1 La ciencia investiga OBSERVA Y DETERMINA En A el submarino tiene aire en su interior que actúa como si fuese un flotador. ¿Cómo logra hundirse? Los tanques que contienen aire los rellena de agua y de esta manera consigue hundirse. En C el submarino navega bajo el agua. ¿Cómo crees que puede subir de nuevo a la superficie? Para subir a la superficie vuelve a vaciar los depósitos de agua.
PIENSA Y REFLEXIONA Los científicos necesitan unidades, es decir, patrones a los que referirse para medir las distintas magnitudes que estudian. ¿Qué importancia crees que tienen las unidades en el desarrollo de la física y la química? ¿Es importante que todos los científicos usen las mismas unidades? Las unidades de medida son patrones que sirven para estandarizar las medidas y que en todas partes los científicos puedan referirse a la misma cantidad utilizándolos. Si no hubiera unidades, sería difícil comunicar a distancia una medida. Es importante que los científicos usen las mismas unidades para agilizar los procesos de comunicación; de no ser así, por lo menos deberían tener claros los factores de conversión de unas unidades a otras.
Y TÚ, ¿QUÉ OPINAS? Muchos de los anuncios que vemos en la televisión recurren a la ciencia para intentar convencer a los consumidores de que deben adquirir un determinado producto. No es raro encontrarse con productos que incluyen en su publicidad la coletilla “comprobado científicamente” para hacernos ver que se trata de una verdad absoluta. ¿Piensas que la ciencia ofrece verdades absolutas? En ciencia no existen verdades absolutas. Las teorías científicas son una explicación aproximada de la verdad, que a lo largo de los años han ido superando pruebas que confirman su veracidad dentro de unos límites. Muchos científicos se dedican a ver cuáles son los “fallos” de una teoría científica; si no son capaces de encontrarlos, esto reforzará la teoría.
ACTIVIDADES 1.
Sigue el método científico para comprobar si un huevo flota en agua. Escribe las preguntas que harías y plantea alguna hipótesis. ¿Qué ocurriría si se añade sal al agua? El alumno debería decidir si piensa que el huevo se va a hundir o si, por el contrario, flotará. Una vez emita su hipótesis, tendría que comprobarla mediante un sencillo experimento. En principio, el huevo en agua se hundirá, pero, si añadimos suficiente sal, flotará. Se puede relacionar este experimento con el agua salada en el mar y el hecho de que resulta más fácil flotar en esta.
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2.
Diseña el experimento de la actividad anterior y, antes de llevarlo a cabo, busca información en internet sobre lo que sucederá. Al colocar un objeto más denso que el agua dentro de esta, se hundirá. Pero, en el caso del agua salada, que es más pesada que el agua del grifo, es más capaz de mantener el huevo hacia arriba. Por tanto, se produce la flotación del huevo. En otras palabras, los objetos se hunden cuando su densidad es mayor que la densidad del líquido. Se pueden encontrar numerosos vídeos de esta experiencia en Youtube.
OBSERVA ¿Cuánto arroz tendrá que comprar? Tomando una aproximación de 90 g de arroz por amigo, Hipólito necesitará unos 720 g. ¿Qué cantidad de pintura tendrá que adquirir para llevar a cabo el trabajo? Suponiendo que necesitamos unos 10 L para pintar 20 m2, Susana necesitará 40 L de pintura aproximadamente. 3.
Se cuenta que Enrico Fermi, galardonado con el premio Nobel, consideraba que un gran físico era aquella persona capaz de estimar el número de barberos que había en Chicago. ¿Sabrías estimar tú el número de peluquerías para hombres que hay en Sevilla? Más importante que el resultado, en esta actividad habrá que tener en cuenta el procedimiento. Para ello se puede considerar que el número de peluqueros se puede estimar teniendo en cuenta los siguientes datos: -
En Sevilla viven unas 700 000 personas. Una de cada dos personas es hombre. Un hombre se corta el pelo 4 veces al año de media. Con estas consideraciones habría 2 800 000 cortes de pelo de hombre al año. Cada corte dura 20 minutos. Un peluquero trabaja 8 horas diarias. El máximo número de cortes que hará un peluquero al día será 24 (supongamos que hace 20 cortes de media). Al cabo de un año trabajará alrededor de 300 días. Por tanto, un peluquero podría hacer 6000 cortes al año.
