios medios. ¿Es correcta su afirmación? Justifica tu respuesta.

4.

¿En qué evidencias se basó Newton para formular la ley de gravitación universal?

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Desafío comple jo Objetivo: Comparar el lanzamien-

Habilidades: Organizar e interpre-

Actitudes: Mostrar creativi-

to del martillo con el movimiento de los planetas.

tar datos y formular explicaciones, apoyándose en las teorías y conceptos científicos en estudio.

dad e innovación.

4

El movimiento de los planetas y el lanzamiento del martillo INICIO e l b a i p o c o t o f l a i r e t a M

Lean atentamente la siguiente situación. Uno de los deportes más antiguos de las olimpiadas es el lanzamiento del martillo, que consiste en lanzar una bola pesada atada a una cuerda lo más lejos posible. Para este fin, los deportistas realizan un movimiento rotacional que les permite, dependiendo de su estado físico y de la velocidad de la bola, alcanzar grandes distancias. ¿Cómo se relaciona el lanzamiento del martillo con el movimiento de rotación de los planetas? DESARROLLO

194

6.

Realicen la siguiente actividad experimental, la cual les permitirá evidenciar algunos de los fenómenos que los ayudarán a responder la pregunta planteada al inicio. 1.

2.

3.

4.

5.

Formen grupos de cuatro estudiantes y reúnan los siguientes materiales: cuerda delgada y tres gomas de diferentes tamaños. Aten la goma con una cuerda de 30 cm de longitud y háganla girar. Salgan a un lugar despejado, puede ser una cancha o una plaza, procurando que no se encuentren personas cerca del lugar de lanzamiento. Hagan girar la cuerda con la goma y en cierto instante suéltenla y observen lo que sucede, por ejemplo, con la trayectoria que describe. Varíen el tamaño de la goma y repitan el procedimiento. Luego, usando una misma goma, varíen el largo de la cuerda; pueden usar una de 30 cm, otra de 60 cm y una de 90 cm.

Nombre:

Completen la siguiente tabla con sus observaciones. Observaciones

¿Qué sucedió al variar la longitud de la cuerda? ¿Qué sucedió al variar la masa de la goma? ¿Qué sucedió al soltar la cuerda?

CIERRE

A partir de la actividad experimental y lo aprendido en la lección, respondan las siguientes preguntas. a.

¿Cuál sería la “cuerda invisible” que mantiene unidos a los planetas girando alrededor del Sol?

b.

¿Existe alguna relación entre el largo de la cuerda y el tiempo que demora en dar una vuelta completa la goma?

c.

¿Por qué los planetas siguen orbitas elípticas y no escapan de su trayectorias como la goma?

d.

¿Cómo se relaciona el lanzamiento del martillo con el movimiento de los planetas?

e.

¿Qué mejoras realizarían a la experiencia realizada?

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Desafío comple jo Objetivo: Utilizar herramien-

Habilidades: Describir investiga-

Actitudes: Mostrar respon-

tas tecnológicas para observar el universo.

ciones relacionadas con los conocimientos del nivel y reconocer el papel de las teorías y el conocimiento en una investigación científica.

sabilidad, cumplimiento, interés, curiosidad, rigor y perseverancia.

4

¿Es necesario un telescopio para observar el cielo? INICIO

Lee atentamente la siguiente situación. La principal virtud de un astrónomo en la antigüedad era la paciencia: las observaciones astronómicas tomaban años, y estaban acompañadas por errores importantes. Sin embargo, ahora contamos con poderosos instrumentos electrónicos, que no solo nos permiten observar en tiempo real sino que podemos retroceder o adelantarnos en el tiempo, el sueño de astrónomos como Kepler, Galileo o Copérnico. También es posible ver las distintas constelaciones y su presencia en el cielo, observando directamente las historias que las distintas civilizaciones crearon para dar una explicación al universo en el que vivían. ¿Podremos observar el universo sin la necesidad de utilizar un telescopio? Ubiquen el círculo polar antártico y observen la trayectoria del Sol durante las estaciones del año.

DESARROLLO

7.

PRealicen la siguiente actividad, la cual les permitirá observar el cielo de una manera distinta.

CIERRE

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Reúnanse en parejas y descarguen el programa Stellarium desde el siguiente link: http://www.stellarium.org/es/ . Familiarícense con las distintas opciones del programa, como cambiar la ciudad, adelantar o retroceder el tiempo, quitar el suelo, quitar la atmósfera, entre otras. Identifiquen y clasifiquen distintos elementos: planetas, satélites, galaxias, cúmulos de estrellas, entre otros. Busquen los distintos planetas del sistema solar y observen sus características, distancias, masas y tamaños. Realicen el seguimiento de la Luna durante un mes. Identifiquen las coordenadas de su lugar de re sidencia y revisen los eclipses que ocurrieron en dicho punto. Nombre:

A partir de la actividad y lo aprendido en la lección, respondan las siguientes preguntas. a.

¿En qué se diferencia nuestro planeta de los otros del sistema solar?

b.

Observen las fases lunares en el calendario y comparen con lo visto utilizando el programa. ¿Qué sucede en las distintas fases de la Luna? ¿Por qué la vemos de forma diferente?

c.

¿Cuáles son las coordenadas del lugar donde viven?, ¿cuándo fue el último eclipse observado en esa posición?

d.

¿Pudieron observar los diferentes componentes del universo sin utilizar un telescopio?

e.

¿Qué fue lo que más les llamó la atención de la actividad realizada?


195

Evaluación de la unidad 1

¿A qué corresponde el tiempo de Planck?

4

A. Al menor tiempo que se puede medir. B. Al tiempo de contracción del universo. C. Al tiempo que dura la expansión del

A. El Sol. B. La Tierra. C. La Luna. D. Venus. E. Las esferas de estrellas fijas.

universo. D. Al momento en que comenzaron a formarse los átomos. E. Al tiempo transcurrido entre el Big Bang hasta nuestros días. 2 e l b a i p o c o t o f l a i r e t a M

¿Cuál(es) de las siguientes alternativas es (son) una evidencia de la teoría del Big Bang?

5

I. La radiación de fondo cósmico. II. La expansión acelerada del universo. III. La forma esférica del universo.

196

3

los planetas. III. Permitió predecir eclipses de Sol y de Luna.

D. Solo I y II. E. Solo II y III.

¿Cuál o cuáles de las siguientes afirmaciones es o son correctas? A. Solo I. B. Solo III. C. Solo I y II. D. Solo II y III. E. I, II y III.

En un libro de astronomía, Elena encuentra el siguiente espectro cósmico de una galaxia, tomada en dos momentos diferentes: Momento 1 6 Momento 2

Las diferencias que se observan en el espectro de la galaxia constituyen una evidencia: I. de que la galaxia se está alejando. II. de que el universo se encuentra en e t n e c o D l e d a c i t c á d i D a í u G

expansión. III. del origen del sistema solar. ¿Cuál o cuáles de las siguientes afirmaciones es o son correctas? A. Solo I. B. Solo II. C. Solo I y II. Unidad 4 • Universo

D. Solo II y III. E. I, II y III.

Un grupo de estudiantes realiza las siguientes afirmaciones con respecto al concepto de epiciclo. I. Fue propuesto por Galileo. II. Explicaba el movimiento retrógrado de

Es(son) correcta(s): A. Solo I. B. Solo II. C. Solo III.

Esteban quiere representar el modelo del sistema solar propuesto por Aristóteles. ¿Qué cuerpo debe ubicar en el centro de su modelo?

Camila realiza las siguientes afirmaciones con respecto a los aportes de Galileo en los modelos del sistema solar. I. Descubrió los satélites de Júpiter. II. Descartó la idea de que la Tierra fuera el

centro del sistema solar. III. Perfeccionó el telescopio, construyendo lentes de hasta treinta aumentos. ¿Cuál o cuáles de las siguientes afirmaciones es o son correctas? A. Solo I. B. Solo III. C. Solo I y II. D. Solo II y III. E. I, II y III.

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Para describir la primera ley de Kepler, Sofía realiza el siguiente esquema considerando la posición real de un planeta:

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Afelio

5

¿En qué punto debería ubicar el Sol? A. 1 B. 2 C. 3 8

D. 4 E. 5

Respecto de la segunda Ley de Kepler, ¿cuál(es) de las siguientes afirmaciones es (son) correcta(s)? I. El vector posición de los planetas barre

áreas iguales en tiempos iguales. II. La velocidad de traslación de un planeta es mayor cuando se encuentra más cercano al Sol. III. La órbita descrita por los planetas corresponde a una elipse. A. Solo I. B. Solo II. C. Solo III. D. Solo I y II. E. I, II y III. 9

4

10 ¿Cuál será el semieje mayor de la órbita

elíptica de un cometa que completa una vuelta en torno al Sol en 84 años? A. 2,97  10 –19 m B. 2,37  10 37 m C. 7,03  10 18 m D. 2,87  10 12 m E. 2,65  10 9 m 11 La fuerza de atracción gravitacional entre

los cuerpos que se muestran a continuación es F. M

m r A

B

¿Cuál será el valor de la fuerza de atracción gravitacional si la distancia entre ambos cuerpos aumenta al doble?


197

A. F/4 B. F/2 C. F D. 2F E. 4F 12 Bernardo debe describir los efectos de la ley

de gravitación universal y decide explicar los siguientes: I. Las mareas. II. La caída de los cuerpos. III. El movimiento de los planetas.

¿Cuál es la expresión que describe la tercera ley de Kepler, considerando que T corresponde al período de revolución de un planeta alrededor del Sol, a corresponde a los semiejes mayores y K a una contante de proporcionalidad?

¿Cuál o cuáles de los temas propuestos por Bernardo corresponde(n) a efectos de esta ley?

A. T = Ka 3 B. T 2 = K  3a C. T 3 = K  a 2 D. T 2 = K  a 3 E. T 3 = K  a 2

A. Solo I. B. Solo III. C. Solo I y II. D. Solo II y III. E. I, II y III.



Solucionario Del Texto del estudiante

Inicio de unidad (P. 179) 1. Los cohetes pueden viajar dentro de las cercanías del

sistema solar. Durante el viaje, se podrían ver estrellas, planetas, asteroides, cometas y satélites. 2. Respuestas propias de cada estudiante. 3. Una porción muy pequeña si se considera que el universo es infinito.

Analizando la cosmovisión de los pueblos andinos (P. 192)

El color azul de la whipala representa los sistemas planetarios del universo considerando los efectos naturales sobre la Tierra. Este color también representa la astronomía, la física y la ley de gravedad. Esta representación de la cosmovisión andina es más general que los modelos cósmicos propuestos por los científicos respecto de la conformación del sistema solar. Comparemos los modelos geocéntricos (P. 193)

Evaluación inicial (P. 180 y 181)

Asteroide; Saturno; Asteroide y Plutón. Respuestas variadas. Lección 1: Origen y evolución del universo Tema 1: Origen del universo Indaguemos (P. 186) a. Las marcas se alejan entre sí. b. Representa la expansión del universo. Tema 2: Sistemas planetarios 198

Indaguemos (P. 190) a. El día 2 de enero. Una trayectoria mayor se relaciona

directamente con la duración del día. b. Porque la posición relativa de la Tierra respecto del Sol, cambia a lo largo del año. c. La Tierra describe una órbita elíptica alrededor del Sol, y también rota en torno a su eje. Las estaciones del año se deben al movimiento de traslación y a la inclinación del eje terrestre. d. Por ejemplo: que gracias a las observaciones se han podido elaborar modelos y teorías respecto de los fenómenos y el entorno natural. Analicemos el modelo de Aristóteles (P. 191) a. Los planteamientos no aceptados actualmente son: • La Tierra se ubica en el centro del universo. • Los planetas giran en orbitas circulares alrededor de


la Tierra. • El universo termina en la esfera de estrellas fijas. Los planteamientos aceptados actualmente son: • Para producir un movimiento es necesaria una fuerza. b. Las evidencias que se obtienen de las observaciones e investigaciones científicas, permiten en este caso, rechazar el planteamiento de este modelo. c. En la época Aristotélica no se tenían instrumentos para realizar observaciones más precisas por lo que sus postulados se ven enmarcados en las creencias populares de su tiempo.


Similitudes

Diferencias

Ambos modelos son geocéntricos. En ambos modelos se sitúa a las estrellas en una última esfera fija.

El modelo de Aristóteles establece regiones esféricas y el de Ptolomeo órbitas. Según Aristóteles, los planetas orbitan en una esfera perfecta; en cambio, en el modelo de Ptolomeo describen epiciclos.

Analizo los aportes de Tycho Brahe (P. 195)

El modelo planetario propuesto Tycho Brahe rescata aportes tanto de Ptolomeo como de Copérnico. En este, el Sol se ubica en el centro del sistema al igual que en el modelo de Copérnico, sin embargo, esta gira en torno a la Tierra, tal como propone Ptolomeo. Analicemos los aportes de Galileo (P. 196) a. Las observaciones de Galileo permitieron validar el mo-

delo heliocéntrico del universo. b. Por ejemplo: El contexto histórico y cultural es preponderante en el desarrollo del conocimiento científico ya que este marca los límites sobre lo que se cree o no. Como le pasó a Galileo, que se tuvo que retractar de sus afirmaciones ya que para su época no era posible considerar que eran cientas. Integro lo que aprendí (P. 198 y 199)

1. a. Similitudes

La Luna orbita en torno a la Tierra.

Diferencias

Para Copérnico, el Sol está en el centro del universo, mientras que para Ptolomeo la Tierra es el centro del universo.

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b. Los esquemas que realicen sus estudiantes de-

ben mostrar características similares a las de los siguientes: Modelo de Ptolomeo Esfera de estrellas fijas.

Saturno Sol Tierra Mercurio Marte

Venus

Sol

Luna Júpiter

Modelo de Copérnico Esferas de estrellas fijas

Venus Júpiter

Sol

Tierra Mercurio

Marte Saturno

2. a. Las evidencias que respaldaron el modelo de Ptolomeo fueron el movimiento retrógrado de los planetas, las diferencias en la luminosidad del Sol y la Luna a lo largo del tiempo. Las mismas evidencias sirvieron para validar el modelo de Copérnico. Sin embargo, el también observó las diferencias en el brillo de Mercurio y Venus. b. La complejidad de las órbitas. c. El principal hecho que mantuvo en pie el modelo geocéntrico por tanto tiempo, fue la influencia que la Iglesia tuvo por cerca de catorce siglos. Además, nuestros sentidos no nos permitían detectar ningún movimiento. d. Respuestas variadas. 3. El gráfico indica que en general, a medida que las galaxias están más distantes, se alejan con mayor rapidez. 4. a. Se observa un corrimiento al rojo. b. Este espectro indica que la galaxia se está alejando. 5. a. Las líneas espectrales deberían mostrar un corrimiento al azul. b. Por ejemplo: Los descubrimientos de Hubble.

4

Lección 2: Las leyes del universo Tema 1: Las leyes de Kepler Indaguemos (P. 202) a. Una elipse. Tiene dos focos. b. Sí. Los planetas describen orbitas elípticas alrededor del

Sol. c. Permite evidenciar las características de la trayectoria de los planetas. Desarrollo de estrategias (P. 204 y 205) 1. 1,53 UA 2. Aproximadamente 5,19 años.

3. a. De acuerdo a la primera ley de Kepler, presenta una órbita elíptica (casi estética de acuerdo a su excentricidad); cuando Júpiter se encuentra más próximo al Sol se mueve con mayor rapidez de acuerdo a la segunda ley de Kepler y de acuerdo a la tercera ley de Kepler, el cuadrado del período de revolución de Júpiter es directamente proporcional al cubo de su semieje mayor. b. 5,2 UA 4. 28,23 UA 5. a. T A= 8T B b. Los planetas A y B deberían presentar órbitas elípticas; cuando se encuentran más próximo a su estrella, se deberían mover con mayor rapidez y por último, cuadrado del período de revolución de cada planeta debe ser directamente proporcional al cubo de su semieje mayor de cada uno.

199

Tema 2: La ley de gravitación universal de Newton Indaguemos (P. 206) a. La tensión del hilo. b. Hacia la mano (centro de giro) c. A medida que aumenta el largo del hilo, se requiere ma-

yor fuerza para hacer rotar el objeto. d. Por ejemplo: Al poder retroceder y adelantar se pueden apreciar mejor los detalles y las características del movimiento. A poner en práctica (P. 208 y 209) a. En necesario para obtener resultados más precisos. b. Las respuestas dependerán de cada grupo de trabajo. c. No, ya que la aceleración de gravedad depende del lugar

en el que nos encontremos. d. Algunas fuentes de erros son: la resistencia del aire, la capacidad de reacción de las mediciones. e. Se espera que los resultados sean similares ya que las condiciones de la experiencia son equivalentes para todo el curso.



Solucionario Desarrollo de estrategias (P. 212) 1. 3,52⋅10 28 N 2. Aproximadamente 1,49⋅10 28 kg. 3. La distancia entre los planetas es de 3,63⋅1 0 10 m. 4. g = 9,79 m/s 2 Integro lo que aprendí (P. 214 y 215)

Evaluación final (P. 221 a 223) 1. Los conceptos que completan correctamente los recuadros son: recuadro izquierdo: geocéntrico; recuadro central superior: heliocéntrico; recuadro central inferior: Galileo; recuadro superior derecho: Kepler, tres leyes; recuadro inferior derecho: ley de gravitación universal . 2.

1. a.

Estrella

H1

H2

a. 22,36 años. b. sí, ya que las leyes de Kepler se cumplen en todo el uni-

verso y por lo tanto, en cualquier sistema planetario. 2. a. En el punto 1. b. La segunda ley de Kepler. 3. 200

Efectos terrestres

La mareas

Estructuras cósmicas

El movimiento de los planetas alrededor del Sol.

4. La afirmación de Claudio es incorrecta. La relación entre

S y S’ es que S = S’. 5. F 1= 8F 2 6.


Leyes de Kepler 1° ley de Kepler: Los planetas describen órbitas elípticas alrededor del Sol, el cual está situado en uno de sus focos. 2° ley de Kepler: El radio vector (o vector posición) de un planeta con respecto al Sol barre áreas iguales en tiempos iguales. 3° ley de Kepler: Los cuadrados de los períodos de revolución de los planetas alrededor del Sol (T) son directamente proporcionales a los cubos de los semiejes mayores


Ley de gravitación universal Todos los cuerpos del universo se atraen con una fuerza que es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Efectos terrestres: - La caída de los cuerpos - Las mareas Efectos sobre estructuras cósmicas: - Sistemas planetarios - Cúmulos estelares - Galaxias - Agrupaciones de galaxias

3. a. En el punto 2. b. La segunda ley de Kepler. 4. La segunda y la tercera afirmación realizadas por Diego son incorrectas. Las afirmaciones correctas son: La relación no es lineal; La fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. 5. Estrellas o grupos masivos de estrellas como los cúmulos globulares o las galaxias. 6. Según las líneas espectrales de la imagen, la galaxia tiene un corrimiento hacia al azul por ello, la galaxia se acerca al observador. De esta menara, la primera afirmación es incorrecta mientras que la segunda está en lo correcto. 7.

