FÍSICA DE SECUNDARIA

Física
Ciencias
DISTRIBUCIÓN GRATUITA
PROHIBIDA SU VENTA
Juan Manuel Ramírez de Arellano • María Eugenia Niño Rincón
Ciencias 2 fue pensado para que estudiantes y profesores
encuentren recursos útiles, atractivos y actuales en el proceso
de aprender y enseñar Física.
En la secuencia de actividades se integran secciones con
información reciente e histórica, con el fin de ofrecer elementos
que permitan establecer relaciones entre los conceptos
fundamentales y los diversos contextos.
El libro cuenta con dos espacios innovadores: Estrategias
para el aprendizaje y la documentación de información, al inicio
de la obra, que no sólo funciona como auxiliar del aprendizaje,
sino que propone a los estudiantes una posición participativa
en el “cómo aprender”; e Infografía, al final de cada bloque, que
presenta, de manera interesante, situaciones cotidianas
explicadas gráficamente a partir de los principales contenidos
de los bloques.
Además, para no perder de vista los aprendizajes esperados
y los propósitos, se incluyen actividades de evaluación
permanente en diferentes escalas: bloque, tema y subtema.
Ciencias
Física
Física
SERIE
diálogos
Ciencias
SECUNDARIA
segundo grado
Juan Manuel
Ramírez de
Arellano
María Eugenia
Niño Rincón
Física
Ciencias
SECUNDARIA
segundo grado
Ciencias 2
Diseño e ilustración D.R. © Editorial Macmillan de México, S.A. de C.V. 2008
Texto © Juan Manuel Ramírez de Arellano, María Eugenia Niño Rincón 2008
Primera Edición 2008
Prohibida la reproducción parcial o total de esta obra,
por cualquier medio o método, sin autorización por escrito de la editorial.
Todos los derechos reservados conforme a la ley.
Producción: Editorial Terracota, S.A. de C.V.
Coordinación editorial: Claudia Arancio
Coordinación de ciencias: Martha G. Coronel Aguayo
Edición: José Adrián Martínez González
Asistente editorial: Diana Lagos Castillo
Coordinación de producción: Jeanette Vázquez Gabriel
Diseño de la serie: Regina Landa
Diagramación: Paola Xospa
Estilo: David Monroy Gómez, Mariana Castillo
Ilustraciones: Rodolfo Pastrana
Fotografías: Jupiter Images Unlimited, Stock Xchange, nasa, dar
Archivo: Judith S. Durán, Rodrigo Ramírez
Diseño de portada: Mónica Pérez D.R. © Editorial Macmillan de México,
S.A. de C.V.
Fotografía de portada: Jupiter Images Unlimited
CANIEM No. 2275
Editorial Macmillan de México, S.A. de C.V.
Av. Insurgentes Sur 1886
Col. Florida
Delegación Álvaro Obregón
C.P. 01030 México, D.F.
Tel.: (55) 5482 2200
elt@grupomacmillan.com
www.grupomacmillan.com.mx
www.macmillan.com.mx
Impreso en México
Esta obra se terminó de imprimir
en septiembre del 2008 en los talleres de
[FAVOR DE AGREGAR NOMBRE DEL IMPRESOR]
con domicilio en [DIRECCIÓN DEL IMPRESOR]
2012
2011
10
8
9
7
2010
2009
2008
6
4
2
5
3
1
presentaciones
Para los alumnos
E
n las páginas de este libro
aprenderás a observar
la naturaleza y el mundo que te rodea, desde lo
más grande hasta lo más
pequeño. Así lo hacen los científicos,
que observan con atención al Universo que está a su alrededor y tratan de hallar explicaciones.
El objetivo de esta obra es que conozcas cómo funciona la naturaleza, así como ayudarte a que te hagas preguntas acerca de los fenómenos que ves a tu alrededor. Te darás
cuenta de que, como todos los científicos, al ir descubriendo el porqué de las cosas, nuevas interrogantes surgirán, porque la ciencia no
es algo que ya esté terminado, sino
que se mueve, se adapta, se corrige
y avanza.
Tal vez hayas visto un arco iris en
el cielo o la forma en que se mueve una canica al golpearla, y de forma intuitiva, sin que te des cuenta,
te habrás preguntado: ¿por qué pasa
eso? Puede ser un momento solamente, pero lo más probable es que
te haya sucedido. ¿Por qué se mueve un auto? ¿Por qué te mueves tú?
¿Por qué el Sol sale todos los días y
nos ilumina? ¿Qué es la luz? Algo de
eso lo verás en este libro.
Conforme vayas avanzando en tu
curso de física y en la lectura de este
libro, no solamente te darás una idea
de cómo se comporta la naturaleza
y algunas de sus leyes, sino además
comprenderás mejor qué es la ciencia, cómo se relaciona con la sociedad y las formas en las que debe utilizarse para ayudar a la humanidad.
Para el docente
E
stimado docente: hemos
escrito el presente libro
para guiar a los estudiantes en la materia de Ciencias 2 y darle a usted las
herramientas necesarias para que
en la clase aprovechen al máximo
el desarrollo de sus competencias,
para que al final tengan un panorama más amplio de lo que es la ciencia y la tecnología y el impacto que
tienen en la sociedad.
