CREDITO FISICA 2 GUIAok 17/8/10 08:35 Página 2 El material Guía Didáctica del Docente Física 2 para Segundo Año de Educación Media es una obra colectiva, creada y diseñada por el Departamento de Investigaciones Educativas de Editorial Santillana, bajo la dirección de MANUEL JOSÉ ROJAS LEIVA COORDINACIÓN DEL PROYECTO: Eugenia Águila Garay COORDINACIÓN ÁREA CIENCIAS: Marisol Flores Prado AUTORES TEXTO DEL ESTUDIANTE Macarena Herrera Aguayo Roberto Fernández Nova Felipe Moncada Mijic AUTORES GUÍA DIDÁCTICA DEL DOCENTE Macarena Herrera Aguayo Felipe Moncada Mijic Pablo Valdés Arriagada EDICIÓN: Pablo Valdés Arriagada CORRECCIÓN DE ESTILO: Isabel Spoerer Varela Astrid Fernández Bravo DOCUMENTACIÓN: Paulina Novoa Venturino María Paz Contreras Fuentes La realización gráfica ha sido efectuada bajo la dirección de VERÓNICA ROJAS LUNA con el siguiente equipo de especialistas: COORDINACIÓN GRÁFICA: Carlota Godoy Bustos COORDINACIÓN LICITACIÓN: Xenia Venegas Zevallos DISEÑO Y DIAGRAMACIÓN: Isabel Cruz Rencoret Fernanda Pardo Lagos CUBIERTA: Xenia Venegas Zevallos PRODUCCIÓN: Germán Urrutia Garín Quedan rigurosamente prohibidas, sin la autorización escrita de los titulares del "Copyright", bajo las sanciones establecidas en las leyes, la 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. © 2010, by Santillana del Pacífico S.A. de Ediciones Dr. Aníbal Ariztía 1444, Providencia, Santiago (Chile) PRINTED IN CHILE Impreso en Chile por World Color Chile S.A. ISBN: 978-956-15-1563-5 Inscripción N° 187.075 www.santillana.cl La materialidad y fabricación de este texto está certificada por el IDIEM – Universidad de Chile. Inicialesok 16/8/10 10:45 Página 3 Guía Didáctica del Docente Física 2º Medio Índice Introducción Definición y fundamentación del proyecto Descripción de la estructura del texto 4 6 7 Unidad 1: Temperatura y calor Planificación unidad 1 Orientaciones metodológicas 10 12 14 Unidad 2: Fuerza y movimiento Planificación unidad 2 Orientaciones metodológicas 28 30 32 Unidad 3: Trabajo y energía Planificación unidad 3 Orientaciones metodológicas 42 44 46 Unidad 4: Tierra y Universo Planificación unidad 4 Orientaciones metodológicas 62 64 66 Planificaciones de hipertexto Solucionario 84 94 Índice 3 Inicialesok 16/8/10 10:45 Página 4 Guía Didáctica del Docente Física 2º Medio Presentación Introducción La Guía Didáctica del Docente del texto Física 2º Medio es un material que ha sido elaborado con el objetivo de apoyar el proceso de enseñanza-aprendizaje de la Física. La intención de esta Guía es entregar al docente herramientas que potencien y complementen el uso del texto, en pro del logro de mayores y mejores aprendizajes en los estudiantes. Estructura de la Guía del Docente Esta Guía se organiza, de manera homóloga al libro, en cuatro unidades, considerando el programa de Física para 2º año de Educación Media y los Ajustes Curriculares del subsector. • Inicio de unidad Cada unidad se inicia con una especificación de los Objetivos Fundamentales Verticales, Contenidos Mínimos Obligatorios, contenidos específicos, Objetivos Fundamentales Transversales y un diagrama de flujo que muestra la organización de los contenidos en la unidad. • Planificación Doble página donde se entrega una propuesta de planificación que establece la relación de los contenidos con los siguientes aspectos: aprendizajes esperados, tiempo estimado para su desarrollo, recursos didácticos, tipos e indicadores de evaluación. En cada unidad se incluyen orientaciones metodológicas para el docente, las que se especifican a continuación: • Orientaciones generales Se entregan orientaciones pedagógicas generales para abordar la unidad, junto a otros aspectos relevantes que el docente debe tener en cuenta. • Preconceptos más frecuentes Incluye un listado de los errores conceptuales más frecuentes con respecto a los contenidos desarrollados en la unidad. • Orientaciones por actividad Sugerencias específicas para apoyar el desarrollo de cada actividad incluyendo: objetivos, recomendaciones, precauciones y resultados esperados. • Ampliación de contenidos Sección en la que se profundizan contenidos a través de textos con información complementaria y actualizada para el docente, de modo de posibilitar el enriquecimiento de sus clases. 4 Guía Didáctica del Docente Inicialesok 16/8/10 10:45 Página 5 Guía Didáctica del Docente Física 2º Medio Presentación • Bibliografía sugerida Sección que incluye información bibliográfica específica y pertinente para un cierto conjunto de subtemas de la unidad. • Páginas webs sugeridas En estas páginas webs podrá encontrar animaciones referentes a los temas tratados en la unidad, profundización de los contenidos, tablas y/o gráficos. • Rúbricas Pautas en las que se verifica el logro de los indicadores de evaluación declarados en la planificación al inicio de unidad. • Proyecto científico Actividad adicional fotocopiable de carácter autónoma, en la que se trabaja de forma íntegra el método científico. • Evaluación complementaria Evaluación fotocopiable a doble página que se propone como material complementario al proceso evaluativo. • Planificación del hipertexto Se entrega una planificación para el aprovechamiento del hipertexto. Este es un conjunto de recursos multimedia que se estructuran a partir del Texto impreso para el estudiante y que incorpora elementos que permiten al usuario utilizar el recurso, con una secuencia de lectura dinámica, combinando imágenes fijas y en movimiento, animaciones y sonidos. El hipertexto presenta un tour virtual para orientar su uso y el aprovechamiento de sus recursos, los que incluyen entre otros: diccionarios y enciclopedias electrónicas, actividades y mapas conceptúales interactivos cuyo objetivo es profundizar y enriquecer los contenidos presentes en el Texto. Física 2 5 Inicialesok 16/8/10 10:45 Página 6 Guía Didáctica del Docente Física 2º Medio Presentación Definición y fundamentación del proyecto • Escenario educacional El texto de Física de 2º Año de Educación Media responde al Ajuste Curricular (DS 254). Dicha actualización curricular 2009 tiene como propósito facilitar el desarrollo de las competencias conceptuales, procedimentales y actitudinales de los alumnos y alumnas, y tanto los textos de Física 1º y 2º medio como las Guías del Docente están pensados como materiales que apoyan este propósito. • Concepción del subsector de aprendizaje El área Ciencias y en particular el subsector Física, en el escenario educacional actual, ha participado ampliamente en el desarrollo de la cultura y la tecnología, influyendo significativamente en nuestras vidas, lo que hace necesario un manejo básico de sus planteamientos, como una forma de participar y comprender este desarrollo. • Fundamentación del proyecto El propósito de los textos es que los estudiantes logren competencias en el área de las ciencias, así como el de lograr aprendizajes significativos. Para ello, el currículo se fundamenta en distintas corrientes que surgen desde la psicología, el constructivismo y la didáctica, con el fin de mejorar la calidad del proceso de enseñanza-aprendizaje, en particular de las corrientes de la indagación científica. Estas vertientes son las que fundamentan la creación de los textos y las guías que los acompañan. Notas 6 Guía Didáctica del Docente Inicialesok 16/8/10 10:45 Página 7 Guía Didáctica del Docente Física 2º Medio Presentación Organización del texto El texto Física 2º se organiza en cuatro unidades. A continuación se describen las características principales de los tipos de páginas que se encuentran en este libro. Inicio de unidad Doble página inicial, en la que se presentan imágenes representativas de los temas que se tratarán en la unidad. Introducción Texto que hace una breve introducción de los contenidos que se tratarán en la unidad. Aprenderás a Listado de los aprendizajes esperados de la unidad. Actividad inicial Sección destinada a activar los conocimientos previos de los estudiantes a partir de una serie de preguntas y asociaciones relacionadas con las imágenes representativas de la unidad. Evaluación diagnóstica Evaluación inicial destinada a medir los conocimientos previos necesarios para abordar la unidad, incluye un recuadro denominado Lo que me gustaría saber destinado a plantear preguntas factibles de ser respondidas en la unidad. Física 2 7 Inicialesok 16/8/10 10:45 Página 8 Guía Didáctica del Docente Física 2º Medio Presentación Desarrollo de contenidos Indagación Actividad exploratoria cuya finalidad es dar inicio a los contenidos mediante la formulación de preguntas y planteamiento de hipótesis. Conceptos clave Significado de conceptos o palabras citadas en el texto y cuya definición facilite la lectura comprensiva. Ten presente que Actividad destinada a trabajar conceptos que puedan tener una interpretación errónea. Ejemplo resuelto Ejercicio tipo resuelto paso a paso. Su función es orientar el desarrollo de ejercicios similares. Actividad Destinada a trabajar habilidades y dar continuidad al contenido, partiendo de la observación y exploración. Conexión con… Vincula los contenidos tratados en la unidad con otras áreas del conocimiento. Síntesis y evaluación de proceso Página donde se integran y evalúan los contenidos tratados en un conjunto de temas. Así aprendo mejor Breve actividad destinada a trabajar la metacognición. Investigación científica Actividad en la que se trabaja de forma directa el procedimiento científico, ya sea planteando hipótesis, interpretando datos o analizando un experimento famoso. 8 Guía Didáctica del Docente Inicialesok 16/8/10 10:45 Página 9 Guía Didáctica del Docente Física 2º Medio Presentación ¿Qué sucedería si...? Actividad destinada al desarrollo de la imaginación y el pensamiento divergente. Inter@ctividad Vínculo con distintas páginas webs en las que se encuentran aplicaciones de los contenidos tratados en la unidad. Síntesis de la unidad Infografía Resumen gráfico de los contenidos tratados en la unidad, el que incluye una definición breve de los principales conceptos. Línea de tiempo Gráfica lineal en la que se ubican de forma cronológica descubrimientos y datos científicos relacionados con la unidad, y se destacan algunos hechos históricos relevantes, a modo de contextualizar la evolución de la ciencia. Páginas finales de la unidad Evaluación sumativa Evaluación final de la unidad destinada a la verificación de los aprendizajes esperados, incluye tres momentos: comprendo, analizo y aplico. Evaluación final Pequeña actividad al inicio de la evaluación sumativa cuya finalidad es revisar nuevamente la evaluación diagnóstica. Proyecto científico Actividad de carácter autónoma, en la que se trabaja de forma íntegra el método científico. Física 2 9 Unidad 1 16/8/10 10:46 Página 10 UNIDAD 1 Temperatura y calor Objetivos Fundamentales Verticales 1. Explicar diversos fenómenos en que participa el calor, su relación con la temperatura, su medición y su interpretación cualitativa en términos del modelo cinético de la materia. 2. Procesar datos con herramientas conceptuales apropiadas y elaborar interpretaciones de datos en términos de las teorías y conceptos científicos del nivel. Contenidos Mínimos Obligatorios 1. Análisis comparativo del funcionamiento de los distintos termómetros que operan a base de dilatación térmica; y de las escalas Kelvin y Celsius de temperatura. 2. Interpretación cualitativa de la relación entre temperatura y calor en términos del modelo cinético de la materia. 3. Distinción de situaciones en que el calor se propaga por conducción, convección y radiación, y descripción cualitativa de la ley de enfriamiento de Newton. Aprendizajes Esperados 1. Describir qué es la temperatura y qué es el calor y qué relación existe entre ellos. 2. Describir el funcionamiento de los termómetros que se basan en dilatación térmica. 3. Relacionar las distintas escalas termométricas a partir del conocimiento de los parámetros sobre los cuales se construyeron. 4. Analizar las distintas formas de propagación del calor. 5. Explicar en forma cualitativa la ley de enfriamiento de Newton. 6. Identificar problemas cotidianos relacionados con la temperatura y el calor, inferir sus explicaciones y sacar conclusiones sobre ellos. 7. Preservar la naturaleza y cuidar el medioambiente. 10 Unidad 1 Unidad 1 16/8/10 10:46 Página 11 Orientaciones metodológicas Temperatura y calor Contenidos específicos • • • • • • • • • • • • • • • Modelo cinético de la materia. Temperatura. Dilatación y contracción lineal. Anomalía del agua. Termómetros. Escalas termométricas Celsius y Fahrenheit. Escala Kelvin. Calor sensible. Equilibrio térmico. Conducción. Conductores y aislantes. Convección. Radiación. Calor latente. Ley de enfriamiento de Newton. Objetivos Fundamentales Transversales 1. Respeto a la vida, conciencia de la dignidad humana y de los derechos y deberes de todas las personas. 2. Preservación de la naturaleza y cuidado del medioambiente. 3. Desarrollo de habilidades de pensamiento. Esquema conceptual de la unidad Calor latente Calor Variación de temperatura Calor sensible Efectos de la temperatura Anomalía del agua Equilibrio térmico Escalas termométricas Ley de enfriamiento de Newton Termómetros Ap O O Temperatura y calor 11 Co Ci 12 Unidad 1 Calor 6. Explicar en forma cualitativa la ley de enfriamiento de Newton. 5. Analizar las formas de propagación del calor. 4. Relacionar los conceptos de calor y energía. 3. Relacionar las distintas escalas termométricas. 5.1 Relacionan el flujo 4.2 Describen los cambios de la materia a partir del movimiento de partículas. 4.1 Identifican el calor como una manifestación de la energía. 3.2 Describen la escala Kelvin. 3.1 Describen la escala Celsius. 2.2 Asocian dilatación de ciertas sustancias con temperatura. 2.1 Explican la dilatación térmica. 1.2 Identifican la relación entre temperatura y energía molecular. 1.1 Reconocen el modelo cinético de la materia. Indicadores de evaluación 10 10 Tiempo (horas) • Cuatro frascos de vidrio. • Prenda de lana. • Prenda de algodón. • Vaso con agua caliente. • Una lámina de cobre. • Una vela. • Dos pinzas. • Chinches. • Termómetro. • Dos vasos de plumavit. • Alcohol. • Agua. • Algodón o papel absorbente. • Dos vasos transparentes. • Tinta de plumón. • Pinzas. • Madera. • Vela. • Botella de vidrio. • Bombilla. • Una jeringa. • Marcador permanente. • Un vaso con agua caliente. • Cubos de hielo. Recursos didácticos Evaluación sumativa: Evaluación final: páginas 48-50. Evaluación formativa: Integrando conocimientos: página 45. Evaluación diagnóstica: páginas 10 y 11. Evaluación sumativa: Evaluación final: páginas 46-48. Evaluación formativa: Integrando conocimientos: página 26. Evaluación diagnóstica: páginas 10 y 11. Evaluaciones 10:46 2. Describir el funcionamiento de los termómetros que se basan en la dilatación térmica. 1. Describir el concepto de temperatura en base al estado cinético de la materia. Aprendizajes Esperados 16/8/10 Temperatura Contenidos Unidad 1 Página 12 Planificación de la unidad 1 Temperatura y calor Indagación científica (integrado en los contenidos de la unidad). 7. Identificar problemas, hipótesis y procedimientos experimentales, en las actividades del nivel. 7.3 Aplican algunas etapas del procedimiento científico. 7.2 Identifican hipótesis. 7.1 Identifican problemas. Evaluación final: páginas 48-50. Evaluación sumativa: Evaluación formativa: Integrando conocimientos: páginas 26 y 45. Evaluación diagnóstica: páginas 10 y 11. 10:46 6.1 Relacionan rapidez de cambio con la diferencia de temperatura. • Una cuchara metálica. • Un palito de helado. • Aceite. • Gráfico (pág. 39). • Tabla 2 (pág. 40). • Vaso de precipitado. • Mechero. • Cronómetro. • Termómetro de laboratorio. 16/8/10 5.2 Analizan el flujo de calor según los distintos medios en los que se propaga. de calor con las diferencias de temperatura. Unidad 1 Página 13 Planificación de la unidad 1 Temperatura y calor Temperatura y calor 13 Unidad 1 16/8/10 10:46 Página 14 Orientaciones metodológicas Orientaciones generales de la unidad Para introducir los contenidos, explique el movimiento de las partículas a nivel molecular, poniendo énfasis en el modelo cinético de la materia. Hágales ver la importancia de la observación, ya que todos los fenómenos estudiados pueden ser percibidos de manera simple por los alumnos y alumnas. Es importante también aclarar, que lo que se percibe es la sensación térmica, que puede diferir de lo medido con instrumentos. En cuanto a las escalas termométricas, indicar que siempre son lineales y, por lo tanto, se puede convertir un valor de una escala a otra mediante la ecuación de la recta. En cualquier actividad que se realice con objetos calientes, ya sean mecheros, líquido caliente, etc., tomar todas las medidas de precaución para evitar accidentes, explicando a los alumnos los cuidados que hay que tener. Procure relacionar siempre los conceptos de temperatura y calor mediante el modelo cinético, poniendo cuidado en aclarar las diferencias entre un concepto y otro. Preconceptos más frecuentes • ¿Temperatura es sinónimo de calor? Aclarar que el calor es una manifestación de la energía y que, al igual que toda energía, se mide en joules. En cambio, la temperatura indica el grado de agitación promedio de las partículas; si bien tiene relación con la energía cinética, no es medida de energía, sino una medida de comparación entre estados de movimiento. • ¿Si aumenta la temperatura de un cuerpo aumenta su cantidad de calor? Un cuerpo no contiene calor, ya que el calor es energía que se transfiere de un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor. Es energía en tránsito, no energía que se contiene. • ¿Puede un cuerpo entregar frío? El frío es solo un concepto de sensación térmica. Como el calor se transfiere desde la mayor a la menor temperatura, al tomar un objeto a menor temperatura emitimos calor, lo que produce la sensación de frío. • ¿La temperatura que registra un termómetro depende del tiempo de contacto entre el termómetro y el cuerpo? La dilatación del mercurio ocurrirá hasta que se produzca el equilibrio térmico, por lo que hay un tiempo mínimo de contacto para que dicho equilibrio ocurra, pero una vez alcanzado este punto, la temperatura no seguirá variando. 14 Unidad 1 Unidad 1 16/8/10 10:46 Página 15 Orientaciones metodológicas Temperatura y calor Página 9 Actividad inicial • Objetivo: Trabajar concepciones previas respecto de los términos “temperatura” y “calor”. Proponer al alumno que se ponga en la situación descrita y que trate de contestar las preguntas según su percepción. Comentar las respuestas por cada pregunta e ir orientando las conclusiones. Que cada alumno y alumna anote en su cuaderno las respuestas que le parecieron mejores. Al terminar la unidad se recomienda que revisen esta actividad para comparar sus respuestas antes y después de ver los contenidos. Páginas 10 y 11 Evaluación diagnóstica Antes de realizar la evaluación diagnóstica, revisar con los alumnos y alumnas los distintos contenidos por tratar, haciéndoles preguntas sobre los estados de la materia y la energía, donde todos participen. A continuación, trabajan en la evaluación diagnóstica. Se recomienda fotocopiar estas páginas para que el alumno pueda rayarlas y luego entregarlas. De no ser posible, pueden anotar en una hoja los tres estados de la materia en forma de cuadro y escribir en cada uno sus características correspondientes. Ítem Criterio de logro Logrado Medianamente logrado Por lograr 1 Identificar los estados de la materia. Une las siete característi- Une entre cinco y cas con la imagen que cuatro características corresponde. con la imagen que corresponde. Une tres o menos características con la imagen que corresponde. 2 Reconocer los distintos cambios de fase. Completa cuatro oraciones. Completa tres oraciones. Completa dos o menos oraciones. 