¿Qué se entiende por ciencia? “La ciencia no nos habla de la naturaleza, nos ofrece respuestas a nuestras preguntas sobre la naturaleza” (W. Heisenberg, premio nobel de física en 1932). La ciencia trata de describir y explicar el comportamiento del mundo natural. Pero la ciencia no representa la realidad, sino que interpreta la realidad con métodos propios que la caracterizan. El conjunto de con ocim ientos obtenido obtenido por por la ciencia está en continua revisión y evoluciona según los intereses de la sociedad. A su vez, estos conocimientos tienen una gran incidencia sobre la propia sociedad. La física y la química son partes de la ciencia que aportan conocimientos sobre el mundo natural. INTERPRETA La ciencia no es neutra
1
Por ejemplo, “solo el 10 % de la investigación médica se dedica a los males que causan el 90 % de las muertes”. Desde 1976 se conoce la gravedad del virus del Ébola, pero, al ser sus víctimas de países subdesarrotlados con una economía pobre, las compañías farmacéuticas no tenían incentivos para obtener una vacuna. Solo ahora, cuando el ébola tiene una proyección mundial y puede generar beneficios, se está investigando en busca de la vacuna.
La ciencia no es un cuerpo acabado de conocimientos Por ejemplo, actualmente hay evidencias del movimiento anómalo de ciertas galaxias y del aumento en la velocidad de expansión del universo. Los hechos anteriores llevan a presuponer la existencia de materia oscura en el universo, cuya naturaleza aún se desconoce, aunque se cree que es mucho más abundante que la conocida, y también de energía oscura en una gran proporción. En la interpretación del universo queda aún mucho recorrido.
La ciencia está en continua revisión Por ejemplo, el primer modelo aceptado de universo, el de Ptolomeo del siglo II d. C., suponía que la Tierra estaba en el centro, y el Sol, los demás planetas y las estrellas, girando alrededor. Después de siglos de vigencia, cuando surgieron interrogantes difíciles de just ju stifi ifica car,r, Copérnico Copérnic o propuso un nuevo modelo con el Sol en el centro del universo, que se impuso por su mayor poder explicativo. Hoy se sabe que el sistema solar es solo una pequeña parte del universo.
I ACTIVIDADES
1. La teoría teor ía atómica de de Dalton dice que la materia está formada por átomos indivisibles, aunque posteriormente se ha comprobado que son divisibles. ¿Estaba mal formulada la teoría atómica de Dalton?
8 UNIDAD
J
La investigación científica es el motor de la evolución de la ciencia. En esta unidad se describirán las causas de la investigación y la forma en que se desarrolla. Los métodos de trabajo que caracterizan a la ciencia deben ser coherentes con la concepción de esta. La utilización de estos métodos ayuda a abordar los problemas cotidianos que tienen que ver con la ciencia y a adquirir unas capacidades que permiten llegar a ser ciudadanos formados y competentes competentes en cien cias. La ciencia es un proceso de construcción de conocimientos sobre el mundo natural, que está siempre en revisión. Se caracteriza por su cuerpo de conocimientos y por sus métodos de trabajo.
¿Por qué hay investigación científica? En todo momento están en marcha múltiples investigaciones: unas tienen aplicaciones o beneficios inmediatos, por ejemplo, la investigación médica del remedio para el ébola o las investigaciones industriales para mejorar la calidad de diversos productos; otras, como las realizadas por la ciencia básica que estudia la estructura de la materia, no esperan resultados inmediatos aplicables (aunque a largo plazo ese conocimiento produce grandes beneficios). La investigación aparece como respuesta a interrogantes que emergen ante distintas situaciones. En particular, la investigación científica debe responder a cuestiones científicas, las que pueden trabajarse con los procedimientos propios de la ciencia.
A
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v a l o r
_______________________
La investigación científica responde ponde al impulso de buscar alte rnativas. Entra en smSaviadigital.c om iVESTIGA iVESTIGA e infórmate infórmate sobre la concesión del Premio Nobel de Física 2014 y la importancia del trabajo premiado.
El enunciado de preguntas investigables ante hechos o fenómenos naturales es el comienzo mienzo de cualquier investigación c ientífica . Por ejemplo: ejemplo:
V
¿Cómo se consigue consig ue dejar una una bola bola de aceite en la mitad del líquido del vaso?
¿Cómo puede evitar evi tarse se que se queme la la ma ma dera sin quitar quita r la bola de su lugar?
¿Es posible la posición de Ofelia en el cuadro de Brueghel o es una licencia artística?
La observación de la naturaleza no es objetiva, ya que depende de las teorías que conozca y sostenga el observador. Lo importante es tener una mente curiosa, siempre dispuesta a intentar comprender lo que se observa. La investigación surge como respuesta a los interrogantes que el ser humano se plantea, por curiosidad o buscando una utilidad.
------------------------------------- n ------------------------------------Ident if ica p resun resun to s ÍM \ m Hjfa (rÍM 1. Indica cuáles Je las siguientes preguntas preguntas son investiga bles por la ciencia : a) ¿Pesan los gases? b) ¿Qué ¿Qué tejido es mejor aislan te del calor, la seda o el algodón? algodón?
ACTIVIDADES
c) ¿De qué está hecha la materia oscura? d) ¿Cuáles son los paisajes más bellos del mundo? ISOL IS OL U CIÓN CI ÓN ).............................. )............................................. ........................... ......................... ........................... .......................... ........................... ........................... .......................... ........................... ......................... ............ a) Sí, es investigab inves tigable; le; se pueden pueden preparar experien cias para comprobarlo. inves tigable; le; se puede puede comprobar por procedimientos científ icos . b) Sí, es investigab c) Sí, es una pregunta pregunta investigable inves tigable,, ya que que el objetivo de la la ciencia es comprender la naturaleza y se pueden aplicar sus métodos en la búsqueda de la solución, aunque aún no se tenga una respuesta. es una pregunta pregunta cient cie ntífic ífica, a, no se puede comprobar comprobar por métodos métodos cien tífico s. d) No es J V____________________________________________ _ __ _ _ _________________________________________
2.
Observa esta imagen y enuncia una pregunta investigable ante la situación mostrada.
¿Cómo se desarrolla la investigación? Las investigaciones científicas de fenómenos distintos suelen emplear procedimientos diferentes; sin embargo, en la mayoría pueden identificarse unas etapas comunes. Etapas comunes
Ejemplo
Identificar el problema Es preciso definir de la forma más precisa el problema que se va a investigar.
María quiere investigar la siguiente cuestión: ¿cuál es el mejor muelle para hacer una balanza de cocina? Quiere que la balanza mida la masa de los alimentos comprendida entre unos 100 g y unos 800 g. Para ello adquiere tres muelles.
w
Emitir hipótesis Una hipótesis es una suposición verosímil del resultado de la investigación. Con la experimentación se contrasta si la hipótesis es correcta o no lo es.
¿Cuál será el idóneo? La hipótesis de María es que entre los tres muelles, al menos uno se contraerá en el intervalo de masas elegido, en una longitud que sea fácil de medir con una regla. Una hipótesis que no haya sido considerada no se va a investigar, solo se investigan las soluciones que se cree que va a tener el problema, sus hipótesis.
Elección de variables La variable independ iente es aquella a la que se le da el valor que quiere el experimentador. La variab le dependiente es aquella cuyos valores no pueden elegirse, vienen condicionados por los asignados a la variable independiente.