Este texto cuenta con secciones
que, sin desviarlo del tema principal,
le servirán para completar su clase
y permitir que los estudiantes establezcan relaciones entre los conceptos fundamentales y su contexto histórico y social.
Esperamos que esta obra, junto
con sus actividades y apartados, le
sea de gran ayuda en el curso, para
que la experiencia educativa sea fluida, efectiva y amena.
índice || contenidos
• Guía de uso
• estrategias
BLOQUE 1
El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza
Tema 1
• La percepción del movimiento............................................................................................................ 16
• ¿Cómo sabemos que algo se mueve?................................................................................................ 17
• ¿Cómo describimos el movimiento de los objetos?......................................................................... 23
• Un tipo particular de movimiento: el movimiento ondulatorio........................................................ 36
Tema 2
• El trabajo de Galileo: una aportación importante para la ciencia.................................................... 46
• ¿Cómo es el movimiento de los cuerpos que caen?......................................................................... 46
• ¿Cómo es el movimiento cuando la velocidad cambia? La aceleración......................................... 54
Tema 3
• Proyectos: Investigar e imaginar, diseñar y experimentar para explicar o innovar....................... 62
• Los terremotos..................................................................................................................................... 64
• Los deportes......................................................................................................................................... 67
• Aparatos que ayudan a nuestros sentidos......................................................................................... 68
BLOQUE 2
Las fuerzas. La explicación de los cambios
Tema 1
• El cambio como resultado de las interacciones entre objetos........................................................ 76
• ¿Cómo se pueden producir cambios? El cambio y las interacciones............................................. 77
Tema 2
• Una explicación del cambio: la idea de fuerza................................................................................... 86
• La idea de fuerza: el resultado de las interacciones......................................................................... 86
• ¿Cuáles son las reglas del movimiento? Tres ideas fundamentales sobre las fuerzas................. 97
• Del movimiento de los objetos en la Tierra al movimiento de los planetas.
La aportación de Newton..................................................................................................................... 109
Tema 3
• La energía: una idea fructífera y alternativa a la fuerza.................................................................... 120
• La energía y la descripción de las transformaciones........................................................................ 120
• La energía y el movimiento.................................................................................................................. 127
Tema 4
• Las interacciones eléctrica y magnética............................................................................................ 135
• ¿Como por acto de magia? Los efectos de las cargas eléctricas.................................................... 135
• Los efectos de los imanes.................................................................................................................... 145
Tema 5
• Proyectos: Investigar e imaginar, diseñar y experimentar para explicar o innovar....................... 151
• Las mareas............................................................................................................................................ 151
• El magnetismo...................................................................................................................................... 152
• La construcción de puentes colgantes.............................................................................................. 153
BLOQUE 3
Las interacciones de la materia. Un modelo para describir lo que no percibimos
Tema 1
• La diversidad de objetos...................................................................................................................... 160
Características de la materia. ¿Qué percibimos de las cosas?......................................................... 161
• ¿Para que sirven los modelos?............................................................................................................ 169
Tema 2
• Lo que percibimos de la materia......................................................................................................... 176
• ¿Un modelo para describir la materia?.............................................................................................. 176
• La construcción de un modelo para explicar la materia.................................................................. 182
Tema 3
• Cómo cambia el estado de la materia................................................................................................ 190
• Calor y temperatura, ¿son lo mismo?................................................................................................ 191
• El modelo de partículas y la presión................................................................................................... 201
• ¿Qué sucede en los sólidos, los líquidos
y los gases cuando varía su temperatura y la presión ejercida sobre ellos?.................................. 208
Tema 4
• Proyectos: Investigar e imaginar, diseñar y experimentar para explicar o innovar....................... 215
• Las máquinas de vapor........................................................................................................................ 215
• El clima.................................................................................................................................................. 216
• Los submarinos.................................................................................................................................... 218
BLOQUE 4
Manifestaciones de la estructura interna de la materia
Tema 1
• Aproximación a fenómenos relacionados con la naturaleza de la materia.................................... 226
• Manifestaciones de la estructura interna de la materia................................................................... 227
Tema 2
• Del modelo de partícula al modelo atómico...................................................................................... 236
• Orígenes de la teoría atómica............................................................................................................. 236
Tema 3
• Los fenómenos electromagnéticos.................................................................................................... 243
• La corriente eléctrica en los fenómenos cotidianos......................................................................... 244
• ¿Cómo se genera el magnetismo?.....................................................................................................256
• ¡Y se hizo la luz! Las ondas electromagnéticas................................................................................. 263
Tema 4
• Proyectos: Investigar e imaginar, diseñar y experimentar para explicar o innovar....................... 275
• La electricidad en nuestra casa.......................................................................................................... 275
• El láser................................................................................................................................................... 277
• El teléfono celular................................................................................................................................. 277
BLOQUE 5
Conocimiento, sociedad y tecnología
Proyectos
• Proyecto 1: ¿Cómo se originó el Universo?....................................................................................... 282
• Proyecto 2: ¿Cómo descubrimos los misterios del Universo?....................................................... 286
• Proyecto 3: ¿Cuáles son las aportaciones de la ciencia
al cuidado y la conservación de la salud?........................................................................................... 288
• Proyecto 4: Crisis de energéticos. ¿Cómo participo y qué puedo hacer?..................................... 290
• Proyecto 5: Breve historia de la física y la tecnología en México.................................................... 292
• Bibliografía...................................................................................................................................... 295
guía de uso
En cada bloque
Comienza tu estudio de Ciencias 2 recordando lo que ya sabes o analizando lo que necesitas saber
con la sección “Examínate”, y cuando termines de estudiar tu bloque podrás aplicar tus conocimientos con los proyectos que se proponen al final y comprobar el camino adelantado con la
“Autoevaluación”.