3 Reconocer las distintas manifestaciones de la energía. Nombra cinco manifestaciones del punto (a) y responde los puntos b, c y d. Nombra de tres a cuatro manifestaciones del punto (a) y responde dos de los puntos restantes. Nombra dos o menos manifestaciones del punto (a) y responde uno de los puntos restantes. Temperatura y calor 15 Unidad 1 16/8/10 10:46 Página 16 Orientaciones metodológicas Temperatura y calor Páginas 12 y 13 Indagación inicial: ¿A qué se debe la sensación de frío y calor? En la clase anterior, conformar los grupos y pedir que traigan los materiales. El número de grupos que se formen dependerá de la cantidad de termómetros que dispongan. Tener cuidado en el manejo de los materiales, sobre todo alcohol y termómetros; advierta a los alumnos y alumnas sobre los daños que puede producir el alcohol y el mercurio. Las preguntas indagatorias deben ser contestadas en el cuaderno antes de realizar la experiencia, para luego poder comparar los resultados. Responden una primero, luego pasan a la siguiente. La observación esperada en esta actividad es que la temperatura del termómetro baja debido a la absorción de calor por parte del alcohol (para evaporarse), aunque la temperatura del alcohol sea menor que la temperatura ambiente. La conclusión final la elaboran en grupo, y en ella deben dar una explicación del fenómeno. Página 15 Investigación científica: ¿Es posible la observación de la agitación de partículas debido a la temperatura? • Objetivo: Observar comparativamente el estado cinético de la materia. Se recomienda realizar esta actividad en la sala de clases. De no ser posible, deberán realizarla en la casa y traer contestadas las preguntas. La actividad se debe enfocar principalmente a comprobar la hipótesis, orientando mediante las primeras preguntas. • Resultado esperado: Explicar que el agua a mayor temperatura es capaz de difundirse, por el movimiento de sus partículas, más rápidamente que la tinta en el agua fría. Página 16 Actividad 1: Observando cambios en la materia • Objetivo: Observar los cambios que produce la temperatura sobre los materiales. Se recomienda que la actividad sea realizada por grupos de dos o tres estudiantes. En caso de que los materiales con que se dispongan sean insuficientes, se recomienda que el docente realice dicha actividad de forma demostrativa. • Resultado esperado. La latita al calentarse debe cambiar de color. Página 17 Actividad 2: Observando el efecto de la dilatación • Objetivo: Explicar el fenómeno observado como producto de la dilatación. Resultado esperado: Por efecto de la temperatura de las manos, el aire, al interior de la botella se dilata, haciendo que la moneda puesta sobre el gollete se levante. 16 Unidad 1 Unidad 1 16/8/10 10:47 Página 17 Orientaciones metodológicas Temperatura y calor Página 20 ¿Qué sucedería si…? Al preguntar qué ocurriría sin la anomalía del agua, hay distintos ejemplos que se pueden utilizar. Los icebergs se hundirían, subiendo el nivel del mar. Los lagos se congelarían de abajo hacia arriba, congelándose las algas, los peces, etc., impidiendo la vida en estos lugares. Es importante dejar que los alumnos y alumnas reflexionen acerca de ello, antes de darles las respuestas. Páginas 9 a 20 Bibliografía sugerida Wilson, Jerry D. y Buffa, Anthony J. Física, 5° edición, Pearson Educación, México, 2003. Capítulo 10: Temperatura y teoría cinética. Págs. 345-372. Páginas webs sugeridas para el docente http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/indice.htm En esta dirección, yendo a propiedades y luego a temperatura, se encuentran animaciones que muestran las vibraciones de partículas según sus cambios de temperatura, además de sus fundamentos físicos. Ampliación de contenidos Punto triple del agua Los primeros termómetros se basan en los puntos de fusión del hielo y de vaporización del agua. En 1954 , el Comité Internacional sobre Pesas y Medidas adoptó una nueva escala de temperaturas basada en un solo punto fijo: el punto triple del agua, que corresponde a la temperatura y presión únicas en las que el agua, el vapor del agua y el hielo puedan coexistir en equilibrio. El punto triple del agua ocurre a una temperatura aproximadamente de 0,01 °C y a una presión de 0, 61Kpa. Esta selección se hizo para que la vieja escala de temperatura basada en los puntos de hielo y del vapor coincidieran cercanamente con la nueva escala sustentada en el punto triple. Esta nueva escala se denomina escala de temperatura termodinámica. Página 21 Actividad 5: ¿Puede medirse la temperatura con el tacto? • Objetivo: Reconocer que la percepción de la temperatura a través del tacto es subjetiva. • Precauciones En la actividad hay que tener cuidado con la temperatura del agua para que no se produzca un accidente. Para esta actividad, puede dar el siguiente ejemplo: al estar en una piscina, al comienzo el agua se siente muy fría, pero al pasar el tiempo se va sintiendo cada vez más tibia. Esto ocurre porque al cambiar nuestra temperatura varía nuestra percepción de ella. Temperatura y calor 17 Unidad 1 16/8/10 10:47 Página 18 Orientaciones metodológicas Temperatura y calor Página 24 Actividad 6: Construcción de un termómetro Objetivo: Aplicar la dilatación volumétrica en la construcción de un termómetro. En la construcción del termómetro, se debe tener en cuenta que la gotita debe quedar en medio de la columna de aire, si queda por el borde de la bombilla la experiencia no funcionará. En la actividad, los estudiantes deben analizar cómo el aire se expande y contrae con los cambios de temperatura y cómo esto produce el movimiento de la gotita. Se sugiere que se entregue un informe escrito con la descripción del procedimiento, análisis y conclusión de lo observado. Desempeño Criterios Puntaje máximo Puntaje obtenido Rigurosidad en el trabajo de observación y medición. 7 Aplicación de contenidos en la interpretación de datos. 7 Claridad en el análisis y conclusiones. 7 Participación y compromiso en el trabajo grupal. 7 Capacidad de análisis y comprensión de contenidos. 7 Total 35 Como todos los puntos a evaluar tienen la misma ponderación, para traducir el puntaje a calificación, se promedia el puntaje asignado a cada criterio, o bien se asigna un porcentaje y la calificación asociada será según criterio del docente. Página 25 Ciencia-Tecnología-Sociedad: La rana que se hace un cubo de hielo en invierno La actividad puede trabajarse en grupo o que los alumnos se vayan turnando ante el curso para leer. Al terminar la lectura, comentar, intercambiar opiniones acerca del tema y, luego, cada uno responde en su cuaderno las preguntas. Página 26 Síntesis y evaluación de proceso Se propone como evaluación formativa, para ello se sugiere fotocopiar la página o bien copiar el esquema. Se espera que, obteniendo sobre el 70% de las respuestas correctas, el alumno habrá logrado los contenidos de la subunidad; de lo contrario, deberá repasar los contenidos vistos en el texto. 18 Unidad 1 Unidad 1 16/8/10 10:47 Página 19 Orientaciones metodológicas Temperatura y calor Páginas 21 a 26 Bibliografía sugerida Wilson, Jerry D. y Buffa, Anthony J. Física, 5° edición, Pearson Educación, México, 2003. Capítulo 10: Temperatura y teoría cinética. Págs. 345-372. Ampliación de contenidos Efecto Seebeck El efecto Seebeck, descubierto por el físico alemán Thomas Johann Seebeck (1770-1831), se refiere a la emisión de electricidad en un circuito eléctrico compuesto por conductores diferentes, mientras estos tienen diferentes temperaturas. Los conductores se conectan en serie. La diferencia de temperatura causa un flujo de electrones en los conductores, se dice que el flujo se inicia directamente desde el área de mayor temperatura hacia la de menor temperatura. En el punto de contacto de los conductores se presenta una diferencia de potencial. El producto que más utiliza este fenómeno son los denominados “termopares”, que sirven como sensores de temperatura. Página 27 Indagación: ¿Qué relación existe entre el tipo de material y su capacidad para mantener la temperatura? Las prendas o géneros utilizados para la experiencia deben ser aproximadamente del mismo tamaño, para que no influya la cantidad de material que lo envuelve. Se debe considerar la cantidad de termómetros disponibles para determinar la cantidad de grupos que se pueden formar. Al final, los grupos deben compartir los resultados que obtuvieron y sus conclusiones. Página 30 Actividad 7: Transferencia de calor • Objetivo: Analizar el comportamiento de las sustancias desde el punto de vista de la temperatura y el calor. • Resultados esperados: En la primera parte deben aplicar el concepto de calor y condición de calor; es decir, que si dos cuerpos se encuentran a igual temperatura no hay transferencia de energía, por lo que la agitación de partículas es la misma y, por lo tanto, no se puede producir un cambio de estado. En la segunda parte, deben aplicar el modelo cinético de la materia para los distintos estados, asociándolos con el movimiento y la separación molecular. Temperatura y calor 19 Unidad 1 16/8/10 10:47 Página 20 Orientaciones metodológicas Temperatura y calor Página 33 Actividad 8: ¿De qué forma se transmite el calor de un cuerpo a otro? • Objetivo: Observar la condución del calor. En esta actividad se debe tener cuidado de que las pinzas sean de madera, pueden ser perros de ropa. Los chinches deben quedar equidistantes para apreciar de mejor manera el efecto. Cabe mencionar que en la propagación del calor por la lámina, se puede observar el mismo efecto del color que en la actividad 1, por lo que esta conducción es visible de ambas maneras. • Resultado esperado. En la actividad se espera que los clips se desprendan de forma consecutiva a medida que el calor se propaga por la lámina. Página 34 Actividad 9: Materiales conductores y aislantes En la actividad pueden ir probando con distintos materiales e ir clasificándolos como buenos o malos conductores de calor, cuidando que todos permanezcan aproximadamente el mismo tiempo en contacto con el agua caliente, para que estén sometidos a las mismas condiciones. Luego, pueden comprobar sus observaciones utilizando una tabla de conductividad térmica para distintos materiales. Página 38 Actividad 11: Propagación del calor Objetivos: Reconocer y aplicar las formas de propagación del calor. Se sugiere al docente evaluar esta actividad, ya que en ella se aplican los contenidos sobre transferencia de calor. cas Para calificarla, evalúe cada una de las preguntas, promediando finalmente las notas asociadas a cada una, o transformar a porcentaje y asignar la calificación según escala usada por el docente. tas 20 Unidad 1 Unidad 1 16/8/10 10:47 Página 21 Orientaciones metodológicas Temperatura y calor Páginas 21 a 26 Bibliografía sugerida Wilson, Jerry D. y Buffa, Anthony J. Física, 5° edición, Pearson Educación, México, 2003. Capítulo 11: páginas 387-398. Páginas webs sugeridas para el docente http://www.librosvivos.net/smtc/homeTC.asp?TemaClave=1062 En esta página se encuentran animaciones sobre las distintas formas de propagación del calor y sus explicaciones físicas. Ampliación de contenidos Propagación de calor en el interior de la Tierra. Las capas internas de la Tierra se encuentran a temperaturas muy elevadas, por lo cual este calor se propaga. El transporte de calor en el interior de la Tierra se lleva a cabo por medio de tres mecanismos: conducción, convección y radiación; sin embargo, los tres tienen diferente grado de importancia en las diferentes capas: en la corteza, el principal medio de transporte de calor es la conducción; mientras que en el manto, lo es la convección y radiación. Páginas 39 a 43 Página 39 Recordar el tema de los enlaces que forman moléculas y el estado de vibración. Explicar por qué un cambio de fase siempre se produce a temperatura constante, mediante la estructura de la materia. Es importante aclarar que el cambio de fase de líquido a gas se llama vaporización, el cual puede ocurrir de dos maneras: como evaporación o como ebullición. Muchas veces se llama erróneamente evaporación al cambio de fase. Explicar, por ejemplo, que la ropa tendida al sol se seca aunque la temperatura es muy inferior a los 100 °C. Temperatura y calor 21 Unidad 1 16/8/10 10:47 Página 22 Orientaciones metodológicas Temperatura y calor Ejemplo resuelto 2: Calor y cambio de fase Página 41 • Se pueden preguntar sobre el proceso inverso: ¿qué ocurre si una masa de vapor de agua emite una cierta cantidad de calor? Pueden resolverlo a partir del ejemplo. Página 42 Actividad 14: ¿Cómo es la variación de la temperatura de un cuerpo al enfriarse? • El gráfico de datos lo pueden realizar en papel milimetrado, o, si se cuenta con computador se puede graficar en un programa como Excel. Las tareas deben dividirse entre los integrantes del grupo, uno mide la temperatura, otro toma el tiempo y otro alumno o alumna registra los datos, teniendo claro desde un comienzo quién realizará cada labor. Se sugiere como evaluación formativa, solicitar a cada grupo un informe de la experiencia, con desarrollo experimental, datos, gráficos, análisis y conclusiones. • Pauta sugerida para evaluar actividad 14 Desempeño Criterios Puntaje máximo Puntaje obtenido Puntualidad en la entrega del informe. 7 Participación y responsabilidad en el trabajo grupal. 7 Rigurosidad en el trabajo de observación y medición. 7 Aplicación de contenidos en el análisis. 7 Claridad para exponer análisis y conclusiones. 7 Total 35 Se recomienda traducir el puntaje a una calificación, asignando un porcentaje al puntaje obtenido y asignar una calificación según el criterio del docente. Porcentaje = puntaje obtenido x 100/35. Páginas webs sugeridas para el docente http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/2ESO/04_calor/Diapositivas.htm En esta página se presentan una serie de diapositivas con esquemas que van mostrando qué es el calor, cómo se propaga y los efectos que produce. 22 Unidad 1 Unidad 1 16/8/10 10:47 Página 23 Orientaciones metodológicas Temperatura y calor Ampliación de contenidos Plasma El plasma es el cuarto estado de la materia. La materia en condiciones normales tiene electrones que orbitan alrededor del núcleo atómico. Los electrones están unidos al núcleo por la acción de la fuerza atractiva electroestática mutua. Si la temperatura es lo suficientemente alta, los electrones (por lo menos los de órbitas más externas) adquieren bastante energía cinética como para escapar del potencial del átomo. En esta situación, los electrones ya no están atrapados en órbitas alrededor del núcleo. Este es el estado del plasma, donde un gas se convierte en un grupo de electrones de carga negativa que han escapado a la fuerza del núcleo y los iones de carga positiva. La mayor parte de la materia del Universo se encuentra realmente en el estado de plasma. Esto es porque las estrellas, que son tan calientes que solo pueden existir en estado de plasma, forman gran parte de la materia del Universo. Calorimetría La calorimetría es la rama de la termodinámica que mide la cantidad de energía generada en procesos de intercambio de calor. El calorímetro es el instrumento que se utiliza para medir dicha energía. El calorímetro más utilizado consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar y un termómetro. Se entrega calor al calorímetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura se comprueba con el termómetro. Si se conoce la capacidad calórica del calorímetro, la cantidad de energía liberada puede calcularse fácilmente. Cuando la fuente de calor es un objeto caliente de temperatura conocida, el calor específico y el calor latente pueden ir midiéndose según se va enfriando el objeto. Página 44 Investigación científica: Experimento de Joule Se sugiere recordar el concepto de transformación de la energía, la cual no se crea ni se destruye, solo adopta distintas manifestaciones. A continuación, explicar con detalle el experimento realizado por Joule, ojalá presentando un esquema. Los alumnos y alumnas pueden trabajar en parejas para intercambiar opiniones y llegar a una conclusión. Página 45 Síntesis y evaluación de proceso Ítem Criterio de logro Logrado Esquema Relaciona los conceptos asociados al calor y su forma de propagarse. Completa nueve recuadros del esquema. 1 Medianamente logrado Completa de cinco a siete recuadros del esquema. Aplica la ecuación de la Calcula el calor en joules Sólo calcula el calor en calorimetría. y calorías. joules. Por lograr Completa menos de cinco recuadros del esquema. No calcula el calor ni en joules ni en calorías. Temperatura y calor 23 Unidad 1 16/8/10 10:47 Página 24 Orientaciones metodológicas Temperatura y calor Evaluación final Páginas 48 a 50 Indicador de evaluación L ML PL Relacionan el flujo de calor con las diferencias de temperatura. Responde correctamente los ítems 1, 2 y 8. Responde correctamente dos ítems. Responde correctamente un ítem. Identifican el calor como una manifestación de la energía. Responde correctamente los ítems 6 y 11. Responde correctamente un ítem. No responde correctamente los ítems. Relacionan el funcionamiento de los termómetros con los distintos cambios experimentados por la materia. Responde correctamente los ítems 7 y 12. Responde correctamente un ítem. No responde correctamente los ítems. Analizan el flujo del calor según los distintos medios en los que se propaga. Explican el concepto de equilibrio térmico. Responde correctamente los ítems 3, 5, 9 y 10. Responde correctamente dos ítems. Responde correctamente un ítem. Explican la ley de Responde correctamente enfriamiento de Newton los ítems 6 y 4. relacionando la rapidez de cambio con la diferencia de temperatura. Responde correctamente un ítem. No responde correctamente los ítems. Página 51 Proyecto científico: Efecto invernadero Indicar a los alumnos y alumnas, dónde pueden obtener información, para que trabajen con una fuente confiable. Antes de comenzar el trabajo, los estudiantes deberán plantear una hipótesis cuya factibilidad deberá ser evaluada por el profesor. Páginas 27 a 45 Bibliografía sugerida Wilson, Jerry D. y Buffa, Anthony J. Física, 5° edición, Pearson Educación, México, 2003. Capítulo 11: páginas 387-398. Páginas webs sugeridas para el docente http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/joule/joule.htm En esta página se muestra una animación interactiva del experimento de Joule, además de su fundamento físico. Se puede ver cómo cambia la temperatura para distintas masas de agua y para distintas velocidades de rotación. 24 Unidad 1 Unidad 1 16/8/10 10:47 Página 25 Evaluación complementaria - Proyecto científico Material fotocopiable ¿De qué depende la variación de temperatura? La temperatura de un cuerpo varía cuando se expone a una fuente de calor, pero la variación no es siempre igual. En esta experiencia determinaremos de qué depende el cambio de temperatura de un cuerpo. Materiales 2 vasos de precipitado. Termómetro de laboratorio. 2 mecheros. Agua. Aceite. 1. Pon 200 cc de agua en un vaso. Anota la temperatura inicial. Colócalo sobre un mechero y registra la temperatura cada 5 segundos hasta llegar a unos 90 °C. Anota los datos en una tabla y grafícalos. 2. Ahora repetirás el mismo procedimiento, pero esta vez pondrás 100 cc de agua en el vaso. Ten cuidado de tener la misma temperatura inicial del punto anterior. Registra los datos y grafícalos. 3. Con la misma temperatura inicial, introduce 200 cc de agua en el vaso, pero esta vez lo pondrás sobre dos mecheros. Repite el procedimiento anterior en la toma de datos, registro y gráfico. 4. Por último, deberás colocar 200 cc de aceite en el vaso. Toma la temperatura hasta llegar a unos 90 °C. Anota los datos y grafícalos. 5. Analiza los datos obtenidos y contesta las siguientes preguntas: A) ¿El cambio de temperatura depende de la masa? A mayor masa ¿mayor o menor variación de temperatura? B) ¿Cómo varía la temperatura al aumentar la cantidad de calor que se le entrega? ¿Cómo debería comportarse si se pusieran cuatro mecheros? C) ¿Depende del material el cambio de temperatura?, ¿de qué forma? D) Ahora contesta la pregunta inicial: ¿De qué depende la variación de temperatura? Temperatura y calor 25 Unidad 1 16/8/10 10:47 Página 26 Evaluación sumativa complementaria Material fotocopiable I. Marca la alternativa correcta. 1. Si la temperatura de un cuerpo está aumentando quiere decir que: A) aumenta el calor interno del cuerpo. B) se encuentra en un cambio de estado. C) está absorbiendo calor. D)necesariamente se está dilatando. E) Todas las anteriores. 2. ¿Cuál de las siguientes alternativas es correcta con respecto a la propagación del calor por radiación? A) Se propaga sólo en el vacío. B) Se produce por desplazamiento de masas de fluidos. C) Solamente el Sol emite calor por radiación. D)Se produce por contacto directo entre dos cuerpos. E) No necesita un medio material para propagarse. 3. El calor se puede medir en: I. calorías. II. watts. III. joules. A) Solo I B) Solo III C) I y II D)I y III E) I, II y III 4. No puede existir una temperatura menor que 0 K porque: A) en esta temperatura no hay movimiento de partículas. B) no hay instrumentos para medir temperaturas menores. C) se presenta el triple punto del agua. D)no puede existir un volumen menor. E) la materia deja de existir. 26 Unidad 1 Unidad 1 16/8/10 10:47 Página 27 Evaluación sumativa complementaria Material fotocopiable II. Responde las siguientes preguntas de desarrollo 1. ¿Cuál debería ser la variación de temperatura de una barra para que duplique su longitud si su coeficiente de dilatación lineal es α = 2 x 10-6 °C-1? 2. Una persona enferma varía su temperatura en un día de 37 °C a 40 °C. ¿Cuál es la variación de la temperatura en Kelvin? 3. Un cuerpo de 5 kg y calor específico 4 J/ kg K absorbe 1000 J de calor. Si su temperatura inicial es 10 °C y no hay cambio de estado, ¿cuál será su temperatura final en Kelvin? 4. ¿Cuál es el coeficiente de dilatación volumétrico de un gas que aumenta su volumen de 1 m3 a 1,2 m3 al aumentar su temperatura en 200 °C? 5. El calor de fusión del hielo es 80 cal/g. ¿Cuál será la temperatura final en °C de 1 g de hielo que absorbe 120 cal? III. Explica los conceptos. 1. Temperatura. 2. Equilibrio térmico. 3. Ley de enfriamiento de Newton. 