Dividiendo los cortes de pelo totales al año entre los cortes que hace un solo peluquero, se obtendrá una aproximación del número de peluqueros en Sevilla. Esta cifra está alrededor de 470 peluqueros. 4.
Hoy día el metro ya no se define como la diezmillonésima parte del cuadrante de un meridiano terrestre. ¿Qué problema tiene esa definición? El problema es que la Tierra no es una esfera exacta y dependerá del meridiano que escojamos para hacer la medición. Además, la superficie de la Tierra cambia a lo largo del tiempo.
5.
Estados Unidos no emplea el sistema internacional, sino el sistema anglosajón de unidades. Para medir longitudes usan la pulgada, el pie, la yarda y la milla. Investiga y responde: ¿a cuántos metros equivale cada una de ellas? 1 pulgada = 0,0254 m 1 pie = 0,3048 m 1 yarda = 0,9144 m 1 milla = 1609,344 m
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6.
¿Podríamos usar una probeta para medir el volumen de un cuerpo sólido? Razona tu respuesta. Podríamos llenar la probeta con un líquido, introducir el objeto sólido y anotar cuál ha sido la variación del volumen, lo que nos dará idea del volumen del sólido.
7.
¿Qué instrumentos necesitas para diseñar un experimento que permita conocer a qué temperatura hierve el agua? Necesitamos un mechero Bunsen, un termómetro, algún tipo de recipiente para introducir el agua y algún elemento para situarlo sujeto por encima de la llama, por ejemplo, el soporte universal (si el recipiente es un tubo de ensayo) o una rejilla (si el recipiente es un vaso de precipitado).
EXPERIMENTA a) ¿Qué número resulta al multiplicar la presión por el volumen en cada caso? ¿Es el mismo siempre? Siempre resulta el mismo número y este es 12. b) ¿Podríamos conseguir que el volumen fuese cero? Razona tu respuesta. Para que el volumen sea 0 necesitamos un valor de presión muy elevado, infinito, por lo cual no podemos conseguir un volumen cero. No existe ningún valor numérico de presión que, multiplicado por el valor 0 de volumen, dé como resultado 12. 8.
Por parejas, cronometrad el tiempo que tarda uno de vosotros en recorrer 20 m. Repetid la medida con otras distancias: 40 m, 60 m, 80 m, etc. Recoged los datos en una tabla, representadlos en una gráfica e idead una fórmula que relacione el espacio recorrido y el tiempo empleado. Redactad un informe con los resultados obtenidos. El resultado de este experimento dependerá de la velocidad a la que lo realicen. Por ejemplo, si el recorrido se hace andando, puede quedar algo como lo que sigue: Espacio (m)
Tiempo (s)
20
14
40
30
60
43
80
58
La tabla quedará de la siguiente manera (representando el tiempo en el eje x y el espacio en el eje y):
La velocidad parece más o menos constante; por tanto, podemos utilizar la fórmula: Espacio = velocidad · tiempo En este caso la velocidad es de 1,38 m/s.
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9.
Después de realizar el experimento de las cajas negras, redacta un informe que incluya una introducción, una descripción del método experimental utilizado, los resultados obtenidos y una breve conclusión. Recuerda que el informe debe incluir una presentación atractiva de la investigación, donde se muestre el objetivo del estudio, una descripción del experimento realizado y las condiciones bajo las que se produjo, los datos más significativos de la investigación y los elementos más destacables de los resultados obtenidos.