En este caso, las variables son: Variable independiente: el tipo de muelle. Variable dependiente: lo que se contrae cada uno de ellos. Variable controlada: la misma masa colocada en los tres muelles.
La varia ble con trolada es la que se mantiene constante durante la experiencia. Preparar el montaje Los experimentos deben plantearse en condiciones controladas y que se puedan reproducir. En cada experiencia solo debe haber una variable independiente y una dependiente, las demás estarán controladas.
Para elegir el muelle válido, María ha preparado esta experiencia para comprobar lo que se contraen los muelles cuando se les somete a la misma fuerza (por ejemplo, la ejercida por 1 kg de arroz).
Conclusiones Son consecuencias probadas obtenidas de la investigación. Además hay que establecer si el montaje está bien diseñado.
En este caso, el muelle rosa es el más adecuado para realizar la experiencia, ya que su intervalo de contracción con las masas usadas es el más amplio y permite una mejor medida de las longitudes.
Diseño y realización de las experiencias con toma de datos El muelle elegido se calibra para que sirva como báscula: se corta una lata de bebida, se mete el muelle en su interior y el conjunto se coloca sobre un bote graduado. Se cargan masas conocidas y se miden las variaciones de su longitud. Las variables ahora van a ser: • La variable independiente será la masa, ya que se van a aplicar masas conocidas diferentes al muelle elegido. • La variable dependiente va a ser la contracción del muelle para cada masa situada. • La variable controlada va a ser el tipo de muelle, siempre el mismo; en este caso, el muelle elegido.
Análisis de datos y conclusiones Con los datos obtenidos se realiza la gráfica mostrada (se elige la línea que más se ajusta a los puntos del plano obtenidos, en este caso, una recta; así se compensan, en parte, los errores de medida).
AL (cm)
0
103
195
290
380
504
595
725
795
0,0
0,5
1,1
1,6
2,3
3,0
3,4
4,0
4,3
La ecuación de la gráfica se obtiene con dos puntos de esta, sean los experimentales o no, y se calcula la pendiente, que en este caso es de 180 g/cm, dando como ecuación: m = 180A¿ En esta ecuación, la masa, m, está expresada en gramos, y la contracción del muelle, AL , en centímetros. Con la fórmula anterior se calibra la balanza de la derecha, asignando a cada masa un valor de la contracción del muelle. Las señales de la regla de la balanza se expresan en gramos en vez de hacerlo en centímetros. m(3)
100
150
200
250
300
350
400
500
550
600
650
700
750
800
AL (cm)
0,5
0,8
1,1
1,4
1,7
1,9
2,2
2,8
3,1
3,3
3,6
3,9
4,2
4,4
La balanza medirá en el tramo de masas adecuado (entre 100 g y 800 g).
— -,
NUllii'i
iiuuíjnu lim itin o «Mo«** m m u i t u i mn
Comunicación de resultados Las investigaciones científicas se publican en revistas especializadas, para que los científicos puedan an alizarlas, reprodu cirlas y, en su caso, añadir sus resultados al cuerpo de conocimientos de la ciencia . En este ejemplo, se haría un inform e describiendo las experiencias reales realizadas según las pautas del guión. j Esquema de la investigación científica
Figura 1.1 . Esquema general de una investigación científica.
Magnitudes físicas y sus unidades ¿Qué miden los pintores y qué necesitan para ello?
r
OBSERVA
Los pintores miden la longitud de las distintas dimensiones de las paredes. Con las medidas de la longitud calculan la superficie de las paredes y del techo. Con el reloj están midiendo el tiempo que invierten en hacer las medidas. En el regulador de temperatura de la pared puede leerse su valor.
Con las medidas tomadas, y sabiendo lo que cuesta cada kilogramo de pintura, calculan la que necesitan y el dinero que va a costar.
J
L La longitud, la superficie, el tiempo, la temperatura y la masa son magnitudes físicas. Las magnitudes físicas son propiedades de los cuerpos que se pueden medir.
El dinero se puede medir, pero no es una propiedad de los cuerpos; la belleza o la utilidad son propiedades de los cuerpos, pero no se pueden evaluar objetivamente. Para medir una magnitud, se necesita una unidad que sirva de referencia. Por ejemplo, el metro (m) o el kilogramo (kg). La medida se hará comprobando cuántas veces la magnitud medida contiene a esa unidad. También se necesita un instrumento de medida. Por ejemplo, la regla para medir la longitud o la balanza para medir la masa.
Tmua una of em m kacim do- cátcu lm
n
2. Predice razo nadamen te si la lámpara de la figura 1 .2 cabría en el hueco conocido de una estantería. Se sabe que cada cubo tiene 4 cm de lado. j S O L U C I Ó N ) ...................................................................................................................................................................................................
Para ello calculamos el ancho y el alto de la lámpara, y la superficie de la base: Figura 1.2. Lámpara de diseño moderno. ACTIVIDADES
3. Identifica las magnitudes a las que pertenecen las siguientes unidades: segundo, año luz, km2, hora, grado centígrado, grado Fahrenheit, newton, kg, m3, tonelada 4. Si se divide la longitud de la lámpara de la figura superior por la de un lado del cubo, ¿qué información se obtiene? ¿En qué unidad se expresa esa cantidad? 12
a) El ancho es la longitud de 7 lados de diferentes cubos: 7 •(4 cm) = 28 cm. b) El alto también es la longitud de 7 lados, es decir, 28 cm. c) También debemos calcu lar la superficie de la bases de la lámpara: se obtiene multiplicando dos longitudes; para cada cubo es (4 cm) •(4 cm) = 16 cm2. Luego la base de la lámpara con 6 cubos es de 96 cm2. d) El volumen de cada cubo es (4 cm) •( 4 cm) • (4 cm) = 64 cm3, luego el volumen de la lámpara con 28 cubos es de 1792 cm3. v_______________________________________________________________________________
Hay magnitudes físicas denominadas fundamentales, por ejemplo, la longitud, y otras derivadas, como la superficie o el volumen. Si la unidad de longitud es el m, las de superficie y volumen quedan determinadas (m2y m3, respectivamente). [ FUNDAMENTALES Se elige su unidad
MAGNITUDES
| DERIVADAS Sus unidades están condicionadas por las unidades de las fundamentales
El sistema internacional de unidades (SI)
Ten en cuenta
La comunidad cien tífica internacional ha adoptado el sistema in ternacional de unidades, SI, que establece siete magnitudes fundamentales y define sus unidades. De estas se deducen todas las magnitudes derivadas y sus unidades. Unidad fundamental
Símbolo
metro
m
Masa (m)
kilogramo
kg
Tiempo (f)
segundo
s
kelvin
K
Intensidad de corriente (/)
amperio
A
Cantidad de sustancia (ríj
mol
mol
candela
cd
Magnitud física Longitud (L)
Temperatura (7)
Intensidad luminosa (1)
Los nombres de las unidades se escriben siempre en minúscula: new ton, julio, metro, etc. • .Cada unidad tiene un símbolo único: s, m, kg, etc. Solo se escriben en mayúscula los símbolos de las unidades que derivan de un nombre propio: j (Julio), N (Newton), Pa (Pascal), etc.
lofeidifüa (as unida des d e (as exp resm es 3.