4. Convección. 5. Calor. Temperatura y calor 27 Unidad 2 fisica 16/8/10 10:47 Página 28 UNIDAD 2 Fuerza y movimiento Objetivos Fundamentales Verticales 1. Analizar el movimiento de los cuerpos a partir de las leyes de la mecánica y de las relaciones matemáticas elementales que los describen. 2. Reconocer los elementos fundamentales de las investigaciones científicas, en casos concretos de investigaciones que sustentan los conocimientos del nivel. 3. Procesar datos con herramientas conceptuales apropiadas y elaborar interpretaciones de datos en términos de las teorías y conceptos científicos del nivel. Contenidos Mínimos Obligatorios 1. Descripción de movimientos rectilíneos uniformes y acelerados tanto en su formulación analítica como en su representación gráfica. 2. Aplicación de los principios de Newton para explicar la acción de diversas fuerzas que suelen operar sobre un objeto en situaciones de la vida cotidiana. Aprendizajes Esperados 1. Identificar las diferencias entre trayectoria y desplazamiento. 2. Inferir, a partir de la trayectoria y desplazamiento, los conceptos de rapidez y velocidad. 3. Analizar gráficamente distintos movimientos uniformes rectilíneos y movimientos uniformes acelerados. 4. Analizar las distintas formas de propagación del calor. 5. Interpretar, a partir de los principios de Newton, las interacciones entre cuerpos en la naturaleza. 6. Identificar las circunstancias en que actúa la fuerza de roce y la fuerza peso. 7. Aplicar la correlación simple para interpretar datos relacionados a partir de una experiencia, tabla o gráfico. 28 Unidad 2 Unidad 2 fisica 16/8/10 10:47 Página 29 Orientaciones metodológicas Fuerza y movimiento Contenidos específicos • Trayectoria y desplazamiento. • Rapidez y velocidad. • Aceleración. • Movimiento rectilíneo uniforme. • Movimiento uniformemente acelerado. • Características de una fuerza. • Leyes de Newton. • Fuerza de roce. • Fuerza peso. Objetivos Fundamentales Transversales 1. Aceptación y valoración de la diversidad etaria, cultural, socioeconómica, de género, condición física, opinión u otras. 2. Respeto a la vida, conciencia de la dignidad humana y de los derechos y deberes de todas las personas. 3. Preservación de la naturaleza y cuidado del medioambiente. 4. Desarrollo de habilidades de pensamiento. Esquema conceptual de la unidad Fuerza y movimiento Trayectoria y desplazamiento Rapidez y velocidad MUR MUA Leyes de Newton Fuerza de roce Fuerza peso Fuerza y movimiento 29 30 Unidad 2 3. Interpretar, a partir de los principios de Newton, las interacciones de cuerpos en la naturaleza. 3.4 Reconocen el principio de acción y reacción. 3.3 Reconocen el principio de masa. 3.2 Reconocen el principio de inercia. 3.1 Identifican las causas que modifican el estado de movimiento. 2.2 Reconocen y representan gráficamente un MUA. 2.1 Reconocen y representan gráficamente un MUR. 1.2 Explican los conceptos de rapidez y velocidad. 1.1 Diferencian los conceptos de trayectoria y desplazamiento. Indicadores de evaluación 6 6 Tiempo (horas) Un autito. Varias masas. Hilo o pita. Cronómetro. Una pelota de goma. Un elástico. Un trozo de plasticina. • Vasos. • • • • • • • • Cinta métrica. • Un cordel o lana. • Un reloj de pared con agujas. • Regla. • Un ovillo de lana. • Una tabla de 1 m de largo. • Una bolita. • Un cronómetro. • Tablas y gráficos presentes en la unidad. Recursos didácticos Evaluación final: páginas 94-96. Evaluación sumativa: Evaluación formativa: Integrando conocimientos: página 85. Evaluación diagnóstica: páginas 10 y 11. Evaluación final: páginas 94-96. Evaluación sumativa: Evaluación formativa: Integrando conocimientos: páginas 63 y 75. Evaluación diagnóstica: páginas 10 y 11. Evaluaciones 10:47 2. Analizar gráficamente distintos movimientos: rectilíneo uniforme y uniformemente acelerado. 1. Inferir, a partir de la trayectoria y desplazamiento, los conceptos de rapidez y velocidad. Aprendizajes Esperados 16/8/10 Leyes de Newton Movimiento Contenidos Unidad 2 fisica Página 30 Planificación de la unidad 2 Fuerza y movimiento 4. Identificar las circunstancias en que actúa la fuerza de roce y la fuerza peso. 5. Aplica la correlación simple para interpretar datos, a partir de una experiencia, tabla o gráfico. Fuerza de roce y peso Indagación científica (integrado en los contenidos de la unidad). Evaluación final: páginas 94-96. Evaluación sumativa: Evaluación formativa: Integrando conocimientos: páginas 63 y 75. Evaluación final: páginas 94-96. Evaluación sumativa: Evaluación formativa: Integrando conocimientos: página 91. Evaluación diagnóstica: páginas 10 y 11. 10:47 5.2 Interpretan conceptualmente la pendiente de una recta. 4 • Madera sin cepillar. • Un libro de tapa lisa. • Tres cuadrados de madera. • Un transportador. • Cinta adhesiva. 16/8/10 5.1 Calculan el valor promedio de una tabla de datos. 4.2 Identifican las características de la fuerza peso. 4.1 Identifican las características de la fuerza de roce. Unidad 2 fisica Página 31 Planificación de la unidad 2 Fuerza y movimiento Fuerza y movimiento 31 Unidad 2 fisica 16/8/10 10:47 Página 32 Orientaciones metodológicas Orientaciones generales de la unidad En la siguiente unidad se tratan contenidos referentes a la descripción del movimiento de los cuerpos, así como las causas que lo originan. Es importante que el docente ponga énfasis en el tratamiento progresivo de los contenidos, ya que los conceptos más importantes de la unidad se construyen de forma secuenciada. La unidad incluye un detallado análisis gráfico de los movimientos rectilíneos, ya que el análisis de gráficos y tablas de datos es una de las competencias científicas que se pretende lograr en la unidad. Preconceptos más frecuentes Se recomienda al docente poner especial énfasis en diferenciar conceptos como rapidez y velocidad, ya que dichas magnitudes no representan lo mismo; por ello, durante la clase, procure una clara distinción en cuanto al uso del lenguaje respecto a cada una de ellas. Recordar, además, que peso y masa no es lo mismo; en lenguaje cotidiano, es común la utilización de la palabra peso para referirse a la masa de un cuerpo. Se sugiere aclarar las diferencias entre estos dos conceptos. Página 53 Actividad inicial Objetivo: El objetivo de esta actividad es que los estudiantes expresen sus ideas previas respecto a ciertos fenómenos asociados al movimiento de los cuerpos y cómo participan las fuerzas en el cambio que se produce en el movimiento. Para ello se les propone una serie de preguntas en torno a las imágenes que abren la unidad. Pídales que trabajen en grupos de dos o tres alumnos y/o alumnas y que registren sus respuestas en el cuaderno. Páginas 54 y 55 32 Ítem Criterio de logro 1y2 Identifica conceptos asociados al movimiento. Reconoce que el movimiento depende del marco de referencia. 3-6 Reconoce los elementos asociados a las fuerzas. Unidad 2 Evaluación diagnóstica Logrado Medianamente logrado Por lograr Identifica los ocho términos de la sopa de letras. Responde los puntos a y b del ítem 2. Identifica entre cuatro y seis términos de la sopa de letras. Responde uno de los puntos del ítem 2. Identifica menos de cuatro términos de la sopa de letras. No responde ninguno de los puntos del ítem 2. Responde los ítems 3, 4, 5 y 6. Responde los ítems 3 y 6. Responde uno de los cuatro ítems. Unidad 2 fisica 16/8/10 10:47 Página 33 Orientaciones metodológicas Fuerza y movimiento Página 56 Indagación: La trayectoria y el desplazamiento El objetivo de la indagación es que a través de una pregunta simple como: ¿cuál crees que es la distancia más corta entre tu banco y el del profesor o profesora?, los estudiantes puedan aproximarse de manera investigativa a descubrir la diferencia entre trayectoria y desplazamiento. Guíe el planteamiento de las hipótesis teniendo presente que ninguna hipótesis planteada por los estudiantes debe ser sancionada, sino, por el contrario, toda hipótesis puede ser aprobada o rechazada. Página 58 Actividad 1: Trayectoria de las agujas de un reloj • Objetivos: Evidenciar que en una trayectoria circular, la distancia recorrida y el desplazamiento son distintos. Inferir que en una trayectoria cerrada el desplazamiento es cero. • Resultado esperado: Los valores numéricos obtenidos de la trayectoria de los extremos de las agujas del reloj y del desplazamiento de ellas son diferentes. Página 59 Actividad 2: Analizando una trayectoria rectilínea • Objetivo: Inferir que en una trayectoria rectilínea, la distancia recorrida y el desplazamiento son iguales solo si el sentido del movimiento no cambia. • En la actividad, se solicita una cinta métrica como parte de los materiales, pero si no se dispone de una, de todas formas se puede realizar la actividad haciendo marcas equidistantes en el suelo. Página 60 Para trabajar: El vuelo de una mosca • En esta página, se propone un ejercicio en el que los estudiantes deben calcular la trayectoria y desplazamiento de una mosca al volar. Ponga especial énfasis en las preguntas que se presentan a continuación del ejercicio. Página 61 Actividad 3: Descubriendo la rapidez y velocidad • Objetivo: Inferir, a partir del movimiento de un cuerpo, su rapidez y su velocidad. • Resultados esperados: La distancia recorrida por el alumno a lo largo de todo el trayecto dividido por el tiempo corresponde a la rapidez. Y, el desplazamiento (distancia entre A y C), dividido por el mismo tiempo corresponde a la velocidad. Fuerza y movimiento 33 Unidad 2 fisica 16/8/10 10:47 Página 34 Orientaciones metodológicas Fuerza y movimiento Página 62 Conexión con Biología El docente puede instar a los estudiantes a investigar respecto de las velocidades que alcanzan otros animales, haciendo un trabajo comparativo entre las velocidades de distintas especies. Página 63 Ítem Esquema Criterio de logro Síntesis y evaluación de proceso Logrado Relaciona los Completa los seis conceptos de trayecto- recuadros del sistema. ria, desplazamiento, rapidez y velocidad. Medianamente logrado Completa cuatro recuadros del esquema. Por lograr Completa menos de cuatro recuadros del esquema. 1y3 Distingue las caracterís- Responde los puntos a y Responde uno de los ticas de trayectoria y b del ítem 1 y responde puntos del ítem 1 y desplazamiento. la pregunta 3. responde la pregunta 3. Solo responde correctamente la pregunta 3. 2 Aplica los conceptos de Calcula correctamente Calcula correctamente rapidez y velocidad. la rapidez y la velocidad. rapidez o velocidad. No calcula correctamente ni la rapidez ni la velocidad. Páginas 53 a 63 Bibliografía sugerida Halliday, D.; Resnick, R.; Krane, K. Física I, Continental, México, 2004. Capítulos 2: 2-1: Cinemática ; 2-4: Cinemática unidimensional. Páginas webs sugeridas para el docente http://www.educaplus.org/cat-29-p1-Movimientos_Física.html En esta dirección se encuentra una serie de animaciones de movimiento, desde movimiento relativo a gráficos de movimiento rectilíneo. 34 Unidad 2 Unidad 2 fisica 16/8/10 10:47 Página 35 Orientaciones metodológicas Fuerza y movimiento Página 64 Indagación:Movimientos Movimientorectilíneos acelerado Indagación: • Objetivo: Observar la variación de la velocidad de una bolita que cae por un plano inclinado. • Recomendaciones: El docente debe indicar a los estudiantes que al pulsar el cronómetro para medir el tiempo en que la bolita cae por el plano inclinado, se debe considerar el error inherente a la medición y, en especial, en tramos cortos, por lo que hay que solicitar a los estudiantes que realicen varias mediciones. • Resultado esperado: De la actividad se espera que los alumnos infieran que la bolita cambia su velocidad en los diferentes tramos. Página 67 Actividad 5: ¿Cómo detectar si un móvil está acelerando? • Objetivo: A través de un instrumento detectar variaciones en la velocidad de un móvil. • Recomendaciones: Se debe cuidar que en los puntos donde la manguera se doble quede espacio para que el agua pueda circular libremente. Página 68 Ciencia-Tecnología-Sociedad: Anomalía afecta a sondas Pionner La lectura plantea un suceso de contingencia científica, es importante que el docente abra el debate con preguntas como: ¿cuál es la importancia de que se presenten nuevos desafíos a la ciencia?, ¿la ciencia puede conocerlo todo? Página 69 Actividad 6: Itinerario de un móvil • Objetivo: Interpretar los datos entregados en una tabla. • Recomendaciones: El gráfico anticipa el análisis del movimiento uniformemente acelerado. Este análisis puede darse de manera previa al contenido sobre movimiento uniforme acelerado, puesto que ya se ha introducido el concepto de aceleración. Página 70 Actividad 7: Observando movimientos Objetivo: Graficar distintos movimientos de móviles y hacer un análisis comparativo entre ellos. Fuerza y movimiento 35 Unidad 2 fisica 16/8/10 10:47 Página 36 Orientaciones metodológicas Fuerza y movimiento Página 72 Actividad 8: Analizando un movimiento acelerado • Objetivo: Analizar un gráfico posición-tiempo, en términos de la variación de la velocidad. • Recomendaciones: El docente debe solicitar a los estudiantes que copien la tabla y el gráfico en sus cuadernos y que luego procedan a realizar el análisis. Página 73 Investigación científica: Lanzamiento vertical • Objetivos: Interpretar los datos de una tabla relacionados con el lanzamiento vertical. • Recomendaciones: Indique a sus alumnos y alumnas que realicen una descripción del movimiento a partir de los valores de la tabla, y que lo comparen con un caso real. Mencione a sus estudiantes la importancia que tiene el predecir situaciones a partir de valores conocidos. • Resultados esperados Análisis a. Disminuye hasta que el objeto alcanza la altura máxima y aumenta desde cero, al cambiar de sentido y comenzar a caer. b. Acelerado, puesto que la velocidad varía tanto en magnitud y sentido. c. Regresaría a la posición inicial. d. Se comprueba, si la respuesta es uniforme. e. Acelerado, el sentido del vector desplazamiento y la aceleración coinciden. Página 75 Ítem Esquema o o e 1, 2 y 3 Criterio de logro Síntesis y evaluación de proceso Logrado Medianamente logrado Por lograr Relaciona la fuerza y los Completa los siete cambios en el recuadros del esquema. movimiento. Completa entre cuatro y cinco recuadros. Completa menos de cuatro recuadros. Aplica las leyes de Newton. Responde correctamente dos ítems. Responde un ítem. Páginas 64 a 75 Responde correctamente los ítems 1, 2 y 3. Bibliografía sugerida Halliday, D.; Resnick, R.; Krane, K. Física I, Continental, México, 2004. Capítulo 2: 2-5: Movimiento con aceleración constante. 36 Unidad 2 Unidad 2 fisica 16/8/10 10:47 Página 37 Orientaciones metodológicas Fuerza y movimiento Páginas webs sugeridas para el docente • http://www.fisica-basica.net/David-Harrison/castellano/ClassMechanics/ConstantAccel/ConstantAccel.html En esta página se puede encontrar una animación que muestra en paralelo el análisis de un movimiento uniformemente acelerado a través de dos gráficos. • http://www.fisica-basica.net/David-Harrison/castellano/ClassMechanics/MotionDiagram/MotionDiagram.html En esta dirección se encuentra un flash interactivo donde a un móvil se le puede variar la aceleración positiva, negativa o cero. Página 76 Indagación: ¿Qué origina el o los cambios en el movimiento de los cuerpos? La indagación está dirigida a inferir que los cambios en el movimiento de los cuerpos son producto de la acción de alguna fuerza. Es por esto que en la indagación se pide trabajar con un “autito”, al que se le debe cambiar su estado de movimiento en dos situaciones. Página 78 Actividad 9: Observando fuerzas • Objetivo: Observar los efectos de la acción de fuerzas sobre algunos cuerpos. En la actividad, deberán aplicar lo que han aprendido hasta el momento. Se propone que los alumnos entreguen un informe por escrito con su análisis y conclusiones del trabajo. • Resultado esperado. Se espera que se observen los efectos de deformación y cambios en el estado de movimiento. Página 79 Actividad 10: Relacionando fenómenos Objetivo: Inferir que una fuerza siempre está relacionada con la interacción de dos o más cuerpos. Página 80 Actividad 11: Observando el equilibrio entre fuerzas Lo importante de la actividad es que los estudiantes trabajen valiéndose únicamente de la observación de su entorno, tratando de identificar todas las fuerzas que ellos reconozcan en la sala de clases o en su habitación. Página 85 Ítem Esquema 1, 2 y 3 Criterio de logro Síntesis y evaluación de proceso Logrado Medianamente logrado Por lograr Relaciona la fuerza y los Completa los siete cambios en el recuadros del esquema. movimiento. Completa entre cuatro y cinco recuadros. Completa menos de cuatro recuadros. Aplica las leyes de Newton. Responde correctamente dos ítems. Responde un ítem. Responde correctamente los ítems 1, 2 y 3. Fuerza y movimiento 37 Unidad 2 fisica 16/8/10 10:47 Página 38 Orientaciones metodológicas Fuerza y movimiento Página 86 Indagación:Movimientos ¿Cómo podemos subir por algunas superfiIndagación: rectilíneos cies inclinadas sin resbalar • Objetivo: Inferir la acción de una fuerza que posibilita la adherencia con ciertas superficies. • Recomendaciones: Al momento de unir con cinta los trozos de madera, se debe tener la precaución de no pasarla por la superficie de contacto, de modo de no alterar las características del roce que se quiere determinar. Síntesis y evaluación de proceso Página 91 Ítem Esquema 1, 2 y 3 Criterio de logro Por lograr Logrado Medianamente logrado Describe y relaciona la fuerza de roce y el peso. Completa los seis recuadros del esquema. Completa entre cuatro y cinco recuadros. Completa menos de cuatro recuadros. Aplica el concepto de roce y de peso. Responde correctamente los ítems 1, 2 y 3. Responde correctamente dos ítems. Responde un ítem. Evaluación final Páginas 94 a 96 Indicador de evaluación L Identifica rapidez, velocidad Responde los ítems 1 y 3 y aceleración. (comprendo). ML PL Responde uno de los dos ítems. No responde ninguno de los dos ítems. Describe el MUR y MUA. Responde el ítem 2 Responde el ítem 2 (comprendo) y los ítems 1-4 (comprendo) y dos ítems (analizo). (analizo). No responde el ítem 2 (comprendo) y menos de dos (analizo). Reconoce la acción de las fuerzas. Responde el ítem 4 (comprendo) y el ítem 2 (aplico). Responde uno de los dos ítems. No responde ninguno de los dos ítems. Identifica y aplica los princi- Responde los ítems 1-3 pios de Newton. (aplico). Responde dos de los tres ítems. Responde uno de los tres ítems. 38 Unidad 2 Unidad 2 fisica 16/8/10 10:47 Página 39 Evaluación complementaria - Proyecto científico Material fotocopiable ¿Cómo disminuir el roce entre dos superficies? Antecedentes En muchas actividades cotidianas nos encontramos con la presencia de la fuerza de roce: al caminar, al nadar, al arrastrar un mueble de un lugar a otro. En algunos casos, el roce es de utilidad, por ejemplo en la adherencia de un neumático con el pavimento, o en el de un paracaídas, pero en otros casos es molesto. ¿Qué ejemplos podrías mencionar al respecto?, ¿qué técnicas podríamos utilizar para disminuir el roce? Objetivo El objetivo será determinar qué factores se oponen al movimiento de un cuerpo (por roce) y de qué manera se pueden disminuir. Planificación En la planificación debes indicar claramente qué es lo que harás y cuáles serán los materiales utilizados. Además, debes estimar el tiempo que ocuparás en cada parte del proyecto. Las siguientes preguntas te ayudarán a planificar tu trabajo. - ¿Cómo podrás determinar si dos superficies tienen mayor o menor roce que otras? - ¿Qué factores influyen en el roce entre dos superficies? - ¿Qué diseño experimental podrías realizar para transformar aquellos factores en variables? - ¿Qué tipo de materiales utilizarías para realizar el montaje experimental? - ¿Es necesario cambiar la forma o la cualidad de las variables? - ¿Es necesario aplicar elementos externos a las superficies para disminuir el roce? Ejecución Una vez que culmines el proceso de planificación, ya estás en condiciones de llevarlo a cabo. Es importante que todos tus resultados experimentales los vayas registrando y ordenando en tablas, si corresponde. Resultados Realiza un informe explicando cuáles fueron las medidas más eficaces para disminuir el roce entre las dos superficies en contacto. Evaluación Al finalizar el proyecto es importante que determines cuáles fueron los aspectos experimentales más difíciles de realizar, pensando en cómo se podría mejorar el montaje experimental, en caso de que se realice nuevamente. Fuerza y movimiento 39 Unidad 2 fisica 16/8/10 10:47 Página 40 Evaluación sumativa complementaria Material fotocopiable I. Busca la alternativa correcta para cada una de las siguientes preguntas. 