10. Las cajas negras de los aviones son naranjas. ¿Por qué son de ese color? ¿Por qué se les llama cajas negras? Son naranjas para facilitar su localización tras un accidente. Se encargan de registrar la actividad de los instrumentos del avión y las conversaciones en la cabina. Su función es almacenar datos que, en caso de un accidente, permitan analizar lo ocurrido en los momentos previos. 11. ¿Qué ocurre si mezclas aceite con alcohol? Emite una hipótesis y después comprueba su veracidad mediante un experimento. La densidad del aceite se encuentra alrededor de 0,92 g/ml (puede variar dependiendo del tipo de aceite y de la temperatura) y la del alcohol es de 0,78 g/ml. El aceite, que es más denso, irá al fondo y el alcohol, menos denso, se va a colocar por encima del aceite. 12. En grupos, conseguid un lapicero, una regla, un móvil, una manzana y una zapatilla. Cada miembro del grupo debe estimar las masas de esos objetos y anotarlas en la casilla correspondiente en una tabla. Después, medid las masas con la balanza y calculad el error cometido en cada caso. ¿Qué miembro del grupo ha realizado una mejor estimación? Analiza si los errores son por exceso o por defecto. Libre. Para calcular el error debemos ver la diferencia que existe entre la masa con la balanza y la masa estimada. Si la masa estimada es superior a la masa medida con la balanza, diremos que la estimación ha sido por exceso; en caso contrario será por defecto.
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13. En 1972, en una revista sobre ecosistemas acuáticos apareció un artículo que predecía el número de monstruos que hay en el lago Ness. El artículo comenzaba con esta frase: “Es bien sabido que existen monstruos en el lago Ness”. ¿Crees que es un buen comienzo para un artículo científico? Después de una serie de cálculos que incluían las dimensiones del lago, el peso que tendría que tener un animal para ser considerado monstruo o los ejemplares que debería haber para asegurar su continuidad, concluyeron que en el lago tendría que vivir una población de monstruos de entre 10 y 20 individuos. Redacta un artículo donde se haga una estimación del número de yetis que hay en el Himalaya. La redacción debe empezar con la frase: “Es bien sabido que existen yetis en el Himalaya”. Aunque el comienzo de este artículo es bastante simpático, no parece muy científico, porque da por hecho algo que no está probado. El artículo debería mostrar las pruebas que hacen irrefutable la existencia de los monstruos. Algunas consideraciones que habrá que tener en cuenta a la hora de redactar el artículo sobre el número de yetis en el Himalaya: -
Ofrecer un intervalo del número mínimo y máximo de yetis que puede haber (no puede haber solo un monstruo porque se habría extinguido y tampoco puede ser un número muy alto porque ya habrían sido capturados). Nunca se han encontrado cadáveres, por lo que la tasa de mortalidad es baja. Estimar el peso que tendrá que tener para ser considerado un ser monstruoso. Señalar la superficie en la que vivirían y calcular la densidad de habitantes por metro cuadrado.
14. Une con flechas las unidades más adecuadas para medir las longitudes propuestas. Distancia entre Badalona y Barcelona
→
Kilómetro
Distancia de portería a portería en un campo de fútbol
→
Hectómetro
Altura de la Estatua de la Libertad
→
Decámetro
Tamaño de una mosca
→
Milímetro
Altura de un jugador de baloncesto
→
Metro
Medida del Everest
→
Kilómetro
Torre Eiffel
→
Hectómetro
Ballena gris
→
Decámetro
Portería de hockey sobre hielo
→
Metro
Pelota de golf
→
Centímetro
Añade otros ejemplos.
15. Durante la Revolución francesa se pretendió introducir el tiempo decimal dividiendo cada día en diez horas, cada hora en 100 minutos decimales y cada minuto decimal en 100 segundos decimales. ¿Qué tiene más duración, un segundo actual o un segundo decimal? ¿Tendría sentido dividir el año en 100 días decimales? Razona tus respuestas. Actualmente un día tiene 86 400 segundos (24 horas x 60 minutos x 60 segundos). Sin embargo, un día contiene 100 000 segundos decimales (10 horas x 100 minutos x 100 segundos). Es decir, 86 400 de nuestros segundos equivalen a 100 000 segundos decimales; por tanto, duran más nuestros segundos que los decimales.
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Por otro lado, no tendría sentido dividir el año en cien días decimales porque un día viene determinado por el tiempo que tarda nuestro planeta en girar sobre sí mismo, y el año es el tiempo que tarda en una traslación completa alrededor del Sol. Si dividiésemos el año en cien días decimales, cada uno tendría varias noches. 16. Sabiendo que el amperio (A) es la unidad de medida de la intensidad de la corriente eléctrica y teniendo en cuenta los prefijos usados en el sistema internacional, completa en tu cuaderno las siguientes igualdades: a) 1000 A = 100 daA
c) 30 mA = 0,00003 kA
b) 0,02 hA = 2 A
d) 0,4 dA = 40 mA
17. Conociendo la primera definición de metro, ¿podrías estimar cuál es la longitud de un meridiano terrestre? Un metro se definió como la diezmillonésima parte del cuadrante de un meridiano terrestre; por tanto, habrá que multiplicar esta cifra por 4 para obtener la longitud de un meridiano, es decir, medirá 40 000 000 m (40 000 km). 18. En 1999 la sonda Mars Climate se estrelló en Marte debido a un problema con las unidades que manejaba el ordenador de a bordo.