1° ley de Kepler: Los planetas describen órbitas elípticas alrededor del Sol, el cual está situado en uno de sus focos. 2° ley de Kepler: El radio vector (o vector posición) de un planeta con respecto al Sol barre áreas iguales en tiempos iguales.

Planeta

Sol

P

P’1

i o 2 l h e i r P e

A f e l i o

A

A2

Sol

1 R a d io v e ct o r

P1

P’2

3° ley de Kepler: Los cuadrados de los períodos de revolución de los planetas alrededor del Sol (T) son directamente proporcionales a los cubos de los semiejes mayores

Semieje mayor (a) r o n e m e j E

F

F’ 0

Eje mayor

d

a

d

i

n

u

4

3. Galileo Galilei, al perfeccionar el telescopio, realizó va-

8. Expansión del universo

Edwin Hubble logró medir el corrimiento al rojo de muchas galaxias, llegando a la conclusión de que el universo se está expandiendo. La observación de Hubble sugirió que en tiempos pasados los planetas y galaxias debieron estar más cerca.

Radiación de fondo cósmico

En una radiación de microondas que proviene desde todas partes del universo y da cuenta de su origen.

De la Guía didáctica

Actividad complementaria (P. 177) a. Que gracias a que María pudo acceder a una educación

formal al igual que los hombres de su época, puro perfeccionarse y realizar investigaciones que le permitieron validar sus aportes en astronomía. b. Abrió su propia escuela, observó un nuevo cometa y fue la primera mujer elegida miembro de la American Academy of Arts and Sciences haciendo mediciones que ayuden a determinar con mayor precisión la longitud, la latitud y el tiempo, fue nombrada catedrática de astronomía y directora del observatorio Vassar College. a. Las clases podían comenzar antes del amanecer, si había que observar pájaros, o extenderse hasta después de medianoche para observar estrellas y planetas. Ficha de refuerzo (P. 190) 1. Significa que la galaxia se está alejando del observador. 2. Modelo de Ptolomeo: este modelo descrito en la obra Al-

magesto, es geocéntrico (la Tierra situada en el centro). Las estrellas se describen como puntos en la esfera ce leste que giran en torno a la Tierra y que mantienen una distancia fija entre ellos. Ptolomeo introdujo el concepto de excentricidad en las trayectorias para explicar las diferencias de tamaño y brillo que pueden observarse en el Sol y la Luna a lo largo de su trayectoria. Para explicar el movimiento retrógrado de varios planetas utilizó el concepto de epiciclo. Era un modelo de alta complejidad, con muchas debilidades, pero se mantuvo vigente por casi catorce siglos. Modelo de Copérnico: la naturaleza heliocéntrica de este modelo simplificaba bastante el entendimiento del universo en el siglo XVI. El Sol, debido a su mayor tamaño al ser comparado con los otros planetas, debía estar en el centro del sistema. El brillo variable de Mercurio y Venus indicaba una distancia variable con respecto a la Tierra, lo que hacía pensar que también giraban en torno al Sol, explicando a su vez el movimiento retrógrado de los planetas percibido desde la Tierra

riadas observaciones importantes, como las fases de Venus, nuevas estrellas, la superficie de la Luna, descubrió los satélites de Júpiter, lo que le permitió confirmar que la Tierra no era el centro del sistema orbital. 4. Modelo de Aristóteles: surgido de observaciones simples de la naturaleza, además estaba influenciado por principios de armonía y belleza surgidos de corrientes filosóficas. En él la Tierra ocupaba el centro del universo y era la región de los elementos, (fuego, aire, tierra y aire); más allá de la órbita de la Luna se encontraba la región etérea de los cielos, hogar de la incorruptible quintaesencia. 5. Respuestas variadas. Ficha de ampliación (P. 191) 1. Las líneas espectrales deberían presentar un corrimien2.

3.

4.

5.

to hacia el rojo debido a que la galaxia se aleja. La afirmación de Claudia es correcta: el modelo ptolemaico es geocéntrico mientras que el copernicano es heliocéntrico. La ciencia se construye de manera colaborativa, no surge espontáneamente. Toda teoría, modelo o ley debe sustentarse en observaciones e ideas previas. Así, a partir de los aportes de Aristóteles, Ptolomeo y Copérnico se ha podido construir el actual modelo del universo. Lo propuesto por Diego es correcto, excepto su descripción de lo descrito sobre el de excentricidad, que fue introducido por Ptolomeo, varios siglos después. Respuestas variadas.

201

Ficha de refuerzo (P. 192) 1. La segunda ley de Kepler enuncia lo siguiente: el radio

vector (vector posición) de un planeta con respecto del Sol barre áreas iguales en tiempos iguales. En el esquema, el tiempo que el planeta emplea para moverse desde P 1 a P` 1 debe ser el mismo que emplea para moverse desde P 2 a P` 2 cuando las áreas A 1 y A 2son iguales. 2. Newton propuso que todos los cuerpos del universo se atraen con una fuerza que es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Esto no solo explicó el comportamiento de los cuerpos que caen en la Tierra, sino también fenómenos como las perturbaciones de la Tierra y Júpiter a causa de su rotación, las mareas y la trayectoria de los planetas. 3. T: Período orbital del planeta. a: Semieje mayor o distancia media entre el planeta y el Sol. K: Constante de proporcionalidad, igual para todos los planetas y que solo depende del Sol.



Solucionario 4. Las opciones que deben marcar sus estudiantes son: • El origen de las mareas. • Las trayectorias de los planetas. • El cambio del eje de rotación de la Tierra. 5. Considerando el valor aproximado de 1 UA = 1,510 11 m,

Desafío complejo (P. 195) a. Cada planeta del sistema es único, todos tienen distintas

la fuerza de atracción gravitacional entre los dos cuerpos es: 2,6710 –26 N. Ficha de ampliación (P. 193) 1. La explicación de Felipe es incorrecta, ya que según la

segunda ley de Kepler, el radio vector que une un planeta y el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales. Por lo tanto, como el arco AB es mayor que el arco CD y ambos deben recorrerse en igual tiempo, la velocidad del planeta debe ser mayor al recorrer el arco AB. 2. La distancia entre la Tierra y la Luna es de 3,844108 m. 3. La descripción de Fernando no es correcta: los cuadrados de los períodos de revolución de los planetas alrededor del Sol son proporcionales al cubo de los radios medios. 4. Se basó en el lanzamiento de proyectiles y la variación de las trayectorias de estos conforme aumentaba la velo cidad inicial del lanzamiento y las leyes de Kepler. 202

Desafío complejo (P. 194) a. La cuerda invisible sería la fuerza de atracción gravitab. c.

d.

e.

cional entre los diferentes cuerpos y el Sol. Sí existe relación entre el largo de la cuerda y el período de giro, a mayor longitud es menor la frecuencia. Los planetas escaparían de sus órbitas si fueran soltados como sucede con las piedras; sin embargo, la presencia permanente del Sol asegura una fuerza de atracción continua entre él y cada planeta. Se puede realizar una analogía entre el movimiento de los planetas y el lanzamiento del martillo, sobre todo entre la tensión del hilo que une la piedra con nuestra mano y la fuerza gravitatoria entre el Sol y los planetas; sin embargo, debemos tener presentes los límites de la analogía. Las respuestas de sus estudiantes serán variadas. Pueden mencionar consideraciones como establecer más medidas de seguridad o la utilización de cámaras para grabar y posteriormente analizar el movimiento de los cuerpos en movimiento.



b.

c. d.

e.

orbitas, masas, tamaño, atmósferas, temperaturas superficiales. Sin embargo, debemos destacar las similitudes entre los cuatro primeros planetas del sistema solar, llamados rocosos, entre los que se encuentra la Tierra y las diferencias de estos con el grupo de los planetas gaseosos. Las fases de la Luna vienen determinadas por como percibimos a esta desde la Tierra: Luna Nueva-Creciente-Llena-Decreciente. Se ven de forma diferente por las posiciones del sistema Luna-Tierra-Sol, ya que el lado de la Luna que es visible desde nuestro planeta recibe distintos grados de luz en las diferentes fases. Las respuestas dependerán del lugar donde residan sus estudiantes. El programa utilizado permite observar representaciones de los diferentes elementos de nuestro sistema solar y del universo. Se debe tener claro que no es una observación de forma directa. Las respuestas de sus estudiantes dependerán de sus intereses.

Evaluación de la unidad (P. 196 y 197) 1. A 2. D 3. C 4. B 5. D 6. E 7. B 8. D 9. D 10. D 11. A 12. E

d

a

d

i

n

u

4

Notas

203



U N I V E R S O

r i r b u c s e d s o m ¿ Cómo pode ? o t i n i f n i s e i s e l u n i ve rso

¡Qué cielo tan hermoso y estrellado!

¡Y qué telescopios tan impresionantes! ¿Qué tan lejos podrán observar?

¿Será posible conocer el universo completo?



Actividad individual 

¿Hacia qué parte del universo podríamos viajar en un cohete? ¿Qué cosas veríamos durante el viaje?



Si te dieran la oportunidad de viajar a la Luna, el sistema solar o una galaxia, ¿qué escogerías? ¿Por qué?



¿Qué tanto se ha podido descubrir el universo con el desarrollo de la tecnología actual?



Evaluación inicial Un viaje por el universo Si viajaras por el sistema solar, podrías reconocer diferentes estructuras cósmicas. Escribe en cada recuadro el nombre de la estructura correspondiente y luego, responde las preguntas planteadas.

¿Qué características posee la Tierra que la hacen diferente al resto de los planetas del sistema solar?



Unidad  •

Universo

¿Qué crees que hay más allá del sistema solar?

¿Por qué los planetas orbitan alrededor del Sol?




¿Qué aprenderás y descubrirás en la unidad? Te presentamos las principales metas, estrategias y propósitos de la unidad. Propón las metas que te gustaría lograr, las estrategias que emplearías para alcanzarla y el propósito de esta.

Metas


¿Cómo alcanzarlas?

    

Para descubrir los aportes de científicos (mujeres y hombres) de diversas épocas sobre el conocimiento del universo.

Realizando actividades prácticas. Aplicando modelos. Mostrando interés. Utilizando herramientas tecnológicas.

Para que puedas expresar opiniones basadas en evidencias que expliquen el origen y la evolución del universo, así como mostrar curiosidad, creatividad e interés por conocer y comprender los fenómenos del entorno natural y tecnológico.



Propón tus propias metas para esta unidad.

Establece las estrategias que emplearás para el logro de tus metas.

 

        



Realizando actividades prácticas. Aplicando modelos. Valorando los aportes científicos. Desarrollando procesos científicos. Realizando diagramas.

Explicar cualitativamente diversos fenómenos y estructuras, por medio de las leyes de Kepler y la de gravitación universal de Newton.



Unidad  •

Universo

¿Para qué alcanzarlas?

Identifica el propósito de tus metas.

¿Cómo te gustaría protagonizar tu propio aprendizaje? Es evidente que, incluso en la actualidad, el universo es un enigma que se encuentra en constante estudio. ¿Qué te llama más la atención sobre el universo? ¿Qué sabes del universo?, ¿qué te gustaría aprender?

En las unidades anteriores has aprendido a desarrollar diversas estrategias: ¿cuál de las estrategias que haz utilizado anteriormente sería útil implementar en esta unidad?, ¿por qué? ¿Qué dificultades crees que prodían enfrentar en esta unidad?, ¿por qué?

¿Qué valor tiene el aporte de hombres y mujeres al conocimiento científico?, ¿consideras que estos permiten comprender mejor el mundo que nos rodea?

¿Cómo lograr mis metas? Para que alcances tus metas y adquieras los aprendizajes que se trabajarán es esta unidad, propón una estrategia que te per mita lograrlo. Para ello, establece, en tres pasos, cómo desarrollarás esta estrategia.

ESTRATEGIA

Paso 1

Paso 2

Paso 3




Lección

Origen y evolución del universo Propósito de la lección Antes de que las luces de las ciudades nublaran el cielo nocturno, la contemplación de las estrellas era parte de la vida cotidiana de las personas. Mucha de la información que se obtenía de su observación servía para anticipar las estaciones del año, navegar a través de los mares o pronosticar catástrofes. ¿Por qué piensas que es necesario conocer sobre la evolución de

los modelos del universo? En esta lección aprenderás sobre el origen y evolución del universo y del sistema solar, a partir del análisis de diversas teorías, para que puedas descubrir los aportes de científicos (mujeres y hombres) en diversas épocas y comprender cómo se desarrolla el conocimiento.

C i e n c i a t e c nologí a y soc i ed a d

La MÚSICA de las estrellas La misión Kepler de la NASA busca planetas extrasolares y estudia, además, las oscilaciones de todas las estrellas que se observan. Estas oscilaciones o vibraciones se manifiestan como cambios casi imperceptibles en su brillo, producidos por ondas acústicas atrapadas en su interior. Un equipo de astrosismólogos internacional ha trabajado con el satélite estadounidense y ha logrado medir por primera vez las oscilaciones (vibraciones o sonido) de 500 estrellas similares al Sol. Con el hallazgo, se obtendrá información más precisa sobre las poblaciones estelares de la Vía Láctea, lo que permitirá comprobar o refutar los modelos clásicos sobre evolución y formación de las estrellas. Las estrellas vibran u oscilan como instrumentos musicales (claro que en frecuencias inaudibles para el ser humano) en función de su tamaño, estructura, composición química y estado evolutivo. Es por ello que cada estrella posee un estado vibratorio que la caracteriza. Es importante mencionar que las vibraciones o sonidos estelares son vibraciones mecánicas que no pueden viajar por el espacio y solo pueden ser detectadas mediante instrumentos especializados. ¿Crees que las vibraciones en la superficie del Sol tengan algún efecto sobre la Tierra? Explica.

En la imagen, se representan algunos fenómenos que ocurren en la superficie de una estrella.

i ó n a c z i t c a b e t fi í l f a i e n A c



Unidad  • Universo

Ciencia al día

CIENCIA en

CHILE

ALMA El proyecto ALMA, de sus siglas en inglés de Atacama Large Millimenter/submillimeter Array, es una asociación internacional entre el Observatorio Europeo Austal (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE.UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS), junto con Canadá (NRC), Taiwán (NSC y ASIAA) y República de Corea (KASI), en cooperación con la República de Chile. ALMA es el mayor proyecto de astronomía que existe, compuesto por 66 antenas de alta precisión, y está situado en un lugar verdaderamente único e inusual: el desierto chileno de Atacama. Se espera que el ALMA permita vislumbrar la formación de las estrellas en los albores del universo y obtener imágenes extremadamente detalladas de estrellas y planetas en proceso de nacimiento. ALMA comenzó las observaciones astronómicas durante el segundo semestre de 2011 y las primeras imágenes se publicaron en la prensa el 3 de octubre de 2011.

La mayoría de las galaxias que serán detectadas en imágenes sensibles de ALMA tendrán grandes desplazamientos hacia el rojo (redshift ). De qué manera el desarrollo tecnológico permite comprender mejor el mundo que nos rodea?

¿Qué opinas sobre este proyecto?

Observatorio ALMA.

Inicio de la misión En esta lección, tendrás la misión de crear un cortometra je que muestre el origen y evolución del universo. Para ello, puedes solicitar la ayuda de tu profesor o profesora de Lenguaje y comunicación y desarrollar un video creativo que explique, a partir de una historia, como se formó el universo y cómo ha evolucionado. Para comenzar, forma un grupo de trabajo con cinco compañeros y planifiquen su trabajo.




Lección 

Tema 1

Origen del universo

Se estima que el universo se formó hace aproximadamente 14 000 millones de años, pero ¿tuvo un inicio el universo? Si bien el ser humano ha intentado comprender y explicar las características de este, su origen sigue siendo un gran misterio. En esta lección, aprenderás una de las teorías que explican el origen del universo, más aceptada por la sociedad científica en la actualidad: el Big Bang. Esto, para que puedas identificar los aportes de científicos en diversas épocas, sobre el conocimiento del universo.

Indaguemos

¿Somos el centro del universo?


Actividad grupal

Objetivo: Representar un modelo de la expansión del universo.

Junto con tres compañeros, consigan un globo, una tijera, un plumón permanente y realicen el siguiente procedimiento:

Habilidad: Analizar las características de un modelo.

1. Corten el globo, de tal modo de obtener un rectángulo de las dimensiones

Actitud: Expresar opiniones basado en evidencias.

2. Marquen tres puntos sobre la superficie del globo con el plumón permanente.

Tiempo: 15 minutos.

3. Cada uno de los integrantes tome una punta del rectángulo del globo y apli-

más grandes que puedan.

quen una fuerza pequeña para estirarlo. Observen lo que ocurre con las tres marcas. 4. Luego, incrementen lentamente la fuerza hasta la máxima capacidad del glo-

bo. Observen lo que ocurre con las tres marcas a medida que se incrementa la fuerza. 5. Realicen un esquema que represente el comportamiento de las marcas a me-

dida que el globo se estira 6. Luego, respondan las siguientes preguntas: a. ¿Qué ocurre con las marcas a medida que el globo se estira?

b.. Si el globo es una representación del universo y las marcas la representa-

ción de las galaxias, ¿qué significa el estiramiento del globo? Fundamenten.

Materiales de la actividad.

En la experiencia que realizaste anteriormente, elaboraste un modelo de la expansión del universo. En este caso, observaste que, a medida que el universo se expande (cuando el globo se estira), las galaxias se separan (las marcas en el globo). Este fenómeno lo observó Edwin Hubble. En 1929, Edwin Hubble, desde el observatorio del monte Wilson, en Los Ángeles, hizo un descubrimiento crucial. Observó que las galaxias no eran estáticas, se movían y, además, se alejaban de la Tierra a una velocidad increíble. Fue la primera prueba del Big Bang. Pero, ¿cómo descubrió Hubble que las galaxias se alejaban? 


Como descubriste al inicio de esta lección, las galaxias y las estrellas emiten radiación electromagnética en función de su tamaño, estructura, composición química y estado evolutivo. Al captar esta radiación, los astrónomos obtienen un espectro de la distribución de la energía que emiten las galaxias. El espectro es único para cada cuerpo astronómico y se puede comparar a la huella digital, que es única para cada ser humano. KH

390

400

h g Gf e

d h F d

450

h

500

D

b E

a

3-2

4-2

550

600

C

B

650

A

700

750

Longitud de ondas (nm)

Espectro solar.

Cuando una galaxia o estrella se aleja del observador, se aprecia que las líneas espectrales se trasladan al rango de longitud de onda de la luz roja, lo que se conoce como un corrimiento al rojo. Por el contrario, cuando el cuerpo cósmico se acerca, las líneas espectrales se trasladan al rango de longitud de onda del azul.