¡s
Cuando se lanza hacia abajo una piedra con una velocidad inicial de 2 m/s, desde una ventana que está a 3 m del tejado de una casa, la distancia, s, de la piedra al tejado en cada instante, t, está dada por la siguiente expresión: s = 3 + 2 f + 4,9 f2. ¿Cuáles son las unidades en el SI de cada uno de los números y términos de la ecuación? o l u c ió n
) ...................................................................................................................................................................................................
La expresión s es una longitud y su unidad en el SI es el metro, luego cada sumando del segundo término tiene también como unidad el metro. El primer sumando es 3 m. El segundo es 2 t m. Como f se expresa en s, el número 2 se expresa en m/s, ya que (m/s) •s = m. El tercero es 4,9 f2 m. Como t2se expresa en s2, el número 4,9 se expresa en m/s2, ya que (m/s2) •s 2 = m.
ACTIVIDADES
5 . Aurora no recuerda cuál de
Cambio de unidades En los coches se indica su velocidad en km/h; el tiempo se suele expresar en horas o en minutos, la distancia entre estrellas se mide en años luz. Ninguna de ellas es unidad del SI, pero en muchos casos resultan más útiles.
las dos fórmulas corresponde a la longitud de la circunferencia: 2nr o nr2. Razona cuál de las dos es correcta usando las magnitudes contenidas.
Muchas veces se hace necesaria su conversión a unidades del SI. Por ejemplo, para pasar 1 km/h a m/s, su unidad en el SI, hay que sustituir 1 km por 1000 m y 1 h por 3600 s. Así: lkm/h =
100 0 m 3600 s
: — m/s 3,6
1 1 = 3,6 km/h lm/s = í 1 \ í ,10 0 0 km j 13600 hJ
Los factores de conversión son una forma elegante de obtener la equivalencia entre unidades. Son fracciones, una por magnitud, que tienen a la nueva unidad en el numerador y la misma cantidad en la unidad antigua, en el denominador. Por ejemplo: 90km/h=
90 km lh
100 0 m lk m
lh 25 m/s 3600 s
6. En la ecuación s = 3 + 5f, indica en qué unidades vienen representadas las cantidades 3 y 5 1
Los instrumentos de medida y sus características
Alcance: 100 mL
Unidad: mL (cm3)
Cada medida experimental de una magnitud requiere un instrumento de medida adecuado, ya que cada uno posee una escala de medida con características propias: • El alcance o rango de la medida viene dado por los valores máximo y mínimo que puede medir. • Las unidades en las que viene expresada la medida. • La precisión o valor mínimo de la magnitud que puede ser apreciado (a veces se denomina apreciación del instrumento).
/
Precisión del instrumento: 1 mL
• La sensibilidad de un instrumento de medida es la posibilidad que tiene de detectar variaciones en la magnitud. Cuanto más sensible sea, las variaciones que detecte serán menores. La sensibilidad está relacionada con el valor de la precisión.
Expresión de datos experimentales: cifras significativas Se denominan cifras significativas (c.s.) de una medida experimental las que se leen en la escala de un aparato de medida. Cualquier medida experimental proporcionada por un instrumento está formada por unas cifras significativas exactas y una última cifra significativa sujeta a error por estar en el intervalo de la precisión del aparato.
Figura 1.3. Medida del volumen de un líquido con una probeta.
Las siguientes reglas determinan el número de cifras significativas de una medida: • Todas las cifras de una medida experimental distintas de cero son significativas. Ejemplo: 4,13 N tiene 3 c.s. • Los ceros a la derecha de la coma decimal del final de una medida son significativos. Ejemplo: 25,00 kg tiene 4 c.s. • Los ceros del principio de un número no se consideran significativos. Ejemplo: 0,00450 s tiene 3 c.s. (los ceros que preceden al 4 no son significativos).
ACTIVIDADES
7. Expresa la medida del volumen que ocupa el agua. Indica las cifras significativas que tiene la medida y tas caracter ísticas del instrumento.
• Los ceros del final de un número sin coma decimal no son significativos excepto si se indica con un punto. Ejemplo: 400 m tiene 1 c.s. y 400. m tiene 3 c.s.
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INTERPRETA
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El volumen del agua que mide la probeta es 10 ± 1 mL, por lo que su valor está en el intervalo de 9 a 11 mL. Tiene 2 c.s., el 1 de valor exacto y el 0 sometido a error, en este caso de ±1 mL. La temperatura marcada por el termómetro es 52 ± 2 °C, por tanto, su valor está en el intervalo de 50 a 54 °C. Tiene 2 c.s., la última de ellas, el 2, sometida a error, en este caso de ±2 °C. La masa medida por la balanza es 33,5 ± 0,1 g, por lo que su valor está en el intervalo de 33,4 a 33,6 g. Tiene 3 c.s., la última de ellas, el 5, sometida a error, en este caso de ±0,1 g.
J
Carácter aproximado de la medida Existen errores de medida que se repiten invariablemente (errores sistemáticos): • Error de calibrado. Depende del instrumento; por ejemplo, una persona que pesa distinto en dos básculas diferentes (esa diferencia es siempre la misma). • Error de paralaje. En las escalas analógicas, la posición aparente de la aguja sobre la escala depende de la posición del observador. Por ejemplo, el copiloto ve la aguja del velocímetro de lado y lee un valor diferente al que aprecia el conductor. Además, las medidas están influenciadas por errores accidentales, debidos al observador o al entorno, que aumentan o disminuyen el valor de la medida. Figura 1.4. El propio observador y las circunstancias inesperadas son la causa de los errores accidentales. Las medidas experimentales siempre son aproximadas. Las causas son la precisión limitada de los instrumentos y los errores, sistemáticos o accidentales, introducidos en el proceso de medida.
La incertidumbre de la medida es el máximo error de la medida y nunca puede ser menor que la precisión del aparato. El erro r abs oluto cuan tifica la incertidumb re de una medida y el error relativo es un indicativo de su calidad. • El error ab soluto , f , de una medida experimen tal es el valor absoluto de la diferencia entre el valor medido y el tomado como exacto (que puede ser la media aritmética de varias medidas). • El erro r r ela tivo , f , es la relación entre el error absoluto y el valor de la medida. Se expresa en %. Cuanto menor sea el error relativo, mejor será la medida.
i Figura 1.5. El error sistemático de paralaje se corrige adoptando una posición de medida correcta.
Los errores sistemáticos pueden corregirse cuidando la construcción y el calibrado de los aparatos y aprendiendo los métodos de medida. Los errores accidentales también pueden mejorarse tomando varias medidas y haciendo la media de los valores (los positivos compensarán en gran parte los negativos).
( da tos fácuim d e ¿o í aparatos eM cfrim - interpreto jck
---------------------
4. El tiempo de un corredor medido por se is amigos con cronómetros de 0,1 s de precisión es: 10,3; 10,1; 9,9; 10,0; 9,9; 10,2 s. Determina su error absoluto y expresa adecuadamente el resultado más probable de la medida. ¿Cuál es el error relativo de esa medida? ACTIVIDADES j S O L U C I Ó N ) ...................................................................................................................................................................................................
El valor tomado como exacto es la media aritmética de los datos experimentales, 10.1 s. Los errores absolutos de cada medida son: 0,2; 0,0; 0,2; 0,1; 0,2; 0,1, y su media es 0,1 s. Por tanto, la expresión más probable del tiempo de la carrera es 10.1 ± 0,1 s. El error relativo es: 0, 1
E = — ■100 = 1% r 10,1 Cuanto menor sea el error relativo, mejor será la medida.