En el desarrollo del proyecto participaron dos empresas: una enviaba sus datos en el sistema anglosajón (pies, millas, libras, etc.) a la otra, y esta interpretaba esos datos en el sistema internacional. ¿Cómo crees que puede afectar este error al cálculo de la trayectoria de la sonda? Al utilizar distintas unidades, cuando una empresa veía un dato en kilómetros la otra lo interpretaba en millas; de esta manera, si la sonda tenía que mantener una cierta trayectoria durante 3 km y después girar, la otra empresa interpretaba que ese tres se refería a millas y que el giro debería producirse después de 3 millas (4,828 km) de recorrido. Por tanto, será difícil que llegue a su destino en estas circunstancias.
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19. Usando las siete unidades básicas se puede deducir cualquier otra unidad. Observa las unidades de las magnitudes físicas que te mostramos a continuación y averigua qué magnitudes básicas se necesitan para deducirlas. Te damos un ejemplo. Magnitud
Unidad
Magnitudes básicas de las que depende
Velocidad
m/s
Longitud y tiempo
Fuerza
kg · m/s2 3
Masa, longitud y tiempo
Densidad
kg/m
Masa y longitud (volumen)
Luminancia
cd/m2
Intensidad luminosa y longitud (superficie)
Concentración
mol/m3
Cantidad de materia y longitud (volumen)
20. Escribe el nombre de los siguientes recipientes:
Probeta
Matraz erlenmeyer
Tubo de ensayo
Vaso de precipitado
21. ¿Cuáles de las siguientes conductas son correctas en el laboratorio? a. Las personas con pelo largo pueden llevarlo suelto. b. Utilizar guantes al trabajar con sustancias corrosivas. c. Eliminar los compuestos químicos por el fregadero. d. No acercar la nariz ni los ojos a la boca del tubo de ensayo. Las conductas correctas son la b) y la d). 22. ¿Qué indica cada uno de los siguientes pictogramas?
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23. En el siglo XVIII el francés Jacques Charles estableció una relación entre la temperatura y el volumen de un gas a presión constante. En esta tabla se relacionan ambas magnitudes: T (K)
V (l)
100
2
150
3
200
4
250
5
300
6
Dibuja una gráfica con los datos de la tabla y plantea una fórmula que relacione la temperatura y el volumen.
Se ve que el volumen (V) es directamente proporcional a la temperatura (T). En las unidades que se muestran la relación se podría expresar como: T = 50·V. 24. Dejamos caer una pelota desde diferentes alturas y calculamos el tiempo que tarda en tocar el suelo. El resultado se muestra en la siguiente tabla. Espacio (m)
Tiempo (s)
5
1
11
1,5
20
2
60
3,5
a) Con estos datos representa una gráfica. b) Extrae al menos una conclusión que te llame la atención de estos datos. a)
b) En este caso el espacio no es proporcional al tiempo, ya que, al duplicar el espacio, el tiempo no se duplica. Vemos que en el primer segundo la pelota recorre 5 metros, pero en el siguiente segundo llegaremos hasta los 20 metros (es decir, ha recorrido 15 metros más); por tanto, a medida que pasa el tiempo, aumenta la velocidad. A mayor altura, mayor será la velocidad con la que el objeto llegue al suelo.
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25. La siguiente gráfica muestra la longitud de la sombra de un objeto a diferentes horas del día.