Espectro de la galaxia en reposo

1. Corrimiento al rojo (galaxia se aleja)

2. Corrimiento al azul (galaxia se acerca)

Edwin Hubble logró medir el corrimiento al rojo de muchas galaxias, llegando a la conclusión de que se están alejando de la Tierra, lo que significa que el universo se está expandiendo. Ahora bien, si las distancias entre las galaxias se van haciendo cada vez mayores, ¿cómo habrán estado en el pasado? Física • ° Medio



Lección 

La observación de Hubble sugirió que en tiempos pasados los planetas y galaxias debieron estar más cerca. El movimiento debió de partir de un punto central, tal como se representa en la imagen. Este fenómeno, que se conoce como Big Bang (gran explosión), se produce en un momento en que el universo era infinitésimamente pequeño. Según esta teoría, se considera que el origen de todo el Big Bang, es decir, el momento en que se pasa de la nada más absoluta al todo.

1. La primera fuerza en aparecer fue la

gravedad. En ese momento ya quedó definida la forma y contenido del universo. Una fracción de segundo después de que apareció la fuerza de gravedad, se desprendió una onda inmensa de energía y comenzó la expansión del universo en todas las direcciones a una velocidad inimaginable.

2. Unas cuantas unidades de tiempo de Planck, después del Big Bang,

Importante Para describir fenómenos tan rápidos como en el origen de universo se definió una nueva unidad de tiempo llamada tiempo de Planck Una unidad de tiempo de Plank es 1 igual a segundos Esta escala 10 temporal es tan diminuta que escapa al sentido común 43




el universo era tan pequeño que cabía en la palma de la mano y en una fracción de segundo después se expandió hasta el tamaño de la Tierra. Luego, a la velocidad de la luz, alcanzó el tamaño del sistema solar. Las condiciones eran tan extremas que aparecía y desaparecía materia. Se transformaba materia y energía simultáneamente. Pero, a medida que se enfriaba, debido a la expansión del universo, las partículas se hicieron más estables y dejaron de transformarse en energía.

3. Las partículas primitivas al dismi-

nuir su temperatura disminuyeron también su velocidad y se dieron las condiciones para la formación de los átomos del primer elemento, el hidrógeno. Un segundo más tarde aparecieron el helio y el litio. Transcurridos tres minutos desde el Big Bang, ya habían pasado las cosas más importantes en el proceso de formación del universo.

4. Unos 380 000 años después del Big Bang el universo comenzó a ser trans-

parente. Esto permitió las primeras emisiones de luz al exterior.

5. 200 millones de años más tarde, las nubes de gas de

hidrógeno y helio darían lugar a las primeras estrellas. Entonces el universo inició una etapa de luz y esplendor. El universo empezó a iluminarse en todas las direcciones hasta formar el impresionante espectáculo que vemos hoy cuando miramos el cielo nocturno.

6. 1 000 millones de años después del Big Bang se formaron las primeras ga-

laxias. Durante los 8 000 millones de años siguientes, continuó el proceso de formación de nuevas galaxias.

En 1964, 14 000 millones de años después del Big Bang, dos jóvenes investigadores descubrieron por accidente esta radiación. Los físicos Arno Penzias y Robert Wilson, mientras trabajaban para una compañía telefónica, detectaron una radiación de microondas que provenía desde todas partes del cielo. Al principio pensaron que era un error debido a un fallo del equipo de medida, pero en realidad lo que habían descubierto era la prueba de la creación del universo. Esta evidencia del origen del universo se conoce como radiación de fondo cósmico.

pueblos originarios Todos los pueblos y culturas del mundo han tenido o tienen una visión del cosmos Por ejemplo para el pueblo mapuche todo en el universo es dual Antü (Sol) se opone a Küllem (Luna) como el hombre se opone a la mujer y el joven al anciano Lo mismo sucede con las estaciones del año ¿Cómo se relaciona esto con el conocimiento actual del universo?




Lección 

Tema 2

Sistemas planetarios

Hoy en día muchas de las respuestas a ciertos fenómenos nos resultan evidentes, sin embargo, estas han sido el resultado de miles de años de observación y de desarrollo social y cultural de la humanidad. Por esta razón, es impor tante considerar que el conocimiento es dinámico y que, sin los aportes de los pensadores y científicos del pasado, no tendríamos los avances de hoy en día. En este tema, analizarás diversos modelos planetarios, entendiendo que un modelo responde a una época en particular, en la cual los medios (culturales y/o materiales) para obtener información pueden ser o no limitados.

Indaguemos


Objetivo: A partir del análisis de una experiencia, comprender cómo se realizaban las observaciones en la Antigüedad. Habilidad: Analizar los resultados de una experiencia.

¿Qué cuerpos componen el sistema solar?

Actividad grupal

Reúnanse en parejas y analicen la siguiente experiencia realizada por Pamela y Gabriel: En un disco similar a un reloj de Sol, marcaron los puntos cardinales. De este modo, la sombra que el Sol proyectaba en distintos momentos del día entregaba información acerca de su trayectoria, tal como se representa en la imagen. 2 de enero

Actitud: Valorar la forma en la que la ciencia construye conocimiento.

15 de julio

Tiempo: 15 minutos.

A partir de esta información, y considerando que experiencia se realizó en el hemisferio sur, espondan: a. Respecto de las fechas que se señalan: ¿qué día el Sol describe una trayectoria mayor?, ¿cómo se relaciona aquello con la duración del día? b. ¿Por qué el Sol describe trayectorias diferentes en distintas épocas del año?

Expliquen. c. ¿De qué manera se mueve la Tierra alrededor del Sol?, ¿cómo se relaciona esto

con las estaciones del año? Expliquen. d.. ¿Qué importancia le atribuyen a la obser vación en ciencias? Expliquen.

Las primeras observaciones de los astros fueron realizadas con instrumentos rudimentarios, similares al descrito en la actividad anterior. A partir de estas, surgieron los primeros modelos del cosmos.




Importante Un modelo es una representación abstracta o concreta que permite explicar cómo ocurre un determinado fenómeno

El modelo de Aristóteles Según Aristóteles (384 a. C. - 322 a. C.), el universo estaba constituido por dos regiones esféricas, separadas y concéntricas. La Tierra, que ocupaba el centro del universo, era la región de los elementos: fuego, aire, agua y tierra. Más allá, en la esfera lunar se encontraba la región etérea de los cielos, cuyo único elemento era la incorruptible quinta esencia.

Esfera de estrellas fijas.

Los movimientos de todos los astros situados en esferas concéntricas con la Tierra eran perfectos, es decir, circulares, uniformes y perpetuos. Al igual que en el modelo de la escuela de Pitágoras, el universo terminaba en la esfera de las estrellas fijas. Los aportes de Aristóteles al conocimiento occidental superan los de cualquier otro filósofo de su época, ya que definió los primeros conceptos que darían origen a la mecánica. Aristóteles afirmaba que los cuerpos tienden a ocupar su lugar natural (si no son obstaculizados para ello). Los cuerpos ligeros tienden a ir hacia arriba y los pesados, hacia abajo. Estos son los movimientos naturales y los demás movimientos son “forzados”. Según Aristóteles, todo movimiento ocurre porque existe un “motor” que lo ocasiona. En los movimientos naturales, el motor es eterno y está en el cuerpo que se mueve; en los forzados, el motor es externo y origina el movimiento.

Saturno Sol

Venus Tierra

Marte

Mercurio

La principal idea que introdujo Aristóteles fue que, para mantener o producir un movimiento de un cuerpo, es necesaria una fuerza. Aunque sabemos que muchas de estas afirmaciones no son correctas (ya que procedían de la observación simplista de la naturaleza), estuvieron asentadas durante más de dos mil años e influyeron en el pensamiento social de diferentes épocas.

Luna

Júpiter

Modelo planetario de Aristóteles.

Actividad grupal

Analicemos el modelo de Aristóteles

En parejas, respondan las siguientes preguntas a partir del modelo propuesto por Aristóteles sobre el universo. a. ¿Cuál(es) de los planteamientos propuestos por Aristóteles es(son) más cercanos a lo que se acepta actualmente en la ciencia y cuál(es) no?Fundamenten. b. ¿De qué manera, el conocimiento científico permite validar o rechazar el modelo de Aristóteles? Expliquen. c. ¿De qué manera influyen las características de la época en los postulados planteados en este modelo?

R D C




Lección 

El modelo de Ptolomeo Claudio Ptolomeo (100-170 d. C.) fue uno de los más célebres astrónomos de la Antigüedad. Su modelo del universo, descrito en la obra Almagesto, es geocéntrico (la Tierra situada en el centro), al igual que el de Aristóteles. En el sistema de Ptolomeo, las estrellas se describen como puntos en la esfera celeste que giran en torno a la Tierra y que mantienen una distancia fija entre ellos, lo que justifica que pertenezcan a una sola esfera. El Sol y la Luna presentan un movimiento diferente al de los planetas. Para ajustar el modelo a los datos experimentales, Ptolomeo introdujo el concepto de excentricidad de las trayectorias, es decir, un desplazamiento del centro de la órbita (Ex) respecto al centro de la Tierra. También incorporó a su modelo otra modificación, que consistía en que la velocidad angular de las trayectorias debía ser constante respecto de un punto al que denominó ecuante (E c).

mujeres en la historia En el siglo III vivió en Alejandría la célebre matemática y astrónoma Hipatia quien fuera hija y discípula del astrónomo Teón Ella realizó importantes aportes en geometría álgebra y astronomía introduciendo además notables mejoras a algunos instrumentos de observación astronómica como el astrolabio En el año  se estrenó la película inspirada en su vida Ágora del director Ale jandro Amenábar

Luna

Ec

Ex

Tierra

Modelo planetario de Ptolomeo.

Los ajustes que Ptolomeo realizó a las órbitas permitieron explicar las diferencias de tamaño y brillo que pueden observarse en el Sol y la Luna, así como los cambios de velocidad del Sol a lo largo de su trayectoria. Actividad grupal

Analizando la cosmovisión de los pueblos andinos

Reúnanse en parejas y lean la siguiente información: La whipala (imagen del costado) es un emblema de los pueblos originarios y expresión del pensamiento filosófico andino. En su contenido manifiesta el desarrollo de la ciencia, la tecnología, la filosofía y el arte, de manera que cada color, representa lo siguiente: blanco: El tiempo y la dialéctica (jaya-pacha); Amarillo: La energía y la fuerza (ch´ ama-pacha); Anaranjado: La sociedad y la cultura andina; Rojo: El planeta Tierra (aka-pacha); Violeta: La política y la ideología andina; Azul: El espacio cósmico (araxa-pacha). Es la expresión de sistemas estelares del universo y los efectos naturales que se sienten sobre la Tierra, es la astronomía y la física, es la ley de gravedad y Verde: La economía y la producción andina. ¿Cómo se relaciona la cosmovisión de los pueblos andinos con los modelos del universo? 


En el modelo propuesto por Ptolomeo, el centro de la órbita se desplazaba, con lo cual se explicaban las diferencias en el brillo de la Luna y del Sol.

La parte más confusa del modelo de Ptolomeo es aquella que explica el movimiento de los planetas. Ptolomeo observó que estos realizaban movimientos retrógrados, es decir, volvían sobre su trayectoria formando lazos en la esfera celeste. Para justificarlos utilizó un movimiento compuesto por dos rotaciones, tal como se representa en el siguiente esquema: El movimiento retrógrado del planeta se denomina epiciclo.

El planeta gira alrededor de un punto que era el que, en realidad, se mueve en una órbita circunferencial con respecto a la Tierra.

La órbita alrededor de la Tierra se denomina eclíptica.

Esquema del movimiento retrógrado.

Un modelo sencillo de epiciclos no daba respuesta a las órbitas de algunos planetas, por lo que hubo que introducir varios epiciclos, e incluso, epiciclos dentro de otros epiciclos. Sin embargo, Ptolomeo justificó su modelo prediciendo eclipses de Sol y de Luna. Estos resultados fueron muy útiles para el desarrollo de la astrología, de gran interés en su época. Por esta y otras razones, el modelo de Ptolomeo se mantuvo vigente por casi catorce siglos. Actividad grupal

Comparemos los modelos geocéntricos

Reúnanse en parejas y completen la siguiente tabla, en la cual deben consignar las similitudes y diferencias entre los modelos de Aristóteles y de Ptolomeo. Comparación entre los modelos de Aristóteles y de Ptolomeo Similitudes

Diferencias




Lección 

El modelo de Copérnico Muchos siglos después de Ptolomeo, el astrónomo Nicolás Copérnico (1473-1543) se preguntó si podría desarrollar un modelo que describiera el movimiento de los astros y que fuera más simple. Para Copérnico, el Sol debería desempeñar un papel único en el universo debido a su mayor tamaño con respecto al resto de los planetas, ya que es el que ilumina y proporciona calor a la Tierra. Desde la Tierra, Copérnico observó que Mercurio y Venus tenían un brillo variable a lo largo del año, lo que parecía indicar que las distancias con respecto a la Tierra también variaban. No era, por tanto, concebible que girasen alrededor de la Tierra y sí que lo hicieran alrededor del Sol. ¿Por qué no podía suceder lo mismo con los demás planetas? Este planteamiento le permitió justificar los aparentes epiciclos que había introducido Ptolomeo. Esto se explica mediante el siguiente esquema: Representación del movimiento retrógrado (epiciclo) propuesto por Ptolomeo.

E

Según Copérnico, las órbitas de la Tierra y la del planeta se movían simultáneamente (desde las posiciones A hasta la E). Esto explica que desde la Tierra, el planeta se observa (aparentemente) realizando un movimiento retrógrado.

A B

D

C D

E D

C C

B

A Planeta B

A

E

Tierra

Al situar al Sol en el centro, al modelo de Copérnico se le denomina heliocéntrico (del griego helios = Sol y kentron = centro).

Esquema del movimiento retrógrado.

Esferas de estrellas fijas

Todas las conclusiones de Copérnico fueron publicadas de forma póstuma en 1543, en la obra Sobre las revoluciones de los cuerpos celestes (escrita en el transcurso de veinticinco años de trabajo). Hoy en día, se considera la obra de Copérnico como revolucionaria, ya que impulsó una serie de cambios que se consolidarían con la denominada “revolución científica”.

Venus

Tierra

Sol Mercurio

En la representación del modelo de Copérnico, el Sol se sitúa en el centro y los planetas giran en torno a él.

Marte

Saturno

Modelo planetario de Copérnico.




Los aportes de Tycho Brahe Tycho Brahe (1546-1601), un destacado astrónomo danés, se dedicó desde muy pequeño al estudio y observación de los astros. El origen habría sido la profunda impresión que le provocó el eclipse solar de 1560. En 1572 una estrella apareció en la constelación de Casiopea alcanzando la luminosidad de Júpiter y después desapareció. Tycho la observó durante un año y medio, tratando de calcular con sus instrumentos y conocimientos la distancia con el método del paralaje. Ahí, se dio cuenta de que la estrella carecía de paralaje, lo que equivalía a admitir que se encontraba a una distancia infinita. Tycho Brahe publicó los resultados de su trabajo, provocando con él una verdadera revolución en el campo de las creencias astronómicas, ya que por primera vez se demostró que las esferas superlunares no eran en absoluto inmutables, contrariamente a la opinión de Aristóteles. Según sus mediciones y observaciones, Tycho Brahe propuso el siguiente modelo planetario.

Importante La paralaje en es un método de medición de las distancias astronómicas y puede ser utilizado para determinar la distancia desde la Tierra a estrellas relativamente próximas La paralaje sirve de base a la unidad de distancia interestelar llamada Parsec Un parsec es igual a  años luz se define como la distancia a la que  unidad astronómica subtiende un ángulo de  segundo de arco (/ de grado)

Saturno

Júpiter

Venus Marte Mercurio

Sol

Luna

Tierra

Modelo planetario de Tycho Brahe. Actividad individual

Analizo los aportes de Tycho Brahe

Compara el modelo propuesto por Tycho Brahe con el modelo geocéntrico de Ptolomeo y el heliocéntrico de Copérnico. ¿Qué similitudes y diferencias observas? Comparación entre los modelos Similitudes

Diferencias




Lección 

Los aportes de Galileo Galilei Galileo Galilei (1564-1642) perfeccionó el telescopio, construyendo lentes de hasta treinta aumentos, lo que le permitió, entre otras cosas, observar las fases de Venus, hecho que lo hizo convertirse en un defensor del sistema copernicano. Algunos de sus hallazgos más importantes fueron los siguientes:

Encontró un gran número de estrellas nunca antes vistas y llegó a describir el rugoso relieve de la superficie de la Luna.

En 1610, descubrió los cuatro satélites mayores de Júpiter y, con ello, confirmó que otros cuerpos, diferentes a la Tierra, eran el centro de un sistema orbital.

Confiando en el apoyo de sus protectores y en su conocimiento, publicó en Florencia, en el año 1632, su obra Diálogo sobre los dos grandes sistemas del mundo. Un año después fue procesado por la Inquisición, ante la cual tuvo que retractarse de su teoría bajo amenazas. Finalmente, lo confinó hasta su muerte en su domicilio, cerca de Florencia. Actividad grupal

Analicemos los aportes de Galileo

En parejas, respondan las siguientes preguntas: a. ¿Cuál creen que fue el aporte de Galileo al desarrollo y consolidación del modelo heliocéntrico? b.. ¿De qué manera el contexto histórico influye en el conocimiento científico? Fundamenten.

Desarrollo de la misión Ahora que conoces todas las teorías y modelos que se han desarrollado a lo largo del tiempo para explicar el origen y la evolución del universo, reúnete con tu equipo de trabajo y elaboren el cortometraje que les permita evidenciar estos conocimientos. Identifiquen las evidencias que utilizarán para llevar a cabo esta misión.




C i e n c i a, t e c nologí a y s oc i e d a d

La materia oscura El descubrimiento de la materia oscura se produjo cuando los científicos midieron la velocidad de las estrellas de una determinada galaxia. Producto de ello se observó que la velocidad de las estrellas periféricas (más alejadas del núcleo) era mucho mayor que la velocidad calculada teóricamente. Cuando se quiso calcular la masa que producía una mayor velocidad sobre las estrellas periféricas, se determinó que esta era mucho mayor que la masa observable. Como única respuesta a este problema surgió el concepto de masa o materia oscura, la cual solo puede ser observada por sus efectos gravitacionales. Por otra parte, si bien el espacio interestelar es principalmente vacío, existe una densidad extremadamente pequeña de energía. A dicha energía invisible se la denomina energía oscura. El origen y naturaleza de esta aún es materia de estudio, pero se cree que es la más abundante en el universo, llegando a representar Cierre de la misión el 75 % de la energía total. Según las últimas observaciones, se cree que la energía oscura sería la responsable de la expansión acelerada del universo.

¿De qué manera se construye el conocimiento con las investigaciones realizadas por los científicos? i ó n c i z a c a t b e t fi í l f a i e n A c

Cierre de la misión Al comienzo de la lección te invitamos a crear un cortometraje que explicara el origen y evolución del universo. ¿Qué evidencias consideraron para desarrollar el cortometraje?


Reflexiono sobre lo que prendí

R D C

Lee y comenta las siguientes preguntas con tus compañeros, para conocer si alcanzaste el propósito de la lección. Contenido ¿Consideras que debes reforzar alguno de los contenidos trabajados en esta lección? ¿por qué? ¿Qué conceptos te gustaría seguir profundizando?