Examínate
Esta sección la debes
utilizar para realizar actividades que
tendrán como fin
la recuperación de
conceptos e ideas
que estudiarás en
el bloque, o explorar
los conocimientos
que necesites para
abordarlo.
Proyectos
Son un espacio para que trabajes
en equipo, donde integrarás y
aplicarás lo aprendido durante el
bloque.
Autoevaluación
Esta sección te proporcionará
herramientas que te permitan
conocer el avance logrado a lo largo
de cada bloque.
Infografías
Las infografías proporcionan información
complementaria de manera gráfica acerca de
situaciones, aparatos o fenómenos donde intervienen algunos de los conceptos estudiados en
el bloque.
guía de uso
En cada tema
Explora tus
conocimientos
Se presenta un inicio donde tendrás la oportunidad de verificar lo que sabes de algunos tópicos
con la sección de inicio “Explora tus conocimientos”, una etapa de desarrollo que estará
integrada por los diferentes subtemas, y para
concluir se presenta el cierre del tema con “Lo
que aprendí”.
Inicio
En esta sección encontrarás una serie de preguntas y actividades enfocadas en la recuperación de los conocimientos previos que estudiarás en el tema.
Desarrollo
Constituido por los diferentes subtemas, que iniciarán con una lectura
breve, una noticia o un artículo de revista. Una etapa de desarrollo integrada por un conjunto de actividades individuales, en equipo y grupales, así
como diferentes secciones que complementarán tu estudio. Finalmente,
una etapa de cierre del subtema para que evalúes lo que aprendiste.
Para entrar en materia
El objetivo de esta sección es que te
familiarices con lo que vas a estudiar en cada uno de los subtemas.
Secciones
de apoyo
Infociencia
Lectura acerca de los
avances tecnológicos de
la actualidad en los que
esté implicada la física.
Viajando por el tiempo
Reseñas breves de descubrimientos o biografías de científicos
importantes que contribuyeron a la
formación de la física como ciencia.
guía de uso
Individuales
En equipo
Actividades
Esta sección es para que realices cuestionarios, ejercicios de
reflexión, trabajos de investigación
y experimentos que te ayudarán a
cubrir los aprendizajes esperados.
Cierre
Consta de una serie de actividades que te ayudarán a saber si alcanzaste los aprendizajes esperados de cada tema.
Al finalizar
Esta sección te
permitirá darte
cuenta de tus
logros y avances
en los tópicos que
estudiaste en el
subtema.
Experimentales
Lo que aprendí
Esta sección
de actividades
aborda los conceptos estudiados en cada
tema.
estrategias
Para el aprendizaje y la
documentación de información
E
n esta sección presentamos técnicas que pueden emplearse
para la documentación y síntesis de la información estudiada en diversos temas. Estas técnicas consisten en diagramas
y esquemas, algunos de los cuales son usados a lo largo del libro o se sugieren para organizar la información acumulada
en los proyectos que se proponen al final de cada bloque.
Círculo de preguntas
Es un esquema que consiste en una serie de preguntas que dan una respuesta específica alrededor de un tema central. Para su elaboración se recomienda seguir los siguientes
pasos:
a) Elegir el tema.
b) Buscar información acerca del tema.
c) Plantear preguntas con base en datos, ideas, teorías, personajes y otros aspectos específicos que sean sobresalientes.
d) Elaborar el esquema con base en la información documentada.
El esquema “círculo de preguntas” tiene la siguiente forma:
¿Por qué?
¿C
óm
o?
é?
qu
ara
¿P
Causas
Características
Consecuencias
Tema central
¿Qué?
Lugar
s?
ne
uié
¿Q
Periodo
¿D
ón
de
?
Personajes
¿Cuándo?
Elí
pt
ica
Diagrama tipo Sol
Es un diagrama que puede emplearse para organizar las ideas o aspectos de un tema específico. Su nombre se debe a la forma que tiene. A lo
largo del libro se emplea en algunas
actividades de exploración de conocimientos. A continuación se da un
ejemplo de cómo usar este tipo de
diagrama.
En el centro del círculo va el tema
central, en este caso, los tipos de
galaxias. En las líneas o rayos van
ideas acerca del tema, en este caso,
el nombre de cada tipo de galaxia.
ba
rra
da
res
ula
g
e
Irr
estrategias
Espirales
Elípticas
das
rra
Ba
Es
pir
al
ba
rra
da
Tipos
de galaxias
Cirugía láser
Enfermedades que trata
Radiología
Ondas electromagnéticas
utilizadas
Enfermedades que trata
La radiación
en medicina
¿En qué consiste?