8. Tres albañiles han medido la
longitud de una habitación y han obtenido 5,43 m, 5,48 m y 5,46 m. Expresa adecuadamente el valor más probable de la medida con su error. Si las medidas hubiesen sido 5,4 m, 5,5 m y 5,7 m, ¿el resultado tendría más calidad?
Operaciones con medidas experimentales En las operaciones con datos experimentales se obtienen resultados en los que se hace necesario suprimir aquellas cifras que no sean significativas. Para ello se redondea el número'obtenido dejándolo solo con las cifra s sig nifica tivas. Redondear un número es reducir sus cifras manteniendo un valor aproximado correcto. La última cifra que se deja se aumenta en 1 si la primera cifra eliminada es un 5 o una cifra mayor, y se deja inalterada si es menor que 5. Por ejemplo, dado el número n con 4 cifras decimales (3,1416), su redondeo a las milésimas se hace eliminando el 6 del final, que está en el tramo de 5 o más de 5; por tanto, se aumenta en 1 la cifra anterior: n = 3,142; si se redondea a las centésimas, queda n = 3,14, ya que la cifra eliminada es menor que 5, etc. Suma y resta de medidas experimentales
Multiplicando o dividiendo medidas experimentales
La suma y la resta de dos medidas no deben tener mayor precisión que la del aparato de menor sensibilidad.
El producto y el cociente de dos medidas no deben tener más cifras significativas que la medida con menor número de ellas.
¿Cuál es la masa total del perfume y su caja? La medida con mayor precisión (centésimas), 0,6 2, se redondea hasta las décimas y pasa a 0,6 . La masa del paquete será 42 0,5 + 0,6 = 421 ,1 g.
¿Cuál es la sup erfic ie del tablero? Al m ultiplica r 1 0,5 * 12,3, el producto S = 129 ,15 cm2no puede tener más de 3 c.s . y se redon dea a 129 cm2, que tiene 3 c.s.
Notación científica La notación científica es una forma de expresar los números usando potencias de 10. Los números se escriben como un producto a ■10", donde a es un número real igual o mayor que 1 y menor que 10, y n es un número entero.
- U tiliza ía u oiacim m u tifica — 5. Representa en notación cien tífica los siguientes números: a) 52,36 • 106y 242 • 104 b) Su suma y su resta. c) Su multiplicación y su división .
¡ S O L U C I Ó N ) ......................................................................................................................................................................
a) 5,236 107y 2,42 • 106 b) 5,236 ■107+ 0,242 • 107= (5,23 6 + 0,242) • 107= 5, 478 •107 5,236 ■107 0,242 • 107= 4,99 4 • 107 c) (5,236 • 107) •(2 ,42 • 106)= 5,236 •2,42 • 107• 106= 12,67112 • 107*6= = 1,267 112 • 1014, que se redondea a 1,27 • 10w (5,23 6 • 107) : (2,42 ■106) = (5,236 : 2,42) • (107: 106)= 2,16 ■101
ACTIVIDADES
I
9 . Un profesor está poniendo las notas de Física y Química de
1 0 . En una carrera de 500 m, 5 amigos toman el tiempo a un co-
la evaluación. Teniendo en cuenta todas las pruebas hechas, le ha salido a Juan 5,4, y a Rosa, 5,6. El boletín solo admite números enteros. ¿Qué nota tendrán?
rredor colocados cada 100 m. El tiempo total es la suma de lo que marcan los cronómetros. Sus valores son 13,5 s; 12,56 s¡ 12,4 s; 13,27 s; 13,4 s. ¿Qué tiempo ha hecho el corredor?
16 UNIDAD
Organización y análisis de datos experimentales Hay investigaciones como, por ejemplo, la variación de la presión que soporta un submarinista con la profundidad o la variación de la temperatura de un líquido, que se basan en datos numéricos obtenidos; son inve stigac ione s c uan titativa s. Los datos numéricos se recogen de forma ordenada en una tabla. Por ejemplo, la siguiente tabla muestra los datos de la temperatura de la leche contenida en un cazo recién sacado de la nevera, a 0 °C, hasta que está a una temperatura de 70 °C. La tabla obtenida es la siguiente: Tiempo (min)
0
1
2
3
4
5
Temperatura (°C)
0
13
28
43
56
70
^— A N A L I Z A
DAT OS
-------------------
Representación gráfica de los datos
Minimizando errores
Ecuación de la recta
Esta distribución de puntos se aproxima mucho a la recta trazada. Los puntos que no aparecen en ella se encuentran cerca en un sentido u otro. Se considera que es debido a los errores accidentales de medida. Con la recta se compensan unos con otros y se minimiza el error.
La ecuación de esta recta que pasa por el origen es:
El comportamiento de los valores presenta una tendencia clara: la recta trazada.
temperatura = pendiente * tiempo La pendiente de la recta se halla con dos de sus puntos: K= « 6 2 8 )
(42) La ecuación de la recta es: T=14f
..
J
Para cualquier valor intermedio, como í = 1,5 minutos, se aplica la fórmula para el cálculo de la temperatura: T = (14 °C/ min) • (1, 5 min) = 21 °C. Las representaciones gráficas de los datos experimentales ayudan a buscar relaciones entre tas variables.
Erf ra e cm clusúm ej de, gráfi cas 6. Analiza los datos presentados en las siguien tes gráficas. a)
r
ACTIVIDADES
11 . La presión del agua a medida
que se baja en una piscina viene dada por esta gráfica. p (miles de Pa)
Is
o l u c i ó n
) ...................................................................................................................................................................................................
a) En este caso no hay una relación predecible entre las dos var iable s. b) Podría considerarse como una relación de proporcionalidad directa entre las variables: al aumentar una, aumenta la otra en igual proporción. c) Hay una relación matemática compleja (para este nivel de conocimientos).
Obtén la ecuación que relaciona la presión con la profundidad. 1
Trabajo en el laboratorio El laboratorio es un espacio donde: • Aprender técnicas de trabajo, como medir masas y volúmenes, preparar disoluciones o recoger gases. • Comprobar teorías estudiadas, como la diferenciación entre masa y volumen o la ley de Hooke con un muelle elástico. • Realizar pequeñas investigaciones, como la determinación de los factores que condicionan la rapidez de disolución de una sustancia en el agua. INTERPRETA
Comprobación de una teoría
Técnicas de medida
\
© -5 0
• \
m L i—25 F -20 r
-4 0
20 -10
La medida de un volumen la proporciona la parte baja del menisco que forma el agua: en la primera probeta mide 32 mL y no 33 mL; y el agua de la segunda probeta ha subido hasta 46 mL, luego el volumen del sólido (insoluble en agua) es (46 32) mL = 14 mL.
>
> -25
m L
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m L
-25
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: —15
: -15
r —10
-10
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-10
—5
-5
:
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i
m L
-5
—5
¿Dónde va a llegar el agua en las probetas al meter las bolas de aluminio y acero (que tienen diferentes masas e igual volumen)? En el laboratorio se comprueba que al tener las bolas el mismo volumen, el agua sube igual en las dos probetas.