Habilidades/Estrategias ¿De qué manera el uso de modelos gráficos permite comprender mejor el mundo que nos rodea? ¿Consideras que elaborar esquemas es una buena estrategia de aprendizaje? Fundamenta

Actitudes ¿Cómo evoluciona el conocimiento científico? ¿De qué manera influye el aporte de los científicos sobre la forma en que comprendemos el mundo?






Representa

 Gabriel desea representar las características principales de los modelos de Ptomoleo y Copérnico.

Para ello, ayúdalo completando los siguientes pasos: a. Completa la siguiente tabla, identificando las similitudes y diferencias entre el modelo de Pto-

lomeo y el de Copérnico. Comparación entre los modelos de Ptolomeo y de Copérnico Similitudes

Diferencias

b. Dibuja un esquema que represente cada uno de los modelos.

Modelo de Ptolomeo

Modelo de Copérnico

Explica

 A partir de los modelos de Ptomoleo y Copérnico, responde las siguientes preguntas: a. ¿Qué evidencias respaldaban a cada uno de los modelos? b. ¿Qué hecho hizo que el modelo de Ptolomeo no fuera viable? c.. ¿Qué hechos y creencias contribuyeron a que el modelo geocéntrico se mantuviera hasta el

siglo XV? d.. ¿Qué importancia les atribuyes a las evidencias en ciencias? Fundamenta. Explica

 A partir de sus mediciones respecto de las galaxias, Hubble construyó el siguiente gráfico: 1.000 ) s / m k ( l 500 a i d a r d a d i c o l e V

0

-500 1

2

Distancia (106 parsecs)

A partir del gráfico, ¿por qué se puede afirmar que las galaxias se están alejando? Fundamenta. 


Analiza

 Eduardo encuentra en un libro de consulta la siguiente secuencia del espectro cósmico de una galaxia. Secuencia 1: espectro en reposo

Secuencia 2: corrimiento del espectro

a. ¿Qué corrimiento se observa en la secuencia? b. ¿Qué consecuencia tiene este tipo de corrimiento? Analiza



La galaxia Andrómeda, al contrario de lo que ocurre con muchas otras galaxias, se está acercando a la Vía Láctea. Si posee el siguiente espectro en reposo:

a.

¿Hacía donde se verán desplazadas sus líneas espectrales?

b.

¿Qué evidencias consideraste para dibujar las líneas espectrales?

¿Cómo voy? Revisa tus respuestas y, según los resultados que hayas obtenido, marca con  el nivel de desempeño correspondiente. Si es necesario, pídele ayuda a tu profesor o profesora. Indicador Comparé los modelos planetarios a partir de evidencias

Ítem y

Habilidad Representar y explicar

Nivel de desempeño L Dos ítems correctos ML Un ítem correcto PL Ningún ítem correcto

Comprendí que el universo cambia y se expande

  y 

Explicar y analizar

L Tres ítems correctos ML Dos ítem correcto PL Uno o ningún ítem correcto

L = Logrado ML = Medianamente logrado PL = Por lograr


2

3

He comprendido el origen y evolución del universo considerando las evidencias He empleado diferentes estrategias para trabajar los aprendizajes de la lección He identificado los aportes de científicos y su contexto histórico Física • ° Medio



Lección

Las leyes del universo Propósito de la lección ¿Por qué los planetas giran alrededor del Sol? ¿Será por la misma razón que la Luna gira en torno a la Tierra? Desde pequeños hemos observado el movimiento de la Luna y contemplado sus fases, pero ¿por qué la Luna orbita la Tierra y la Tierra al Sol?

En esta lección, aprenderás sobre las leyes que explican el comportamiento de los cuerpos celestes en el universo, para que puedas mostrar curiosidad, creatividad e interés por conocer y comprender los fenómenos del entorno natural y tecnológico.


El aterrizaje del Curiosity en Marte El 6 de agosto del 2012, aterrizó en la superficie de Marte la misión Mars Science Laboratory, conocida como Curiosity. El vehículo robotizado y desarrollado por la NASA se encuentra estudiando la superficie marciana. Los objetivos de la misión son analizar posibles manifestaciones de vida en el planeta, así como sus condiciones de habitabilidad para la futura llegada del ser humano y el establecimiento en una base. Para el aterrizaje, se eligió una zona de una superficie de unos 500 km 2, ubicada dentro de un cráter, donde se piensa que podría haber existido un antiguo océano, por lo que es de especial interés para el ob jetivo de la misión. El descenso del Curiosity debía tardar aproximadamente siete minutos, y para que resultara exitoso, las etapas del aterrizaje debieron ser planeadas segundo a segundo, tal como se describe a continuación. Durante los primeros cuatro minutos, luego de la entrada de la cápsula a la atmósfera marciana, se experimentó la primera y mayor desaceleración, producto del roce con la atmósfera, lo que también generó que la coraza protectora de la cápsula alcanzara una temperatura cercana a 900 °C. Como la atmósfera de Marte es 100 veces menos densa que la de la Tierra, la cápsula fue desacelerada solo a 1600 km/h. Durante los dos minutos siguientes, para disminuir aún más la velocidad, se utilizó un paracaídas supersónico. El roce del paracaídas con la atmósfera de Marte logró que la velocidad de la nave disminuyera a 320 km/h. En esta etapa se liberó la coraza protectora de calor y se comenzaron a recolectar datos para la última parte del aterrizaje. Finamente, durante el último minuto, se activaron retropropulsores y se separó la coraza posterior, activándose una grúa que, a través de cuerdas, bajó al Curiosity hasta tocar la superficie de Marte. Entonces, se cortaron las cuerdas y el sistema encargado de depositar al robot se alejó hasta dejarse caer a una distancia que no lo pusiera en riesgo. Fuente:www.nasa.gov




Misión Curiosity.

¿Qué beneficios crees que tiene conocer las características de Marte?

Ciencia al día

Por primera vez en la historia, una sonda aterriza en un cometa El 2 de marzo del año 2004, la Agencia Espacial Europea (ESA) lanzó la sonda espacial Rosetta, cuya misión era orbitar el cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko y lograr que un módulo de investigación, Philae, se posara sobre su superficie. Para obtener el impulso gravitacional necesario para su viaje, Rosetta necesitó orbitar tres veces a la Tierra y una vez al planeta Marte. Esta manera de obtener impulso es similar al deporte del lanzamiento del martillo, ya que cuando el deportista gira, le entrega al martillo la energía necesaria para que este alcance la mayor distancia posible. El 6 de agosto de 2014, después de 10 años de viaje, Rosetta logró acercarse a unos pocos kilómetros del cometa 67P. Luego, en noviembre del mismo año, la sonda liberó al módulo Philae, el que se aproximó al cometa desde una distancia de 22 kilómetros, alcanzando su superficie después de siete horas. Antes de posarse de forma definitiva en la super ficie, Philae rebotó un par de veces, esto se produjo porque la fuer za de atracción gravitacional que el cometa ejerce sobre el módulo e s muy baja (aproximadamente 10 000 veces menor que la que ejerce la T ierra sobre él). Una vez que el módulo logró anclarse a la superficie del cometa, comenzó a enviar datos y fotografías, que han sido analizadas por los científicos. Ellos han determinado, inicialmente, que la superficie del cometa es más compacta de lo que se pensaba y que existe una gran cantidad de hielo bajo su superficie.

Sonda espacial Rosetta.

Al margen de los datos y fotografías enviadas por el módulo, el gran mérito de la misión se relaciona con el hecho de haber logrado posar un módulo en la superficie de un cometa, cuyo tamaño relativo es ínfimo, en comparación con otros cuerpos celestes de nuestro sistema solar. Fuente: ESA.

¿Qué características sabes de la fuerza gravitacional?

i ó n a c z i t c a b e t fi í f a e n l A i c

Inicio de la misión En esta lección tendrás la misión de explicar una de las consecuencias de las leyes que rigen en el universo. Para ello, podrás escoger la estrategia que desees para comunicar el resultado de tu misión. Para comenzar, reúnete con tres compañeros y consideren que a lo largo del texto han realizado videos, diseñado afiches y hasta escrito la letra de una canción. Pueden escoger cualquiera de las estrategias utilizadas en las lecciones anteriores o bien proponer una nueva. Para ello, utilicen el siguiente espacio.




Lección 

Tema 1

Las leyes de Kepler

El movimiento de los planetas en el sistema solar posee cier tas características. Por ejemplo, sabemos que la T ierra, en particular, demora aproximadamente 365 días en dar una vuelta completa alrededor del Sol, pero ¿cuánto tiempo demoran los demás planetas? En este tema, podrás comprender cualitativamente diversos fenómenos y estructuras cósmicas, por medio de las leyes de Kepler, las cuales te permitirán explicar las características del universo por medio de las evidencias.

Indaguemos

¿Sabes quién fue Kepler? Y ¿cuáles fueron sus postulados?


Objetivo: Realizar una construcción geométrica. Habilidad: Representar e inferir las características de las orbitas planetarias. Actitud: Interés por comprender el entorno natural. Tiempo: 15 minutos.

Actividad grupal

Reúnanse en grupos de tres integrantes y consigan un trozo de hilo, dos chinches, cinta adhesiva, un trozo de cartulina blanca y un lápiz. Luego, realicen el siguiente procedimiento: 1. Utilizando cinta adhesiva, fijen la cartulina a la superficie de una mesa. 2. Claven los dos chinches sobre la cartulina, espaciados unos 15 cm, y a marren los extremos del hilo a cada uno de ellos. 3. Utilizando el hilo como guía, tracen una figura alrededor de los chinches, tal como se muestra en la imagen. a. ¿Qué figura resultó?, ¿qué elementos reconocen en ella?

b. ¿Piensan que los planetas puedan seguir órbitas similares a las dibujadas en la cartulina? Expliquen. Montaje del procedimiento experimental.

Tengan precaución al manipular los materiales de la actividad. Advertencia:

c.. ¿De qué manera creen que el uso de la geometría ayuda a comprender mejor el las características de las órbitas planetarias? Expliquen.

En la actividad anterior trazaste una figura geométrica llamada elipse, la cual gracias a las observaciones realizadas por Kepler, representa el movimiento de los planetas alrededor del Sol, tal como plantea la primera ley de Kepler. Planeta

Primera ley de Kepler Si bien Kepler pensaba que las órbitas planetarias eran circulares, tras cuatro años de observaciones sobre Mar te, llegó a la conclusión de que los datos colocaban a las órbitas ocho minutos de arco fuera del esquema circular de Copérnico. Además, comprobó que este hecho se repetía para todos los planetas. De esta manera, descubrió que la elipse era la mejor curva que podía describir el movimiento planetario, estableciendo que: Los planetas describen órbitas elípticas alrededor del Sol, el cual está situado en uno de sus focos. 


Sol

Representación 1° ley de Kepler.

Segunda ley de Kepler Otro hecho observado por Kepler fue que la velocidad de los planetas dependía de su posición en la órbita. Intentó, entonces, encontrar una relación matemática que permitiera definir dicha velocidad y, partiendo de hipótesis incorrectas, llegó sorprendentemente a un resultado correcto. El radio vector (o vector posición) de un planeta con respecto al Sol barre áreas iguales en tiempos iguales. P2

Si un planeta tarda el mismo tiempo en ir desde P 1 a P’1 que en ir de P 2 a P’2, entonces las áreas A 1 y A2, indicadas en la imagen, son iguales. En consecuencia, un planeta se mueve más rápido cuando está más próximo al Sol que cuando está más alejado. La elipse que se muestra en la imagen solo es un modelo para explicar la primera ley de Kepler, ya que las órbitas elípticas de los planetas son casi circulares.

Perihelio

P’1

A2

Afelio

A1 R a d i o v ec t o r

Sol

P1

P’ 2

Representación 2° ley de Kepler.

Kepler nunca pudo dar una explicación matemática a esta ley obtenida de forma empírica, ya que la herramienta matemática para su demostración, el cálculo diferencial, se desarrollaría medio siglo más tarde, con los trabajos de Leibniz y Newton.

Tercera ley de Kepler Kepler enunció su tercera ley como consecuencia de su inquietud por encontrar un modelo general para todos los planetas, algo que dirigiese ese aparente orden del universo. Hasta entonces, cada planeta parecía tener su órbita propia y su velocidad independiente del resto. Buscó esta regla incluso dentro de la armonía musical. Sin embargo, la solución la volvió a encontrar en las mediciones de Tycho Brahe. La tercera ley muestra la relación entre los tamaños de las órbitas y el tiempo que emplean los planetas en recorrerlas. Semieje mayor (a)

Los cuadrados de los períodos de revolución de los planetas alrededor del Sol (T) son directamente proporcionales a los cubos de los semiejes mayores, o radios medios (a):

T2 = K  a 3 Donde K es una constante de proporcionalidad, igual para todos los planetas, que solo depende de la masa del Sol. En su conjunto, las leyes de Kepler permitieron describir con rigor matemático cómo se movían los planetas. Sin embargo, la causa de dicho movimiento sería resuelta por Isaac Newton, como veremos más adelante.

r o n e m e j E

F’

F 0

Eje mayor




Lección 

Desarrollo de estrategias Aplicando la tercera ley de Kepler. Situación problema Sandra y Ricardo averiguan que la distancia media entre el Sol y el planeta Urano es de aproximadamente 19,18 UA (unidades astronómicas) y que el valor de la constante K para el sistema solar es K = 2,976 · 10 – 19 s2/m3 (en unidades del Sistema Internacional), y se preguntaron si solo a partir de esta información podían determinar su período orbital. Después de investigar, decidieron aplicar la tercera ley de Kepler para calcular el período orbital del planeta Urano. PASO 1 Identifico las incógnitas En el problema, debemos determinar el período orbital, el que se designa con la letra T. Para poder resolverlo, es importante considerar que una unidad astronómica (UA) corresponde a 149 597 870 700 m (que es la distancia media entre el Sol y la Tierra). PASO 2 Registro los datos Constante de proporcionalidad K = 2,976 · 10 –19 s2/m3. Como la órbita del planeta Urano es aproximadamente circunferencial, es posible considerar que el semieje mayor (a) es igual a la distancia media entre el Sol y Urano, es decir

a = 19,18 UA = 2,869 · 1012 m. PASO 3 Aplico los modelos El modelo matemático que emplearemos es el que representa la tercera ley de Kepler:

T2 = K  a 3 Remplazando los valores, se obtiene:

T2 = 2,976 · 10–19 s2/m3 · (2,869 · 1012 m)3 Al desarrollar la potencia, resulta:

T2 = 2,976 · 10 –19 s2 /m3 · 2,362 · 1037 m3 Calculando el producto, se obtiene:

T2 = 7,030 · 1018 s2 Finalmente, se despeja el período orbital (T):

___________ T = √ 7,030 · 10 10 s 2

T = 2 651 284 971,48 s




Para obtener el valor del período orbital en años, debemos dividir el resultado anterior por la cantidad de segundos que posee un año, es decir, 31 536 000.

2 651 284 971,48 T = _______________ ≈ 84,07 años 31 536 000 PASO 4 Escribo la respuesta A partir de la tercera ley de Kepler, fue posible determinar que Urano completa un ciclo alrededor del Sol en aproximadamente 84 años. PASO 5 Aplico lo aprendido 1.

Macarena sabe que un año en Mar te equivale a 687 días terrestres, pero quiere conocer cuál es su radio orbital. Si ella considera que la órbita de Marte es aproximadamente circunferencial, ¿qué valor obtendrá para el radio orbital al aplicar la tercera ley de Kepler?

2.

La Tierra posee un período orbital de un año y el radio medio de su órbita es RT. Si suponemos que otro planeta se encuentra a una distancia de 3RT del Sol y que su órbita es aproximadamente circunferencial, ¿cuál será su período orbital?

3.

Júpiter posee un período orbital de 11 años y 315 días (aproximadamente). Si consideramos que su órbita es circunferencial, ya que tiene una baja excentricidad, responde: a. ¿Cómo será el movimiento que describe Júpiter alrededor del Sol? Señala las características considerando las tres leyes de Kepler. b. ¿Cuál es la distancia media entre Júpiter y el Sol?

4.

¿Cuál será el semieje mayor de la órbita elíptica de un cometa, que completa un período en torno al Sol cada 150 años?

5.

Si el radio de la órbita circunferencial de un planeta A es cuatro veces el radio de la órbita circunferencial de otro planeta B. a. ¿En qué relación están los períodos de ambos planetas? b. ¿Qué características deberían evidenciar los planetas A y B alrededor de su estrella si cumplen con las leyes de Kepler? Fundamenta.




Lección 

Tema 2

La ley de gravitación universal de Newton

Antes de Newton, ya se admitía que la caída de los cuerpos se debía a la atracción que la Tierra ejercía sobre ellos. Sin embargo, dicha fuerza no había sido descrita matemáticamente. Kepler, por ejemplo, pensaba que la fuerza que mantenía a los planetas girando alrededor del Sol era inversamente proporcional al radio de la órbita, hecho que no había sido comprobado. En este tema, podrás comprender cualitativa y cuantitativamente diversos fenómenos a partir de la ley de gravitación, que te permitirán explicar las características del universo.

Indaguemos

¿Qué características posee la fuerza que mantiene a los planetas girando alrededor del Sol?


Objetivo: Establecer una relación entre fuerza y movimiento orbital. Habilidad: Representar e inferir las características de las órbitas planetarias. Actitud: Participar de forma activa en el desarrollo de un procedimiento utilizando correctamente herramientas tecnológicas. Tiempo: 15 minutos.

Actividad grupal

Reúnanse en grupos de tres integrantes y consigan un objeto pequeño, como un sacapuntas o una goma, hilo y una cámara (pueden utilizar la cámara de un celular). Luego, realicen el siguiente procedimiento: 1. Amarren el hilo al objeto y háganlo girar, tal como se representa en la imagen. 2. Modifiquen el largo del hilo y repitan el procedimiento. En cada caso, graben un video. 3. Luego, respondan las siguientes preguntas: a. ¿Qué fuerza posibilita que el objeto gire? Expliquen.

b. ¿Hacia dónde actúa dicha fuerza? Dibujen un diagrama para representar la fuerza.

c. Si mantienen la frecuencia de giro, ¿varía la fuerza necesaria para hacer girar el objeto al aumentar el largo del hilo? Expliquen. Montaje del procedimiento experimental.

d. ¿De qué manera, los videos les permitieron procesar mejor los resultados de la experiencia?