Enfermedades que trata
Ondas electromagnéticas
utilizadas
Ondas electromagnéticas
utilizadas
Medicina nuclear
Enfermedades que trata
¿En qué consiste?
Radioterapia
10
Ondas electromagnéticas
utilizadas
Mapa semántico
Sirve para estructurar la información de acuerdo con su categoría.
Tiene las siguientes características:
a) Se elige el tema o idea central. Por ejemplo, “La radiación en la medicina”.
b) Se identifican las categorías secundarias que se
quieren estudiar. Para el
ejemplo dado pueden ser:
medicina nuclear, radiología, cirugía láser y radioterapia.
c) Se dan las características
principales de las categorías estudiadas, y se elabora el esquema.
A continuación se muestra el
mapa para el ejemplo dado.
¿En qué consiste?
¿En qué consiste?
estrategias
Mapa cognitivo tipo medusa
Fuentes de energía
Renovable
No renovable
Definición:
Ejemplos:
Ventajas:
Desventajas:
Definición:
Ejemplos:
Ventajas:
Desventajas:
Es un diagrama que parece la
estructura de una pequeña medusa y que sirve para organizar los
contenidos de los temas y subtemas. Cuenta con la siguientes
características:
a) Se elige un tema.
b) Se seleccionan las divisiones, subtemas o ramas
que se quieren analizar
acerca del tema.
c) Las características de
cada subtema se colocan
en los hilos de la medusa.
A continuación se muestra un
ejemplo de este tipo de diagrama.
Presión atmosférica
Mapa conceptual
Es una manera de representar la
relación entre diferentes conceptos
e ideas, guardando un orden jerárquico. Para ello se recurre al uso de
flechas y palabras de enlace. Para su
elaboración se sugieren los siguientes pasos:
a) Elegir el tema.
b) Subrayar los conceptos o
ideas principales.
c) Determinar la jerarquía de
conceptos e ideas.
d) Establecer las relaciones
entre ellos.
e) Elaborar el mapa conceptual.
A continuación se muestra un
ejemplo. Recuerda hacer uso de
palabras de enlace, flechas y conectores para establecer de manera
clara la relación entre los conceptos
e ideas.
presión que
Ejerce la
atmósfera
sus unidades
en SI son
es un factor del
Tiempo
metereológico
Pascales (Pa)
que provoca
se mide con
Anticiclones
Borrascas
Barómetros
pueden usarse
para
que pueden ser
De mercurio
Anaeroides
Fuente del mapa conceptual: http: //perso.gratisweb.com/grupopascal/FLUIDOS%20Profe/Carpeta%20unidad/Patmosferica/
LIM/Presionatmosferica.html. Consultada el 15 de junio de 2008.
Medir alturas
sobre el nivel
del mar
11
Bloque 1
El movimiento. La descripción
de los cambios en la naturaleza
Introducción
> El primer contacto con los fenómenos naturales es través de los sentidos. La falta de cual-
quiera de ellos cambiaría notablemente nuestra percepción del Universo. No todos los
seres vivos de nuestro planeta perciben del mismo modo su entorno: las serpientes ven
colores que nosotros no podemos, y los perros pueden escuchar sonidos que nosotros no
detectamos. Lo anterior puede llevarnos a plantearnos la siguiente pregunta: ¿está limitada
nuestra concepción de la naturaleza a lo que nuestros sentidos nos permiten percibir?
> El estudio de los fenómenos naturales comienza desde tus sentidos, y algo que ellos te permiten percibir es que las cosas cambian. La idea de cambio y su relación en la descripción
del movimiento es lo que estudiarás en este primer bloque. También conocerás el aspecto
histórico, es decir, cómo a lo largo de cientos de años pensadores de diferentes partes del
mundo buscaron describirlo, al principio con base en sus sentidos, y después con ayuda
de instrumentos, pues el desarrollo tecnológico es algo que siempre ha ido de la mano de la
ciencia. Tu aventura en la búsqueda de la comprensión de los fenómenos naturales comienza aquí. Pero antes te presentamos los propósitos de este primer bloque.
Propósitos
> 1. Analiza y comprende los conceptos básicos del movimiento y sus relaciones. Describe e
interpreta algunas formas de representación simbólica y gráfica.
> 2. Valora las repercusiones que tuvieron los trabajos de Galileo acerca de la caída libre en el
desarrollo de la física, especialmente en lo que respecta a la forma de analizar los fenómenos físicos.
> 3. Aplica e integra habilidades, actitudes y valores durante el desarrollo de los proyectos,
enfatizando el diseño y la realización de experimentos que le permitan relacionar los conceptos estudiados con fenómenos de su entorno. Asimismo, elabora explicaciones y predicciones.
> 4. Reflexiona acerca de las implicaciones sociales de algunos desarrollos tecnológicos relacionados con la medición de la velocidad con la que ocurren algunos fenómenos.