Realización de investigaciones ¿Qué factores influyen en el tiempo que tarda en disolverse el azúcar en el agua y cómo lo hacen? Hipótesis: se supone que van a influir la temperatura, el grado de división del azúcar y el que se agite o no la disolución. • Las variables independientes son la temperatura, en la primera experiencia, y el grado de división, en la segunda. • La variable dependiente será siempre el tiempo que tarda en disolverse el azúcar. • Las variables controladas en cada experiencia son los factores que se mantienen fijos. En la primera, el grado de división y la agitación.
fe. 1 Primera experiencia: pon la misma masa de azúcar, del mismo grano, en dos vasos con la misma agua a distinta temperatura, sin agitar.
Segunda experiencia: pon la misma masa de azúcar, una fina y otra en terrones, en la misma cantidad de agua, a la misma temperatura, sin agitar.
Se disuelve antes el azúcar en agua caliente.
Se disuelve antes el azúcar fino.
!
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Medidas de seguridad
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o bs er v a
Aquí podrás ver cómo se realiza una investigación en el laboratorio.
Muchas sustancias usadas en el laboratorio muestran su carácter más o menos peligroso mediante un pictograma. En la ilustración inferior se pueden ver los principales indicadores de peligrosidad que figuran en las etiquetas que acompañan a los productos químicos. Xi
X Irritante
HE
J=
‘
è Peligroso para el ambiente
Explosivo
Comburente
Corrosivo
Fácilmente inflamable
El trabajo en el laboratorio debe realizarse guardando unas estrictas normas de seguridad. Normas de seguridad
..........................................................« E n la w e b
1. Ten la mesa despejada. No comas ni bebas nada en el laboratorio y lávate las manos después de hacer un experimento.
En esta dirección puedes ver más sobre las normas de seguridad en el uso de sustancias químicas y sobre su reciclado.
2. No pruebes ni huelas ningún producto químico. 3. No utilices reactivos en los que se haya perdido la etiqueta. Cuando emplees reactivos, no devuelvas el resto al frasco.
............
• www.esm.net/svfq3eso01_01
A. No fuerces los tubos de vidrio para meterlos en los tapones, mójalos y mételos con guantes o con un trapo. 5. Si utilizas fuentes de calor, mantén lejos los reactivos químicos. No calientes los líquidos inflamables con un mechero. 6. Enciende la llama siempre antes de abrir la llave de paso del gas del mechero. 7. En un experimento, dirige la boca del tubo de ensayo o del recipiente que uses en dirección contraria a las personas. 8. No lleves reactivos de un lado para el otro. Coge las botellas con reactivos por la base y no por el cuello.
r
ACTIVIDADES
1 2 . Un recipiente de ácido clorhí-
drico lleva esta etiqueta. “Etiqueta ( (” no 2315957 Ácido clorhídrico... 30%
Reciclado de residuos Los restos del material usado en el laboratorio y las sustancias químicas peligrosas y desechadas de forma incorrecta permanecen largo tiempo en el medioambiente contaminando el suelo y el agua, y deben ser recogidos y reciclados adecuadamente. • Si se rompe algún instrumento de cristal, no eches los restos a la papelera, utiliza los recipientes preparados para ello. La mezcla del cristal con los papeles puede producir accidentes en el personal de la limpieza. • Los productos que el profesor indique que pueden tirarse al fregadero, deben diluirse. Además, hay que abrir el grifo antes de echarlos en él y dejarlo un rato abierto para seguir diluyéndolos. • Los productos tóxicos que no sea conveniente echarlos al fregadero deben recogerse en recipientes espe ciales, separando los líquidos de los sólidos. El profesor se encargará de guardarlos para enviarlos a los lugares adecuados.
C corrosivo XX X XX. S.A. Provoca quemaduras Irrita las vías respiratorias
C/
.............
Tel.:
......................
Consérvese bajo llave y manténgase fuera del alcance de los niños. En caso de contacto con los ojos, lávense inmediata y abundantemente con agua y acúdase al médico. En caso de accidente o malestar, acúdase inmediatamente al médico (si es posible muéstrese la etiqueta). j
wwmmvni.AUm.mwmmwm.mwJ
Indica qué significa el pictograma y qué precauciones tienes que tomar para su uso.
Repasa lo aprendido J
^ m
¿Qué se entie nde por cie nc ia .
¿Por qué hay investigación científica?
¿Cómo se desarrolla una investigación?
La ciencia es un proceso de construcción de conocimientos sobre el mundo natural, que está en continua revisión . No describ e la reali dad, sino que la interpreta.
La investigación científica surge como respuesta a los interrogantes que el ser humano se hace sobre la naturaleza, ya sea por curiosidad o por su utilidad.
A partir de interrogantes, se emiten hipótesis, se diseñan y se realizan experiencias identificando y controlando las variables y se toman datos. Los datos numéricos se organizan en tablas y se representan mediante gráficas para buscar relaciones, se sacan co nclusion es y se comunican los resultados.
Las medidas experimentales se expresan con una cantidad seguida de una unidad. ¿Cómo se expresan las medidas experimentales?
Por ejemplo, si el nivel del líquido contenido en una probeta es de 24 mL, esta medida tiene dos cifras significativas, de las cuales el 4 es la imprecisa . Se puede añadir la precisión del aparato que afecta al 4: 24 ± 1 mL
D
¿Cómo se organizan los datos experimentales para obtener conclusiones?
Después de recoger los datos de las variab les independiente y dependiente en tablas, se representan los puntos obtenidos en gráficas, para buscar las relaciones entre ellas. Si se ajustan a una recta, se halla su ecuación.
¿Cómo se trabaja en un laboratorio de física y química?
En el laboratorio se practican técnica s de medida, se comprueban te orías estudiadas y se realizan investigaciones. Hay que saber identificar los pictogramas de peligrosidad de los productos químicos, cumplir las normas de seguridad y reciclar los materiales. smSaviadigital.com
20
v a l o r a
l o aprend ido
>Resumen de la unidad
Procedimientos de la ciencia
f Trabajo de investigación utilizando las TIC
¿De qué depende la velocidad de propagación del sonido? Las hipótesis a comprobar son que la velocidad depende del tono del sonido, grave o agudo, y de su intensidad, fuerte o débil. Cada uno de estos dos factores, grave o agudo y fuerte o débil, serán las variables independiente y controlada. La velocidad del sonido será la variable dependiente en las dos experiencias. La investigación se va a desarrollar utilizando una simulación de la propagación del sonido.
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pr a c t
Pulsa la pestaña Escuche una sola fuente y familiarízate con la simulación: puedes variar la frecuencia del sonido, asociando la frecuencia al tono, sonido grave o agudo, y la amplitud a la intensidad, sonido fuerte o débil. Haciendo clic en la pestaña Audio pe rm itido puedes escuchar los sonidos producidos. Para medir la velocidad, pulsa la pestaña Mida: poniendo la regla en horizontal en el centro, puedes medir el tiempo que un punto de la onda de sonido tarda en recorrer los 4 cm, que al estar a escala representan 4 m. La velocidad del sonido se obtiene dividiendo los 4 m entre los segundos que tarda el sonido en recorrerlos. PRIMERA EXPERIENCIA
SEGUNDA EXPERIENCIA
Comprueba si la velocidad del sonido depende del tono (que, a su vez, depende de la frecuencia).
Comprueba si la velocidad del sonido depende de la intensidad (que, a su vez, depende de la amplitud).
El tono, y, por tanto, la frecuencia, es la variable independiente (la que se va a cambiar).
La intensidad, y, por tanto, la amplitud, es la variable independiente (la que se va a cambiar).