En la actividad anterior pudimos observar que para que un cuerpo describa una trayectoria circunferencial respecto de un punto, debe actuar una fuerza. Cuando Newton trató de explicar la fuerza de atracción gravitacional, utilizó el siguiente ejemplo. Si se lanza un proyectil desde una montaña muy alta, este describirá una trayectoria curva hasta caer a la superficie de la Tierra (observa la imagen de la derecha). Sin embargo, si el proyectil es lanzado con mayor velocidad, la curva descrita será cada vez mayor. Así, llegará un punto en que el proyectil no chocará en el suelo, sino que podrá entrar en una órbita cerrada alrededor de la Tierra, es decir, quedará en una caída permanente 


Usando el ejemplo anterior, Newton pensó que la Luna experimenta una fuerza que la hace “caer a la Tie rra” en una caída libre, producto de la cual describe una órbita circunferencial. Newton consideró que la fuerza que ejerce la Tierra sobre la Luna es la misma que la que ejerce sobre cualquier cuerpo situado en la superficie terrestre, es decir, la fuerza de atracción gravitacional. Extendió dicha atracción a todos los astros del universo y, finalmente, concluyó que la gravedad es atributo de todos los cuerpos y es proporcional a la cantidad de materia contenida en cada uno, estableciendo la ley de gravitación universal. Todos los cuerpos del universo se atraen con una fuerza que es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. M  m F = G  ______

r2

Donde M1 y M2 son las masas de los cuerpos que interactúan, r es la distancia de separación entre ellos y G es conocida como la constante de gravitación universal y cuyo valor en unidades del Sistema Internacional es

G = 6,67  10–11 N  m2 /kg2 Desde que Newton dedujo la ley de gravitación hasta que la publicó transcurrieron casi veinte años. ¿Por qué dicho retraso? Se piensa que aquello se debió a que no había resuelto el problema de que la Tierra no fuera una masa puntual (un cuerpo cuya masa se concentra en un solo punto). En efecto, para estudiar el movimiento de caída de una piedra, es necesario evaluar la atracción total de una esfera homogénea sobre una partícula situada fuera de ella. Cada parte de la esfera atraerá la partícula con una fuerza distinta, de acuerdo a la distancia a la que se halle. Finalmente, tras laboriosos cálculos, Newton resolvió el problema: la atracción de la esfera actúa como si toda su masa estuviera concentrada en el centro. Si M es la masa de la Tierra y R es su radio, la fuerza ejercida sobre un cuerpo de masa m situado a una altura h sobre su superficie responde a la ley de gravitación, es decir: M  m =G  _______ M  m F = G  ______

r2

m

h

M

R

(R + h)2

La importancia de la ley de gravitación comenzó a valorarse inmediatamente; el propio Newton pudo ir dando explicaciones a diversos fenómenos como: • Las perturbaciones de la Tierra y de Júpiter a causa de su rotación. • El origen de las mareas. • Las trayectorias de los planetas. • El cambio en el eje de rotación de la Tierra.

La imagen no se encuentra a escala.

R D C





ficas habilidades cien tí median te un taller de

Conducir rigurosamente una investigación científica: Determinando la aceleración de gravedad Objetivo: Determinar experimentalmente un valor para la aceleración de gravedad.

Habilidad: Procesar datos, concluir y evaluar.

Actitud: Mostrar interés por el conocimiento.

Situación problema Todos los cuerpos cercanos a la superficie terrestre caen hacia ella con una aceleración que se puede asumir como constante. Sin embargo, dependiendo del lugar geográfico donde estemos situados, la aceleración de gravedad puede experimentar pequeñas variaciones. Por ejemplo, para una misma latitud, la aceleración de gravedad es mayor a nivel del mar que en lo alto de una montaña. Ello, porque en el

primer caso se está más cerca del centro de la Tierra. La aceleración de gravedad depende principalmente de la masa de nuestro planeta, y para determinar su valor se han utilizados diversos métodos. En el siguiente taller, emplearemos un método experimental que nos permitirá obtener un valor aproximado de dicha magnitud. Reúnanse en grupos de cuatro integrantes y realicen el siguiente procedimiento.

Procedimiento experimental ¿De qué manera se puede determinar el valor de la aceleración de gravedad? Para dar respuesta a esta pregunta de investigación, es posible que piensen en diferentes métodos que permiten obtener la magnitud de la aceleración de gravedad. Sin embargo, les proponemos obtener su valor a partir de la oscilación de un péndulo simple. 1.

Reúnan los siguientes materiales: • un soporte, hilo, cinta métrica, un objeto que puedan suspender de él (como una esfera de acero o un candado pequeño); • un cronómetro (puede ser el que traen incorporado los teléfonos celulares).




2.

Utilizando los materiales, armen un péndulo de al menos 80 cm de largo (registren su longitud). Luego, hagan oscilar el péndulo (en amplitudes menores a 30°), determinando el tiempo en que tarda la masa en realizar seis oscilaciones completas. Recuerden que, en una oscilación, la masa debe ir y volver al mismo punto. Repitan este procedimiento cinco veces.

Organización de los datos Con los resultados obtenidos, completen la siguiente tabla: Tiempo empleado en realizar seis oscilaciones (t)

Período de cada oscilación T=t/6

    

Longitud del péndulo (L):

Tpromedio =

La expresión que utilizaremos para calcular la aceleración de gravedad corresponde a aquella que permite determinar el período de oscilación de un péndulo ( T) en función de su longitud (L). __

√

_ T = 2π _L g

Al despejar la aceleración de gravedad g obtenemos: 2  L ______ g = 4π T2

Análisis e interpretación de evidencias a. ¿Por qué creen que fue necesario calcular el período a par tir de seis oscilaciones y repetir el procedimiento cinco veces? ¿No hubiese bastado con medir el tiempo de una sola oscilación? b. ¿Hubo diferencia entre el valor que conocen de la aceleración de gravedad y el que determinaron? De ser así, ¿a qué lo atribuyen? c. ¿Habrían obtenido el mismo resultado si hubiesen realizado el experimento a 4000 m de altitud? Expliquen.

Evaluación de la investigación d. ¿Qué fuentes de error pudieron haber afectado sus resultados? e. ¿Fueron similares sus resultados a los del resto de las y los estudiantes de su curso? Expliquen. Comunicación de los resultados Para comunicar los resultados de este taller de habilidades científicas, elaboren un póster en el que se mencionen los objetivos, métodos y análisis aso ciados a su investigación.




Lección 

Tema 3

Los efectos de la fuerza de atracción gravitacional

La fuerza de atracción gravitacional es una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza: está presente en nuestra vida cotidiana y ha modelado la estructura de nuestro universo. A continuación, analizaremos algunos de sus efectos.

La caída de los cuerpos Uno de los efectos más notorios de la fuerza de atracción gravitacional es la caída de los objetos. Aristóteles pensaba que los cuerpos más pesados caían con mayor rapidez que los que eran más ligeros. Esta creencia estuvo arraigada por más de dos mil años. Fue Galileo quien demos tró que todos los cuerpos, independiente de su masa, caen con la misma aceleración en ausencia de roce. A partir de la ley de gravitación universal, se pudo determinar cuál era la aceleración con la que caían los cuerpos cercanos a la super ficie terrestre, cuyo valor es aproximadamente 9,8 m/s2.

Las mareas Las mareas, que corresponden a cambios periódicos en el nivel de los océanos, se producen por la fuerza de atracción gravitacional que ejercen el Sol y la Luna sobre la Tierra. Fue Isaac Newton, a través de su ley de gravitación universal, quien pudo explicar finalmente este fenómeno. Cuando el Sol y la Luna se encuentran alineados, se produce una mayor atracción gravitacional sobre las masas de agua. A las mareas que se generan a partir de esta situación se las denomina mareas vivas. A

B

En cambio, cuando la Luna se encuentra en las posiciones que muestran las imágenes B y D, la fuerza gravitacional ejercida por el Sol y la Luna sobre las aguas de los océanos tiende a contrarrestarse. En estas situaciones, se producen las denominadas mareas muertas. C




D

Al dejar caer una hoja de papel y una bola de acero desde la misma altura se puede observar que la bola llega antes Esto no ocurre porque la bola sea más pesada sino porque la resistencia del aire afecta más a la hoja que a la bola

Efectos sobre las estructuras cósmicas La fuerza de atracción gravitacional, que ocasiona que los objetos caigan a la superficie terrestre, también actúa sobre las grandes estructuras del cosmos. Es más, el universo a gran escala, que incluye planetas, estrellas, nebulosas, galaxias y estructuras mayores, se modela a partir de la interacción gravitatoria. A continuación, veremos que esta fuerza se hace presente en algunas de las estructuras cósmicas.

¿Cuáles son las ventajas y desventajas de los campos gravitacionales en la navegación espacial?

El movimiento de los planetas y otros cuerpos en torno al Sol se debe a la fuerza de atracción gravitacional. De manera similar, los planetas ejercen fuerza sobre los satélites que los orbitan.

La fuerza de atracción gravitacional permite que las estrellas formen agrupaciones. Estas pueden ser de unas cuantas decenas, de miles o de millones de ellas. En la imagen, se muestra el cúmulo globular M13.

Una galaxia es una estructura conformada por cientos de millones de estrellas, planetas, nebulosas, entre otros cuerpos. Todos ellos se encuentran unidos gracias a la fuerza de atracción gravitacional. Se sabe que en el centro de las galaxias existen agujeros negros (objetos de mucha masa) que ejercen una enorme fuerza de atracción gravitacional.

En el universo a gran escala, la atracción gravitacional hace que las galaxias se atraigan unas con otras, formando estructuras conocidas como cúmulos y supercúmulos. Se estima que en el universo existen al menos cien mil millones de galaxias.

Desarrollo de la misión Ahora que conoces las características de las leyes que rigen el universo y sus efectos, reúnete con tu grupo de trabajo y lleven a cabo su misión, de acuerdo a la estrategia que más les acomode. Recuerden que, en este caso, deben explicar una de las consecuencias de las leyes del universo. Física • ° Medio



Lección 

Desarrollo de estrategias Aplicando la ley de gravitación universal. Situación problema Susana desea determinar la magnitud de la fuerza con que la Tierra y la Luna se atraen. Para ello, averiguó que la masa de la Tierra es 5,97  1024 kg, que la masa de la Luna es 7,35  1022 kg y que la distancia media entre los centros de los dos cuerpos celestes es aproximadamente 384 400 km.

Además, la distancia entre la Tierra y la Luna debe ser expresada en metros, ya que es la unidad para la distancia en el Sistema Internacional. Por lo tanto, r = 384 400 km= 3,844 · 108 m. Remplazando los valores en la expresión anterior, obtenemos:

(

F = 6,67 ⋅ 10

–11

5,97 ⋅ 10 kg ⋅ 7,35 ⋅ 10 kg N ⋅ m 2 · ________________________ ______ 2 kg (3,844 ⋅ 10 8 m) 2 24

)

22

4,39 · 10 47 kg2 N ⋅ m 2 · ____________ F = 6,67 ⋅ 10 –11 ______ kg2 1,48 · 10 17 m 2

(

)

F = 1,98 · 1020 N

PASO 4 Escribo la respuesta La magnitud de la fuerza gravitacional con que la Tierra y la Luna se atraen es aproximadamente 1,98 · 1020 N. PASO 1 Identifico las incógnitas

PASO 5 Aplico lo aprendido

En el problema propuesto debemos aplicar la ley de gravitación universal de Newton. Dado que la órbita que efectúa la Luna alrededor de la Tierra es casi circunferencial, podemos utilizar la distancia media entre ambos. PASO 2 Registro los datos Los datos de los que disponemos los registramos en la siguiente figura:

1.

¿Cuál es la fuerza de atracción gravitacional que el Sol ejerce sobre la Tierra si la distancia que los separa es aproximadamente 1,5 ⋅ 10 8 km y la masa del Sol es 1,99 ⋅ 1030 kg? (Considera el valor de la masa de la Tierra utilizado en el taller desarrollado en estas páginas).

2.

En el siguiente esquema, se representan dos cuerpos celestes, A y B, que experimentan una fue rza de atracción mutua.

MT = 5,97 ⋅ 1024 kg

r=5⋅109 m

F=? r = 384 400 km

F=2,5⋅1020 N A

MT  ML F = G  _______ r2 Antes de remplazar los valores en dicha expresión, debemos recordar que la constante de gravitación universal es:

 m2 ______ G = 6,67  10–11 N kg2




B

Considerando los datos señalados en el esquema ¿cuál es la masa del cuerpo B?

PASO 3 Utilizo los modelos La ley de gravitación universal se representa mediante el siguiente modelo matemático:

MB=X

MA=6,3⋅1021 kg

ML = 7,35 ⋅ 1022 kg

3.

¿A qué distancia se encuentran dos planetas de igual masa (1,99 ⋅ 10 23 kg), si la magnitud de la fuerza de atracción gravitacional experimentada por ellos es de 2 ⋅ 1015 N?

4.

Utilizando la ley de gravitación universal, determina la aceleración de gravedad sobre un cuerpo de 1 kg de masa que se encuentra en las cercanías de la superficie terrestre. Para ello, considera que el radio medio de la Tierra es 6 378 km.

t e c nologí a y s oc i e d a d C i e n c i aCiencia en Chile ,

CIENCIA en

CHILE

Mujeres de ciencia en Chile Chile concentra una parte importante de la actividad astronómica a nivel mundial. Por esta razón, en nuestro país se emplazan los telescopios ópticos y radiotelescopios más grandes del planeta. Entre ellos se destacan el observatorio del cerro Tololo, La Silla, Las Campanas, el VLT y el proyecto ALMA. Producto de la intensa actividad astronómica, muchos astrónomos y astrofísicos chilenos participan de forma activa en el estudio de las estructuras cósmicas. Un ejemplo de ello es la as trónoma María Teresa Ruiz, quien fue la primera mujer en obtener el Premio Nacional de Ciencias Exactas, en 1997. Ella descubrió la primera estrella enana café, a la que nombro Kelu, que significa rojo en mapudungún. Una estrella enana café posee una masa que no le permite mantener reacciones de fusión nuclear de forma estable. Fuente: http://www.uchile.cl/portal/presentacion/historia/grandes-figuras/premios-nacionales/ ciencias-/6548/maria-teresa-ruiz-gonzalez

María Teresa Ruiz, Premio Nacional de Ciencias Exactas 1997.

¿Qué otras científicas o científicos chilenos conoces? i ó n c i z a c a t b e t fi í l f a i e n A c

¿Consideras que el Chile se releva el apor te de la mujer en ciencia?, ¿por qué?

Cierre de la misión Al inicio de la lección, te propusimos la misión de escoger una estrategia para comunicar y explicar una consecuencia de las leyes del universo. ¿Por qué escogieron la estrategia que desarrollaron?


¿De qué manera consideras que se puede mejorar la estrategia para i mplementarla en cualquier asignatura? Explica.

Reflexiono sobre lo que aprendí Lee y comenta las siguientes preguntas con tus compañeros para saber si alcanzaste el propósito de la lección. Contenido


¿Piensas que los conceptos estudiados en ¿Qué estrategias empleaste para utilizar esta lección son útiles para comprender el correctamente los modelos matemáticos mundo que te rodea?, ¿qué conceptos te de la lección? gustaría seguir profundizando?

Actitudes

¿De qué manera las evidencias permiten comprender mejor el entorno? ¿Qué importancia tiene el conocimiento en el estudio del universo?






Aplica

 Unos astrónomos detectan un sistema planetario que orbita una estrella situada a 20 años-luz de la Tierra. Mediante observaciones indirectas, descubren un planeta al que denominan H1, y que tiene un período orbital (TH1) de 2 años terrestres. Luego, detectan un segundo planeta (H2), que tiene un radio orbital cinco veces mayor que el de H1. A partir de esta información: a. Elabora un esquema que represente el sistema planetario.

b. Si las órbitas de ambos planetas son prácticamente circunferenciales, ¿cuál es el período orbital del planeta H2? c. En el sistema planetario, ¿se cumplen las leyes de Kepler? Fundamenta. Analiza

 Un planeta orbita una estrella describiendo una trayectoria elíptica, tal como se muestra en el siguiente esquema: 5

4 Planeta 1

Estrella

3 2

a. ¿En qué punto de la órbita, 1, 2, 3, 4 o 5, la velocidad del planeta será mayor? b.. ¿Qué ley te permitió responder la pregunta anterior? Explica

 ¿Qué hechos pudo explicar Newton a partir de su ley de gravitación universal? Escoge uno de los efectos terrestres y otro sobre las estructuras cósmicas para explicar.

Efectos terrestres




Estructuras cósmicas

Evalúa

 Cuando Claudio le explica a un amigo la segunda ley de Kepler, utiliza el siguiente esquema que representa la órbita de un planeta en torno al Sol.

A D Sʼ

S

C B

Claudio le dice que si los arcos AB y CD son recorridos en tiempos iguales, entonces S = 2S’. ¿Es correcta su afirmación? De no ser así, ¿cuál es la relación entre S y S’? Aplica

 Un satélite (1) de 400 kg orbita una estrella a una distancia de 1 UA, describiendo una trayectoria aproximadamente circunferencial. Otro satélite (2), con el doble de masa, también orbita la misma estrella, pero a una distancia de 4 UA. ¿Cuál es la relación entre las intensidades de la fuerza gravitacional que el planeta ejerce sobre ambos satélites? Sintetiza

 Confecciona una tabla resumen que organice los aprendizajes de esta lección. Considera los aportes de Kepler y Newton a la astronomía y los fenómenos que pudieron ser explicados gracias a sus leyes.

¿Cómo voy? Revisa tus respuestas y, según los resultados que hayas obtenido, marca con  el nivel de desempeño correspondiente. Si es necesario, pídele ayuda a tu profesor o profesora. Indicador

Ítem

Analicé y evalué diferentes situacio-    y  nes en las que se aplican las leyes de Kepler

Habilidad Aplicar analizar y evaluar

Nivel de desempeño L cuatro ítems correctos ML tres o d os ítems correctos PL uno o ningún ítem correcto

Reconocí las consecuencias de la ley de la gravitación universal y apliqué su modelo matemático

y

Explicar y aplicar

L dos ítems correctos ML un ítem correcto PL ningún ítem correcto

L = Logrado ML = Medianamente logrado PL = Por lograr


2

3

He utilizado correctamente las leyes de Kepler y de gravitación universal He empleado diversas estrategias para aplicar los modelos matemáticos He valorado la importancia de comprender el entorno natural




La CIENCIA se cons truye ¿Cuál es el destino del universo? En la actualidad, existen evidencias que permiten establecer que el universo se expande de forma acelerada. Sin embargo, cómo evolucionará o cuál será su destino es aún incierto. Para analizar los posibles destinos del universo, debemos considerar las diferentes posibilidades que existen. Para ello, es necesario considerar el balance existente entre la cantidad de masa y la fuerza de atracción gravitacional. A continuación, te invitamos a descubrir los posibles desenlaces del universo a partir de conocimiento que se tiene actualmente.



Unidad  • Universo

Trabaja con la información  ¿De qué factores depende la visión que tenemos del universo?  ¿Consideras que puede haber más teorías sobre el destino del universo? Fundamenta.  ¿Qué se necesita para formular una teoría sobre fin del universo? Argumenta. Física • ° Medio



Síntesis Utilizando una ESPINA DE PESCADO para ordenar los aprendizajes La espina de pescado se utiliza para organizar las principales ideas, conceptos y situaciones relacionados con los conocimientos. La principal finalidad de este organizador es representar una idea central o situación problema y las categorías que la explican o dan origen. En él puedes usar frases, conceptos, habilidades, actitudes, entre otros. A continuación, te invitamos a conocer los pasos para construir una espina de pescado para sintetizar los aprendizajes de esta unidad, y que te s ervirá como una entretenida estrategia de estudio.