12
1
La percepción
del movimiento
2
El trabajo de
Galileo: una
aportación
importante para
la ciencia
3
Proyectos:
Los terremotos
Los deportes
Aparatos
que ayudan
a nuestros
sentidos
Temas
¿Cómo sabemos que
algo se mueve?
Semana 1
¿Cómo describimos
el movimiento de los
objetos?
Semana 2
Un tipo particular de
movimiento: el movimiento ondulatorio.
Semana 3
¿Cómo es el movimiento de los cuerpos que
caen?
Semana 4
¿Cómo es el movimiento cuando la velocidad
cambia?
La aceleración.
Semana 5
Comprender las etapas
del proyecto de investigación, elegir el tema
del proyecto, definir el
objetivo y compilar la
información.
Semana 6
Plantear la hipótesis y
realizar el diseño del
experimento.
Semana 7
Obtener resultados,
organizarlos y
exponerlos.
Semana 8
13
antes de comenzar
Examínate
E
n este primer bloque te acercarás al estudio de las cosas en movimiento. ¿Qué significa exactamente que una cosa se mueva? ¿Cómo sabes
que algo se mueve? El movimiento es fácil de percibir, pero describirlo
es un poco complicado. Con estas actividades te percatarás de cuánto
sabes acerca del tema antes de que comiences a estudiarlo.
I. En la figura siguiente se muestran varios objetos en movimiento. Escribe debajo
de los dibujos las palabras que describan cómo se mueve cada objeto.
1. ¿Cómo sabes que algo se mueve?
2. Si observas dos autos moviéndose en la misma dirección, ¿cómo sabes cuál va más
rápido?
A nuestro alrededor hay una gran cantidad de cosas que presentan movimiento.
14
3. ¿Qué es la rapidez?
4. ¿Es lo mismo velocidad que rapidez? Explica tu respuesta.
5. ¿Sabes qué es una onda?
6. Cuando se dice que un objeto está acelerándose, ¿significa que va muy rápido?
7. ¿Cómo describirías el movimiento de un objeto que dejas caer desde una cierta
altura?
III. Contesta de acuerdo con las imágenes.
¿Qué objeto caerá más rápido y por qué piensas que así será?
IV. Completa la siguiente información y coloca en las líneas los nombres de las
partes que integran una gráfica:
En una gráfica, a las líneas que se intersecan en un punto llamado
se les llama
. El horizontal se representa con la letra
y el vertical con la letra
.
1
2
3
3
0
1
2
15
Bloque 1 | Tema 1
Tema 1
La percepción del movimiento
Explora tus conocimientos
I. Responde las siguientes preguntas:
1. Escribe cinco ejemplos, lo más distintos
posible, en los que percibas que algo se
mueve.
2. El modo como observas que un objeto se
mueve, ¿depende del lugar desde el que estés
observando? Piensa en un ejemplo que te
ayude a contestar esta pregunta.
3. Explica con tus propias palabras qué
entiendes por “movimiento rápido” y “movimiento lento”.
4. ¿Cómo se mide la rapidez de un auto?
5. ¿La luz y el sonido se mueven? Explica tu
respuesta.
6. ¿Cómo se mueve la Tierra respecto del Sol?
Realiza un dibujo para responder.
7. ¿Qué entiendes por velocidad?
8. ¿Qué significa que un movimiento sea
ondulatorio?
Definición de
movimiento
II. Escribe dentro del círculo del esquema una definición de movimiento y en las líneas
exteriores coloca los tipos de movimientos que conozcas. Después, busca en el aula de
medios, en páginas de Internet, en la biblioteca de aula y en la escolar, la definición de
movimiento y los tipos que hay, y compáralos con los que escribiste en el esquema. Comenta
tus respuestas con tus compañeros y con tu profesor o profesora.
L
a mecánica es la parte
de la física que estudia
el movimiento y se ha
desarrollado desde hace
muchos siglos. En este
tema estudiarás qué es el movimiento; también te ocuparás de observar
y distinguir los varios tipos de movimiento que tus sentidos te permiten
apreciar. Cuando hayas comprendi-
Física. Ciencia que estudia
las propiedades de la naturaleza considerando sólo
los atributos que se pueden
medir.
16
do lo que estás observando, buscarás una forma de describirlo y registrarlo en papel, para poder continuar con tu estudio.
En el último subtema estudiarás
uno de los movimientos más importantes dentro de la física, el movimiento ondulatorio, que está relacionado con los fenómenos de la luz
y el sonido.
El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza
¿Cómo sabemos
que algo se mueve?
Para entrar en materia
Los tenistas tienen mejor
percepción visual
Recientemente, un equipo de
científicos suizos hizo un estudio con 18 jugadores profesionales de tenis. Concluyeron que
los jugadores de tenis perciben
mejor algunos movimientos que
el resto de las personas y pueden juzgar mejor la rapidez del
movimiento que perciben. En el
estudio compararon a los tenistas con otros triatletas que no
jugaban tenis, y con personas
que no eran atletas.