Explica por qué la curva tiene esta forma. ¿Se pueden deducir de la gráfica estas afirmaciones? a) A medida que pasan las horas, la sombra del objeto se acorta. b) En el rango de horas estudiado, la sombra más corta se alcanza a las 13:00. c) A las 11:00 la sombra es más larga que a las 16:00. d) No existen dos horas distintas del día a las que la longitud de la sombra sea igual. Cuando está amaneciendo y el sol está bajo, las sombras son alargadas. A medida que pasan las horas y los rayos de sol caen perpendiculares sobre la superficie terrestre, las sombras se acortan y, al caer la tarde, vuelven a alargarse. La afirmación a) no se corresponde con el texto, porque, a medida que pasan las horas, primero se acortan las sombras y luego se alargan. La afirmación b) es correcta: a esa hora, la sombra es solo de 5 cm. La afirmación c) es falsa porque a las 11:00 la sombra es de 8 cm y a las 16:00 es de más de 12 cm. La afirmación d) también es falsa, porque existen muchos momentos a lo largo del día donde las sombras coinciden en tamaño, por ejemplo, a las 11:00 y a las 15:00. 26. Completa este diagrama con aportaciones tecnológicas concretas de la ciencia que han contribuido a nuestro bienestar. Si miramos a nuestro alrededor podemos observar una infinidad de aparatos que se han desarrollado gracias a diferentes investigaciones científicas. Gracias a las aplicaciones de la ciencia a la tecnología podemos disfrutar de la televisión, el ordenador, internet, los teléfonos móviles, el GPS, la calefacción, el automóvil, la radio…
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PONTE A PRUEBA El accidente del Prestige 1.
¿Qué unidades del SI se utilizan en el texto? ¿A qué distancia de la costa en kilómetros se produjo el accidente?
2.
¿Por qué crees que el buque navegaba tan cerca de la costa? a) Para aprovechar la ruta y ver el hermoso paisaje gallego. b) Para resguardarse en un puerto en caso de que hubiera mal tiempo. c) Para ahorrar tiempo y dinero al utilizar la ruta más corta.
3.
Hoy día se obliga a los petroleros a tener doble casco y a navegar a más de 200 millas de la costa. ¿Qué ventajas suponen esas dos medidas? Busca información sobre ello.
4.
¿Por qué hace falta oxigenar el océano?
5.
Si el fuel era pesado, ¿por qué no se hundía?
6.
Simula la experiencia echando aceite en el agua de un vaso.
1.
En el texto se habla de millas (que no pertenecen al SI) y de toneladas (que corresponden a una unidad masa múltiplo del kilogramo). El accidente se produjo a 27 millas de la costa, y una milla náutica equivale a 1852 m. Por tanto, multiplicando ambas cantidades observamos que el accidente sucedió a 50 004 m de la costa, es decir, a 50 km.
2.
El Prestige navegaba desde San Petersburgo a Gibraltar, y este era el camino más corto. Por tanto, la respuesta correcta es la c).
3.
Los petroleros de casco simple tienen cerrado el paso a los puertos y zonas de fondeo europeos, por lo que las compañías petroleras deben utilizar buques de doble casco, que poseen una barrera de separación doble a lo largo de toda la eslora de carga entre los tanques de crudo y el mar. Son menos sensibles a sufrir daños y provocar vertidos en accidentes de colisión. Además, cualquier barco que transporte sustancias peligrosas podrá ser alejado de las costas más allá de las 200 millas. Con estas medidas la UE pretende prevenir las mareas negras.
4.
Porque el oxígeno es esencial para la supervivencia de plantas y animales marinos.
5.
El fuel pesado no se hunde porque su densidad es menor que la del agua del mar.
6.
Deposita agua en un vaso y, a continuación, añade aceite. Observa que el aceite queda arriba. Puedes invertir el orden en el que introduces los líquidos en el vaso y observar que, a pesar de ello, el aceite acabará arriba.
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¿Por qué el corazón late más rápido? 1.
¿Qué se puede concluir de los resultados? a) Su pulso aumentó en 50 latidos por minuto. b) Su pulso tardó menos tiempo en disminuir que en aumentar. c) Después de 4 minutos, su pulso era de 80 latidos por minuto. d) Su pulso volvió a la normalidad en menos de 6 minutos.
2.
¿Por qué al hacer ejercicio sube el número de latidos?
3.
David se ha percatado de que al correr también aumenta la cantidad de aire inspirado y espirado. ¿Habrá una relación entre estos dos fenómenos? Emite una hipótesis que los relacione. Diseña un experimento para comprobarlo.
1.