1

El tema principal que se trabaja en esta unidad es la cosmovisión del universo.

PASO

2 PASO

Definir el tema principal

Identificar los subtemas Pueden ser conceptos, definiciones, características, expresiones matemáticas o lo que te parezca apropiado según el contexto. En este caso, para los modelos del sistema planetario del universo, tenemos los siguientes conceptos: Modelo heliocéntrico:

Sistemas Planetarios

modelo de Copérnico y contri buciones de Galileo Galilei. Modelo Geocéntrico:

modelo de Ptolomeo y aportes

de Tycho Brahe.

Identifica los subtemas de cada tema trabajado en el texto:

Origen del universo

Contenidos

Habilidades

Actitudes




Leyes de Kepler

Ley de gravitación universal

3

Construye el árbol gráfico Completa la espina de pescado representando los aprendizajes adquiridos en la unidad. Puedes incorporar más espinas si lo consideras necesario y ten presente que:

PASO



El tema principal se ubica en el centro de la espina.



En las espinas principales deben ir los temas y de ahí se derivan los subtemas.

Modelo de Copernico Modelo de Ptolomeo Modelo geocéntrico

Modelo heliocéntrico Contribuciones de Galileo Galilei

Aportes de Tycho Brahe

UNIVERSO

4 PASO

Reflexiona 

¿Por qué es importante mantener un orden para elaborar una espina de pescado?



¿En qué situaciones te sería útil emplear este organizador gráfico?

Física • ° Medio



Evaluación final

Para que conozcas cómo va tu proceso de aprendizaje, te invitamos a realizar las siguientes actividades. Relaciona

 Completa el siguiente mapa conceptual a partir de los aprendizajes adquiridos en la unidad.

Modelos del sistema solar

Ptolomeo propuso un modelo , en el que los planetas describían movimientos retrógrados en torno a la Tierra.

Copérnico explicó los aparentes epiciclos proponiendo un modelo .

La forma de las órbitas fueron perfeccionadas por: , quien propuso leyes.

.

Isaac Newton modeló matemáticamente la fuerza que explica las órbitas planetarias. Su modelo se conoce como: .

Copérnico explicó los aparentes epiciclos proponiendo un modelo

Analiza

 El siguiente esquema representa el movimiento retrógrado de los planetas propuesto por Ptolomeo mediante el concepto de epiciclo. Planeta

Analiza



Unidad  • Movimiento

Dibuja cómo se observaría un epiciclo de un planeta visto desde la Tierra. Para ello, emplea una secuencia, señalando las posiciones inicial y final del planeta.

 En una investigación, Macarena descubre que la trayectoria que describe un cometa en torno al Sol puede ser representada mediante el esquema de la derecha. a. Si la rapidez máxima del cometa ocurre cuando pasa por el punto 1, ¿en qué punto del esquema, 2, 3, 4 o 5, debería estar situado el Sol? Justifica tu respuesta.

5

1

b. ¿Qué ley, modelo o teoría permite responder la pregunta anterior?

2 3

4

Evalúa

 Diego analiza el siguiente gráfico, que muestra cómo varía la fuerza de atracción gravitacional en función de la distancia que separa una estrella de un determinado planeta. Gráfico de fuerza-distancia Fuerza

Distancia

Respecto del gráfico, Diego afirma lo siguiente: • La magnitud de la fuerza disminuye a medida que aumenta la distancia. • Existe una relación lineal entre la magnitud de la fuerza y la distancia. • La intensidad de la fuerza es directamente proporcional a la distancia. ¿Son correctas las afirmaciones realizadas por Diego? De no ser así, explica cuáles son incorrectas y por qué.

Correcta(s)

Incorrecta(s)

Analiza

 El colapso gravitatorio es el desmoronamiento hacia adentro de un cuerpo estelar debido al efecto de su propia gravedad hasta formar un agujero negro. Debido a que la gravedad es comparativamente más débil que las otras fuerzas fundamentales el colapso gravitatorio sólo es posible con grandes masas. A partir de esta información, ¿qué sistemas o estructuras cósmicas pueden sufrir un colapso gravitatorio?




Evaluación final Evalúa

 En un texto de astronomía, Ignacio observa las líneas espectrales de una galaxia en dos instantes de tiempo diferentes: Instante inicial

Instante posterior

A partir de las imágenes, Ignacio afirma que las líneas espectrales de la galaxia tienen un corrimiento al rojo que demuestra que dicha galaxia se acerca al observador. ¿Qué afirmaciones es(son) correcta y cual(es) incorrectas? Justifica.

Correcta(s)

Incorrecta(s)

Sintetiza

 Enumera las tres leyes de Kepler y, en caso de que sea necesario, realiza una representación gráfica del postulado.

1° ley de Kepler

2° ley de Kepler

3° ley de Kepler

Representación gráfica

Aplica

 El Big Bang es la teoría más aceptada sobre el origen del universo. Al respecto se han encontrado diversas evidencias que la validan. En el siguiente recuadro explica de qué manera cada uno de los hallazgos representa una evidencia del origen del universo.

Expansión del Universo




Radiación del fondo cósmico

Relaciona lo aprendido con Artes Musicales Gustavo Cerati (1959-2014) fue un músico, cantautor, compositor y productor argentino, considerado uno de los más influyentes y reconocidos músicos del rock latinoamericano. Escribió exitosas canciones como “El séptimo día”. Lee la letra a continuación y luego, responde las preguntas asociadas.

Odio este domingo híbrido de siempre, me da igual, me da igual. Es un beso en la pantalla del autocine sin gozar, sin gozar. El ojo de la aguja la punta de mi lengua es igual, es igual. En el comienzo fue un big-bang y fue caliente revolver, revolver... Sobre los títulos vi caer tu nombre y reaccioné, reaccioné. Solo dios sabe que es el séptimo día el abismo y la luna en el séptimo día no descansaré...

En este tiempo anfibio temo perderte por volar, por volar. El reino de los cielos la llave del averno es igual, es igual. En el séptimo día el abismo y la luna en el séptimo día. Solo dios sabe que es el séptimo día el abismo y la luna en el séptimo día no descansaré...

a. ¿A qué crees que hace mención Cerati con el séptimo día? b. ¿Qué sabes sobre el origen del universo respecto de lo que plantea alguna religión (o las religiones)? c. ¿Qué importancia consideras que tienen las evidencias científicas en la formulación de teorías como las del origen del universo? Fundamenta.

¿Cómo me fue? Revisa tus respuestas y, según los resultados que hayas obtenido, marca con  el nivel de desempeño correspondiente. Pídele ayuda a tu profesor o profesora. Indicador

Ítem

Empleé los modelos planetarios y la teoría del Big Bang para demostrar que el conocimiento sobre el universo cambia

    y 

Habilidad Relaciona analiza evalúa y aplica

Nivel de desempeño L Cuatro o cinco ítems correctos ML Tres ítems correctos PL Menos de tres ítems correctos

Expliqué diversas situaciones a par-   y  tir de las leyes de Kepler y la Ley de gravitación universal de Newton

Analiza evalúa y sintetiza

L Tres ítems correctos ML Dos ítems correctos PL Uno o ningún ítem correcto

L = Logrado ML = Medianamente logrado PL = Por lograr

Reflexiono sobre lo que aprendí ¿Recuerdas las metas y estrategias planteadas al inicio de la unidad? Si no las recuerdas, vuelve a revisar las páginas 178 y 179. Luego, reflexiona en torno a las siguientes preguntas. ¿Por qué es importante conocer el origen y evolución del universo?

¿Cómo desarrollaste la estrategia planteada al inicio de la unidad para el logro de tus metas?

¿De qué manera lograste valorar el conocimiento científico?




Anexos Aprendizaje basado en proyectos (ABP)

204

El aprendizaje basado en proyectos (ABP) es una metodología o estrategia de enseñanza en la que los estudiantes planifican, ponen en práctica, comunican y evalúan proyectos que tienen aplicaciones reales más allá de la clase. Los proyectos suelen ser interdisciplinares, centrados en el estudiante y con objetivos a largo plazo. Las raíces del aprendizaje por proyectos se encuentran en la aproximación constructivista emergente del trabajo de psicólogos y educadores como Vygotsky, Bruner, Piaget o Dewey, pero es a partir de 1990 cuando el Buck Institute for Education (Estados Unidos) empieza a promover el ABP y define y sistematiza dicho modelo de aprendizaje. El punto fuerte de esta estrategia metodológica es que los y las estudiantes lo encuentran divertido y motivante, suponiendo un reto para ellos y ellas porque juegan un rol activo en la elección del proyecto y en el proceso completo de su planificación, ejecución y comunicación. El desarrollo de proyectos estimula el crecimiento emocional, intelectual y personal de los y las estudiantes, los alienta a experimentar, descubrir, aprender de sus errores y enfrentar y superar retos difíciles e inesperados. Aprenden a dar retroalimentación constructiva tanto para ellos mismos como para sus compañeros(as) y a utilizar diferentes técnicas para la solución de problemas al compartir con otras personas y consensuar puntos de vista

diferentes. A continuación se desglosan algunas de estas y otras ventajas del uso de la metodología ABP en el aula. Con su aplicación los estudiantes: • Desarrollan habilidades y competencias, tales como la colaboración, la planificación, la comunicación, la toma de decisiones y el manejo del tiempo (Blank, 1997; Dickinson et al, 1998). • Aumentan la motivación. Se registra un aumento en la asistencia a la escuela, una mayor participación en clase y mejor disposición para realizar las tareas (Bottoms & Webb, 1998; Moursund, Bielefeldt, & Underwood, 1997). •


•

Integran los aprendizajes de la escuela con la realidad. Los estudiantes retienen mayor cantidad de conocimiento y habilidades cuando están comprometidos con proyectos estimulantes. Mediante los proyectos, hacen uso de habilidades mentales de orden superior en lugar de memorizar datos en contextos aislados, sin conexión. Se hace énfasis en cuándo y dónde se pueden aplicar en el mundo real (Blank, 1997; Bottoms & Webb, 1998; Reyes, 1998). Desarrollan habilidades de colaboración para construir conocimiento. El aprendizaje colaborativo permite a los estudiantes compartir ideas entre ellos,

Anexos

expresar sus propias opiniones y negociar soluciones, habilidades necesarias en el mundo laboral (Bryson, 1994; Reyes, 1998). •

Desarrollan habilidades para la solución de problemas y establecen relaciones de integración entre diferentes disciplinas (Moursund, Bielefeld, & Underwood, 1997).

•

Aumentan la autoestima. Los estudiantes se enorgullecen de lograr algo que tenga valor fuera del aula de clase y de realizar contribuciones a la escuela o a la comunidad (Jobs for the future, n.d.).

•

Se incrementan fortalezas individuales de aprendizaje y de sus diferentes enfoques y estilos (Thomas, 1998). Aprenden de manera práctica a usar la tecnología (Kadel, 1999; Moursund, Bielefeldt, & Underwood, 1997).

•

 aspectos a tener en cuenta sobre los proyectos 1. El aprendizaje está centrado en los estudiantes y dirigido por ellos y ellas con la ayuda del profesor(a). Los y las estudiantes no solo memorizan o recogen información sino que allí aprenden haciendo. Las clases convencionales se caracterizan porque los y las estudiantes están sentados en filas, orientados hacia el profesor(a) quien desde su posición les explica a los y las estudiantes, quienes escuchan en silencio. En el ABP los y las estudiantes crean el contenido, se enseñan unos a otros, planifican los tiempos y ejecutan el proyecto. El rol del profesor(a) es ayudar a los estudiantes a consensuar ideas y orientarles hacia el desarrollo de los contenidos. En el ABP, la mayor parte del tiempo es el estudiantado el que habla y el profesor o profesora escucha. La estructura tradicional del espacio del aula pierde sentido, ya que los estudiantes tendrán que moverse, levantarse, consultar diferentes fuentes, relacionarse con otros y obtener apoyo visual desde diferentes lugares, no solo la pizarra. 2. Tiene tres etapas bien definidas: planificar, ejecutar y comunicar. Es importante que los y las estudiantes conozcan bien estas etapas y que el profesor(a) ayude a definirlas. Cada una de las etapas debe tener una duración y unas tareas concretas. Con el tiempo los y las estudiantes son capaces de organizarse solos, pero al principio necesitarán la ayuda del profesor(a) para hacerlo. La primera etapa se caracteriza porque es de motivación hacia la tarea, de investigación previa y organización. La segunda etapa supondrá la mayor parte del tiempo del proyecto y se utilizará para la realización de las actividades encaminadas al desarrollo del producto

final. La última etapa será la exposición del proyecto a la comunidad escolar y su evaluación por parte de los integrantes, de sus pares y del o la docente. 3. El contenido es significativo para los y las estudiantes y está directamente conectado con su realidad. El ABP motiva al estudiante porque este siente que lo que aprende le es cercano y es importante para él o ella. Vincularlo con sus intereses y necesidades es esencial para conseguir el éxito del proyecto. El constructivismo se basa en el aprendizaje a partir de conocimientos o ideas previas y el ABP también, ya que es fundamental dar inicio al proyecto a partir de lo que ya conocen los estudiantes. 4. Incluye un proceso de investigación. Los proyectos permiten que los y las estudiantes profundicen en sus inquietudes y pongan a prueba sus ideas y ver hasta dónde pueden llegar sin ponerles un límite. El docente debe ayudar a filtrar qué información o ideas son más adecuadas o fiables, pero los estudiantes a medida que utilicen esta metodología podrán ir poco a poco adquiriendo la autonomía para obtener información por sí mismos y tras analizarla, poder hacer uso de ella. 5. Fija metas relacionadas con el desarrollo del currículum. El principal reto del docente es vincular el proyecto con el currículum y en ese sentido el Texto del Estudiante es una herramienta que facilita esa conexión, ya que incluye propuestas concretas de trabajo, además de las que pueda sugerir cada docente o los propios estudiantes. 6. Se promueve el desarrollo de competencias relacionadas con lo académico, con la vida y con el mundo laboral.

En la realización de los proyectos los y las estudiantes pondrán en práctica sus aprendizajes para obtener un producto, y son el tipo de inteligencias requeridas para estas acciones las que permitirán que los y las estudiantes obtengan aprendizajes estables y duraderos. 9. El producto final es presentado ante una audiencia que puede evaluar el trabajo. Compartir el trabajo final con una audiencia les permite a los estudiantes mostrar a los demás lo que han aprendido y obtener un feedback inmediato de su aprendizaje. Además, exponer los resultados del proyecto es un potente elemento motivador para los y las estudiantes. Algunas formas de presentar el proyecto pueden ser: realizar una presentación oral, una exposición en el patio del colegio, un congreso o una feria de ciencias con la comunidad de la zona; invitar a los padres a una charla, grabar un vídeo y subirlo a internet, crear un blog, entre muchas otras. 10. Le permite al estudiante evaluarse y reflexionar sobre su propio aprendizaje. El o la estudiante puede evaluar su propio trabajo y el del grupo a partir de la utilización de pautas que en algunos casos han podido ser diseñadas por el mismo equipo de trabajo. El proceso de autoevaluación es fundamental para desarrollar un pensamiento crítico y reflexivo sobre el aprendizaje. Las herramientas de aprendizaje en el ABP son reconocibles y perduran en el tiempo a través de portafolios, pósters, grabaciones, modelos, herramientas de uso tecnológico, entre diversas alternativas de aplicación y comunicación.

205

Bibliografía utilizada: Galeana, Lourdes(2006). Aprendizaje basado en proyectos . México: Revista digital Ceupromed, Universidad de Colima.

En el ABP el desarrollo de competencias cobra una mayor importancia por encima de la memorización de contenidos. Los proyectos ayudan a los y las estudiantes a adquirir destrezas relacionadas con la comunicación, la investigación, la reflexión, el autoconocimiento, la relación con los demás, el uso de diferentes lenguajes y nuevas tecnologías, entre otras. 7. Está centrado en el trabajo en equipo.


El trabajo en equipo permite realizar trabajos más elaborados y les permite a los y las integrantes desarrollar estrategias para aprender a trabajar juntos, dividir tareas o que puedan enseñarse unos a otros aprovechando los puntos fuertes de cada miembro del equipo. 8. Se obtiene como resultado final un producto tangible.


Anexos La metacognición La gran mayoría de los y las estudiantes puede beneficiar su aprendizaje con la guía de instrucciones explícitas y referidas a estrategias metacognitivas. Por ejemplo, un o una docente puede orientar a sus estudiantes mencionando en voz alta: ¿qué pueden hacer primero?, ¿qué más intentarían?, ¿qué tan bien está funcionando su estrategia?Este tipo de interrogantes les permite a los y las estudiantes pensar en cómo están haciendo lo que hacen mientras trabajan.

Es necesario impulsar y animar a los y las estudiantes hacia prácticas metacognitivas, ayudándolos a establecer criterios de referencia a través de preguntas que desencadenen una reflexión fructífera sobre sus propios procesos de aprendizaje. Se requiere un estilo de pregunta flexible y articulada, que genere diálogo. Puede ser necesario que los sujetos se ofrezcan a sí mismos como modelos en la búsqueda de sus motivaciones y de las razones que se esconden tras sus decisiones.

Clasificación de preguntas metacognitivas 1.

2.

206

3.

Preguntas dirigidas hacia el proceso: ¿Cómo lo has hecho? ¿Qué estrategias has usado para resolverlo? ¿Qué dificultades has encontrado? ¿Cómo las has resuelto? Preguntas que requieren precisión y exactitud: ¿De qué otra manera se podría haber hecho? ¿Hay otras opciones? ¿Estás seguro de tu afirmación? ¿Puedes precisar más tu respuesta? Preguntas abiertas, para fomentar el pensamiento divergente: ¿Hay alguna otra respuesta o solución? ¿Cómo ha resuelto cada uno la dificultad? ¿Qué harías tú en situaciones semejantes? ¿Por qué cada uno tiene respuestas distintas?

4.

Preguntas para elegir estrategias alternativas: ¿Por qué has hecho eso así y no de otra manera? ¿Puede haber otras respuestas igualmente válidas? ¿Quieres discutir tu respuesta con la de tu compañero(a)? ¿Alguien ha pensado en una solución distinta?

5.

Preguntas que llevan al razonamiento: Tu respuesta está muy bien, pero ¿por qué? ¿Por qué has escrito (o dicho) eso?


Anexos

¿Qué tipo de razonamiento has utilizado? ¿Es lógico lo que afirmas? 6.

Preguntas para comprobar hipótesis o insistir en el proceso: Yo lo pensaría mejor, ¿quieres volver a probar? ¿Qué sucedería si en lugar de este dato, usaras otro? ¿Qué funciones mentales hemos ejercitado con esta actividad?

7.