En una prueba, los participantes observaban dos pantallas; en cada una se mostraban
puntos moviéndose y los participantes debían decir en cuál
pantalla los puntos eran más
rápidos. Los tenistas fueron
quienes salieron mejor en esta
prueba. Esto era de esperarse, pues los tenistas usualmente
observan pelotas de tenis viajando hacia ellos a gran velocidad. Pero así se demostró que
su percepción visual de la rapidez con que se mueve un objeto era mejor que la del resto de
las personas, aun fuera de una
cancha de tenis.
En general, se concluyó que
existen dos posibilidades: o jugar tenis mejora la percepción
visual del movimiento, o los jugadores son buenos en el tenis
porque ya tenían una percepción mejor del movimiento, o
una combinación de ambas.
Fuente: http://www.plosone.org/article/
fetchArticle.action?articleURI=info:
doi/10.1371/journal.pone.0002380. Consultada
el 15 de junio de 2008.
Figura 1. El movimiento es apreciado
por los órganos de los sentidos. Una
jugadora de tenis utiliza la vista.
17
Bloque 1 | Tema 1
Actividad individual
Responde las siguientes preguntas:
1. Los tenistas tienen mejor percepción visual del movimiento. ¿Qué otro tipo de personas te imaginas que pueden percibirlo mejor que el resto de nosotros? ¿Qué sentidos
tienen mejor desarrollados?
2. ¿Qué entiendes por rapidez?
3. Cuando percibes un movimiento, ¿cuáles sentidos utilizas más? ¿Cuáles utilizas
menos?
4. Completa la tabla siguiente y escribe qué órgano de los sentidos estás utilizando
para percibir el movimiento que se ejemplifica en la imagen:
Ejemplo
Órgano(s) de los sentidos
que utilizas para percibir el movimiento
5. Si se va la luz en tu casa, no tienes lámparas de mano y tu perro anda por ahí caminando, ¿qué sentidos utilizarías para saber por dónde va y no pisarlo?
6. ¿Se te ocurren ejemplos en los que puedas detectar el movimiento de las cosas utilizando el olfato y el gusto?
18
El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza
Actividad grupal
En el patio de la escuela, divídanse en dos equipos. El primero correrá una distancia
entre dos puntos del patio. El segundo grupo los observará sin tomarles el tiempo y
después responderá las siguientes preguntas:
1. ¿Qué hizo el ganador de la carrera para llegar primero a la meta?
2. ¿Cómo te das cuenta de quiénes son los más rápidos?
3. Ya que no puedes utilizar un reloj para medir el tiempo de los corredores, ¿qué otra
manera se te ocurre para medir el tiempo durante la carrera?
Después, los equipos intercambiarán papeles: quienes observaban correrán, mientras que quienes corrieron responderán las mismas preguntas.
Sabemos que las cosas se mueven,
¿pero qué significa esto? Al estudiar
el movimiento de un cuerpo, en realidad estamos tratando de responder
dos preguntas importantes: ¿Dónde está el objeto? ¿Cuándo está ahí?
Existen leyes naturales que gobiernan el modo como los cuerpos cambian con el tiempo; uno de los trabajos del físico es encontrar esas leyes. Lo primero que hay que hacer
es observar.
Percibimos el movimiento de un
objeto porque así nos lo indican
nuestros sentidos: la vista, el oído, el
tacto, el gusto y el olfato. Imagina
que al estar parado en la banqueta, esperando el autobús, observas
un automóvil pasar frente a ti. Sabes que el vehículo se mueve porque
tus ojos han visto, primero, que en
cierto momento estaba muy lejos de
ti y, poco tiempo después, pasa jus-
to frente a ti. Si alguien te preguntara: “¿Has visto al automóvil estar
en un solo lugar?”, responderías que
no, pues lo has visto cambiar de posición. Ese cambio está relacionado con el tiempo en el que sucede.
¿Cuándo estaba el auto lejos? Hace
algunos momentos. ¿En qué momento ha pasado el auto frente a ti?
Ahora mismo. El cambio más simple que se observa en un cuerpo es el
aparente cambio de su posición conforme pasa el tiempo.
¿Pero qué significa la palabra
“aparente”? Tal vez podrías decir:
“Ese carro que se está moviendo no
tiene nada de aparente, veo que se
mueve y lo que veo es real”. Sucede
que todo el movimiento es relativo.
Esto significa que cuando estudiamos el movimiento de algún cuerpo, decimos que se mueve respecto
a otro cuerpo.
Figura 2. Nos damos
cuenta de que un objeto
se mueve porque cambia
de posición respecto a un
punto que está fijo.
19
Bloque 1 | Tema 1
junto con el Sol y todos los planetas
del Sistema Solar, se mueven alrededor del centro de nuestra galaxia a
dos millones de kilómetros por hora.
Una rapidez asombrosa. ¡Y nosotros
no la sentimos! ¿Por qué? Nuestros
sentidos nos engañan porque, como
todos juntos nos movemos cuando la
Tierra se mueve, nos parece que estamos sin movernos. Pero estamos
en reposo solamente respecto al suelo que está debajo de nosotros, es decir, respecto a la Tierra.
Aunque no lo percibamos,
nosotros nos movemos
junto con la Tierra y ésta,
alrededor del Sol.