La amplitud (asociada a la intensidad) es la variable controlada, ya que se deja fija durante la experiencia.
La frecuencia es la variable controlada, ya que se deja fija durante la experien cia.
Calcula la velocidad para distintas frecuencias.
Calcula la velocidad para diferentes amplitudes.
Las medidas indican que los sonidos agudos se pro pagan igual de rápido que los sonidos graves .
Las medidas indican que el sonido se propaga igual de rápi do cuando se grita que cuando se habla en voz baja.
CONCLUSIONES DE LAS EXPERIENCIAS
La conclusión de la investigación es que la velocidad del sonido no depende ni de la frecuencia ni de la amplitud. Si se busca información, se comprueba que la velocidad del sonido depende del medio por donde se propaga. En la pestaña Escuche con presiones de aire... se puede comprobar cómo varía el sonido con la densidad del aire.
1 3 . Si se pudiese modificar la simulación, ¿cómo prepararías la
1 4 . Averigua desde qué frecuencia podéis escuchar un sonido,
experiencia para comprobar si la velocidad del sonido depende del medio de propagación? ¿Cuáles se rían la variable independiente, la dependiente y las controladas?
tú y tus compañeros. Comprueba si el umbral de audición varía con la edad, pidiendo al profesor que realice la prueba. Trata de sacar alguna conclusión. 21
Actividades 1 8 . Para estudiar los factores que influyen en la velocidad de se
Las investigaciones científicas 1 5 . Identifica qué cuestiones son investigables desde la ciencia.
® a) ¿Qué les pasa a los objetos cuando se calientan? b) ¿Qué decisiones políticas se deberían tomar para disminuir las caries en un país?
© cado de la ropa, se emite la hipótesis de que la velocidad de secado depende de lo extendida que esté la ropa, de la clase de tela, de la temperatura y del viento. Una experiencia para comprobar una de estas hipótesis es la que se muestra en la siguiente imagen.
c) ¿Qué efecto produciría sobre las car ies el añadir flúor al agua corriente? d) ¿Aumenta el riesgo de padecer cáncer de pulmón el fumar? 1 6 . Los comentarios “probado por la ciencia” o “científicamente
® demostrado” se oyen en muchos anuncios de los distinto s medios de comunicación. En la publicidad se utiliza la ciencia para avalar la calidad de un producto, suponiendo que la ciencia es algo verdadero, fuera de toda duda. Copia en una cartulina un esquema como este de “vasos comunicantes” y completa las cuestiones con tu investigación sobre algún caso concreto.
a) ¿Qué posible factor de influencia en la velocidad de sec ado se está comprobando?
¿Qué tema se debate?
¿Por qué se recurre a la ciencia para anunciar un producto?
¿Es verdad que el conocimiento científico no presenta ningún tipo de dudas?
b) ¿Cuáles son las variables independiente, controladas y la dependiente en este experimento? ¿Y tú qué opinas? ¿En qué te basas?
17 . Observa el esquema de una investigación científica.
19 . Diseña una experiencia para comprobar si la clase de tela in
© fluye en la velocidad de secado, indicando qué papel desempeña cada una de las otras variables. 2 0 . Entre las siguientes investigaciones científicas que han obte
© nido el Premio Nobel, unas están enfocadas a aplicacione s para la sociedad (investigación aplicada) y otras están orientadas al puro conocimiento de la naturaleza (investigación bá , sica). Clasifícalas en función de su enfoque. a) Premio Nobel del 2014 de Física “ por la invención de los ledes azules, con los que se puede formar, junto a los ledes que ya había, la luz blanca”. b) Premio Nobel de Física del año 2013 “por el descubrimien to teórico del mecanismo que contribuye al conocimiento del origen de la masa de las partículas subatómicas, confirmado recientemente a través del descubrimiento de la predicha partícula fundamental, el bosón de Higgs, en el CERN”. c) Premio Nobel de Medicina 1966 “ por sus descubrimien tos sobre el tratamiento hormonal del cáncer de próstata”. 2 1 . La composición de la gasolina para los coches cambia del in
a) Rellena los huecos del esquema. b) ¿Cuál de las dos afirmaciones siguientes se ajusta más al esquema? “ La observación que dará lugar a los problemas está condicionada por los conocimientos que se tengan”. “La observación es objetiva, no está condicionada por nada”. 22
UNIDAD
© vierno al verano. En los cilindro s del motorse quema una mezcla de aire y vapor de gasolina, y la mezcla de los componentes de la gasolina debe ser la adecuada para evitar problemas en su vaporización. Por eso las compañías petrolíferas preparan distintas mezclas para el invierno o para el verano: una de las mezclas tiene más componentes volátiles que la otra. Argumenta cuál tendrá más componentes volátiles en su composición y qué problemas surgirían si se emplearan al revés, la de invierno en verano y la de verano en invierno.
2 8 . Completa el siguiente cuadro
Magnitudes y unidades 22 . Una fuerza, F, aplicada a un cuerpo de masa m le produce una
© Magnitud
© aceleración o de forma que F = m o. La unidad de fuerza es el newton (N).
Unidad SI
a) ¿Es la fuerza una magnitud fundamental o es derivada?
Otras unidades
b) ¿Qué relación hay entre la unidad N con las unidades de las magnitudes fundamentales, masa, longitud y tiempo?
Equivalencias
2 3 . Expresa en el SI las siguientes cantidades.
® a)
Una semana
Volumen s
m
Cifras significativas, redondeos y errores
d) 3 g/cm3
b) 0,5 L
e) 4 km
c) 2,5 ha
f) 30 km/h
2 9 . ¿Cuál es el resultado de las siguientes operaciones? Indica
el valor de los resultados, redondeando adecuadamente.
2 4 . Observa los aparatos de medida y responde a las cuestiones.
©
Masa
a) 15 ,5 cm + 18 cm b) 45,3 mL + 20,3 4 mL
\ =100 E-90 E-80 E-70 E-60
« n « » » » sl|r il £ »*»
c) 30 ,4 g + 10,5 2 g d) 15,5 cm x 18, 25 cm f 10 |-9
[ S O L U C I Ó N ) ............................................................................................................................................
¡H
jE-40
| 5 | 4
!"3 Í2
I r 20
f) 12 g : 9,95 g
|- 8
E-50
E-30
e) 30 g + 18 cm
=-10
a) 34 cm, con la precisión del sumando que menos tiene. b) 65,6 mL, con la precisión del sumando que menos tiene.
c) 40 , 9 g, con la precisión del sumando que menos tiene. d) 283 cm2, no puede tener más cifras significativas que el factor que menos tenga, 3 c.s. e) No se pueden sumar valores de distinta s magnitudes.
a) Indica el alcance y la precisión que tienen estos aparatos de medida y la magnitud que miden.
f) 1,2, con dos cifra s significa tiva s como las del operando que menos tiene (12 g). Es un número sin dimensiones.