Preguntas para motivar la generalización: ¿Qué hacemos cuando comparamos, clasificamos, etc.? ¿Qué criterios hemos usado para? A partir de estos ejemplos, ¿podemos decir algún principio importante?

8.

Preguntas para estimular la reflexión y controlar la impulsividad: ¿Qué pasos debiste realizar para completar tu tarea? ¿A qué se debió tu equivocación? Si lo hubieras hecho distinto, ¿habrías ido más o menos rápido? ¿Repetirías lo que has mencionado? ¿Podrías demostrarlo? Al usar estas u otras preguntas de carácter metacognitivo estaremos haciendo un potente aporte a los y las estudiantes en el sentido de hacerlos reflexionar sobre sus propios aprendizajes y dotarlos de una herramienta para reconocerlos, evaluarlos y mejorarlos consciente, estructurada y sistemáticamente.

A tener en cuenta al analizar las respuestas •

•

•

•

Preguntar las razones de las respuestas. Inducir las razones de por qué podrían o no ser mejores las respuestas alternativas. Discutir cómo se ha obtenido una respuesta correcta. Especificar procesos para alcanzar soluciones en términos de principios generalizables. Comparar cómo el estudiante enfocó problemas similares en etapas previas. Revisar la experiencia pasada en busca de estrategias aplicables. Discutir modos sistemáticos de resolver problemas. Cada estrategia potencial deberá ser considerada en lo que respecta a su aplicabilidad.

• •

•

•

Cuestionar las fuentes de error y discutir sobre ellas. Distinguir entre partes correctas e incorrectas de una respuesta. Comprender en qué han acertado y en qué han fallado. Producir ejemplos similares para ayudar a la generalización. Desarrollar el insight sobre las reacciones emotivas de los estudiantes ante las tareas. Hacerlos tomar conciencia de las propias reacciones emotivas ante los requerimientos de las tareas. Despertar una buena disposición de ánimo para discutir francamente sus sentimientos.

La interrogación metacognitiva Es el autoconocimiento del aprendizaje y consiste en desarrollar una guía de interrogantes que ayuden a tomar decisiones oportunas frente a una tarea de aprendizaje, destacando aquellos elementos y disyuntivas de la tarea que resulten más relevantes para su solución. ¿Para qué sirve? Para mejorar el autoconocimiento relacionado con los propios mecanismos de aprendizaje y comprensión. Para sintetizar, en forma de interrogantes, la toma de decisiones que se ha seguido en torno a la tarea o actividad realizada. Para resolver algunas tareas, preparar una exposición, diseñar un trabajo o un proyecto de investigación, etc. ¿Cómo hacerlo? Planificar la tarea: consiste en la interpretación de los objetivos, activación de conocimientos previos, análisis de qué hay que hacer, selección de los procedimientos apropiados y evaluación previa de los tiempos necesarios en el proceso a seguir. Ejecutar el plazo trazado: es la aplicación de la estrategia prevista y regulación de la misma durante su aplicación. Evaluar la actuación: se refiere al análisis y corrección de errores. Ejemplo de interrogación metacognitiva 1ª Fase: Planificación Reconocimiento ¿Qué se me pide de forma explícita en esta tarea? ¿Qué propósitos se persiguen con esta tarea? ¿Cuáles son mis intenciones con respecto a la tarea?

Activación de conocimientos previos ¿Qué aprendizajes anteriores pueden ayudarme en la tarea? ¿Qué aprendizajes relevantes para la tarea no domino? ¿Cuáles son mis expectativas con respecto a la tarea? Análisis de la tarea ¿Qué características definen la tarea? ¿Cuál es la extensión de la tarea? Selección de procedimientos ¿Qué técnicas son las óptimas para conseguir los objetivos? ¿Qué técnicas conozco y podría aplicar?

207

Planificación ¿Cuál es el momento en que rendiré más y mejor? ¿Cuánto tiempo necesitaré para resolver bien la tarea? ¿Con qué debo comenzar? 2ª Fase: Ejecución Organización ¿Qué dudas tengo? ¿Qué resultados espero obtener? ¿Estoy actuando según el plan previsto? ¿Qué aspectos del plan propuesto debo modificar? 3ª Fase: Evaluación Análisis de errores ¿Cuáles son los errores más significativos? ¿Qué errores se deben a una falta de conocimientos previos? ¿Qué errores responden a un procedimiento defectuoso? Corrección ¿Qué errores son fáciles y rápidos de resolver?



Anexos Preguntas según las etapas del proceso metacognitivo Concienciación ¿Cómo estoy abordando esta tarea? ¿Qué estoy haciendo mientras trabajo en este proyecto? ¿Qué hago cuando no entiendo lo que estoy leyendo? Cuando encuentro un problema, ¿qué hago? ¿En qué pienso cuando estoy leyendo? Planificación ¿Qué clase de tarea es esta? ¿Cuál es mi meta? ¿Qué información necesito? ¿Qué problemas podrían surgir mientras estoy trabajando y cómo podría manejarlos? ¿Cuáles estrategias pueden ayudarme? ¿De cuáles recursos dispongo? ¿Cuánto tiempo tomará esta tarea? ¿Cuáles son las tareas más pequeñas dentro del proyecto principal? 208

¿Qué debo hacer en un orden particular, y qué puedo hacer en cualquier momento? ¿Con cuáles personas y qué eventos debo coordinar? ¿Quién puede ayudarme? ¿Qué quiero aprender a partir de este proyecto? Monitoreo ¿Está funcionando lo que estoy haciendo? ¿Qué no entiendo de la tarea? ¿Cómo podría hacer esto de manera diferente? ¿Debo empezar de nuevo? ¿Puedo cambiar un poco mi manera de trabajar para ser más efectivo(a)? ¿Qué puedo controlar de mi ambiente de trabajo? ¿Cómo puedo responder a desafíos inesperados? ¿Qué estoy aprendiendo? ¿Qué puedo hacer para aprender más y mejor? ¿Es esta la mejor manera de hacer esto?

Otras preguntas como sugerencias tendientes a desarrollar la reflexión metacognitiva


Sobre el conocimiento ¿Qué conozco del tema? ¿Conozco el significado de…? ¿Cómo puedo relacionar esta información con…? ¿Qué conclusiones puedo sacar? ¿Cuánto aprendí sobre esto? Sobre el proceso ¿Qué habilidades he desarrollado? ¿Qué pasos debo seguir para…? ¿Cómo puedo resolver este desafío? ¿En qué partes requerí más tiempo? ¿Cuánto comprendí de las instrucciones? Sobre las actitudes ¿En qué soy sistemático(a)? ¿Cuánto interés tengo en la tarea? ¿Dedico suficiente atención y concentración a lo que hago? ¿Cómo puedo concentrarme más? ¿Colaboro con mis compañeros(a) en las tareas y trabajos asignados? ¿Qué rol asumo en los grupos de trabajo?

Anexos – Bibliografía

¿En qué puedo superarme? ¿Cumplí con los tiempos? Referidas a las tareas ¿Me gusta esta actividad? ¿Para qué puede servirme en mi vida fuera de la escuela? Referidas al tiempo utilizado ¿Cuánto tiempo debería tomarme esta actividad? ¿Utilizo el tiempo necesario o lo hago apurado para terminar rápido? ¿Me doy tiempo para revisar los resultados? ¿En qué parte demoro más? ¿Por qué? Referidas a las estrategias ¿Qué caminos utilicé para resolver la tarea? ¿Fueron efectivos? ¿Qué debería cambiar para ser más eficaz? Bibliografía utilizada: •Martínez Beltrán, José M.(1997). Enseño a pensar. Madrid: Editorial Bruño.•Beyer, Barry(2008). Enseñar a pensar. México: Editorial Pax.

Bibliografía Didáctica Disciplinar

 Adúriz-Bravo, A . (2005). Una introducción a la

naturaleza de la ciencia. La epistemología en la enseñanza de las ciencias naturales . Buenos Aires:

 Alonso, M. y Finn, E. (1971). Física Mecánica. México :  

   

         

Fondo Educativo Interamericano, S. A. Cromer, A. (1981). Física para las ciencias de la vida . Barcelona: Reverté S. A. Bachiller, R. (2009). Astronomía: de Galileo hasta los telescopios espaciales. Madrid: Consejo superior de investigaciones científicas. Hewitt, P. (1999). Física conceptual . México: Pearson. Jones, E. y Childrers, R. (2001). Física Contemporánea. México: McGraw-Hill. Lévy-Leblond, J. (2011). La física en preguntas: Mecánica. España: Alianza Editorial. Martínez, V., Miralles, M. y Galadí-Enríquez, D. (2005). Astronomía fundamental . Valencia: Universitat de València. Máximo, A. y Alvarenga, B. (2001). Física general. México: Oxford University Press. Perelman, Y. (1975). Física recreativa I . Moscú: Editorial Mir. Perelman, Y. (1976). Física recreativa II . Moscú: Editorial Mir. Ruiz, M. (2007). Hijos de las estrellas . Santiago: Ediciones B. Sagan, C. (1992). Cosmos. Barcelona: Planeta. Sears, F., Zemansky, M. y Young, H. (1998). Física Universitaria. México: Addison Wesley Longman. Serway, R. Física para Ciencias e Ingeniería . (Vol. 1). Santa Fé: Cengage Learning. Tippens, P. (2001). Física, conceptos y aplicaciones. México: McGraw-Hill. Wilson, J. y Buffa, A. (2003). Física. México: Pearson Educación. Zitzewitz, P. & Neff, R. (1997). Física I, principios y problemas. Santafé de Bogotá: Mc Graw-Hill.

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

  



 

Fondo de Cultura Económica. Aragón, M. (2004). La ciencia de lo cotidiano. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 1(2). Benlloch, M. y Abreu, G. (2002). La educación en ciencias: ideas para mejorar su práctica . Barcelona: Editorial Paidós. Gribbin, J. (2005). Historia de la ciencia 1543-2001. Barcelona: Crítica. Harlen, W. (2007). Enseñanza y aprendizaje de las ciencias . Madrid: Ministerio de Educación y Ciencia. Pozo, J. y Gómez, C. (2009). Aprender y enseñar ciencia : Del conocimiento cotidiano al conocimiento científico. Madrid: Morata. Quintanilla, M. (2012). Las competencias de pensamiento científico desde las “ voces del aula” . Santiago: Bellaterra. Solsona, N. (1997). Mujeres científicas en todos los tiempos. Madrid: Talasa. Navarro, Marianela y Carla Förster(2012). Nivel de

209

alfabetización científica y actitudes hacia la ciencia en estudiantes de secundaria: comparaciones por sexo y nivel socioeconómico. Pensamiento educativo: Revista

de Investigación Educacional Latinoamericana, 49(1), 1-17  Jiménez, M., Caamaño, A., Oñorbe, A., Pedrinaci, E. y De Pro, A. (2007). Enseñar ciencias. Barcelona: Editorial Graó.  Larraz, N. (2015). Desarrollo de las habilidades creativas y metacoginitivas en la educación. Madrid: Editorial Dykinson, S.L.  Tricárico, H. (2007). Didáctica de las ciencias naturales, ¿cómo aprender? ¿Cómo enseñar? . Buenos Aires: Editorial Bonum.

Bibliografía sugerida por el CRA A continuación, se presentan algunas de las lecturas sugeridas por el Centro de Recursos para el Aprendizaje (CRA) para los y las estudiantes de 2° Medio en la asignatura de Física. • Hawking, S. (2005). El universo en una cáscara de nuez. • Domínguez, H. y Fierro, J. (2008). Newton, la luz y el España: Crítica. movimiento de los cuerpos. México: La Vasija. • Máximo, A., Furey, T. y Alvarenga, B. (2000). Física • Biro, S. (2009). La mirada de Galileo. México: Fondo de general. México: Oxford University Press. Cultura Económica. • Domínguez, H. y Fierro, J. (2007). Galileo y el telescopio: • Hawking, S. (2009). A hombros de gigantes. España: 400 años de ciencia. México: La Vasija. Crítica. • Puerta Restrepo, G. (2005). Galileo Galilei: y sin embargo • Claro, F. (2009). De Newton a Einstein y algo más. Chile: se mueve. Colombia: Panamericana. Ediciones UC. Física • 2.º medio


Material de apoyo anexo

¿CÓMO HACER UN PROYECTO? INICIO: planificamos nuestro proyecto

Los invitamos a que se reúnan en grupos de cuatro o cinco integrantes, cada uno de los cuales deberá trabajar para desarrollar su proyecto. También podrán llevar a cabo las misiones que encuentran propuestos al interior del texto. El proyecto debe ser implementado en su colegio y debe integrar a distintas personas de su comunidad escolar, tener aplicaciones de uso tecnológico o contribuir a que sus compañeros y compañeras de curso o estudiantes de otros niveles comprendan la gran idea de la ciencia. Para concretarlo, integrarán conocimientos de diversas disciplinas y podrán recurrir a los docentes de otras asignaturas en caso de que sea necesario.

¿Cuál es el objetivo de nuestro proyecto?

¿Qué debemos tener presente?

Ahora que ya conocen a su grupo, entablen una conversación que les permita planificar su proyecto. Lo primero y más importante de esta etapa es que logren concebir la idea que deben desarrollar. A ello pueden destinarle todo el tiempo que sea necesario, hasta que se sientan conformes con su propuesta. ¿De qué manera llevaremos a cabo nuestro proyecto?

Recuerden que pueden recurrir a sus ideas previas, tomar referencias de otros proyectos que conozcan, revisar alguna noticia del ámbito de las ciencias, realizar observaciones directas, investigar sobre un contenido mencionado en el texto, seleccionar un tema sugerido por su profesor o profesora, o definirlo a partir de las ideas que surjan de los integrantes del grupo. ¿Qué queremos hacer?

Escriban una lista con algunas ideas.

224

Material de apoyo

MATERIAL DE APOYO • ANEXO

¿Qué necesitamos para llevar a cabo nuestro proyecto?

¿Qué nombre le pondremos al proyecto?

¿Quién nos puede ayudar con lo que no sabemos?

¿De qué manera nuestro proyecto se destacará de los demás?

¿Qué tenemos que hacer para organizarnos? Completen la siguiente tabla para planificar esta primera etapa de búsqueda de información. Integrante

Rol asignado para esta etapa

Tareas

Plazos asignados

Ahora que ya tienen claro lo que van a hacer y han distribuido las tareas, pueden poner fin a esta primera etapa y evaluar algunos puntos de su participación. Para ello, completen individualmente la siguiente tabla. Evalúo mis acciones en esta etapa del proyecto

Sí

No

¿Cómo podría mejorar?

¿Asumí tareas voluntariamente para colaborar con el grupo? ¿Propuse ideas novedosas al imaginar nuestro proyecto? ¿Participé activamente en la reflexión teniendo en cuenta mis puntos de vista y respetando los de los demás? ¿Hice sugerencias creativas para facilitar la organización del proyecto? ¿Aporté con mi sello personal al momento de decidir nuestra idea de proyecto? ¿Me siento parte del proyecto?

Física • 2.° Medio

225


DESARROLLO: ejecutamos nuestro proyecto

¿Qué tenemos pendiente antes de continuar

En esta etapa deberán centrarse en realizar aquellas acciones necesarias para llevar a cabo el proyecto. En la planificación, completaron en grupo una tabla con tareas que cada uno debía completar. Reúnanse y hagan un chequeo. Si quedan temas pendientes, revisen qué falta, qué deben hacer para cumplirlos y, si es necesario, reasignen nuevas tareas. Es importante que como equipo lleven una bitácora donde dejen registro de todas las decisiones, preocupaciones, preguntas, problemas, cambios, ideas, observaciones, dibujos, mediciones, resultados y acuerdos que se originen en el grupo. No descarten nada de inmediato, ninguna idea o plan, aunque lo desestimen a medida que avance la ejecución del proyecto. Pueden elegir a un secretario. Otro integrante del grupo deberá encargarse de tomar fotografías y/o grabar las experiencias. En esta etapa es cuando deben definir los pasos que se seguirán para ejecutar todos aquellos procedimientos, diseños, creaciones y acciones que sean necesarios para dar cuenta de lo que tienen proyectado y los materiales que van a necesitar para ello.

¿Qué información es crucial que conozcamos para llevar a cabo este proyecto y no hemos tomado en cuenta aún?

¿Cómo podemos concretar lo que tenemos pensado hacer?

Es posible que no logren desarrollar todas sus tareas en una sesión. Si es así, pónganse de acuerdo para decidir cómo van a distribuir las responsabilidades y fijen una nueva fecha para continuar con su desarrollo. Es importante cumplir con las fechas acordadas. Antes de comenzar, les sugerimos intentar responder algunas preguntas.

¿Qué misiones tenemos para realizar nuestro proyecto? De estas, ¿cuál elegiremos?

226

Material de apoyo

¿Hay algo que no estamos considerando que pueda ser importante antes de continuar?

¿Qué dificultades podríamos enfrentar?

MATERIAL DE APOYO • ANEXO ¿Cuál es nuestro objetivo al seguir estos pasos?

¿Cuánto tiempo estimamos que nos puede tomar cada paso?

¿Dónde vamos a realizar cada una de las tareas?

¿Podemos hacer todo lo presupuestado solos o requerimos apoyo? Si es así, ¿de quién(es)?

¿Qué tenemos que hacer para llevar a cabo el proyecto? Completen la siguiente tabla para definir quién hará qué en esta segunda etapa de ejecución. Integrante


Pasos en los que participa y funciones que debe realizar

Materiales

Según los plazos que se hayan fijado, que deben tener directa relación con la naturaleza del proyecto, podrán definir cuándo llevar a la práctica los pasos acordados y hacerlos, sin olvidar que aún queda una etapa por cerrar. Tras haber ejecutado el proyecto, les sugerimos evaluar algunos puntos de su participación hasta el momento. Para ello, completen individualmente la siguiente tabla. Evalúo mis acciones en esta etapa del proyecto

Sí

No


¿Me logré comunicar con mi equipo para dar a conocer mis sugerencias y solicitar ayuda cuando lo necesité? ¿Traté de manera respetuosa a mis compañeros y compañeras de grupo? ¿Colaboré en todas las tareas que se me asignaron y propuse otras? ¿Tomé la iniciativa para proponer soluciones y concretar acciones? ¿Contribuí con mi actitud a generar un ambiente de trabajo grato? ¿Me sentí motivado y logré contagiar a los demás integrantes del equipo?


227


CIERRE: comunicamos nuestro proyecto

Ha llegado el momento de dar a conocer el proyecto y compartirlo de manera generosa con las personas de su entorno más directo para comunicarles todo lo que han logrado realizar como equipo. Nuevamente, distribuyan en esta etapa las tareas necesarias para preparar su exposición y los materiales de apoyo que van a requerir según el formato de la presentación. No olviden incluir en su presentación preguntas como: ¿Por qué realizamos este proyecto? ¿Cómo lo hicimos? ¿Qué encontramos? ¿Qué nuevas interrogantes surgieron? ¿Cómo podría continuarse este proyecto?