En una carrera de maratón
podemos apreciar que
los corredores se mueven
porque así lo observamos
con nuestros ojos, o
porque escuchamos sus
pisadas en la pista, o con
nuestro sentido del tacto
percibimos el movimiento
del aire cuando pasan
muy cerca de nosotros.
20
Todo se mueve, pero siempre hay
que saber con respecto a qué se mueve. Continuando con el ejemplo, si
ahora te subes al autobús que esperabas, podrías imaginar que no eres
tú quien se mueve hacia delante por
la calle, sino que toda la calle con los
edificios, las casas, los árboles, etcétera, se mueven hacia atrás. Es curioso pensar esto último. En realidad, mientras estás leyendo, todos
nosotros nos movemos junto con la
Tierra a una rapidez de aproximadamente 110 000 kilómetros por hora,
en un viaje alrededor del Sol. Es una
rapidez sorprendente si la comparamos con los apenas 80 kilómetros
por hora del auto del ejemplo anterior. No sólo eso, sino que la Tierra,
Actividad
individual
Imagina que observas un avión en el
cielo y a un perro caminando junto a ti.
Contesta las siguientes preguntas:
> ¿Sus movimientos son iguales?
> ¿Tienen diferencias?
> ¿Qué características de estos movimientos puedes percibir con tus
sentidos?
Movimientos
rápidos y lentos
Imagina que estás parado en medio del patio de tu escuela y, para
pasar el rato, observas cosas que se
mueven. Tu punto de referencia es
la Tierra. Entonces escoges dos objetos: el balón de futbol de tus amigos,
que juegan un partido, y una nube
que se encuentra en el cielo. Tus ojos
y tus oídos perciben que el balón y
la nube se mueven, pero no lo hacen
del mismo modo. Si te lo preguntaran, dirías que el balón se mueve rápidamente cuando lo patean, mientras que la nube se va moviendo lentamente si no hay mucho viento. Tu
vista y tu oído te dicen que existen
movimientos diferentes, algunos más
rápidos que otros.
¿Qué significa que algo sea rápido
o lento? En una carrera de mara-
El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza
tón, por ejemplo, gana quien corre
más rápido, y eso se sabe porque es
el que llega primero. Y ha llegado
primero porque tardó menos tiempo en recorrer la distancia. Las cosas se mueven rápida o lentamente
dependiendo del tiempo que ocupen
en ello. Entre menos tiempo transcurra, más rápido es el movimiento.
Pero a veces nuestros sentidos, que
son limitados, nos impiden diferenciar exactamente qué objeto se mueve más rápido. Por eso, durante las
carreras atléticas, de caballos o de
autos, se utilizan fotografías, cronómetros y/o computadoras para decidir cuál fue el competidor más rápido cuando nuestros ojos no distinguen quién llegó primero.
También es relativo decir que algo
es rápido o lento. Un automóvil pue-
de ir más rápido que una bicicleta,
pero si ponemos a competir al automóvil con un avión, el auto se moverá mucho más lentamente.
Distancia y tiempo son factores
que siempre van unidos cuando se
quiere describir el movimiento.
increíble pero cierto
Las ranas no pueden ver un
objeto a menos que esté en
movimiento. Si una mosca
muerta se encuentra suspendida de un hilo enfrente de
una rana hambrienta, la rana
no sentirá su presencia. Las
células detectoras en su retina funcionan de tal modo que
sólo responden al movimiento. La rana podría morirse de
hambre, sin darse cuenta de
que su salvación se encuentra suspendida enfrente de
sus ojos.
Actividad en equipo
Forma equipo con uno de tus compañeros. Pídele que cierre los ojos, luego mueve tu
cuaderno de un lado a otro enfrente de él. Pregúntale si se da cuenta del movimiento
mientras tiene los ojos cerrados. Después será tu turno de cerrar los ojos y averiguar si
puedes percibir el movimiento del cuaderno. Intenten maneras distintas de moverlo:
rápido, lento, vertical. horizontal, abierto o cerrado. Escriban las sensaciones que sus
sentidos percibieron del movimiento del cuaderno cuando tenían los ojos cerrados.
Después comparen sus respuestas con las de sus compañeros y
analícenlas con su profesor.
El movimiento
del sonido y la luz
Muchas veces has visto guitarras, e
incluso puede ser que sepas cómo
tocar una. Cuando pulsas la cuerda
de la guitarra, observas que se mueve de un lado a otro. Se dice que la
cuerda vibra. Pero no sólo eso, sino
que también podemos escuchar sonido mientras la cuerda se mueve.
El movimiento de la cuerda ha sido
captado por nuestros ojos, pero también ha producido una reacción que
ha viajado hasta nuestros oídos. Lo
mismo sucede con muchos de los
sonidos que percibes todos los días:
cuando escuchas un sonido es por-
que probablemente algún
objeto se ha movido en esa
forma especial, llamada vibración, de la que hablaremos
más adelante.
La luz también se mueve. Hace
muchos años, los antiguos griegos
pensaban que podíamos ver porque
nuestros ojos emitían rayos invisibles
que después venían
de regreso. Pero
en el año 1000 de
n.e., el sabio árabe Alhazen descubrió lo que en
verdad sucede: la
luz del Sol se mueve hasta que llega a un objeto, y de
ese objeto la luz rebota hasta llegar
a nuestros ojos.