1. A continuación se presentan distintas afirmaciones sobre el desplazamiento y la trayectoria, respectivamente, entre dos puntos. Determina cuál o cuáles de las afirmaciones son correctas. I. Se mide en metros. Depende solo del punto inicial y el final. II. Depende solo del punto inicial y el final. Se mide en metros. III. Siempre es el mismo entre dos puntos. Puede haber muchas. A. B. C. D. E. Solo I Solo II Solo III I y II II y III 2. Roberto va en el asiento del copiloto de un vehículo, observando el “velocímetro” del auto. La magnitud física que observa es: A. B. C. D. E. la trayectoria. la velocidad media. la rapidez instantánea. la aceleración. la distancia recorrida. 3. En un partido de fútbol, un jugador lanza una pelota hacia arriba y vuelve a caer en su pie. El tipo de movimiento que ha realizado la pelota es: A. B. C. D. E. rectilíneo. uniforme rectilíneo. uniformemente acelerado. acelerado. uniforme. 4. ¿Cuáles de los siguientes efectos podrían ser producidos solo por la aplicación de fuerzas? A. B. C. D. E. 40 Unidad 2 Deformación y desplazamiento. Desplazamiento y aceleración. Deformación y aceleración. Aceleración y movimiento. Inercia y desplazamiento. Unidad 2 fisica 16/8/10 10:47 Página 41 Evaluación sumativa complementaria Material fotocopiable II. Preguntas de desarrollo 1. Explica la diferencia entre trayectoria y desplazamiento. 2. ¿A qué tipo de movimiento corresponde el de una abeja que busca su alimento? 3. Explica en qué consiste la diferencia entre rapidez y velocidad. 4. Propón dos ejemplos en que la aplicación de fuerzas sobre un cuerpo no produce movimiento. 5. Describe un caso de la vida cotidiana en que actúe el principio de inercia; ¿qué ocurriría en ese mismo caso si no existiese la inercia? 6. Si sobre dos cuerpos de 5 kg y 10 kg de masa se aplican respectivamente, dos fuerzas de 10 N y 5 N, ¿cómo será la aceleración que estos adquieren? 7. ¿Influye la masa de un cuerpo en el roce que puede tener al deslizarse por una superficie? Explica, analizando la ecuación para la fuerza de roce. III. Análisis. 1. Un vehículo parte de la plaza de un pueblo y acelera durante 10 segundos hasta alcanzar la rapidez de 60 km/h, luego de 80 m acelera negativamente durante 30 s hasta alcanzar el reposo. Realiza un gráfico rapidez vs. tiempo que represente el movimiento. 2. El siguiente gráfico representa el movimiento de un ferrocarril que realiza maniobras en una estación. Con relación a esto, responde las siguientes preguntas. x (m) 20 10 5 25 t (s) A. ¿En qué momento el tren alcanza su posición más lejana? B. ¿En qué intervalo de tiempo el tren permanece detenido? C. ¿En qué momento el tren se acerca a la estación? D. ¿Se puede saber a partir del gráfico si el tren aceleró o se desplazó a rapidez constante? 3. En la siguiente tabla se muestra un resumen de los valores observados al aplicar fuerza sobre un carrito. Fuerza (N) 2 4 8 12 16 20 Aceleración (m/s2) 1 2 4 6 8 10 Realiza un gráfico F versus A y obtén el valor de la masa del carrito a partir de él. Explica cuál fue el método utilizado. Fuerza y movimiento 41 Unidad 3 16/8/10 10:48 Página 42 UNIDAD 3 Trabajo y energía Objetivos Fundamentales Verticales 1. Analizar el movimiento de los cuerpos a partir de las leyes de la mecánica y de las relaciones matemáticas elementales que los describen. 2. Reconocer los elementos fundamentales de las investigaciones científicas, en casos concretos de investigaciones que sustentan los conocimientos del nivel. 3. Procesar datos con herramientas conceptuales apropiadas y elaborar interpretaciones de datos en términos de las teorías y conceptos científicos del nivel. Contenidos Mínimos Obligatorios 1. Aplicación de las leyes de conservación del momentum lineal y de la energía mecánica para explicar diversos fenómenos y aplicaciones prácticas, por ejemplo, la propulsión de cohetes y jets, el movimiento de carros sobre montañas rusas, etc. 2. Aplicación de las nociones cuantitativas de trabajo, energía y potencia mecánica para describir actividades de la vida cotidiana. Aprendizajes Esperados 1. Explicar el concepto de momentum lineal. 2. Aplicar la ley de conservación del momentum lineal, tanto en situaciones teóricas como en situaciones cotidianas. 3. Asociar la variación de momentum lineal con el concepto de impulso. 4. Asociar el concepto de impulso con el concepto de trabajo. 5. Definir el concepto de potencia mecánica. 6. Identificar las distintas manifestaciones de la energía presentes en la naturaleza. 7. Relacionar los distintos tipos de energía con propiedades mecánicas del cuerpo, como posición, movimiento, etc. 8. Analizar la relación existente entre el trabajo y el cambio de energía. 9. Aplicar la ley de conservación de la energía tanto en situaciones ideales como en situaciones cotidianas. 42 Unidad 3 Unidad 3 16/8/10 10:48 Página 43 Orientaciones metodológicas Trabajo y energía Contenidos específicos • • • • • • • • • • Momentum lineal. Conservación del momentum lineal. Trabajo mecánico. Energía potencial gravitatoria. Energía potencial elástica. Energía cinética. Energía mecánica. Teorema de trabajo y energía. Conservación de la energía mecánica. Potencia mecánica. Objetivos Fundamentales Transversales 1. Aceptación y valoración de la diversidad etaria, cultural, socioeconómica, de género, condición física, opinión u otras. 2. Respeto a la vida, conciencia de la dignidad humana y de los derechos y deberes de todas las personas. 3. Preservación de la naturaleza y cuidado del medioambiente. 4. Desarrollo de habilidades de pensamiento. Esquema conceptual de la unidad Momentum lineal Conservación del momentum lineal Impulso Trabajo Energía Fuerzas disipativas Fuerzas conservativas Energía cinética Energía potencial Gravitacional Elástica Conservación de la energía Ap O O Trabajo y energía 43 Co Ci 44 Unidad 3 Potencia mecánica. Trabajo. 4. Inferir el concepto de potencia mecánica. 3. Asociar los conceptos de impulso y trabajo. 4.1 Relacionan potencia y trabajo. 3.2 Describen el trabajo en términos de la fuerza y el desplazamiento. 3.1 Describen el trabajo en términos de la fuerza. 6 • • • • • • • • • 1.2 Relacionan el impulso con la variación del momentum lineal. 2.1 Identifican la conservación del momentum lineal en distintas situaciones. • • • • • • 6 Tiempo (horas) 1.1 Asocian el concepto de momentum lineal con la velocidad y la masa. Indicadores de evaluación Un dinamómetro. Un peso. Hilo o pita. Un cuaderno con espiral. Lata de bebida vacía. Hilo. Clavo. Tijeras. Bol plástico. Dos autitos de masas similares. Superficie pulida. Dos cronómetros. Cinta métrica. Balanza o pesa. Resorte. Recursos didácticos Evaluación sumativa: Evaluación final: páginas 140-142. Evaluación formativa: Integrando conocimientos: página 121. Evaluación diagnóstica: páginas 100 y 101. Evaluación sumativa: Evaluación final: páginas 140-142. Evaluación formativa: Integrando conocimientos: página 112. Evaluación diagnóstica: páginas 100 y 101. Evaluaciones 16:47 2. Aplicar la ley de conservación del momentum lineal. 1. Explicar el concepto de momentum lineal. Aprendizajes Esperados 16/8/10 Momentum lineal Contenidos Unidad 3 Página 44 Planificación de la unidad 3 Trabajo y energía científica (integrado en los contenidos de la unidad). 7.1 Identifican problemas. 7. Identificar problemas, hipótesis y procedimientos experimentales, en las actividades del nivel. 7.3 Aplican algunas etapas del procedimiento científico. 7.2 Identifican hipótesis. 6.1 Reconocen las situaciones en las que se presenta la ley de conservación de energía. 5.2 Identifican la energía potencial gravitatoria y elástica. 5.1 Reconocen la energía cinética. 8 • Bolitas de acero. • Dos reglas de la misma longitud. • Cinta adhesiva. • Papel milimetrado. • Caja de fósforos. • Cinta métrica. • Caja con arena. • Resorte de compresión. • Objetos de masas iguales. Evaluación final: páginas 140-142. Evaluación sumativa: Evaluación formativa: Integrando conocimientos: páginas 112, 121 y 136. Evaluación final: páginas 140-142. Evaluación sumativa: Evaluación formativa: Integrando conocimientos: páginas 136. Evaluación diagnóstica: páginas 100 y 101. 16:47 6. Aplicar la ley de conservación de la energía mecánica, en situaciones ideales como en situaciones cotidianas. 5. Identificar las distintas manifestaciones de la energía presentes en la naturaleza. 16/8/10 Indagación Energía. Unidad 3 Página 45 Planificación de la unidad 3 Trabajo y energía Trabajo y energía 45 Unidad 3 16/8/10 10:48 Página 46 Orientaciones metodológicas Orientaciones generales de la unidad La unidad de trabajo y energía está orientada a trabajar el conocimiento de la Física desde la observación, a través de experiencias sencillas, asociando los conceptos tratados con situaciones cotidianas. Para ello, el docente debe poner especial énfasis en utilizar todos aquellos recursos didácticos que le posibiliten a los alumnos y alumnas utilizar sus sentidos. Por esto, las experiencias diseñadas en el texto son de fácil montaje y se utilizan materiales de bajo costo. Un eje transversal en la asignatura es el desarrollo de habilidades científicas en las alumnas y alumnos, para ello las actividades e indagaciones presentes en la unidad ponen énfasis en la ejercitación del procedimiento científico. Preconceptos más frecuentes • ¿El trabajo es una magnitud vectorial? Aclarar que como el trabajo se define en función de magnitudes vectoriales, como son la fuerza y el desplazamiento, muchas veces se piensa que el trabajo es una magnitud vectorial, es decir, que tiene módulo, dirección y sentido. Se debe insistir en que el trabajo es una cantidad escalar dada por el producto de la magnitud del desplazamiento y la componente o proyección de la fuerza en la dirección del desplazamiento. • ¿Esfuerzo y trabajo es lo mismo? Es común que los alumnos y alumnas piensen que con solo aplicar una fuerza o realizar un esfuerzo físico, se está haciendo un trabajo. Es cierto que durante un esfuerzo los músculos se contraen y experimentan un pequeño desplazamiento, de manera que se utiliza energía interna y se puede sentir cansancio, pero si la fuerza que se aplica no logra desplazar a un objeto, desde el punto de la Física, dicha fuerza no realiza trabajo. • ¿Energía y fuerza es lo mismo? Es importante explicar a las alumnas y los alumnos que, aunque para aplicar fuerzas se requiere de energía, estos conceptos son diferentes. 46 Unidad 3 Unidad 3 16/8/10 10:48 Página 47 Orientaciones metodológicas Trabajo y energía Página 99 Actividad inicial Objetivo: El objetivo de esta actividad es que los estudiantes trabajen sus concepciones previas respecto a ciertos fenómenos asociados al trabajo y a la energía, para ello se les propone una serie de preguntas en torno a las imágenes que abren la unidad. Pídales que trabajen en grupos de dos o tres integrantes y que registren sus respuestas en el cuaderno. Páginas 100 y 101 a. b. c. d. Evaluación diagnóstica Asociar fuerza con movimiento, velocidad constante y aceleración. Identificar las distintas manifestaciones de la energía. Asociar fuerza y movimiento Definir los conceptos asociados al movimiento. Logrado Medianamente logrado Por lograr Ítem Criterio de logro 1 Clasifica movimientos según velocidad constante (v.c.) o velocidad variable (v.v.). Clasifica siete Clasifica correctamente movimientos como (v.v.) entre cinco y siete y dos movimientos movimientos. como (v.c.). Clasifica correctamente menos de cinco movimientos. Reconoce las manifestaciones de la energía. Responde los puntos a, b y e del ítem 2 y los puntos a y b del ítem 3. Responde dos puntos del ítem 2 y un punto del ítem 3. Responde un punto del ítem 2 y un punto del ítem 3. Reconoce las características de una fuerza. Responde los puntos c, d y f del ítem 2 los puntos c, d, e y f del ítem 3. Responde dos puntos del ítem 2 y dos puntos del ítem 3. Responde un punto del ítem 2 y dos puntos del ítem 3. 2y3 Página 102 Indagación: ¿Puede un cuerpo cambiar su velocidad si aparentemente no existe ningún otro contra el cual ejercer una fuerza? El objetivo de la indagación es que los estudiantes reconozcan que para que un cuerpo modifique su estado de movimiento no siempre es necesario que intervenga una fuerza externa, ya que la variación en la masa también produce cambios en el estado de movimiento de un cuerpo. Durante el desarrollo de esta actividad, debe guiar el planteamiento de las hipótesis de sus alumnos y alumnas. Algunas de las hipótesis que podrían plantear son: a. Al cambiar el peso del objeto se produce el movimiento. b. El movimiento del agua en un sentido produce el movimiento de la lata en sentido contrario. Resultados esperados. Al ser expulsada el agua en un sentido se produce el movimiento de la lata en sentido opuesto. Es importante hacer mención a la tercera ley de Newton, para que pueda comprenderse de mejor manera. Trabajo y energía 47 Unidad 3 16/8/10 10:48 Página 48 Orientaciones metodológicas Trabajo y energía Página 105 Actividad 1: Fuerza y tiempo de aplicación • Objetivo: Reconocer que el tiempo de aplicación de una fuerza es una variable a considerar en los efectos que esta pueda tener. Es importante que para la realización de esta actividad hayan sido reforzados los contenidos de la página 104. • Resultados esperados: El autito sobre el que se aplica una fuerza durante mayor tiempo, recorre una distancia mayor. Página 105 Conexión con la tecnología Plantee a sus alumnos y alumnas la importancia de las medidas de seguridad al conducir. Discutan sobre las graves consecuencias de los choques que se producen a grandes velocidades, debido a la fuerza recibida según la variación de velocidad que experimentan. Página 106 Actividad 2: Percibiendo el impulso • Objetivo: Relacionar la fuerza necesaria para detener un cuerpo con la masa y la velocidad de este. Para realizar esta actividad es importante pedir con anticipación los materiales necesarios (balones); de no contar con ellos se pueden utilizar pelotitas de papel o de género, construidas en el momento. También es importante contar con el espacio suficiente para realizar la actividad, puede ser el patio o el gimnasio del colegio. Esta actividad debe ser trabajada en parejas, cuidando de no golpearse. • Resultados esperados: Los alumnos y alumnas deberán determinar que el esfuerzo necesario para detener la pelota dependerá tanto de la masa de esta como de la velocidad que se le imprima. Página 107 Investigación científica: Momentum lineal de un sistema • Objetivo: Visualizar que en un sistema aislado el momentum lineal total permanece constante. Es importante que la superficie donde se trabaje esté lo más pulida posible. De no contar con un piso que cumpla con esta condición se puede utilizar una tabla pulida o un acrílico. Se debe hacer mención a que el montaje no es un caso ideal ya que el roce no es nulo. • Resultados esperados: Los autitos de masas iguales deben alcanzar distancias similares. En cambio, al utilizar los autitos de distinta masa, el de mayor masa debe alcanzar una distancia menor. Explicar qué sucede con el impulso y qué sucede con el momentum lineal en esta situación. 48 Unidad 3 Unidad 3 16/8/10 10:48 Página 49 Orientaciones metodológicas Trabajo y energía Página 109 Ejemplo resuelto 1: Aplicando la ley de conservación del momentum lineal. El objetivo de esta actividad es guiar al estudiante en la resolución de problemas. Para esto se entrega una pauta de cómo debe enfrentar el problema para encontrar su solución. En este caso el problema consiste en encontrar la velocidad de un cuerpo después de un choque aplicando la ley de conservación del momentum lineal. Página 110 Interactividad En este link se encuentra un applet donde se observa un choque elástico. El estudiante puede variar la masa del cuerpo que choca y su posición. Haga notar que la situación observada en la simulación representa un caso ideal. Página 112 Ítem Esquema 1y2 Criterio de logro Síntesis y evaluación de proceso Logrado Medianamente logrado Por lograr Relaciona los conceptos Completa ocho de: velocidad, masa, recuadros del esquema. impulso y momentum lineal. Completa hasta seis recuadros del esquema. Completa hasta cuatro recuadros del esquema. Aplica correctamente la Responde ley de conservación del correctamente los momentum lineal. ítems 1 y 2. Responde correctamente solo el ítem 1. Responde correctamente solo el ítem 2. Páginas 98 a 112 Bibliografía sugerida • Wilson, Jerry; Buffa, Anthony. Física. Pearson Educación, México, 2003. Capítulo 6: Cantidad de movimiento lineal y choques. • Tipler, Paul A. Física preuniversitaria. Editorial Reverté, España, 2000. Capítulo 7.1: Impulso y cantidad de movimiento. Capítulo 7.2: Conservación de la cantidad de movimiento. Capítulo 7.4: Choques. Trabajo y energía 49 Unidad 3 16/8/10 10:48 Página 50 Orientaciones metodológicas Trabajo y energía Páginas webs sugeridas para el docente • En esta página se encontrará información sobre choques elásticos entre cuerpos, además de una simulación del choque de tres cuerpos. En dicha animación se muestran los valores de las velocidades de cada cuerpo antes y después de la colisión y la masa de cada uno de ellos. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/con_mlineal/elastico/elastico.htm • En esta dirección encontrará todos los contenidos referentes a momentum lineal e impulso. Los temas se seleccionan según un índice lateral y cuenta con una evaluación final acerca de los contenidos. http://newton.cnice.mec.es/newton2/Newton_pre/4eso/momento/momento-conservacion.htm?1&2 Ampliación de contenidos Propulsión a chorro Explicar a los estudiantes que la conservación de momentum lineal que se utiliza para la propulsión de cohetes espaciales es un método utilizado en la naturaleza por distintos seres para desplazarse. La propulsión a chorro utiliza el principio de conservación de momentum lineal para lograr un desplazamiento. En el caso de las naves espaciales, estas expulsan gases producto de la combustión, así pueden desplazarse en sentido contrario al flujo expulsado. Pero este sistema de propulsión está presente también en la naturaleza. Los pulpos, por ejemplo, se desplazan utilizando este principio. Ellos absorben agua, estando en reposo. El agua al ser expulsada y por conservación de momentum lineal produce que el pulpo se mueva en sentido contrario. La rapidez que alcance dependerá de la cantidad y rapidez del agua expulsada. Todos los bivalvos, como almejas, ostiones, etc., utilizan el mismo método para lograr su desplazamiento. Página 113 Indagación: ¿Cómo se relaciona el esfuerzo que debemos realizar para levantar un cuerpo con la altura a la que lo queremos levantar? • El objetivo de la indagación es que los alumnos y alumnas descubran que los conceptos de fuerza y desplazamiento están asociados en determinadas situaciones. La indagación debe posibilitar la formalización incipiente del concepto de trabajo. Es importante hacer notar que se desea observar la altura que se logra y no la rapidez con que se hace. Para ello se debe levantar con una rapidez constante. Durante la actividad, debe guiar el planteamiento de las hipótesis por parte de sus estudiantes. Algunas hipótesis que podrían plantear son: a. El esfuerzo depende únicamente del peso del objeto que se quiere levantar. b. El esfuerzo realizado depende tanto del peso del objeto como de la distancia a la cual se quiere llevar. Es importante mencionar que ninguna hipótesis planteada por los estudiantes debe ser sancionada, sino, por el contrario, toda hipótesis es aceptable o rechazable. • Resultados esperados: Una vez finalizada la actividad, los estudiantes habrán comprendido que el esfuerzo que realizan para levantar un objeto será mayor mientras mayor sea el peso del cuerpo y mientras mayor sea la altura a la cual se levanta. 