Si es necesario, en la exposición pueden ayudarse con tarjetas que incluyan información clave. Antes de diser tar, tengan en consideración las siguientes preguntas: ¿Dominamos como grupo el tema que vamos a presentar? ¿Contemplamos los tiempos que requiere cada integrante del grupo en la exposición? ¿El material que vamos a exponer está bien presentado y potencia el proyecto? ¿Hemos considerado algunas de las preguntas que nos podrían hacer y cómo abordarlas? ¿Tenemos claros los puntos débiles del proyecto?

Antes de concluir el proyecto, siempre es bueno reflexionar sobre lo realizado. Para ello, les sugerimos responder las siguientes preguntas:

¿Logramos concretar nuestro proyecto?

¿Cumplimos con el objetivo que nos habíamos propuesto?

¿Quedamos satisfechos con el trabajo realizado?

¿Surgieron problemas o errores que no pudimos prever? Si es así, ¿cuáles? ¿Qué factor importante no consideramos al momento de implementar nuestra idea? ¿Hubiese sido necesario realizar otras tareas que no se nos ocurrieron en la planificación? ¿Se puede mejorar nuestro proyecto? Si es así, ¿cómo?

228

Material de apoyo


Reúnanse como equipo y completen la siguiente pauta antes de dar a conocer su proyecto. ¿A quiénes les vamos a comunicar nuestro proyecto?

¿Cómo nos gustaría exponer nuestro proyecto? Escriban una lista con algunas ideas.

Nuestro objetivo al exponer es:

¿Qué tenemos que hacer para presentar el proyecto? Completen la siguiente tabla para organizar esta tercera etapa cuyo objetivo es compartir su proyecto con otros. Integrante


Materiales de apoyo que va a necesitar

Tareas

Tiempo para exponer

Ahora que ya tienen claro lo que van a exponer y cómo hacerlo, fijen una fecha, hora y lugar, y convoquen a su audiencia. Una vez que terminen, les sugerimos destinar un espacio para que dialoguen y recopilen aquellos comentarios, sugerencias y aportes de sus compañeros(as) y de su profesor(a), para que, por una parte, puedan saber cómo fue recibido su trabajo y, por otra, puedan ustedes relatar su experiencia. Han llegado al final de las etapas, ¡felicitaciones! En este camino se han visto enfrentados a diferentes desafíos: por un lado, crear un proyecto innovador, en el que tuvieron que trabajar en equipo, de manera autónoma y organizada; por otro, involucrar en este proceso a una comunidad escolar que también fue partícipe de sus logros. Tal como lo hicimos en las otras etapas, los invitamos a completar individualmente la siguiente tabla y ya con ello dar por concluido el proyecto. Evalúo mis acciones en esta etapa del proyecto

Sí

No


¿Actué de manera generosa con mis compañeros y compañeras de grupo? ¿Me involucré con la planificación, la ejecución y la comunicación del proyecto? ¿Me comprometí para dar a conocer este proyecto a la comunidad? ¿Fui capaz de reconocer mis errores y ser tolerante? ¿Me esforcé por hacer un buen trabajo? ¿Quedé conforme con mi participación en este proyecto?


229


VECTORES Un vector corresponde a una magnitud determinada por un módulo, una dirección y un sentido. En física, algunas magnitudes vectoriales son la fuerza, la velocidad, la aceleración, etcétera. Generalmente, un vector es representado por una letra con una flecha sobre ella, por ejemplo, el vector velocidad v . 

A Vector OA

θ 0

• El módulo del vector representado en el gráfico corresponde a la longitud del trazo OA. • La dirección del vector corresponde a la inclinación del vector con respecto a un eje de referencia. También puede ser determinada por el ángulo θ, que forma el vector con el eje de referencia. • El sentido del vector indica hacia dónde se dirige este. Generalmente es representado por la punta de una flecha.

Operaciones con vectores Existe una manera gráfica de sumar vectores, esto es, mediante el método del paralelogramo. Este consiste en hacer coincidir el origen de los dos vectores y trazar líneas paralelas a ellos, de modo de formar un paralelogramo. La suma de los dos vectores corresponde a la diagonal principal y la sustracción, a la diagonal secundaria.

A + B

A

A – B B

Si un vector se multiplica por un número (escalar positivo), se tendrá un vector de igual dirección y sentido que el vector original, pero de diferente módulo. Si el escalar que multiplica al vector es un número negativo, entonces el vector resultante tendrá igual dirección que el original, pero diferente módulo y sentido.

2v v

230

Material de apoyo

v /2


SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES El Sistema Internacional de unidades (SI) establece un conjunto de unidades específicas para ciertas magnitudes consideradas fundamentales, a partir de las cuales se puede expresar cualquier unidad de magnitud derivada. Todos los países del mundo, a excepción de tres (Birmania, Estados Unidos y Liberia), utilizan el SI. El SI se instauró en 1960, en la XI Conferencia General de Pesas y Medidas, durante la cual inicialmente se reconocieron seis unidades físicas básicas: metro, kilogramo, segundo, ampere, kelvin y candela. En 1971 se añadió la séptima unidad básica: el mol. Magnitud física

Longitud Masa Tiempo Intensidad de corriente Temperatura Intensidad lumínica Cantidad de sustancia

Unidad

metro kilogramo segundo ampere kelvin candela mol

Símbolo

m kg s A K cd mol

De acuerdo con las normas del SI, las letras que designan las unidades se escriben en minúscula, salvo que sean unidades que lleven el nombre de una persona.

Prefijos del SI Para facilitar la escritura y el manejo de números muy grandes o muy pequeños con respecto a la unidad, se utiliza una serie de múltiplos y submúltiplos, tal como se muestra en la siguiente tabla: Múltiplos

Factor 1024 1021 1018 1015 1012 109 106 103 102 101

Prefijo yotta zetta exa peta tera giga mega kilo hecto deca

Submúltiplos

Símbolo Y Z E P T G M k h da

Factor 10 -24 10-21 10-18 10-15 10-12 10-9 10-6 10-3 10-2 10-1

Prefijo yocto zepto atto femto pico n ano micro mili centi deci

símbolo y z a f p n µ m c d


231


ECUACIONES LINEALES Es habitual encontrar en física fenómenos cuyo comportamiento es lineal, es decir, que pueden ser modelados mediante la ecuación de una recta. Una línea recta se representa mediante la siguiente ecuación: y = m · x + b Donde m y y b son constantes. Esta ecuación se denomina ecuación lineal debido a que el gráfico de y en función de x es una línea recta. Y

( x 2 , y2) x ∆y

( x 1 , y1) x ∆x

(0 , b) (0 , 0)

La constante corresponde a la la coordenada de origen y representa el valor del punto donde la recta corta al eje Y. La constante mes igual a la pendiente de la recta. Para dos puntos cualesquiera de la recta, (x1,y1) y (x2,y2), representados en el gráfico superior, la pendiente de la recta se define como: y2 – y1 ∆y m = ___ = _____ ∆x

x2– x1

Las constantes m y y b pueden tomar valores positivos o negativos. Si m > > 0, la pendiente de la recta es positiva. Si m < < 0, la pendiente de la recta es negativa.

232

Material de apoyo


NOTACIÓN CIENTÍFICA Muchas de las cantidades con las que se trabaja en ciencias corresponden a valores muy grandes o muy pequeños. Por esta razón, resulta práctico utilizar la notación científica como medio para representar dichos valores. La notación científica consiste en escribir los números mediante una parte entera de una sola cifra no nula, una parte decimal y una potencia de 10 de exponente entero. A continuación, se muestran algunas magnitudes en notación científica: Magnitud

Cantidad

Notación científica

152 100 000 000 m

1,521 · 1011 m

0,000 000 000 000 000 000 000 000 9109534 kg

9,109 534 · 10-25 kg

384 400 000 m

3,844 · 108 m

Distancia máxima entre la Tierra y el Sol Masa de una par tícula Distancia mínima entre la Tierra y la Luna

Para valores grandes, el exponente entero (positivo) debe corresponder al número de cifras después de la primera. Por ejemplo, la rapidez de la luz, 300 000 000 m/s, se puede expresar como 3 · 108 m/s. Para valores inferiores a 1, el exponente entero (negativo) debe corresponder al número de ceros antes de la primera cifra significativa. Por ejemplo, 0,000 00786 es igual a 7,86 · 10-6 .

Multiplicación de números en notación científica Cuando se multiplican números expresados en notación científica, se suman los exponentes enteros; esto es: (a · 10d) · (b · 10 c) = (a · b) · 10 d + c

División de números en notación científica Cuando se dividen números expresados en notación científica, se restan los exponentes enteros; esto es: a · 10 d = __ ______ _a_ · 10 d – c c b · 10 b


233

Material de apoyo ÍNDICE TEMÁTICO A • Aceleración 21, 87 de gravedad  • Aristóteles 110, 111, 191

B • Big bang 188, 189, 216, 217 • Big cruch 216, 217 • Big bounce 216, 217 • Big chill 216, 217 • Big rip 217

C • Caída libre 16, 20, 54, 56, 57 57,, 58, 58, 146, 207 • Cantidad de movimiento 122, 156, 160, 161, 162 • Cinturón de seguridad 97, 107 • Coeficiente 88, 94, 132, 135 de roce cinético     de roce estático    • Choque 156, 163, 164 elástico  inelástico  perfectamente inelástico  • Conservación 150, 162, 164, 165 de la cantidad de movimiento 162, 164, 165 de la energía mecánica   • Constante de gravitación universal 206 • Copérnico 194, 195, 198, 202, 218, 220

D • Desplazamiento 26, 128, 131, 135, 138, 140, 156, 160 • Diagrama de cuerpo libre 78, 92 • Distancia 22, 26, 27, 28, 29, 32, 36, 37, 38, 40, 41, 42

234

Material de apoyo

E • Efectos de la fuerza de atracción gravitacional 207, 210 La caída de los cuerpos  Las mareas   Efectos sobre las estructuras estruc turas cósmicas   • Efectos de las fuerzas 83, 112, 117 • Energía 136, 134, 140, 142, 143, 145, 148 cinética ciné tica      potencial poten cial gravitator gravi tatoria ia         potencial elástica elásti ca       mecánic mec ánicaa          • Epiciclo 193

F • Fuerza 56, 57, 88, 89 • Fuerza de atracción gravitacional 201, 206, 207, 210 • Fuerza de roce 88, 94, 95, 99, 103 • Fuerza elástica 89, 112, 113, 152 • Fuerza neta 85, 87, 92 • Fuerza normal 87, 95, 132 • Fuerza restauradora 89, 95

G • Galileo 57, 58, 66, 111, 196

H • Hubble 186, 187, 188, 198

I • Impulso mecánico 158, 159

J • Joule 127, 168 • Júpiter 191, 195, 196, 205

MATERIAL DE APOYOMATERIAL • ÍNDICE TEMÁTICO DE APOYO

L • La caída de los cuerpos 56, 206, 210 • Lanzamiento vertical 54, 60, 61, 65, 98 • Ley de gravitación universal 206, 207, 207, 210, 212, 214 • Ley de Hooke 89, 90, 95 • Leyes de Kepler 202, 203 Primera ley  Segunda ley  Tercera ley  • Leyes de Newton 96, 97, 105, 106, 107 Ley de inercia   Ley de las masas   Ley de acción y reacción  

M • Magnitud 27, 115, 116, 127, 131, 140, 144, 149, 158 vectorial    escalar    • Mareas 207 • Materia oscura 197 • Mercurio 191, 194, 195 • Modelo del cosmos 191, 192 Aristóteles  Ptolomeo  • Movimiento 16, 22, 24, 30, 38 rectilíneo uniforme (MRU)  rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA)  retrógrado    

N • Newton 84, 96, 98, 99, 100, 101, 102, 104, 105, 106, 107, 108

O • Órbita 165, 202, 203

P • Péndulo de Newton 165 • Período 203 • Peso 58, 112, 114 • Planetas 202 • Plano inclinado 58 • Posición 26, 27, 127, 129, 135, 142, 160, 174, 176 • Potencia mecánica 124, 177, 122, 131, 132 • Ptolomeo 192

R • Rapidez 28, 29, 36, 139, 141, 147, 150, 154, 161, 174, 210 • Relatividad 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36

S • Sistema de propulsión 165 • Sistema de referencia 25, 31 • Sistemas planetarios 191, 192

T • Tensión 87, 95, 103 • Tycho Brahe 195, 203, 218, 219 • Tierra 22, 23, 36, 37, 51, 57, 81, 87, 110, 191, 192 • Trabajo mecánico 123, 124, 125 • Trayectoria 27, 32

U • Urano 204 • Universo 184, 186, 187, 200, 206

V • Vector 25, 115, 128, 160, 161, 203 • Velocidad 28, 29, 34, 36, 39, 57

W • Watt (W) 124, 125, 131


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Material de apoyo GLOSARIO

A

F

Aceleración: magnitud vectorial que representa el cambio de la velocidad por unidad de tiempo. Aceleración de gravedad: aceleración que experimentan los cuerpos debido a la fuerza de atracción gravitacional. En la Tierra, su valor aproximado cerca de la superficie es de 9,8 m/s2. Afelio: punto más lejano en una órbita elíptica.

Fuerza: interacción mutua entre dos o más cuerpos. Fuerza restauradora: fuerza que opone un resorte o cuerpo con características elásticas, cuando es sometido a una fuerza externa, y que tiende a restituir su forma original. Fuerza de roce: fuerza que se opone al movimiento entre las superficies en contacto.

C Cantidad de movimiento: producto entre la masa y la velocidad de un cuerpo. Conservación de la energía mecánica: principio que enuncia que, en ausencia de fuerzas disipativas, la energía mecánica de un sistema se mantiene constante.

D Deformación: cambio en la forma de un cuerpo, la que puede ser permanente o momentánea. Desplazamiento: magnitud vectorial que indica el cambio de posición de un cuerpo. Diagrama de cuerpo libre: esquema vectorial que representa las fuerzas que actúan sobre un cuerpo. Dinamómetro: instrumento que se utiliza para medir fuerza. Su funcionamiento se basa en la ley de Hooke.

E Elasticidad: propiedad mecánica de ciertos materiales que les permite experimentar deformaciones reversibles cuando son sometidos a la acción de fuerzas externas. Elipse: lugar geométrico de todos los puntos del plano cuya suma de las distancias a dos focos es constante. Elongación: deformación medible de un material con características elásticas. En una onda mecánica, es la separación de una partícula en un instante cualquiera, respecto de la posición de equilibrio. Energía mecánica: capacidad que tiene un cuerpo o sistema para realizar un trabajo mecánico. Energía cinética: capacidad que posee un cuerpo para realizar un trabajo en virtud de su masa y velocidad.

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Material de apoyo

H Heliocéntrico: paradigma en el que el Sol es el centro respecto del cual orbitan los planetas y astros.

I Impulso: magnitud vectorial que da cuenta de la relación entre la fuerza ejercida sobre un cuerpo y el tiempo de aplicación de dicha fuerza.

J Joule (J): unidad de medida de la energía según Sistema Internacional.

L Ley de acción y reacción: principio que establece que si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre otro cuerpo B, entonces este último ejercerá una fuerza de igual magnitud sobre A, pero en sentido opuesto. Ley de inercia: principio que establece que un cuerpo permanecerá en estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme si no actúa ninguna fuerza sobre él o si la resultante de las fuerzas que actúan es cero. Ley de Hooke: modelo que establece que, en el rango de elasticidad, la deformación de un resorte es directamente proporcional a la fuerza restauradora. Ley de masa: principio que plantea que si sobre un cuerpo actúa una fuerza neta, este adquirirá una aceleración directamente proporcional a la fuerza aplicada, donde la masa del cuerpo es la constante de proporcionalidad.

MATERIAL DE APOYO • GLOSARIO

M Magnitud escalar: cantidad que se determina por un valor numérico y una unidad de medida. Magnitud vectorial: cantidad física que se caracteriza por tener una magnitud, una dirección d irección y un sentido. Material elástico: todo material que, al ser sometido a una fuerza externa, experimenta una deformación reversible. Es decir, al dejar de actuar dicha fuerza, recupera su forma original. Masa: medida de la inercia que posee un cuerpo. Movimiento rectilíneo uniforme (MRU): movimiento que describe un cuerpo que mantiene una velocidad constante. Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA): movimiento rectilíneo de un cuerpo cuya velocidad cambia en la misma cantidad en intervalos de tiempos iguales.

N Newton (unidad): unidad de fuerza del Sistema Internacional de unidades que representa la fuerza que se requiere para acelerar 1 kg de masa a 1 m/s 2. Normal: fuerza que ejerce toda superficie sobre un cuerpo apoyado en ella.

R Rapidez: distancia recorrida por unidad de tiempo. Resorte: material cuya disposición y geometría permiten que experimente deformaciones reversibles. Existen resortes de tracción, de compresión y de torsión.

S Sistema de referencias: lugar desde el cual se describe la posición o el movimiento de un objeto. Para ello, se le asocia un sistema de coordenadas. Sistema solar: conjunto formado por el Sol y los demás cuerpos celestes que giran a su alrededor.

T Trayectoria: conjunto de todas las posiciones por las que pasa un cuerpo en movimiento.

V Velocidad: magnitud vectorial que representa la variación de la posición de un cuerpo por unidad de tiempo. Velocidad Veloc idad de escape: velocidad mínima para ir de la Tierra a otros astros.

O

W

Órbita: trayectoria que describe un objeto alrededor de otro mientras mientras está bajo la influencia de una fuerza como la gravitacional.

Watt (W): unidad de medida de la potencia mecánica según Sistema Internacional.

P Perihelio: punto de la órbita donde se alcanza la mayor rapidez y la mínima distancia entre el cuerpo orbitado y el cuerpo que orbita. Posición: magnitud vectorial que indica la ubicación de un cuerpo respecto de un sistema de referencia. Potencia mecánica: trabajo realizado por unidad de tiempo.


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Material de apoyo BIBLIOGRAFÍA

• Alonso, M. y Finn, E. (2000). Física. Ediciones Pearson Educación. • Claro, F. (2015). A la sombra del asombro. Santiago. Ediciones UC. • Gass, I., Smith, P. y Wilson, R. (2002). Introducción a las ciencias y la tecnología. (5ª ed.). Editorial Reverté. • Halliday, D., Resnick, R. y Krane, K. (2004). Física I. Ediciones Continental. • Hewitt, P. (2006). Física conceptual. Ediciones Pearson Educación. • Maiztegui, A. y Sabato, J. (1995). Introducción a la física . Kapelusz Editora S.A. • Mengual, J. (2006). Física al alcance de todos . Ediciones Pearson Educación. • Serway, R. y Jewett, J. (2008). Física para ciencias e ingeniería. (7ª ed.) Editorial Cengage Learning. • Tipler, P. (2005). Física para la ciencia y la tecnología . Volumen 2. (6ª ed.) Editorial Reverté.

WEBGRAFÍA • http://codigos.auladigital.cl • https://phet.colorado.edu/es_PE/ • https://www.cne.cl/ • http://www.conicyt.cl/ • https://www.nasa.gov/

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Material de apoyo

Física: Tomo Ii

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