b) Da el valor de la medida de los tres aparatos, indicando la unidad en la que se expresa. c) Indica el número de cifra s sign ificativas de cada medida y escribe las cantidades con su intervalo de precisión. 2 5 . Escribe en notación científica las siguientes cantidades e in
© dica a qué magnitud pertenecen. a) 0,00 6 m
c) 0,00 03 m3
b) 240 0 g
d) 3 000 00 0 00 0 m/s
2 6 . De las siguientes notaciones científicas, indica cuáles están
© mal y escríbe las correctamente: a) 32,5 ■103
e) 0,34 • 105
b) 2,578 • 10*
f) 27 • 10“2
c) 0,25 • 102
g) 1,34 • 105
d) 0,079 •104
h) 2,1 •10”1
30. ¿Cuál es el resultado de las siguientes operaciones? ® a) 34,6 g + 32,5 3 g b) 23 cm x 3,51 cm
c) 23 cm : 2,31 cm d) 27,82 °C 15, 3 °C
31. Una medida realizada con un termómetro de 0,2 °C de preci © sión da un valor de 35,8 °C. ¿Cuántas cifras sig nificativas tiene? Expresa su medida añadiendo el intervalo debido a la precisión del instrumento. 32. Completa el siguiente esquema. ©
27 . Indica cuáles son las unidades en el SI de las siguientes mag
© nitudes: supe rficie, volumen, masa, velocidad. a) m, dm3, g, m/s
c) m2, m3, kg, m/s
b) ha, mL, kg, km/h
d) m, L, kg, m/s 2:
Actividades 33. Mediante un cronómetro que aprecia milésimas de segundo se © ha medido el tiempo que tarda un coche de Fórmula 1 en reco rrer una recta, obteniéndose el valor 12,557 s.
38. Se quiere hallar la relación que hay entre el volumen y la masa © de un líquido. Se toman volúmenes del líquido desde 2 mL aumentando 2 mL en cada medida. Para las medidas se emplea una pipeta de 0,1 mL de precisión y se hallan sus masas con una balanza de 0,1 g de precisión. Se organizan los datos en una tabla y se obtienen los resultados que se muestran en ella. V(ml)
0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
m( g)
0
1,5
2,9
4,6
6,0
7,3
9,1
a) ¿Cuál ha sido la variable independiente y cuál la dependiente en el experimento? b) Representa los puntos en una gráfica poniendo el volumen en el eje X y la masa en el eje Y. c) Comprueba que la recta que se ajusta a esos puntos es V = 1,3 m.
Expresa este valor del tiempo medido, con 5 c.s ., con 4 c.s., con 3 c.s. y con 2 c.s.
d) ¿Cuál es el volumen de 4,3 g del líquido? ¿Y la masa de 7,2 mL del líquido? ¿Cuántos decimales tendrán los valores hallados?
34. La medida de la superficie de un tablero es 30 m2. ® a) ¿Cuál es la magnitud representada? ¿ Cuál es la unidad y cuál la cantidad? b) ¿Cuántas cifras significativas tiene? ¿Cuál de ellas está afectada por un error? 35. ¿De qué dependen las cifras significativas de una medida experimental. ¿Se comete un error al redondear el resultado de una operación con ella y expresarlo con las c. s. adecuadas?
39 .Para medir el volumen de
© un sólido pequeño, irregular, y que no se disuelva en el agua, puede hacerse con el montaje de la figura. a) Expre sa el volumen inicial de la probeta.
36 . Calcula el volumen de un cubo cuya arista mide 115 cm. © Esta medida ha sido obtenida con una cinta m étrica de 1 cm de precisión. Expresa el volumen en cm3, en mm3, en dm3y en m3, y calcula también la suma de todas sus aristas.
b) Expre sa el volumen final de la probeta. c) Calcula el volumen del sólido. d) ¿Cuántas cifras significativas tienen las medidas?
I s o l u c i ó n ) ............................................................................................................................................
El volumen será V =(115 cm)3= 1 520 875 cm3. Pero al multiplicar valores experimentales de una magnitud, el producto no puede tener más cifras significativas que la medida que menos tenga, o sea, que el volumen solo tiene 3 cifras significativas. Una expresión correcta del resultado es:
4 0 . El valor de la aceleración de la gravedad es de 9,8 m/s2; sin
© embargo, por comodidad, suele emplearse 10 m/s2. a) ¿Cuál ha sido el error absoluto que se ha cometido con esta aproximación? b) ¿Cuál ha sido el error relativo?
V= 1,52 •106cm3
c) Repite los anteriores cálcu los considerando como valor de la aceleración de la gravedad 9,81 m/s2.
El volumen del cubo también se puede expresar como: 1,52 ■109 mm3, 1,52 • 103 dm3y 1,52 ■10° m3 La suma de todas sus arista s es (115 cm) • 12 = 13 80 cm. Aunque la medida de la arista tenga 3 c.s., el resultado tiene 4 c.s. porque al multiplicar por un número sin dimensiones, se está sumando 12 veces la longitud de la arista. La precisión de la suma de magnitudes debe ser como máximo la precisión del sumando menos preciso; pero como solo hay una medida, la de la arista, con una precisión de 1 cm, la suma de 12 aristas tiene esa misma precisión (el 0 es significativo).
37. Calcula la superficie de un campo de balonmano de dimensio © nes 20 por 40 m y exprésala en m2y en dm2. 24
4 1 . Completa el siguiente esquema.
©
42. Calcula la superficie del campo de baloncesto, la del círculo
© central y la longitud de la circunferencia de este círculo. E xpresa los valores hallados con el número adecuado de cifras significativas.
Análisis de datos experim entales 46. ^ smSaviadigital.com A P L I C A La ley de GayLussac des
©
í cribe el comportamiento de la presión de un gas cuando varía la temperatura y el volumen se mantiene constante, p = kT . Aquí puedes simular este comportamiento. a) En esta experien cia, ¿cuáles son las variables independiente, dependiente y controlada? b) De las siguientes gráfica s, ¿cuál crees que respondería a este comportamiento y, portan to, a la ecuación entre las variables p77
43.
®
smSaviadigital.com
aplica
; Aquí puedes obtener la expresión correc ta en notación científica de cualquier cantidad. Utiliza la simulación para expresar las siguientes cantidades y resultados en notación científica.
47. Emprende. Realiza con tus compañeros una campaña de re
© ducción del consumo eléctrico en el centro educativo o en casa. a) Contar el número de lámparas del centro e identificar el tipo y la potencia de cada una.
a) 0,006107=
b) Estimar cuántas horas están encendidas y el consumo mensual medio.
b) 5 , 1 1 0 3 5 , 2 9 1 0 4=
c) 1,15 • 104+ 5,88 • 104= d) (4,0 • 103) • (3,0 ■107) =
c) Preparar un presupuesto para cambiarlas por otras tipo led, estudiar los costes de adquisición y de consumo, etc.
e) (8,0 • 10"6) : (2,0 ■102) =
d) Pon el estudio en conocimiento de tus padres y profesores. 48. V smSaviadigital.com A P L I C A La longitud de un muelle
44. Para ganar calidad en la medida
© de cantidades pequeñas, se suele medir un número grande de ellas. Por ejemplo, para medir una gotade agua, se han recogí do 80 gotas en un tubo de ensayo calibrado en mL echándolas con un cuentagotas. a) ¿Cuánto mide él volumen de las 80 gotas? Indícalo con la precisión del instrumento.
© mL *
-1 0
-9 -8
-7
-6 -5
depende de la fuerza que se le aplica. Aqu í puedes simular este comportamiento. a) Elige uno de los muelles y toma los datos de la masa colgada frente a su longitud final. Realiza la simulación y completa una tabla de valores. b) Representa gráficamente los datos, mhL, y halla la
ecuación que los relaciona. c) A uno de los muelles se le han colgado distin tas masas y se han obtenido los datos de su longitud final ordenados en esta tabla.
b) ¿Cuál es el error absoluto del
-4
m(g)
0
600
700
800
900 1000
agua recogida, marcado en este caso por la imprecisión del instrumento?