50 Unidad 3 Unidad 3 16/8/10 10:48 Página 51 Orientaciones metodológicas Trabajo y energía Página 114 Concepto clave Cabe mencionar que tanto la fuerza como el desplazamiento son magnitudes vectoriales, pero el trabajo es una magnitud escalar, por lo que se utilizarán solo el módulo de la fuerza y del desplazamiento. Para evitar el tratamiento vectorial se debe dar énfasis a las figuras presentes en la página, donde se observan las distintas relaciones entre fuerza y desplazamiento. Página 115 Actividad 3: Identificando las fuerzas que realizan un trabajo • Objetivos: Identificar las fuerzas que actúan sobre un cuerpo en movimiento. Analizar la dirección y sentido de la fuerza con respecto al desplazamiento. • Resultados esperados: Los alumnos y alumnas identifican que hay fuerzas en distintas direcciones y sentidos actuando sobre el cuerpo, pero no todas ellas participan en el movimiento. Analizan que la fuerza aplicada realiza trabajo positivo y la fuerza de roce, trabajo negativo. Concluyen que cuando no hay desplazamiento, no puede haber un trabajo sobre el cuerpo. Página 115 ¿Qué sucedería si…? El objetivo es que relacionen el trabajo con la aplicación de una fuerza. Al analizar la situación, determinan que no hay aplicación de fuerza y, por consecuencia, no hay trabajo realizado. Página 116 Investigación científica: ¿Qué relación hay entre el ángulo en que se aplica una fuerza y el trabajo realizado por ella? • Objetivo: Identificar que la componente de la fuerza en la dirección del movimiento es lo que realiza el trabajo. • Recomendaciones: El cuaderno debe ser arrastrado horizontalmente, es decir, no debe levantarse el extremo al desplazarse, sino que debe estar siempre en contacto con la superficie. • Resultados esperados: Los estudiantes deben concluir que el trabajo es realizado por la componente de la fuerza que se encuentra en la dirección del movimiento. Comprobarán que mientras mayor sea la inclinación de la fuerza, menor será su componente horizontal, por lo tanto, a mayor inclinación, mayor será la magnitud de la fuerza que se debe aplicar. Trabajo y energía 51 Unidad 3 16/8/10 10:48 Página 52 Orientaciones metodológicas Trabajo y energía Página 117 Conexión con los deportes Se sugiere que los alumnos y alumnas identifiquen, en cada una de las imágenes presentadas, las fuerzas que actúan y el desplazamiento, para así determinar el trabajo que se está realizando. Página 118 Método gráfico para calcular el trabajo En esta página se muestra una representación gráfica del trabajo y de la fuerza en función del desplazamiento. Se sugiere realizar actividades para que los alumnos y alumnas puedan construir sus propios gráficos y utilizarlos en la interpretación de los movimientos. Les puede pedir que realicen el gráfico de una fuerza que aumenta uniformemente en el tiempo y que calculen el trabajo en la primera mitad del tiempo y luego en la segunda mitad, utilizando el método de área bajo la curva, y que lo comparen con el trabajo realizado por una fuerza constante. Se puede observar la equivalencia en el trabajo de una fuerza variable con el trabajo realizado por una fuerza constante cuyo valor sea el valor medio de la fuerza anterior. Página 119 Ejemplo resuelto 2: Trabajo efectuado por la fuerza peso El objetivo de esta actividad es guiar al alumno o alumna en la resolución de problemas, para esto se entrega una pauta de cómo debe enfrentar el problema para encontrar su solución. En este caso, el problema consiste en calcular el trabajo realizado dados la fuerza y el desplazamiento. Página 120 Actividad 4: Trabajo y tiempo • Objetivo: Analizar por qué el trabajo realizado es independiente del tiempo empleado. • Resultado esperado: cas Los estudiantes establecen que el trabajo es independiente del tiempo, por lo que se debe utilizar otra magnitud para relacionar el trabajo realizado y el tiempo empleado. tas 52 Unidad 3 Unidad 3 16/8/10 10:48 Página 53 Orientaciones metodológicas Trabajo y energía Página 121 Ítem Síntesis y evaluación de proceso Criterio de logro Logrado Medianamente logrado Por lograr Esquema Relaciona los conceptos de fuerza, trabajo y potencia. Completa los cinco recuadros del esquema. Completa entre tres y cuatro recuadros del esquema. Completa dos o menos recuadros del esquema. 1, 2 y 4 Aplica el concepto de trabajo. Responde los ítems 1, 2 y 4. Responde los ítems 1 y 2. Responde uno de los tres ítems 3 Aplica el concepto de potencia mecánica. Desarrolla y fundamenta completamente el ítem 3. Desarrolla y fundamenta parcialmente el ítem 3. No desarrolla el ítem 3. Páginas 113 a 121 Bibliografía sugerida • Wilson, Jerry; Buffa, Anthony. Física. Pearson Educación, México, 2003. Capítulos 5.1 y 5.2: Trabajo. Capítulo 5.6: Potencia. • Tipler, Paul A. Física preuniversitaria. Editorial Reverté, España, 2000. Capítulos 6.1 y 6.2: Trabajo. Capítulo 6.6: Potencia. Páginas webs sugeridas para el docente • En la siguiente dirección se encuentra una serie de apuntes sobre los conceptos de trabajo mecánico y su representación gráfica. http://soko.com.ar/Fisica/trabajo_mecanico.htm • En la página que se presenta a continuación se encuentra la definición del concepto de trabajo realizado ya sea por una fuerza constante o por una fuerza variable y cómo influye el roce en la realización de un trabajo mecánico. http://www.dfa.uv.cl/~jura/Fisica_I/semana_VIII_1.pdf Trabajo y energía 53 Unidad 3 16/8/10 10:48 Página 54 Orientaciones metodológicas Trabajo y energía Página 122 Indagación: ¿En qué condiciones un cuerpo puede realizar un trabajo? • Objetivo: Asociar la capacidad que tiene un cuerpo de realizar un trabajo con el movimiento que este cuerpo posee. Reconocer que a mayor masa del cuerpo, mayor es su capacidad de realizar trabajo. Durante la actividad, debe guiar el planteamiento de la hipótesis por parte de sus alumnos y alumnas. Algunas hipótesis que podrían plantear son: a. Un cuerpo puede realizar un trabajo cuando actúa una fuerza sobre él. b. El trabajo que puede realizar un cuerpo depende de su masa y de su rapidez. Es importante mencionar que ninguna hipótesis planteada por los estudiantes debe ser sancionada, sino, por el contrario, toda hipótesis es rechazable o validable. Resultados esperados: Al ser mayor la altura, mayor es la rapidez que alcanza la bolita, por lo tanto mayor será el trabajo que puede realizar. Además, a mayor masa de la bolita, mayor es el trabajo realizado. Página 124 ¿Qué sucedería si…? Con las preguntas planteadas se espera que los alumnos y alumnas analicen situaciones cotidianas asociadas y las relacionen con los contenidos tratados. En este caso, la fuerza que es capaz de ejercer un cuerpo en movimiento depende directamente de la masa de dicho cuerpo. Página 125 Reflexionemos En esta actividad se busca que los estudiantes puedan aplicar los conceptos estudiados a una situación en particular, como por ejemplo los accidentes de tránsito. Es importante crear conciencia acerca de los daños que puede producir el exceso de velocidad al no respetar las leyes del tránsito. Se sugiere realizar la actividad en grupos de tres o cuatro integrantes para que puedan discutir acerca del tema. Página 126 Actividad 5: Energía que depende de la posición • Objetivos: Determinar que la altura inicial de la bolita incide directamente sobre la rapidez alcanzada por esta al llegar a la arena. Inferir que a mayor altura inicial, mayor es el trabajo que puede realizar un cuerpo al llegar al suelo. • Resultados esperados: Los alumnos y alumnas deben notar que a mayor altura mayor es la profundidad a la que se detiene la bolita en la arena, por lo tanto, esto indica que la fuerza que se ejerce es mayor. Aplicando los contenidos deben concluir que la fuerza que la bolita puede aplicar dependerá tanto de la masa de ella como de la rapidez que puede alcanzar en el momento previo al impacto. 54 Unidad 3 Unidad 3 16/8/10 10:48 Página 55 Orientaciones metodológicas Trabajo y energía Página 127 Actividad 6: Acumulando energía en un resorte • Objetivos: Observar que la compresión del resorte es capaz de producir un movimiento sobre un cuerpo que se encuentra junto a él. Inferir que al comprimir un resorte se acumula energía. • Resultados esperados: Los estudiantes deben asociar la compresión del resorte con la capacidad de este de producir un trabajo, por consecuencia identificar que hay una energía acumulada que es liberada al soltar el resorte. Esta capacidad debe ser asociada con la energía potencial, es decir la facultad de producir un movimiento. Página 128 Actividad 7: Transformando energías • Objetivos: Observar la transformación de energía cinética a energía potencial. Analizar que la energía que posee un cuerpo puede manifestarse de maneras diferentes en un mismo movimiento. • Resultados esperados: Los alumnos y alumnas deben observar que al aplicar una fuerza sobre el objeto, este adquiere energía cinética; pero esta energía del movimiento disminuye para transformarse en energía potencial, ya que a medida que disminuye la rapidez aumenta la altura. Es importante hacer notar que la energía cinética del cuerpo no se pierde sino que se transforma en energía potencial. Finalmente, esta energía potencial vuelve a transformarse en energía cinética. Página 129 Imagen: Relación entre energía cinética y energía ponencial En la imagen se dan valores para la energía cinética y la energía potencial en diferentes puntos de la trayectoria. Es importante hacer notar que la energía potencial puede ser negativa ya que dependerá del punto de referencia que se tome como origen. Se sugiere que a partir del mismo dibujo se realice un ejercicio, el cual consiste en dar un punto de altura cero (h0) diferente (puede ser la altura mínima o la máxima) y que los alumnos y alumnas determinen los valores de energía cinética y de energía potencial en los puntos dados. Página 130 Interactividad En la animación, se observa el comportamiento de la energía estudiada en la actividad anterior. En esta animación se observa un resorte comprimido, el cual al soltarse lanza un cuerpo hacia arriba, alcanza su altura máxima y luego, al caer, vuelve a comprimir el resorte. Se relaciona entonces la energía potencial elástica, la energía cinética y la energía potencial gravitacional. Trabajo y energía 55 Unidad 3 16/8/10 10:48 Página 56 Orientaciones metodológicas Trabajo y energía Página 133 Actividad 8: Pérdida de energía • Objetivo: Determinar que la energía se conserva o no, dependiendo de la fuerza que actúe sobre el cuerpo. • Resultados esperados: Los alumnos y alumnas deben analizar las fuerzas que actúan en cada situación y determinar de qué forma influyen en el movimiento. A partir de esto, deben identificar que hay fuerzas, como el peso, que permiten la conservación de la energía, y fuerzas como el roce, que producen una pérdida de energía en el cuerpo. Página 134 Conexión con la tecnología En esta sección se hace referencia el péndulo balístico. Se sugiere hacer el diagrama de dicho péndulo para observar gráficamente la aplicación de la conservación tanto del momentum como de la energía. Ampliación de contenidos Tasa metabólica La energía la podemos medir en joules o en calorías, (1 cal = 4.18 J). Pero, en las tablas con datos sobre alimentos y nutrición encontramos que siempre aparece la energía medida en Kcal. Es decir, obtenemos energía de los alimentos para ser transformada por nuestro organismo. La energía que contienen los alimentos es energía química, la cual utilizamos para realizar trabajo y generar calor. La tasa metabólica, indica la rapidez con que se consume esta energía química y se transforma en calor y trabajo, por lo cual, se mide en watts. Los estudios demuestran que cuando una persona sigue un régimen muy bajo en calorías el cuerpo reduce automáticamente su tasa metabólica para compensar la disminución de la energía ingerida. Entonces, cuando se aumenta la alimentación nuevamente, la menor tasa metabólica produce un rápido aumento de peso. Por lo tanto, para producir una diferencia entre la energía consumida y la utilizada, lo óptimo es aumentar la actividad física para así aumentar el metabolismo. Página 136 Síntesis y evaluación de proceso Ítem Criterio de logro Logrado Esquema Clasifica y relaciona las distintas formas de energía mecánica. Completa los ocho recuadros del esquema. Completa entre seis y cinco recuadros del esquema. Completa cuatro o menos recuadros del esquema. Aplica el principio de conservación de la energía. Responde los ítems 1 y 2. Responde uno de los dos ítems. No responde ninguno de los ítems. 1y2 56 Unidad 3 Medianamente logrado Por lograr Unidad 3 16/8/10 10:48 Página 57 Orientaciones metodológicas Trabajo y energía Página 137 Ciencia-Tecnología-Sociedad: Energía del viento Se sugiere como complemento a esta lectura que los alumnos y alumnas investiguen sobre distintos tipos de energías renovables y la viabilidad de ser implementadas en nuestro país. Además deben plantear las ventajas y desventajas de utilizar este tipo de plantas generadoras. Páginas 122 a 137 Bibliografía sugerida • Wilson, Jerry; Buffa, Anthony. Física. Pearson Educación, México, 2003. Capítulos 5.3 a 5.5: Energía. • Tipler, Paul A. Física preuniversitaria. Editorial Reverté, España, 2000. Capítulos 6.1 a 6.4: Energía y conservación de la energía. Páginas webs sugeridas para el docente • En la siguiente dirección encontrará un problema de dos esquiadores que deben atravesar desde un punto A a un punto B por diferentes caminos en los cuales existe fuerza de roce. Se observa la animación de la situación distinguiendo la acción de una fuerza no conservativa. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/trabajo/valle/valle.htm • En la dirección que se encuentra a continuación se observa una animación donde una masa comprime un resorte y debido a esto alcanza una cierta altura. Esta animación puede realizarse con o sin roce, cambiando el valor de este y de la constante del resorte. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/trabajo/bucle/bucle.htm • En esta dirección se encuentran los contenidos referentes a trabajo, potencia y energía. Los temas se seleccionan según un índice lateral y cuenta con una evaluación final referente a los contenidos. http://recursostic.educacion.es/newton/web/materiales_didacticos/trabajo/indice_trapoenedinewton.htm Páginas 138 a 139 Infografía • En estas páginas encontrará gráficamente un esquema representativo de toda la unidad de trabajo y energía, de tal forma que podrá repasar rápidamente gran parte de los contenidos vistos. • Línea de tiempo: Esta línea de tiempo histórica contiene una serie de personajes que realizaron aportes fundamentales al tema tratado en esta unidad. Trabajo y energía 57 Unidad 3 16/8/10 10:48 Página 58 Orientaciones metodológicas Trabajo y energía Páginas 140 a 142 Evaluación final La evaluación sumativa consta de tres secciones: a. ¿Cuánto avancé? Destinada a propiciar un proceso de retroalimentación. b. Comprendo: Una serie de ejercicios y preguntas que abordan habilidades como: observar, describir, inferir, identificar. c. Analizo y aplico: Estas secciones apuntan a trabajar habilidades de orden superior. Criterio de logro Logrado Identifica la conservación del momentum en distintas situaciones. Responde correctamente los ítems 1 y 2 (página 140), el ítem 7 (página 141), y el ítem 10 (página 142). Responde correctamente dos ítems. Responde correctamente solo un ítem. Explica el concepto de energía en función de la capacidad de realizar trabajo. Responde correctamente el ítem 3 (página 140), y los ítems 9 y 11 (página 142). Responde correctamente dos ítems. Responde correctamente solo un ítem. Analiza distintas situaciones donde se conserva o no la energía mecánica. Responde correctamente los ítems 4 y 5 (página 141) e ítem 8 (página 142). Responde correctamente dos ítems. Responde correctamente solo un ítem. Analiza gráficos para identificar qué ocurre en un movimiento. Responde correctamente el ítem 6 (página 141), y el ítem 10 (página 142). Responde correctamente sólo un ítem. No responde ninguno de los dos ítems. 58 Unidad 3 Medianamente logrado Por lograr Unidad 3 16/8/10 10:48 Página 59 Evaluación complementaria - Proyecto científico Material fotocopiable ¿Cuánto trabajo realiza el aire en una caída? Antecedentes La conservación de la energía se produce en un sistema ideal, sin la presencia de fuerzas no conservativas como el roce. Cuando soltamos un cuerpo hay una interacción con el aire, por lo que estamos en presencia de una fuerza externa y la energía del cuerpo no se conserva. ¿Podemos relacionar un caso real con un caso ideal? ¿Se puede calcular la energía que disipa el contacto con el aire? Objetivo Determinar la disipación de la energía producto de la interacción con el aire. Planificación En la planificación debes indicar cuál será el procedimiento a seguir y los materiales que utilizarás. Además debes calcular el tiempo que emplearás en la realización del proyecto. Las siguientes preguntas serán de ayuda para realizar la planificación de tu trabajo: ¿De qué forma podrás calcular el trabajo con el aire? ¿Necesitarás la utilización de alguna ecuación?, ¿cuáles? ¿Qué materiales necesitarás para realizar el proyecto? ¿Cuáles son las condiciones necesarias para la realización de la actividad? Ejecución Una vez planificado el trabajo de investigación estás en condiciones de realizarlo. Debes llevar un registro detallado de tus procedimientos, observaciones, datos que puedas tomar para utilizarlos posteriormente en el análisis. Resultados Escribe un informe detallando el procedimiento utilizado, qué inconvenientes hubo, qué cosas no habías considerado, cuáles fueron los datos que tomaste y cómo los trabajaste. Justifica tus observaciones y resultados obtenidos analizando el procedimiento y los cálculos que realizaste. Evaluación Al finalizar el proyecto, es importante que evalúes cada etapa para descubrir qué cosas se plantearon bien y cuáles fueron los puntos débiles de este trabajo, para así poder mejorarlos en un futuro proyecto científico. Trabajo y energía 59 Unidad 3 16/8/10 10:48 Página 60 Evaluación sumativa complementaria Material fotocopiable I. Marca la alternativa correcta. 1. Una persona en reposo se encuentra en patines sobre una superficie sin roce y sostiene una caja en sus manos. Lanza la caja con una rapidez v. ¿Cuál de las siguientes alternativas es correcta luego del lanzamiento de la caja? A. La persona se moverá con la misma rapidez con que se lanzó la caja. B. La persona permanecerá en reposo. C. La persona adquiere un momentum lineal de igual magnitud al de la caja pero en sentido contrario. D. La persona adquiere un momentum lineal idéntico al de la caja. E. La persona se moverá en igual sentido que la caja. 2. ¿En cuál de las siguientes situaciones hay un trabajo mecánico realizado? A. Un niño carga su mochila llena de libros. B. Un carro se mueve con velocidad constante por una superficie horizontal sin roce. C. Una persona sostiene una caja en su mano sin moverse. D. Un señor camina por la calle llevando un bolso pesado. E. Una niña levanta un lápiz del suelo hasta la mesa. 3. Pablo, Felipe y Susana discuten acerca de los principios de conservación. El planteamiento de cada uno es: Pablo: Si sobre un sistema no hay fuerzas externas actuando, entonces el momentum total del sistema se conserva. Felipe: Cuando actúa el roce sobre un cuerpo en movimiento, no se conserva la energía mecánica. Susana: Siempre que se conserva la energía se conserva también el momentum. ¿Cuál o cuáles de los planteamientos están correctos? A. Solo el de Pablo B. Solo el de Felipe C. El de Pablo y Felipe D. El de Felipe y Susana E. Todos son correctos 4. ¿Qué es la potencia? A. Rapidez con que se produce un cambio de energía. B. Rapidez con que se ejerce una fuerza. C. Capacidad de realizar trabajo debido al movimiento. D. Altura máxima que alcanza un cuerpo en movimiento. E. Relación entre masa y velocidad. 60 Unidad 3 Unidad 3 16/8/10 10:48 Página 61 Evaluación sumativa complementaria Material fotocopiable II. Responde las siguientes preguntas de desarrollo 1. Explica qué relación existe entre el trabajo y la energía. 2. Explica qué es una fuerza conservativa y qué es una fuerza no conservativa. 3. ¿Bajo qué condiciones una fuerza no realiza trabajo? Explica. 4. Si sobre un objeto el impulso es nulo, ¿será nulo también el momentum lineal? Explica. 5. Describe bajo qué condiciones la energía mecánica de un cuerpo es constante. III. Análisis 1. Un objeto de masa M es lanzado hacia arriba con rapidez V. Despreciando la resistencia del aire, ¿con qué rapidez deberá lanzarse otro objeto de masa 2M para que alcance la misma altura del primero? Justifica tu respuesta utilizando las ecuaciones. 2. Una manzana de 200 g que se encuentra en reposo es atravesada por una flecha de masa 300 g. Si la rapidez de la flecha antes del impacto es de 50 m/s, ¿cuál será la rapidez con que se mueve el conjunto? 3. Un niño de masa 40 kg se encuentra en un resbalín de altura 2 m. Si la rapidez con que llega al suelo es de 2 m/s, ¿cuál es el trabajo realizado por la fuerza de roce? (Considera g = 10 m/s2). 4. Un ascensor desciende con velocidad constante. Realiza los gráficos de: energía cinética vs. tiempo; energía potencial vs. tiempo y energía mecánica vs. tiempo. 5. Una persona levanta un libro verticalmente con velocidad constante hasta una altura de 1 m realizando un trabajo de 15 J. ¿Cuál será la magnitud del trabajo realizado por el peso? Trabajo y energía 61 Unidad 4ok 16/8/10 10:48 Página 62 UNIDAD 4 Tierra y Universo Objetivos Fundamentales Verticales 1. Reconocer la importancia de las leyes físicas formuladas por Newton y Kepler para realizar predicciones en el ámbito astronómico. 2. Comprender la importancia científica y cultural de los modelos cosmológicos geocéntrico y heliocéntrico. 3. Reconocer los elementos fundamentales de las investigaciones científicas, en casos concretos de investigaciones que sustentan los conocimientos del nivel. 4. Procesar datos con herramientas conceptuales apropiadas y elaborar interpretaciones de datos en términos de las teorías y conceptos científicos del nivel. Contenidos Mínimos Obligatorios 1. Aplicación de las leyes de Kepler y de la ley de gravitación universal de Newton para explicar y hacer predicciones sobre la dinámica de pequeñas y grandes estructuras cósmicas (planetas, estrellas, galaxias, etc.). 2. Reconocimiento de algunas evidencias geológicas y astronómicas que sustentan las teorías acerca del origen y evolución del Sistema Solar. Aprendizajes Esperados 1. Comprender la importancia científica y cultural de los modelos cosmológicos geocéntrico y heliocéntrico. 