La respuesta correcta es la d).
2.
Al hacer ejercicio, los músculos unidos al esqueleto se contraen y relajan, mandando más sangre al corazón. El exceso de sangre en el corazón hace que el ritmo cardiaco aumente, poniendo más presión sobre algunos de los músculos, como los de los brazos y las piernas, aumentando el flujo de sangre al corazón.
3.
Respirar más rápido permite que entre más oxígeno en la sangre y que se elimine más dióxido de carbono. El experimento puede consistir en contar las inspiraciones que realizan algunos de nuestros amigos al recorrer a una velocidad considerable una cierta distancia. Podemos diseñar una tabla (y posteriormente dibujar una gráfica) donde se relacionen la distancia recorrida y las inspiraciones.
Creando nuevas unidades de longitud 1.
Crea una regla que mida 1 líber. Sigue este procedimiento: Dibuja en una hoja de papel un rectángulo estrecho cuya longitud sea 1 líber. Recorta el rectángulo. Subdivide la regla haciendo marcas en cada decilíber.
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2.
Selecciona cinco objetos y utiliza esta regla para medir sus longitudes en esta nueva unidad.
3.
Redacta una definición de esta nueva unidad para dar a conocer a las personas que no dispongan de este libro qué es un líber.
4.
¿Qué magnitud podemos medir con la unidad líber2?
5.
¿Cuántos líberes mide un metro?
6.
Calcula la distancia que separa la Tierra de la Luna en kilolíberes.
1.
Para la construcción de la regla se recomienda que se utilice una cartulina, por sus dimensiones y por su resistencia.
2.
Podemos medir algunos de los muebles del aula (sillas, mesas, pizarras…), las dimensiones de la propia aula, otros libros, la longitud de unos pantalones…
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3.
Medida de longitud que equivale a 29 cm.
4.
El liber2 es una unidad de superficie.
5.
Para contestar esta pregunta dividimos los 100 cm que contiene un metro entre los 29 cm que abarca un líber para saber cuántas veces está contenido este en aquel. 100/29=3,45 veces.
6.
La distancia entre la Tierra y la Luna en kilómetros es de 384 400. Como se puede deducir del apartado anterior, un kilómetro contiene 3,45 kilolíberes; por tanto, multiplicamos la distancia en kilómetros por este factor y obtendremos que la distancia en kilolíberes entre la Tierra y la Luna es de: 384400 · 3,45 = 1 326 180 kilolíberes
AUTOEVALUACIÓN 1.
¿Cuál de estas afirmaciones sobre las hipótesis es cierta?
4.
a) Para mantener verticales los tubos de ensayo.
a) Las hipótesis son siempre válidas. Si un experimento muestra lo contrario, hay que cambiar el experimento.
b) Para machacar sustancias. c) Para trasvasar líquidos.
b) Las hipótesis son siempre falsas, pero se utilizan para empezar a trabajar.
d) Para limpiar instrumentos de laboratorio. Respuesta correcta: a)
c) Si un experimento muestra que una hipótesis es falsa, hay que cambiar la hipótesis. d) Las hipótesis no deben comprobarse.
¿Para qué sirve una gradilla?
5.
Respuesta correcta: c)
Marcial estimó que el tiempo de duración de un proceso científico fue de 37 s, cuando en realidad duró 43 s. ¿Cuál fue el error cometido? a) 6 s por exceso.
2.
¿Qué es un kilogramo?
b) 6 s por defecto.
a) La masa de un decímetro cúbico de agua a 4 ºC.
c) 4 s por exceso.
b) La masa de un metro cúbico de agua a 4 ºC.
d) 4 s por defecto.
c) La diezmillonésima parte de la masa de la Tierra.
Respuesta correcta: b)
d) La masa de un decímetro cúbico de cualquier líquido. Respuesta correcta: a)
3.
5 cm en el sistema internacional equivalen a… a) 500 m b) 0,05 m c) 0,05 g d) 0,5 m Respuesta correcta: b)
6.
¿Qué fórmula siguen los datos de la siguiente tabla?
A
2
4
6
8
B
5
9
13
17
a) B = 2A b) B = A + 1 c) B = 2A - 1 d) B = 2A + 1 Respuesta correcta: d)
La ciencia investiga| Unidad 1
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