-3
/.(cm)
3,80
7,36
7,95
8,55
9,14
c) ¿Cuál es el valor medio del volumen de una gota?
-2
-1
d) El error relativo mide la calidad de la medida. ¿Cuál es el
error relativo cometido en la medida? ¿Cuál sería el error relativo si solo se hubiese medido una gota? ¿Tendría sentido esa medida?
9,73
Indica cuál es la variable independiente y cuál la dependiente y obtén la ecuación que las relaciona. 49. La medida de la longitud de un campo de fútbol con una cinta
© métrica que aprecia décimas de metro ha dado 105,2 m. Asimismo, la medida de la longitud de un libro con una regla graduada en milímetros ha dado 14,7 cm.
45. Calcula el volumen de una moneda de 5 céntimos de € por el
a) Estima el error relativo cometido en cada medida tomando el valor hallado como exacto.
© anterior sistema y halla el error relativo de la medida.
b) ¿Cuál de las dos medidas tiene mayor calidad?
Ponte a prueba i Los tejidos intelig en tes
r-
Lee el siguiente texto y contesta a las preguntas a continuación.
Un equipo de científicos británicos e stá desarrollan do unos tejidos “inteligentes” que pr oporcionarán a los niños discap ac ita do s la ca pa cidad de “ha bla r”. Los niños que lleven un chale co he cho de un material electrotejido, conec tado a un sintetizador de lenguaje, serán capace s de hace rse entender golpeando simplemente el material sensible al tacto. El material está hecho de un tejido corriente que incorpora una ingeniosa malla de fib ra s impre gnadas en carb on o qu e con duce la elec tricidad . Cuando se presiona la tela, el conjunto de señales que pas a a través de las fibras conductoras se alte ra y un “chip” de ord enad or identifica dón de ha sido toca do el tejido. Entonces pu ed e d ispa rarse un dispositivo electrónico que está conectado a él, que podría ser o no mayor que dos cajas de cerillas. "La clave está en cómo confeccionaremos el tejido y cómo enviaremos señales a través de él. Podemo s confeccionarlo según los diseños ya existentes de tejidos con el fin de q ue no se v ea ”, explica uno de los científicos. El material se pue de lavar, estrujar o utilizar pa ra envolver objetos, sin es tropearse. Fa
r r er
, St
eve
: “Inte ractive fabric prom ises a m aterial gift of the garb”,
The Australian, 10 de agosto de 1998.
1. ¿Cuál de las afirmaciones hechas en el artículo se puede comprobar mediante una investigación científica en el laboratorio? El material se puede:
¿Puede comprobarse esta afirmación mediante una investigación científica en un laboratorio?
Lavar sin que se estropee.
Si/No
Utilizar para envolver objetos sin que se estropee.
Si/No
Estrujar sin que se estropee.
Si/No
Producir en grandes cantidades a precio económico.
Si/No
2. ¿Qué instrumento del equipo del laboratorio sería necesario para comprobar que la tela es conductora de la electricidad? a) Un polímetro
c) Un micrómetro
b) Un fotómetro
d) Un sonómetro
3. Las camisas inteligentes mejoran la teleasistencia a personas dependientes. “Dependentex es una nueva plataforma de teleasistencia para detectar situaciones de riesgo, tensión elevada, depresión o deshidratación. Para ello han diseñado una camiseta que vestiría la persona dependiente y que registra y monitoriza la frecuencia cardíaca, por lo que permite que sea controlada a través de la herramienta de un sistema de control”. Noticia del 22-6-2014 publicada en
LevanteEMV.
a) Indica posibles causas para que, después de tanto tiempo, todavía no se haya terminado el diseño de las prendas inteligentes, sabiendo las mejoras que produciría en las personas dependientes. b) ¿Qué tipos de mediciones crees que podría realizar una ropa inteligente? c) Los viajes espaciales han supuesto un gran avance en el empleo de estas técnicas, debido a la necesidad de controlar la salud de los astronautas en todo momento. ¿Cómo crees que se transmiten los datos recogidos a la Tierra?
26
UNIDAD 1
Células m adre a deb ate “Shinya Yamanaka revolucionó la investigación de las células madre embrionarias en 2006, cuando consiguió crear unas pluripotentes in vitro, las llamadas iPCs, a partir de unas células adultas y solo necesitando un cóctel de cuatro genes. Este descubrimiento abrió las puertas a la medicina regenerativa al poder sustituir células enfermas por unas sanas y le permitió al profesor de la Universidad de Kioto ganar el Nobel de Medicina el año pasado”. R o l d á n , D.: “Las células madre embrionarias de Yamanaka salen del tubo de ensayo”,
AB C, 11 de octubre de 2013.
Preparad un debate en clase sobre la utilización de las células madre en medicina. Para ello, trabaja los siguientes puntos: 1. ¿Qué tienen de especial las células madre respecto de las que no lo son? ¿Qué significa que son pluripotentes? 2. ¿De dónde se pueden obtener? ¿Qué problemas éticos se han ido planteando? ¿Son importantes los controles éticos? 3. ¿Qué aportación supuso la investigación del equipo de Shinya Yamanaka? 4. ¿Qué posibilidades terapéuticas tienen las células madre? ^ s m S a v i ad i g lt a l. co m
AUTOEVALUACION
n v e s t ig a
En estas direcciones puedes informarte sobre estos temas.
\ 7
Indica qué comentario es el más adecuado sobre el traba jo de in ve stigación que realizan los cien tífico s.
3. Relacion a cada instrum ento con la magnitud medida .
a) Se investiga lo que los cien tífico s consideran de interés . b) La investigación requiere mucho dinero, lo que cond iciona los temas que se pueden investigar. c) Los laboratorios farmacéuticos investigan sobre todos los problemas más acuciantes para la salud. 2 . En la siguiente experiencia
a. Volumen b. Tiempo c. Longitud d. Temperatura e. Fuerza f. Masa
¿Cuáles son el alcance, la precisión y la expresión de la medida con el intervalo de error hecha con esta balanza?
se quiere comprobar si la presión dentro de un líquido depende de su naturaleza. Se miden las presiones en el fondo de tres vasos, dos de agua y uno de aceite. Identifica la variable dependiente (D), la independiente (I) y las controladas (C). a) I: profundidad; C: cantidad y clase de líquido; D: presión.
1. Probeta 2. Balanza 3. Dinamómetro 4. Cronómetro 5. Regla 6. Termómetro
m
b) I: cantidad de líquido; C: profundidad y tipo de líquido; D: presión.
a) 1000 g; 1 g; 215 ± 1 g
c) 100 0 g; 10 g; 215 ± 1 g
b) 1 000 g; 1 g; 215 ± 10 g
d) 1000 g; 10 g; 215 ± 10 g
Indica si se han cumplido las normas de seguridad en estos casos. a) Encender la cerilla antes de abrir el mechero. b) Utilizar un producto químico de un frasco sin etiqueta.
c) I: tipo de líquido; C: cantidad de líquido y profundidad; D: presión.
c) Echar a la papelera un tubo de ensayo roto.
d) I: cantidad y clase de líquido; C: profundidad; D: presión.
d) Diluir con agua los ácidos vertid os en un desagüe.
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l o
aprendido
>Autoevaluación con sus soluciones)