2. Comparar distintos modelos cosmológicos relativos al Sistema Solar. 3. Reconocer la importancia de las leyes físicas formuladas por Kepler y Newton para realizar predicciones astronómicas. 4. Aplicar las leyes de Kepler y Newton y comprobar su valor predictivo. 5. Reconocer los elementos fundamentales de investigaciones astronómicas. 6. Interpretar datos sobre el movimiento de los planetas. 62 Unidad 4 Unidad 4ok 16/8/10 10:48 Página 63 Orientaciones metodológicas Tierra y Universo Contenidos específicos • • • • • • • • • La observación astronómica. Modelos cosmológicos antiguos. Órbitas planetarias. Leyes de Kepler. Ley de gravitación universal. Efectos terrestres de la gravitación. Satélites naturales. Gravedad en grandes estructuras. Visión actual del Sistema Solar. Objetivos Fundamentales Transversales 1. Aceptación y valoración de la diversidad etaria, cultural, socioeconómica, de género, condición física, opinión u otras. 2. Respeto a la vida, conciencia de la dignidad humana y de los derechos y deberes de todas las personas. 3. Preservación de la naturaleza y cuidado del medioambiente. 4. Desarrollo de habilidades de pensamiento. Esquema conceptual de la unidad La observación astronómica Modelos cosmológicos Órbitas planetarias Primera ley de Kepler Segunda ley de Kepler Tercera ley de Kepler Estructuras cósmicas Sistema Solar Efectos de la gravitación Ley de gravitación universal Ap O O Tierra y Universo 63 Co Ci 64 Unidad 4 Gravitación Leyes de Kepler 5. Reconocer la importancia de la ley de gravitación universal formulada por Newton. 4.1 Aplican la primera ley de Kepler y las propiedades de la elipse para describir la órbita de planetas. 4. Aplicar las leyes de Kepler y comprobar su valor predictivo. 5.1 Asocian la ley de gravitación universal a movimientos planetarios y de otras estructuras del 4.2 Aplican la tercera ley de Kepler. 3.1 Relacionan el movimiento de los planetas con las leyes de Kepler 3. Reconocer la importancia de las leyes físicas formuladas por Kepler. 2.1 Comparan las distintas órbitas planetarias. 1.2 Identifican el modelo heliocéntrico. 1.1 Identifican el modelo geocéntrico. Indicadores de evaluación 6 6 6 Tiempo (horas) • Dos metros de hilo de volantín. • Tres gomas. • Huincha de medir. • Esquema gráfico • Hojas de papel blanco. • Un lápiz grafito. • Alfileres. • Cartón. • Tabla 1 (pág. 156). • Un transportador. • Una bombilla de bebida. • Un peso de plomo. • Hilo. • Una brújula. Recursos didácticos Evaluación diagnóstica: páginas 146 y 147. Evaluación sumativa: Evaluación final: páginas 186-188. Evaluación formativa: Integrando conocimientos: página 162. Evaluación sumativa: Evaluación final: páginas 186-188. Evaluación formativa: Integrando conocimientos: página 157. Evaluación diagnóstica: páginas 146 y 147. Evaluaciones 10:48 2. Comparar distintos modelos cosmológicos relativos al Sistema Solar. 1. Comprender la importancia científica y cultural de los modelos cosmológicos. Aprendizajes Esperados 16/8/10 Modelos cosmológicos Contenidos Unidad 4ok Página 64 Planificación unidad 4 Tierra y Universo 8.1 Identifican hipótesis. 8. Reconocer los elementos fundamentales de investigaciones astronómicas. 8.2 Aplican algunas etapas del procedimiento científico. 7.1 Extraen información a partir de tablas. 7. Interpretar datos sobre el movimiento de los planetas. Actividad 4 (pág. 172). • Tabla 2 (pág. 178). Evaluación final: páginas 186-188. Evaluación sumativa: Evaluación formativa: Integrando conocimientos: páginas 174 y 183. 10:48 6.1 Aplican la ley de gravitación para cálculo de fuerzas entre cuerpos. 5.2 Integran la ley de gravitación con la visión actual del Sistema Solar. Universo. 16/8/10 Indagación científica (integrado en los contenidos de la unidad). 6. Aplicar la ley de gravitación universal y comprobar su valor predictivo. Unidad 4ok Página 65 Planificación unidad 4 Tierra y Universo Tierra y Universo 65 Unidad 4ok 16/8/10 10:48 Página 66 Orientaciones metodológicas Orientaciones generales de la unidad La unidad Tierra y Universo comienza con un enfoque histórico, para que los alumnos y alumnas conozcan la evolución del pensamiento científico. Asimismo , se proponen actividades orientadas a que se den cuenta de la importancia de la observación y de una adecuada recopilación de datos. En la unidad hay varios recursos que el docente puede utilizar para incentivar el pensamiento científico de los estudiantes, un ejemplo son las variadas actividades de análisis de tablas y datos que se presentan. Un eje transversal en la asignatura es el desarrollo de habilidades propias del método científico; para ello las actividades e indagaciones propuestas en la unidad se orientan a ese objetivo. Preconceptos más frecuentes • Conceptos aristotélicos Es importante que el profesor detecte y aclare ciertos conceptos aristotélicos persistentes en los estudiantes, como por ejemplo: a. Los cuerpos más pesados caen más rápido: Se debe señalar que todo cuerpo cae a la Tierra con la misma aceleración. b. Las fuerzas producen movimiento: Hay que aclarar que no en todas las situaciones las fuerzas producen movimiento. Es más preciso decir que las fuerzas modifican el estado de movimiento de los cuerpos, ya que un cuerpo se puede mover, sin que sobre él actúe una fuerza. Página 145 Actividad inicial Objetivo: El objetivo de esta actividad es que los estudiantes relacionen una serie de imágenes con sus conocimientos previos sobre el Sistema Solar, los movimientos de la Tierra y de las estrellas. Pídales que trabajen en grupos de dos o tres alumnos y que registren sus respuestas en sus cuadernos. Páginas 146 y 147 Evaluación diagnóstica En ella se evalúan los conocimientos y habilidades de los alumnos y alumnas respecto a: a. b. c. d. e. Relacionar la astronomía con las matemáticas. Reconocer las causas del movimiento de las estrellas. Identificar elementos del Sistema Solar. Explicar los movimientos de la Tierra. Reconocer la importancia de una observación adecuada. Ítem Criterio de logro Logrado Medianamente logrado Por lograr Esquema Relaciona fenómenos astronómicos con los movimientos de la Tierra. Responde correctamente los ítems 1, 4, 5, 6 y 7. Responde tres de los cinco ítems. Responde correctamente menos de tres ítems. 2y3 Reconoce elementos del Sistema Solar y del Universo. Responde correctamente los ítems 2 y 3. Responde correctamente un ítem. No responde correctamente ningún ítem. 66 Unidad 4 Unidad 4ok 16/8/10 10:48 Página 67 Orientaciones metodológicas Tierra y Universo Página 148 Indagación inicial: ¿Cómo determinar la posición de una estrella en el cielo? Esta actividad tiene como objetivo que los alumnos y alumnas valoren la observación como una etapa fundamental en el método científico, a partir de la construcción de un sencillo aparato. Es importante que comprendan que una buena observación no depende solamente de manipular un aparato sofisticado, sino que hay otras cualidades, como la paciencia, la objetividad, la claridad y el registro de los datos, que hacen posible que una observación sea adecuada para plantear hipótesis a partir de ella. Las coordenadas que los estudiantes deberían medir para ubicar una determinada estrella serían: el ángulo de altura de la estrella en la bóveda celeste (el que mide el transportador), la hora en que se observa y el punto cardinal (si se hace una prolongación vertical de la estrella al horizonte, este último se puede determinar con una brújula). Una vez que sus estudiantes logren ubicar una estrella, puede orientarlos con sugerencias experimentales, de modo que sea más eficiente la observación del fenómeno y que noten que entre un día y otro, algunas medidas no serán las mismas, explíqueles que esto se debe al movimiento de la Tierra y de los astros, si se trata de un planeta. Es importante mencionar que ninguna de las hipótesis planteadas por el estudiante debe ser sancionada, sino hacer notar que cualquier hipótesis depende de la experimentación para ser rechazada o validada. Página 149 Conexión con la arquelogía Comente con sus alumnos y alumnas que el conocimiento astronómico no se trata de una exclusividad del pensamiento occidental, sino de una curiosidad humana de todas las épocas. Casi todos los pueblos de la antigüedad, o aquellos que viven aislados, han construido una cosmovisión para intentar explicar el rol de los astros en el Universo, sus movimientos y sus causas. Explique que muchas de esas cosmovisiones tienen la magia y lo sobrenatural como fundamento, y que el pensamiento científico ha permitido observar sin prejuicios los fenómenos naturales. Página 150 ¿Qué sucedería si…? El objetivo de la sección es que las alumnas y alumnos piensen en el modelo de Ptolomeo, pues si todas las esferas avanzaran con la misma velocidad, parecería que se trata de una sola, con cuerpos de distinta luminosidad en ella. Página 152 Investigación científica: ¿Qué tipo de órbita sigue la Tierra alrededor del Sol? • Objetivo: Dibujar elipses de distinta excentricidad. • Resultados esperados: Los alumnos y alumnas deben dibujar elipses, alejando y acercando los alfileres. Se espera que comprendan que pueden relacionar las curvas dibujadas con distintas órbitas de los planetas. La pregunta c está orientada a que relacionen el plano del papel con la eclíptica, que es el plano que contiene a los planetas en el Sistema Solar. Mencione a los estudiantes otro tipo de curvas: parábolas, hipérbolas, círculos, y discutan cuáles de ellas podrían servir de órbitas. Aproveche de plantearles la pregunta:¿cuáles son las causas del movimiento planetario? Tierra y Universo 67 Unidad 4ok 16/8/10 10:48 Página 68 Orientaciones metodológicas Tierra y Universo Página 153 Ten presente que Mencione a sus estudiantes que el mundo conocido se ha ido ampliando a través de la historia del pensamiento, y la ciencia moderna nos ha permitido conocer y comprender estructuras cósmicas ubicadas a millones de años luz de nuestro planeta. Página 155 Actividad 1: Diferencia entre elipses • Objetivo: Diferenciar elipses de distinta excentricidad. • Resultados esperados. Se espera que los estudiantes descubran por sí mismos, que al cambiar el ángulo con que se observa un círculo, este se presenta como una elipse, que puede ser más o menos “alargada”. Esta propiedad es la excentricidad de la elipse, conocimiento que se formaliza a continuación de la actividad. Página 155 Ten presente que Mencione a sus alumnas y alumnos las curvas que pertenecen a la familia de las cónicas, llamadas así porque corresponden a distintas secciones de un cono. Es una buena oportunidad para hablar sobre las conexiones de las matemáticas con la Física, puede darles como tarea investigar sobre el tema. Página 156 Actividad 2: Excentricidad en el Sistema Solar • Objetivo: Reconocer las cualidades de distintas órbitas, según su excentricidad. • Resultados esperados: a. Los alumnos y alumnas reconocen que si el valor de la excentricidad es más cercano a cero, la órbita se asemeja más a un círculo. b. Al ser más excéntrica la órbita, las distancias a la estrella central serían más variables, lo que produciría grandes cambios de temperatura para distintas estaciones. c. Los estudiantes aplican la primera ley de Kepler y la definición de excentricidad de la página 155. d. Las alumnas y alumnos reconocen que la mayor diferencia entre afelio y perihelio lo tiene el cuerpo que posee una excentricidad mayor, en este caso correspondería al cometa Halley. e. Los estudiantes asocian la diferencia de luminosidad de los planetas en distintas épocas con su distancia a la Tierra; entonces el más excéntrico presentará mayores variaciones, en este caso es Marte. 68 Unidad 4 Unidad 4ok 16/8/10 10:48 Página 69 Orientaciones metodológicas Tierra y Universo Página 156 Conceptos clave Los estudiantes conocen los conceptos que aparecen (asteroides, cometas y satélite natural), porque los aprendieron en grados anteriores o bien por la divulgación científica. Es interesante que el docente relacione aquellos cuerpos dentro del contexto del Sistema Solar, que es el objetivo de estudio. Página 157 Ítem Criterio de logro Síntesis y evaluación de proceso Logrado Medianamente logrado Por lograr Esquema Reconoce los autores intelectuales de los principales modelos históricos del Sistema Solar. Completa cinco recuadros del esquema. Completa entre cuatro y tres recuadros del esquema. Completa menos de tres recuadros del esquema. 1y4 Explica la primera ley de Kepler. Responde correctamente los ítems 1 y 4. Responde correctamente un ítem. No responde correctamente ningún ítem. 2y3 Responde correctaReconoce la mente los ítems 2 y 3. importancia de la astronomía de posición. Responde correctamente un ítem. No responde correctamente ningún ítem. Página 158 ¿Qué sucedería si…? Las preguntas contenidas en esta sección apuntan a que las alumnas y alumnos recuerden o se enteren que la velocidad de la luz es la velocidad límite en el Universo. Seguramente, algunos estudiantes podrían pensar que un cuerpo se puede mover a velocidades infinitamente altas, entonces pregunte: ¿de dónde obtendría energía ese cuerpo? Es importante que sepan que la velocidad de la luz en el vacío se ocupa como una medida en astronomía, esta es el año-luz, que es la distancia que recorre la luz en un año, a través del espacio. Página 158 Interactividad El link presenta un applet Java, que sirve para explicar la primera y la segunda ley de Kepler. Permite dar valores a la excentricidad de las elipses de las órbitas y también seleccionar órbitas de planetas del Sistema Solar. La segunda ley también se puede explicar, por ejemplo, coloreando las áreas barridas por el planeta en tiempos iguales. Tierra y Universo 69 Unidad 4ok 16/8/10 10:48 Página 70 Orientaciones metodológicas Tierra y Universo Página 159 Ten presente que Esta sección tiene como propósito que los alumnos y alumnas comprendan que si bien la tercera ley de Kepler está concebida a partir de los planetas, es porque en su época, aquellos eran los objetos astronómicos más interesantes de observar. Esta ley de Kepler (y todas) es una consecuencia de la gravitación universal que se estudia a partir de la página 164, pero es conveniente que desde ya asocien la tercera ley con otros cuerpos del Sistema Solar. Página 159 Conceptos clave Se trata de términos que los estudiantes necesitan conocer para comprender a cabalidad el texto de contenido presentado en la página. Puede aprovechar la oportunidad para repasar algunos conceptos de geometría y comentar cómo Platón los estudió con entusiasmo e incluso los llegó a relacionar con los elementos conocidos en su época (fuego, aire, agua, tierra). Página 160 Ejemplo resuelto: Determinando el radio orbital de Urano Aunque no es recomendable transformar la resolución de problemas de física en mero cálculo, el ejemplo presentado grafica la manera de utilizar la tercera ley de Kepler. Es una buena oportunidad para que la profesora o profesor desarrolle el cálculo en la pizarra, y de esa manera evaluar los conocimientos algebraicos o dificultades más frecuentes que encuentren sus estudiantes. Página 161 Ciencia-Tecnología-Sociedad: Encuentran exoplaneta similar a la Tierra Esta lectura científica está planteada como una ampliación de contenidos, a partir del tema desarrollado en las páginas anteriores. Puede aprovechar la oportunidad de la lectura para que las alumnas y alumnos pregunten sobre los términos o ideas que no comprenden, y que pueden ser respondidas frente a todo el curso para instaurar un diálogo. Se sugiere organizar a los estudiantes en pequeños grupos para responder las preguntas que están al pie de página. La última pregunta tiene como objetivo hacerlos pensar en una ley que gobierne a todos los cuerpos del Universo, a modo de anticipar la ley de gravitación universal. Es conveniente que esta última pregunta se discuta con el curso en pleno. 70 Unidad 4 Unidad 4ok 16/8/10 10:48 Página 71 Orientaciones metodológicas Tierra y Universo Página 162 Ítem Criterio de logro Síntesis y evaluación de proceso Logrado Medianamente logrado Por lograr Esquema Relaciona el movimien- Responde correctato de los planetas con mente y de forma las leyes de Kepler. completa el esquema. Responde correctamente solo dos cuadros del esquema. No responde correctamente ningún cuadro del esquema, o solamente uno. 1a y 1c Aplica la primera ley de Responde correctaKepler y las mente el ítem 1a y 1b. propiedades de la elipse para describir la órbita de planetas Responde correctamente uno de los dos ítems. No responde ninguno de los dos ítems. 1c, 2 y 3 Aplica la tercera ley de Kepler. Responde solo dos de los ítems. Responde solamente un ítem o ninguno. Responde correctamente los ítems 1c, 2 y 3. Así aprendo mejor: El objetivo de las preguntas propuestas al estudiante es que participe en su proceso de aprendizaje, por eso es importante que el docente insista en que los alumnos y alumnas respondan esas preguntas. Página 163 Indagación: ¿Existe alguna fuerza que origine el giro de un cuerpo? • Objetivo: El objetivo de esta actividad es que las alumnas y alumnos comprendan que para que exista un movimiento circular uniforme es necesaria la existencia de una fuerza central. Por tanto, lo más importante es asociar aquello con el movimiento de los planetas, a manera de introducir la ley de gravitación universal. Tanto la actividad como las preguntas que se plantean a los estudiantes están orientadas a que intuyan cualitativamente que la fuerza aumenta con la masa y varía con la distancia. • Resultados esperados: a. Los estudiantes notan que la fuerza ejercida para mantener girando un cuerpo es hacia el centro de la circunferencia, es decir, la mano del alumno o alumna. b. Primero, la goma ocupa más tiempo para dar una vuelta completa, pero es necesaria una mayor fuerza para mantenerla en movimiento continuo. Esto es opuesto a lo que pasa con la fuerza gravitatoria (la fuerza disminuye con la distancia), pero el docente puede relacionarlo, cuando corresponda, con la variación que sufre en esta actividad. c. Los estudiantes notan que la fuerza necesaria es mayor, en este caso, se puede relacionar directamente con lo que ocurre (más adelante), con la ley de gravitación universal. d. Los alumnos y alumnas relacionan la mano con la estrella y la goma con el planeta. Es importante mencionar que ninguna de las hipótesis iniciales debe ser sancionada, sino poner énfasis en el método científico como un sistema de verificación o descarte de ideas. Tierra y Universo 71 Unidad 4ok 16/8/10 10:48 Página 72 Orientaciones metodológicas Tierra y Universo Página 164 ¿Qué sucedería si…? Esta sección tiene como objetivo desarrollar el pensamiento divergente. El texto de esta página en particular tiene como objetivo que los estudiantes piensen qué sucedería con las grandes estructuras cósmicas si de pronto se repelieran: ¿se alejarían todas las partículas entre sí, o se formarían otros tipos de estructuras? Página 165 Ten presente que La profesora o profesor puede explicar la diferencia entre la cinemática, que estudia las características del movimiento, y la dinámica, que se ocupa de las causas de aquellos; de manera similar, las leyes de Kepler describen “cómo” se mueven los planetas, mientras que la ley de Newton explica la causa. Página 165 Conexión con la geofísica Las mareas son uno de los fenómenos más visibles de la acción gravitacional entre la Tierra, el Sol y la Luna. Podría motivar a sus alumnos y alumnas a pensar qué ocurriría con las mareas si la masa de la Luna fuese distinta, o si se encontraran entre sí a una distancia diferente; de esa manera puede aplicar y reforzar la ley de gravitación universal. Página 166 Actividad 3: Caída de los cuerpos • Objetivo: Observar que los cuerpos caen con distinta rapidez por efecto del roce, aunque sean atraídos con la misma fuerza. • Resultados esperados. Los alumnos y alumnas observan que una hoja arrugada cae al suelo antes que otra extendida, si se dejan caer desde una misma altura. Luego, observan que las dos hojas arrugadas caen relativamente juntas y concluyen que la oposición del aire es mayor sobre la hoja extendida, aunque tenga igual masa que la arrugada. Finalmente, dejan caer una bola de papel con el triple de masa que la otra y observan que caen relativamente juntas, es decir, son afectadas por una misma aceleración. 72 Unidad 4 Unidad 4ok 16/8/10 10:48 Página 73 Orientaciones metodológicas Tierra y Universo Página 166 Ten presente que La confusión entre la masa y el peso es una de las más frecuentes entre los estudiantes. Podría recalcar la diferencia entre ellas, o generar una lluvia de ideas entre los estudiantes para que encuentren las diferencias y similitudes. Página 167 Ejemplo resuelto 2: ¿Cómo calcular la aceleración de gravedad que actúa sobre una manzana? A partir del clásico problema de la manzana, se calcula la aceleración de la gravedad terrestre. Poner énfasis en que esa aceleración afecta a la manzana o a cualquier cuerpo, haciendo la analogía con la actividad de dejar caer papeles. Es conveniente que utilice la pizarra para explicar en detalle la transformación de unidades hasta llegar a m/s2 ya que se trata de una de las dificultades más frecuentes en los estudiantes. Página 168 Conexión con la literatura Es interesante hacer notar a las alumnas y alumnos que Julio Verne es el fundador de la llamada “ciencia ficción”, la que tiene una larga tradición en la literatura mundial, y en la que destacan autores como Isaac Asimov, Ray Bradbury, Arthur Clarke, entre otros muchos. Incluso algunos han sido científicos también. Comente a los estudiantes que muchas de las aventuras o ficciones que han sido relatadas en ella, luego se han convertido en una realidad. Página 169 Interactividad La dirección muestra un video en que se realizan algunos experimentos en microgravedad. Es probable que las direcciones cambien, pues la Web es muy dinámica. Se recomienda hacer una búsqueda actualizada de videos similares. Tierra y Universo 73 Unidad 4ok 16/8/10 10:48 Página 74 Orientaciones metodológicas Tierra y Universo Página 169 Ciencia-Tecnología-Sociedad: ¿Cómo sería vivir sin gravedad? En esta página de lectura científica se proponen una serie de preguntas finales orientadas a lograr una mejor comprensión de ella. Haga énfasis en que la ausencia total de gravedad es muy difícil de conseguir en nuestro universo, pues todos los cuerpos materiales poseen masa, desde las galaxias lejanas hasta la tenue materia del espacio. Página 170 Ejemplo resuelto 3: ¿Cuánto será el peso en la Luna de un astronauta de 80 kg? Este ejemplo recalca la diferencia entre masa y peso, pues en el título se menciona que su masa es de 80 kilogramos. Podría resolver el problema propuesto en la pizarra, o bien darlo de ejercicio. Página 172 Actividad 4: Gravitación en satélites naturales • Objetivo: Relacionar gráficamente el tamaño, masa y fuerza gravitacional, en distintos satélites naturales. Ponga énfasis en que para relacionar el tamaño con la masa, los distintos cuerpos presentados en el esquema deben tener una composición similar, en este caso, una naturaleza rocosa, pues solo así pueden hacer una similitud tamaño-masa. • Resultados esperados: Los alumnos son capaces de deducir, a partir del dibujo comparativo, que: a. Con Ganímedes, por tener la masa más similar, es más probable que se formara un sistema binario, aunque Calisto, Titán, Io, Luna, Tritón y Europa también poseen un tamaño comparable. b. Nuevamente Ganímedes, aunque aquello supone que todos se situarían a la misma distancia que la Tierra. c. Los alumnos y alumnas se dan cuenta de que Júpiter interactúa con mayor intensidad con sus satélites. d. Los estudiantes deducen que en Ganímedes, por el hecho de tener la masa más parecida a la Tierra, el peso de un astronauta tendría menos diferencia. 74 Unidad 4 Unidad 4ok 16/8/10 10:48 Página 75 Orientaciones metodológicas Tierra y Universo Página 174 Ítem 1, 3, 4 y 5 2 Criterio de logro Asocia la ley de la gravitación universal a movimientos del Sistema Solar y otros efectos terrestres. Síntesis y evaluación de proceso Logrado Completa correctamente el esquema y responde los ítems 1, 3, 4 y 5. Aplica la ley de graResponde correctavitación para el cálculo mente el ítem 2. de fuerzas entre cuerpos. Página 176 Medianamente logrado Por lograr Completa correctamente parte del esquema y dos de los ítems. No completa el esquema y responde menos de dos ítems. Responde parcialmente el ítem. No responde el ítem, o lo hace de manera incorrecta. Actividad 5: Maqueta del Sistema Solar • Objetivo: Construir una representación a escala del Sistema Solar. Esta actividad requiere realizar cálculos de proporciones, para lo cual el docente podría realizar un pequeño repaso en la pizarra. • Resultados esperados: Los alumnos y alumnas aclaran cuáles son las verdaderas proporciones a escala de nuestro sistema y reflexionan si aquello se condice con la imagen previa que tenían. Página 177 Tabla 2: Información básica sobre los planetas La tabla reúne datos actualizados del Sistema Solar. A partir de ella se pueden realizar diferentes actividades de cálculo, identificación o clasificación. Es una oportunidad para que el docente haga notar la importancia de ordenar la información científica. Tierra y Universo 75 Unidad 4ok 16/8/10 10:48 Página 76 Orientaciones metodológicas Tierra y Universo Página 177 Conexión con la música Se hace referencia a una importante obra musical del siglo XX, cuya inspiración se basa en los planetas. Se recomienda al docente invitar a los alumnos a mencionar otras obras de arte que estén basadas en el conocimiento astronómico (por ejemplo las constelaciones del pintor Joan Miró), e invitar a los alumnos y alumnas a reflexionar sobre la belleza que se puede encontrar en la ciencia, y en la cual muchos artistas han puesto su atención. Página 178 Actividad 6: Características del Sistema Solar • Objetivo: Comparar los datos de diferentes planetas. Extraer información de la Tabla 2 y reconocer diferencias y similitudes. La actividad gira en torno de los datos ordenados en la Tabla 2. Se sugiere al docente que las alumnas y alumnos trabajen en grupos y que luego comparen sus resultados. • Resultados esperados: Los estudiantes deducen que se utilizan distintas unidades de medida, pues las grandes diferencias de tiempo en la rotación y traslación de los planetas sugiere usar escalas distintas. Aproveche de plantear a sus alumnos y alumnas que existen instrumentos adecuados para medir distintas magnitudes. Los estudiantes notan las grandes similitudes y diferencias entre los planetas, producto de comparar guiadamente la tabla, con ello se preparan para comprender las categorías en las cuales se clasifican ellos en las páginas siguientes. Página 178 Conexión con la astronáutica Cada cierto tiempo hay noticias de exploraciones extraterrestres (a satélites o planetas). Puede motivar a sus estudiantes a que busquen noticias relativas al tema o busquen información en la Web, de manera que expongan sus hallazgos a sus compañeros y compañeras. 76 Unidad 4 Unidad 4ok 16/8/10 10:48 Página 77 Orientaciones metodológicas Tierra y Universo Página 182 Conexión con la mitología Es importante mencionar que si bien el nombre de los planetas proviene de la tradición griega y romana en su mayoría, todas las culturas han establecido un imaginario con respecto al Universo, su observación y representación. Así, por ejemplo, de las 88 constelaciones existentes en la bóveda celeste, muchas de ellas fueron bautizadas por pueblos orientales, árabes, e incluso por marinos u otro tipo de viajeros. Página 183 Ítem Esquema Criterio de logro Síntesis y evaluación de proceso Logrado Medianamente logrado Por lograr Reconoce las princiCompleta correctapales características de mente once recuadros los planetas del Sistema del esquema. Solar. Completa correctamente entre siete y nueve recuadros del esquema. Completa menos de siete recuadros del esquema. 1y3 Describe características Responde los ítems específicas de los 1 y 3. planetas. Responde un ítem. No responde ningún ítem. 2y4 Reconoce la relación de Responde los ítems un cuerpo entre su 2 y 4. masa y gravedad. Responde un ítem. No responde ningún ítem. Páginas 184 a 185 Infografía • En estas páginas encontrará un esquema con el Sistema Solar, en el que se grafican las leyes de Kepler y se expone la ley de la gravitación universal. Puede hacer notar la diferencia de excentricidad del cometa en comparación con los planetas y la ley de las áreas aplicada a Urano. • Línea de tiempo: En ella aparecen astrónomos, matemáticos y físicos notables que han hecho aportes fundamentales a la actual noción de Universo. Es conveniente que los alumnos y alumnas aporten con nombres de más personajes que hayan hecho contribuciones importantes. También se presentan pequeños textos al lado de los retratos, de manera de contextualizar a los personajes con la época en que vivieron. Tierra y Universo 77 Unidad 4ok 16/8/10 10:48 Página 78 Orientaciones metodológicas Tierra y Universo Páginas webs sugeridas para el docente Las direcciones en la Web siempre están sujetas a modificaciones, sin embargo, hay algunas que por su prestigio es más recomendable utilizar. A continuación se presentan algunas de ellas que pueden ser de utilidad para los contenidos de la unidad. http://www.lanasa.net/ http://www.eso.cl/ http://planetquest.jpl.nasa.gov/ http://www.astromia.com/ http://www.xtec.es/recursos/astronom/indexs.htm http://sohowww.nascom.nasa.gov/ Páginas 186 a 188 Evaluación final Esta evaluación consta de tres partes. Al principio y a manera de introducción, se presenta una indicación para volver a las páginas 146 y 147 y realizar nuevamente la evaluación diagnóstica. Es importante que los alumnos y alumnas realicen el procedimiento de manera que constaten su avance en los contenidos. Comprendo. Se trata de una sección con preguntas abiertas, de cálculo y alternativas, que evalúa habilidades como describir, reconocer, comparar. Analizo. Se trata de preguntas abiertas orientadas a desarrollar y medir habilidades como asociar y analizar, y que requiere, en algunos casos, del uso del lenguaje matemático. Aplico. Se presentan situaciones en las que hay que analizar e interpretar información entregada en gráficos y esquemas. 78 Unidad 4 Unidad 4ok 16/8/10 10:48 Página 79 Orientaciones metodológicas Tierra y Universo Páginas 186 a 188 Criterio de logro Evaluación final Logrado Medianamente logrado Por lograr Aplica la primera ley de Kepler y las propiedades de la elipse para describir la órbita de planetas. Responde correctamente los ítems 1, 2, 3 y 4 de la sección Comprendo. Responde correctamente dos de los cuatro ítems. Responde menos de dos ítems de la sección Comprendo. Aplica la tercera ley de Kepler. Responde correctamente los ítems 2, 3 y 5 de la sección Analizo y el ítem 1 de la sección Aplico. Responde correctamente dos ítems de la sección Analizo y la mitad del ítem 1 de la sección Aplico. Responde correctamente menos de dos ítems de la sección Analizo y menos de la mitad del ítem 1 de la sección Aplico. Asocia la ley de la gravitación universal a movimientos del Sistema Solar y otros efectos terrestres. Responde de forma correcta el ítem 5 de la sección Comprendo y el ítem 4 de la sección Analizo. Responde solamente uno de los ítems. No responde ninguno de los dos ítems. Reconoce los elementos de la visión actual del Sistema Solar. Responde correctamente el ítem 6 de la sección Comprendo y el ítem 1 de la sección Analizo. Responde correctamente un ítem. No responde correctamente ningún ítem. Analiza distintas situaciones gráficas donde aparece información astronómica. Responde correctamente los ítems 1a, 1c y 1e, 2a, 2b y 2c de la sección Aplico. Responde correctamente solamente tres ítems de los mencionados. Responde correctamente menos de tres ítems. Tierra y Universo 79 Unidad 4ok 16/8/10 10:48 Página 80 Orientaciones metodológicas Tierra y Universo Página 189 Proyecto científico: Día solar y día sideral: ¿cuál es la diferencia? El contenido del proyecto científico está orientado a que los estudiantes planifiquen una observación rigurosa sin la necesidad de instrumentos sofisticados. Es conveniente sugerir a los estudiantes que diseñen previamente el instrumento y que en su construcción no empleen materiales costosos. Por ejemplo, podrían utilizar algo similar al instrumento de la indagación de la página 148, o una versión mejorada de aquel aparato. También es conveniente que escojan una estrella luminosa y fácil de ubicar, ojala que la identifiquen dentro de la constelación a la cual pertenece. Pídales que determinen cuáles son los errores más probables a los que se exponen sus mediciones y que determinen de qué manera los pueden disminuir. Sugiera a sus alumnos y alumnas que midan durante varios días la diferencia entre el día solar y el sideral, para disminuir errores en la medición. Una vez que hayan determinado la diferencia entre día solar y sideral, sugiera que comparen el valor con el encontrado por sus compañeros y que realicen una búsqueda bibliográfica para comparar sus resultados. Ampliación de contenidos Día solar y sideral El día solar medio es el utilizado para todos los asuntos cotidianos, fechas, calendarios, reloj. Se define como el lapso que emplea el Sol en culminar dos veces consecutivas en el horizonte del observador, según un promedio anual. Dura 24 horas, lo cual equivale a 86.400 segundos. El día sideral, en cambio, es el tiempo en que se observa una estrella dos veces en la misma coordenada, la diferencia entre ambos es de unos 3 m 55,9 s, eso quiere decir que si hoy observamos una estrella y anotamos la hora, al día siguiente la estrella alcanzará la misma posición unos 4 minutos antes. 80 Unidad 4 Unidad 4ok 16/8/10 10:48 Página 81 Evaluación complementaria - Proyecto científico Tierra y Universo ¿Cómo distinguir los planetas entre las estrellas? Antecedentes Entre las muchas estrellas que vemos en una noche sin nubes, sabemos que algunas son en realidad planetas. Estos han sido estudiados desde la antigüedad por presentar un movimiento distinto, el que se puede percibir al observar constantemente la bóveda celeste. ¿Cómo podemos distinguir los planetas de las estrellas a simple vista? Objetivo Distinguir los planetas y las estrellas. Planificación En esta etapa debes indicar claramente los pasos que vas a seguir y de dónde vas a extraer la información necesaria para profundizar los antecedentes. Es muy útil que establezcas un cronograma asignando un tiempo a cada uno de los pasos. A continuación se plantea una serie de preguntas que podrían facilitar la planificación de tu proyecto. - ¿Qué tipo de documento registra la posición de las estrellas, las constelaciones y los planetas? Intenta conseguir uno (puedes realizar una búsqueda por Internet). - ¿Utilizarás algún instrumento para realizar tus observaciones?, si es así, explica qué materiales necesitas para construirlo. - ¿Qué características poseen los planetas a simple vista, que te permitan distinguirlos? Investiga. - ¿Son todos los planetas visibles en cualquier época del año, o tienen “temporadas”? Averigua. Ejecución Luego de que hayas profundizado en los antecedentes y planificado la búsqueda de planetas, estás en condiciones de llevar a cabo tu proyecto. Resultados Escribe un informe en que se resuman tópicos tales como: qué planetas pudiste observar, qué tipo de luminosidad presentaban, las horas en que son observables. Evaluación Al terminar el proyecto es importante que evalúes cada una de las etapas, de manera que sepas en qué poner mayor énfasis, en caso de que te toque realizar algo similar en el futuro. También puedes realizar una posible ampliación de tu proyecto, por ejemplo, seguir el movimiento de los planetas durante semanas o meses, de modo que estudies su movimiento con respecto a otras estrellas o constelaciones. Tierra y Universo 81 Unidad 4ok 16/8/10 10:48 Página 82 Evaluación sumativa complementaria Material fotocopiable I. Marca la alternativa correcta. 1. Explicó en detalle un modelo del Universo, en que la Tierra estaba en el centro y, girando alrededor de ella, varias esferas concéntricas ligadas a distintos cuerpos celestes. A. Aristarco de Samos. B. Claudio Ptolomeo. C. Nicolás Copérnico. D. Johanes Kepler. E. Galileo Galilei. 2. Es una ley física que relaciona el área recorrida por los planetas en tiempos iguales, se trata de: A. la ley de gravitación universal. B. la primera ley de Kepler. C. la primera ley de Newton. D. la segunda ley de Kepler. E. la tercera ley de Kepler. 3. La Tierra y el Sol interactúan gravitacionalmente con una intensidad mucho mayor de la que experimentan la Tierra y la Luna, pero ambos sistemas podrían interactuar con la misma intensidad, en el caso hipotético que: A. la Tierra y la Luna tuvieran menos masa. B. la Luna se encontrara más lejos que el Sol. C. el Sol se encontrara mucho más lejos. D. la masa del Sol fuera mucho mayor. E. la distancia entre la Luna y la Tierra fuera mayor. 4. Dos cuerpos de diferente masa que se dejan caer desde una misma altura llegan juntos al suelo, esto se debe a que: A. tienen el mismo peso. B. son del mismo tamaño. C. experimentan igual aceleración. D. experimentan la misma fuerza de gravedad. E. tienen la misma densidad. 5. La fuerza de gravedad sirve para unir grandes estructuras cósmicas en distintas regiones del Universo. Algunas de ellas son: A. cometas y nebulosas. B. asteroides y planetas. C. cúmulos estelares y galaxias. D. polvo cósmico y sistemas binarios. E. clusters y satélites naturales. 82 Unidad 4 Unidad 4ok 16/8/10 10:48 Página 83 Evaluación sumativa complementaria Material fotocopiable II. Preguntas de desarrollo 1. Explica cómo describirías la posición de una estrella en el cielo. 2. ¿Qué diferencia presentan los planetas y las estrellas al ser observados a simple vista? 3. Explica cómo influye cada una de las tres leyes de Kepler y la ley de gravitación universal en el modelo actual del Sistema Solar. 4. ¿Qué es necesario que ocurra con una nave espacial para que pueda escapar de su interacción gravitacional con la Tierra? 5. Explica en qué consiste la teoría más aceptada sobre el origen y formación del Sistema Solar. 6. ¿Qué características debe cumplir un cuerpo para que sea considerado un planeta?, ¿y un satélite natural? III. Análisis 1. El siguiente gráfico representa una ley física. Analízalo y contesta las preguntas. a. Si el eje vertical representa la fuerza, y el eje horizontal la distancia, ¿qué ocurre con la fuerza a medida que aumenta la distancia? b. ¿Qué ocurre con la fuerza si la distancia aumenta al doble? c. ¿Qué relación proporcional se podría establecer entre las dos variables? d. ¿Cuál de las leyes físicas estudiadas durante la unidad, podría ser representada por el gráfico? F(N) 1 1/4 1/9 1 2 3 r(m) Tierra y Universo 83 84 Planificación El propósito de esta actividad es que los alumnos y alumnas puedan comprender de mejor manera la relación existente entre la escala Celsius y la escala Fahrenheit. En la actividad de ejercitación se propone una serie de preguntas de verdadero o falso acerca de la escala Kelvin, relacionándola con las escalas Celsius y Fahrenheit. Habilidades cognitivas Observar. Explicar. Relacionar. Habilidades cognitivas Comparar. Inferir. Relacionar. Habilidades cognitivas Comparar. Inferir. Observar. Habilidad TIC Recupera, guarda y organiza información obtenida de Internet en forma autónoma. Habilidades cognitivas Inferir. Caracterizar. Comprender que al aumentar el movimiento de partículas aumentará el espacio que ocupan, produciendo un cambio de volumen de la sustancia Identificar que cada material experimenta una dilatación diferente debido a su estructura molecular Comprender que el comportamiento del agua en cierto intervalo de temperatura tiene un comportamiento diferente al resto de las sustancias. Describir las principales escalas termométricas, identificando los parámetros utilizados para construir cada una de ellas 17 18 20 22 y 23 En esta actividad se plantean temperaturas relevantes en el comportamiento del agua. Se sugiere tratar particularmente el punto de los 4 ºC, donde se presenta la mayor densidad. El objetivo de esta actividad es observar que los distintos materiales experimentan diferentes dilataciones para un mismo cambio de temperatura. En esta actividad se observa la proporcionalidad existente entre el cambio de temperatura y la dilatación o contracción que sufre el material. Link (animación) que muestra el movimiento de partículas para los distintos estados de la materia, pudiéndose observar que al aumentar la temperatura aumenta su estado de agitación y, por lo tanto, el espacio que ocupan. 10:49 Link (documento y animación) donde es posible observar el experimento de Joule asociando el concepto de trabajo con cambio de temperatura. El propósito de esta actividad es introducir el concepto de temperatura a partir de la idea de frío y caliente. Descripción y sugerencias de uso Habilidades cognitivas Observar. Comprender. Relacionar. Habilidades que desarrolla Relacionar el concepto de temperatura con el movimiento de partículas que forman una sustancia. Aprendizajes Esperados 16/8/10 14 Página del texto finalesok Página 84 Planificación hipertexto Unidad 1 Temperatura y calor El tema de profundización de la actividad es la calorimetría, donde se observa la temperatura de equilibrio entre cuerpos de distinta capacidad calórica. Habilidad TIC Evalúa la información utilizando los criterios específicos respecto de la calidad de la información electrónica. Habilidades cognitivas Aplicar. Sintetizar. Identificar que la temperatura de dos cuerpos en contacto no varía de manera uniforme. Sintetizar y describir los conceptos estudiados en el capítulo sobre el calor. 43 45 Autoevaluación imprimible donde se presentan preguntas de verdadero o falso y preguntas de alternativa. Evaluación interactiva donde las y los estudiantes encontrarán preguntas de desarrollo y de alternativa que desarrollarán en pantalla. Mapa conceptual interactivo que sintetiza los contenidos tratados en la unidad. El objetivo de esta actividad es ejercitar mediante preguntas de alternativas los conceptos tratados en el capítulo sobre el calor. Habilidades cognitivas Asociar. Analizar. Comprender que el flujo de calor puede producir un cambio de temperatura o un cambio de fase. 40 En esta actividad, los alumnos y alumnas relacionarán los distintos cambios de fase con la separación entre partículas. Habilidad cognitiva Analizar. Asociar el cambio de fase a un flujo de energía con una temperatura constante En esta animación se observa la aplicación de la ecuación Q = m c ΔT. El objetivo de esta actividad es observar y relacionar la temperatura con el calor, la masa y el calor específico. En este link (documento y animación) se observa gráficamente la dependencia existente entre el cambio de temperatura y el calor entregado. Los alumnos y alumnas deben relacionar los distintos conceptos estudiados acerca de la temperatura con sus definiciones. 39 Habilidades cognitivas Observar. Inferir. Relacionar. Interpretar. Habilidades cognitivas Sintetizar. Comprender. 10:49 Describir la dependencia de la temperatura en función del calor entregado, la masa y la sustancia utilizada. Asociar los conceptos de temperatura y calor. Sintetizar y describir los conceptos estudiados en el capítulo de temperatura. 16/8/10 29, 30 y 31 26 finalesok Página 85 Planificación hipertexto Unidad 1 Temperatura y calor Planificación 85 86 Planificación En esta actividad los alumnos y alumnas deberán trazar los gráficos según la situación de movimiento que se propone inicialmente. Habilidad TIC Evalúa la información utilizando los criterios específicos de la calidad de la información electrónica. Habilidades cognitivas Relacionar. Interpretar. Habilidades cognitivas Analizar. Interpretar. Aplicar. Comprender el concepto de aceleración como la variación de velocidad por unidad de tiempo. Caracterizar un movimiento según su velocidad ya sea constante o variable. Describir el comportamiento tanto de la velocidad como del desplazamiento para un movimiento con aceleración constante. Describir un movimiento a partir de la interpretación de gráficos. 66 70 72 y 73 74 Habilidades cognitivas Relacionar. Aplicar. En el link (documento) se entrega información acerca de la cinemática como rama de la Física. Se proponen preguntas para que el o la estudiante trabaje con el texto. Habilidades cognitivas Asociar. Comparar. Inferir. Analizar la diferencia existente entre rapidez media y velocidad media. 62 En esta animación interactiva, los alumnos y alumnas podrán optar por un MRU o un MRUA. Se observará para cada caso la posición del cuerpo por unidad de tiempo. En la actividad el o la estudiante podrán observar el comportamiento gráfico para la posición, velocidad y aceleración para movimientos con velocidad constante o para movimientos con aceleración constante. En la actividad, propuesta, los alumnos y alumnas deberán completar las frases acerca de características en los distintos tipos de movimiento. En el link (animación) se observan las diferencias entre movimiento rectilíneo uniforme y movimiento uniformemente acelerado. 10:49 La actividad de profundización que se presenta trata sobre la velocidad relativa según los distintos sistemas de referencia. En la animación se muestra un satélite que se pone en órbita y se observa la trayectoria dejada por una estela de humo. Se recomienda hacer preguntas con respecto a la trayectoria y al desplazamiento. Descripción y sugerencias de uso Habilidades cognitivas Identificar. Comprender. Habilidades que desarrolla Identificar los conceptos de trayectoria y desplazamiento. Aprendizajes Esperados 16/8/10 57 Página del texto finalesok Página 86 Planificación hipertexto Unidad 2 Fuerza y movimiento Se presenta un texto de profundización, el cual trata el tema de fuerzas a distancia, y preguntas de alternativa sobre dicho tema. El objetivo de la actividad que se plantea es que los y las estudiantes relacionen los distintos tipos de movimiento, ya sea rectilíneo uniforme o uniformemente acelerado con las características del movimiento y con el comportamiento de la fuerza. Habilidades cognitivas Describir. Identificar. Habilidades cognitivas Sintetizar. Asociar. Aplicar. Habilidades cognitivas Caracterizar. Relacionar. Definir. Identificar que la acción de una fuerza siempre producirá una reacción de igual magnitud y en sentido contrario Explicar y aplicar las tres leyes de Newton. Identificar el peso como una fuerza de atracción ejercida por los planetas sobre un cuerpo que se encuentre en él. Explicar y aplicar los distintos tipos de fuerza, como el peso y el roce. 83 85 89 91 Habilidades cognitivas Sintetizar. Aplicar. Autoevaluación imprimible donde se presentan preguntas de verdadero o falso, de alternativas y de desarrollo. Evaluación interactiva donde las y los estudiantes encontrarán preguntas de desarrollo y de alternativas que desarrollarán en pantalla. Mapa conceptual interactivo que sintetiza los contenidos tratados en la unidad. La actividad de profundización muestra cómo varía el peso de un cuerpo en distintos planetas, según la aceleración de gravedad que este planeta posee. 10:49 El objetivo de la actividad es que el alumno y alumna, mediante una animación interactiva, pueda visualizar el cambio de aceleración de un cuerpo al variar su masa. La animación muestra de manera práctica la segunda ley de Newton, donde se observa la aceleración que adquiere un cuerpo para distintas fuerzas aplicadas. Habilidad TIC Comprender que la aceleración que experimenta un cuerpo es consecuencia de la aplicación de una fuerza sobre una cierta masa 82 16/8/10 Evalúa la información utilizando los criterios específicos de la calidad de la información electrónica. Esta animación muestra la diferencia entre los conceptos de peso y masa tanto en las unidades de medida como en los instrumentos que se deben utilizar. Habilidades cognitivas Inferir. Identificar. Relacionar el concepto de masa con la oposición a una alteración del movimiento 81 finalesok Página 87 Planificación hipertexto Unidad 2 Fuerza y movimiento Planificación 87 88 Planificación Reconocer qué relación hay entre el ángulo de aplicación de una fuerza y el tipo de trabajo que realiza. Identificar cuándo un cuerpo posee energía cinética y cuándo posee energía potencial gravitatoria. 115 124 129 Identificar. Relacionar. Habilidad cognitiva Recupera y organiza información extraída de sitios webs. Habilidad TIC Recupera y organiza información extraída de sitios webs. Habilidad TIC Habilidad cognitiva Reconocer. Caracterizar. Comprender. Habilidad cognitiva Habilidades que desarrolla Profundización. Esta actividad permite a los estudiantes profundizar y reforzar los contenidos a través del concepto de eficiencia. Dé y comente otros ejemplos, y realice el cálculo de la eficiencia. Explíqueles la imposibilidad de tener un rendimiento del 100%. Ejercitación. La actividad permite observar cómo cambian la energía cinética y potencial. Se ve además que la energía mecánica se conserva y resulta de la suma de las anteriores. Permita que los estudiantes noten qué ocurre en los valores extremos de las energías. Actividad. Esta actividad muestra que la engría mecánica es la suma de la energía cinética y energía potencial (gravitatoria y/o elástica). Además, se describe cada una de ellas. Link. Muestra información sobre los tipos de energía: cinética y potencial gravitatoria y su relación con la energía mecánica. Link. Muestra información sobre la relación del trabajo y la energía y el caso de las fuerzas conservativas y no conservativas. Se propone a los estudiantes elaborar un mapa. Pídales que le muestren sus resultados. Actividad inicial. En esta actividad se les recuerda a los estudiantes la relación que hay entre la dirección de la fuerza aplicada y el tipo de trabajo que realiza. Repase con los estudiantes las características generales de los vectores. Motivación. La actividad pretende motivar a los estudiantes al estudio del trabajo y la energía. Propone, además, una actividad diagnóstica para activar los conocimientos previos. Descripción y sugerencias de uso 10:49 Relacionar ambas energías para obtener la energía mecánica. Reconocer en qué casos se realiza trabajo mecánico. Aprendizajes Esperados 16/8/10 114 Página del texto finalesok Página 88 Planificación hipertexto Unidad 3 Trabajo y energía Mapa. Este mapa conceptual interactivo sintetiza los contenidos tratados en la unidad; permite al estudiante destacar y ordenar los conceptos relevantes. Evaluación y autoevaluación. Esta actividad le permitirá evaluar los aprendizajes logrados; además, reconocer los contenidos relevantes. Habilidad cognitiva Sintetizar. Relacionar. Habilidad cognitiva Sintetizar. Relacionar. Interpretar. Aplicar. Todos los aprendizajes esperados. Profundización. Permite a los estudiantes profundizar y reforzar los contenidos a través del concepto de fuerzas conservativas y disipativas como el roce. Además, se ve cómo se aplica el concepto de teorema del trabajo y el cambio de energía. 10:49 Ejercitación. Actividad que permite identificar los factores que contribuyen a la variación de energía y velocidad que experimenta un carrito. Actividad. Esta actividad muestra que según el principio de conservación de la energía, en cada instante la energía cinética se transforma en energía potencial, y viceversa, manteniéndose constante la energía mecánica. 16/8/10 Habilidad cognitiva Identificar. Caracterizar. Identificar el proceso de transformación de la energía. Link. Muestra información sobre la conservación de la energía y en qué sentido se dice que se pierde. 138 142 Habilidad TIC Recupera y organiza información extraída de sitios webs. Conocer el principio de conservación de la energía mecánica. 130 132 finalesok Página 89 Planificación hipertexto Unidad 3 Trabajo y energía Planificación 89 90 Planificación El primer link de ejercitación está relacionado con la observación del cielo y consiste en una autoevaluación en que los alumnos identifican si las frases en cuestión son verdaderas o falsas. El link de inicio consiste en una página de contenidos con información relativa a la observación astronómica por parte de los antiguos griegos. Los estudiantes deben extraer contenidos de la página y responder un cuestionario. Habilidades cognitivas Reconocer. Asociar. Habilidades cognitivas Comprensión lectora. Sintetizar. Reconocer algunos términos relacionados con la observación directa de algunos astros. Relacionar el movimiento de las estrellas con el movimiento de rotación terrestre y la presencia de la estrella Polar con el eje terrestre. Comparar algunos de los más importantes modelos cosmológicos de la antigüedad. 148 149 150 Habilidad TIC Evalúa la información utilizando los criterios específicos de la calidad de la información electrónica. Habilidades cognitivas Describir. Comparar. Identificar. El recurso digital 1 consiste en una lectura sobre los modelos cosmológicos antiguos, y tiene como propósito profundizar los contenidos del texto. La actividad inicial digitalizada entrega información sobre relojes de sol, con la intención de que los estudiantes relacionen la medida del tiempo con fenómenos astronómicos. Habilidades cognitivas Describir. Asociar. Aplicar. Comprender el funcionamiento de un reloj solar, finalizando con el diseño de uno. 147 10:49 Habilidad TIC Evalúa la información utilizando los criterios específicos de la calidad de la información electrónica. Actividad de motivación. Está diseñada para que los estudiantes se motiven en la observación de los astros. Descripción y sugerencias de uso Habilidades cognitivas Observar. Relacionar. Asociar. Habilidades que desarrolla Relacionar el movimiento de las estrellas con los movimientos de la Tierra. Aprendizajes Esperados 16/8/10 144 Página del texto finalesok Página 90 Planificación hipertexto Unidad 4 Tierra y Universo Habilidades cognitivas Observar. Reconocer. Sintetizar. Habilidades cognitivas Calcular. Interpretar. Habilidades cognitivas Comprender (lectura). Relacionar. Asociar. Extraer información a partir de una animación de la segunda ley de Kepler. Explicar las leyes de Kepler a partir de la observación de un video. Comprobar la tercera ley de Kepler a partir de cálculos con datos reales. Conocer investigaciones astronómicas recientes relacionadas con los planetas. 158 159 160 161 El segundo recurso digital es una pregunta de alternativas relacionada con la segunda ley de Kepler y con una animación de la misma. Habilidades cognitivas Observar. Comparar. Deducir. Reconocer la segunda ley de Kepler a partir de una animación. 158 Habilidad TIC Recupera información de Internet en forma autónoma utilizando buscadores especializados y metabuscadores. Habilidades cognitivas Observar. Reconocer. Relacionar. La cuarta actividad de profundización consiste en la lectura de un artículo relacionado con planetas extrapolares y la posterior completación de un texto. El link de ejercitación relativo a la tercera ley de Kepler consiste en una actividad de cálculo que permite clarificar el valor de la constante k. En el recurso digital 2 se puede observar un video en que se explican las leyes de Kepler. 10:49 La segunda actividad de profundización se relaciona con la segunda ley de Kepler. Consiste en una animación en la cual se pueden modificar algunas variables. Luego, a partir de la manipulación de ella, los estudiantes deben realizar una actividad de completar un texto. El recurso digital relacionado con la primera ley de Kepler se trata de una actividad de completación de una frase con conceptos que aparecen a un costado de la pantalla. Habilidades cognitivas Reconocer. Asociar. 16/8/10 Habilidad TIC Evalúa la información utilizando los criterios específicos respecto de la calidad de la información electrónica. Reconocer los conceptos principales de la primera ley de Kepler. La primera actividad de profundización permite a los estudiantes saber más sobre Copérnico y Kepler, así como de sus teorías. 157 Habilidades cognitivas Comprender (lectura). Comparar. Identificar. Profundizar sobre la vida y obra de los astrónomos Copérnico y Kepler. 153 finalesok Página 91 Planificación hipertexto Unidad 4 Tierra y Universo Planificación 91 92 Planificación En el recurso digital 3 se pueden observar animaciones con la interacción gravitacional entre la Luna y la Tierra. La actividad de profundización relacionada con fuerza de gravedad, consiste en la explicación de algunos rasgos generales de los agujeros negros. Luego de leer un texto, los estudiantes deben unir frases que se complementan. El recurso digital 4 presenta una animación con algunas características del Sistema Solar. El cuarto recurso digital es una actividad que une descripciones de algunos planetas con sus nombres. El mapa conceptual interactivo consiste en una instancia donde los estudiantes arrastran palabras desde un costado de la pantalla, hasta su lugar adecuado dentro de un esquema conceptual. Habilidades cognitivas Asociar. Identificar. Explicar. Habilidades cognitivas Comprender (lectura). Asociar. Habilidades cognitivas Observar. Reconocer. Asociar. Habilidades cognitivas Reconocer. Asociar. Identificar. Habilidades cognitivas Reconocer. Relacionar. Sintetizar. Asociar la interacción gravitacional entre la Luna y la Tierra con algunos de sus efectos, como las mareas. Comprender las consecuencias gravitacionales de una masa muy grande. Reconocer y explicar algunas características del Sistema Solar. Identificar cualidades de algunos planetas del Sistema Solar. Relacionan el movimiento del Sistema Solar y de los planetas con las leyes de Kepler y la ley de gravitación universal de Newton. 168 173 175 182 184 El link de ejercitación relacionado con la fuerza de gravedad consiste en completar un párrafo que permite clarificar las ideas más importantes de dicha ley. 10:49 Habilidades cognitivas Asociar. Identificar. Reconocer los principales conceptos de la ley de gravitación universal. El tercer recurso digital se trata de una actividad interactiva que permite acentuar las diferencias entre los conceptos de masa y peso. Descripción y sugerencias de uso 166 Habilidades cognitivas Reconocer. Comparar. Identificar. Habilidades que desarrolla Diferenciar entre los conceptos de masa y peso. Aprendizajes Esperados 16/8/10 166 Página del texto finalesok Página 92 Planificación hipertexto Unidad 4 Tierra y Universo finalesok 16/8/10 10:49 Página 93 Solucionario Preguntas de selección múltiple. Página 26 Unidad 1: Temperatura y calor 1. C 2. E 3. D 4. A Página 27 Evaluación sumativa complementaria II. 1. 5 x 105 °C 2. varía de 310 K a 313 K, , decir, 3 K (que es lo mismo que una variación de 3º C). 3. 333 K 4. 10-3 (m3/°C) 5. Si el hielo está a 0 ºC, la temperatura final del agua fundida es de 40 ºC. III. 1. Se trata de un indicador de la energía cinética promedio de las moléculas de un cuerpo. Es una manera de expresar el estado térmico de un cuerpo. 2. Estado que alcanzan dos cuerpos en contacto térmico, luego de transferirse energía (quedan a la misma temperatura). 3. Indica la rapidez con que un cuerpo caliente va disminuyendo su temperatura, hasta alcanzar su equilibrio térmico con el ambiente. Se describe por una curva exponencial. 4. Es una manera de propagación del calor que ocurre en los fluidos. 5. Es una forma de energía que se transmite entre dos cuerpos cuando están a distinta temperatura. 3. La rapidez indica el trayecto recorrido por un móvil en un intervalo tiempo, mientras que la velocidad indica el cambio de posición experimentado por el móvil en un intervalo de tiempo. Por lo mismo la rapidez puede ser representada por una magnitud escalar y la velocidad por una vectorial. 4. Una competencia de “tirar la cuerda” entre dos grupos que no se logran mover. Un libro sobre la cubierta de una mesa en que el peso y la normal se igualan. (Existen muchos ejemplos que dan respuesta a esta pregunta). 5. Al frenar un vehículo, las personas del interior se sienten “empujadas” hacia delante. Si no actuara la inercia, aquello no ocurriría. (Existen muchos ejemplos que dan respuesta a esta pregunta). 6. 2(m/s2) y 0,5(m/s2), respectivamente. 7. Como la fuerza de roce está descrita por Fr = μmg, la masa tiene una proporción directa con la fuerza de roce. III. Análisis. 1.v (km/h) 60 10 14,8 44,8 t (s) 2. A. A los 5 s de recorrido. B. Entre los 10 y 20 s. Página 40 C. Entre los 5 y 10 s, y entre los 20 y 25 s. Unidad 2: Fuerza y movimiento 1. E 2. C 3. C 4. C D. Los tramos de pendiente constante indican que Página 41 3. Evaluación sumativa complementaria II. Preguntas de desarrollo. 1. El desplazamiento es una magnitud vectorial que depende de la posición inicial y final de un móvil. La trayectoria se relaciona con el camino recorrido. 2. Se trata de un movimiento de trayectoria curvilínea en el espacio. el tren se movió con rapidez constante. F (N) a (m/s2) Solucionario 93 finalesok 16/8/10 10:49 Página 94 Solucionario Como la relación entre fuerza y masa es F = ma, la masa corresponde a la pendiente del gráfico, por lo tanto m = 2 kg. Página 60 Evaluación sumativa complementaria II. Preguntas de desarrollo. 1. Un cuerpo que tiene energía “almacenada” es capaz de producir trabajo. 2. Una fuerza es conservativa cuando el trabajo realizado por ella solo depende del cambio de posición y no de la trayectoria, mientras que una fuerza es disipativa (como el roce), si el trabajo realizado por ella depende de la trayectoria. 3. Cuando no hay desplazamiento en la dirección en que se aplica la fuerza. 4. No. Basta con que el momentum sea constante para que el impulso sea nulo. 5. Cuando solamente actúan fuerzas conservativas. III. Análisis. 1. Con la misma rapidez V. Análisis. Disminuye. Disminuye a la cuarta parte. La fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. D. La fuerza de gravitación universal. 3. - 720 J 4. Ep Em Ec t II. Desarrollo 1. Entregando su ángulo de elevación y su ángulo respecto al plano terrestre. Además se puede entregar la coordenada temporal. 2. Presentan un movimiento distinto, observable en un período mediano de tiempo. 3. Las leyes de Kepler y de gravitación universal, sentaron las bases del modelo actual, el que fue perfeccionado por la teoría general de la relatividad. 4. Su velocidad debe superar a la velocidad de escape. 5. Se formó a partir de una nebulosa planetaria. Producto de la atracción gravitatoria la materia se comprimió para formar el Sol y los planetas. 6. Un planeta es un cuerpo aproximadamente esférico que orbita una estrella y cuya vecindad está limpia de cuerpos más pequeños. un satélite natural orbita alrededor de un planeta. III. A. B. C. 2. 30 m/s Solucionario 5. C Evaluación sumativa complementaria Página 61 94 Unidad 4: Tierra y Universo 1. B 2. D 3. C 4. C Página 83 Unidad 3: Trabajo y energía 1. C 2. E 3. C 4. A 5. W = - 15 J Página 82 t t finalesok 16/8/10 10:49 Página 95 finalesok 16/8/10 10:49 Página 96