Figura 3. Los rayos de luz
que salen del Sol rebotan
en un objeto y llegan a
nuestros ojos.
21
Bloque 1 | Tema 1
infociencia | | Las proteínas y el agua
Biofísica.
Estudio de los
fenómenos vitales mediante los
principios y los
métodos de la
física.
Los organismos vivos contienen
tanto proteínas como agua, y las
complejas interacciones entre estas dos podrían ser la causa de
muchos procesos biológicos. Hace
poco, un equipo de biofísicos de la
Universidad de Ohio, en Estados
Unidos, descubrió que una proteína llamada mioglobina puede coordinar el movimiento de las moléculas de agua que la rodean y
hacer que vayan mucho más lento
de lo usual. El equipo de investigadores mostró también que dependiendo de la forma y la función de la proteína, el movimiento
que provoque en las moléculas de
agua cercanas será diferente. Esta
relación entre el movimiento del
agua y la forma de la proteína que
lo causa ayudará a entender mejor
enfermedades como el Alzheimer
y el Parkinson.
Las proteínas son empujadas
constantemente de un lado a otro
por el movimiento térmico de las
moléculas de agua que las rodean;
dicha manera de interactuar se
llama hidratación. Los biofísicos
piensan que esta hidratación juega
un papel importante en la función
de las proteínas. Sin embargo, estas interacciones han sido muy difíciles de estudiar porque son muy
rápidas, algunas veces duran menos que una millonésima parte de
un segundo.
A los investigadores se les ocurrió lanzar pulsos ultracortos de
luz láser a las proteínas. Cuando
una proteína recibe el pulso de la
luz láser, absorbe parte de ésta y a
su vez emite otra parte de luz que
depende de cómo la proteína interactúa con las moléculas de agua
cercanas. Descubrieron que se
produce, primero, un movimiento colectivo, en el que las moléculas más cercanas a la proteína se
mueven todas juntas y lentamente. El segundo es un movimiento
individual, en el que las moléculas
más lejanas a la proteína se mueven cada una por separado y más
rápidamente. Aun así, estos dos
movimientos son muy lentos comparados con el movimiento rápido
del agua cuando no tiene proteínas cercanas.
Referencia: Zhang, LY et al., "Mapping
hydration dynamics around a protein
surface", PNAS USA 104: 18461-18466 (2007).
Figura 4. Las moléculas de proteínas
coordinan los movimientos del agua
que las rodea.
22
El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza
Al finalizar
Responde las siguientes preguntas:
1. ¿Cuáles son los sentidos que utilizas más para percibir el movimiento de los objetos?
¿Qué movimientos podrías percibir únicamente con el olfato?
2. Escoge la opción que complete correctamente la siguiente frase: “Sabemos que un
objeto se mueve porque…
> a) … simplemente lo sabemos”.
> b) … todos los objetos que están a su alrededor no se mueven”.
> c) … cambia su posición respecto a un punto o un objeto que se toma como referencia”.
> d) … todos los objetos que están a su alrededor están moviéndose”.
3. Imagina que observas a dos atletas corriendo y que llegan casi al
mismo tiempo a la meta.
> a) ¿Cómo sabes quién es más rápido?
> b) Si los observas desde un edificio muy grande, de modo que se vean pequeños
como hormigas, ¿sería suficiente tu vista para decidir quién llegó primero? ¿Qué
podrías hacer para observarlos mejor?
4. Busca en libros, enciclopedias o Internet, información acerca de la luz y el sonido.
Escribe un resumen en tu cuaderno de notas. Responde las siguientes preguntas:
> a) Cuando escuchas un sonido, ¿significa que algo se mueve? Explica tu respuesta.
> b) ¿Cómo llega la luz desde la fuente que la origina hasta nuestros ojos? ¿Se mueve?
Explica tu respuesta.
A ti que te gusta…
…leer: el
movimiento está
presente en todas
partes; basta con
que mires a tu
alrededor para
darte cuenta.
Un buen libro
de consulta con
este tema es el de
Francisco Noreña
y Juan Tonda,
El movimiento,
sep / Santillana,
2002 (Biblioteca
Escolar).
¿Cómo describimos
el movimiento de los objetos?
Para entrar en materia
tas partes, cualidades o circunstancias. De acuerdo con esto, tu
Has comenzado el estudio del
descripción debe ser tan clamovimiento y te has dado cuen- ra, que las personas que no esta de que no todos los objetos se tuvieron contigo observando el
mueven igual. Tus sentidos te
objeto moverse entiendan cómo
permiten percibir de qué mase movió, como si hubieran esnera se mueve un objeto: rápitado ahí.
Figura 5. Cuando describes a
da o lentamente, hacia arriba o
Si te preguntan: “¿Cómo es
alguien, puedes decir que “es
hacia abajo, girando o de otras
aquel vecino tuyo del que tanalto”, sin entrar en detalles, o
maneras. ¿Cómo explicarías a
to hablas?” , lo podrás describir
puedes averiguar cuál es su
alguien que nunca ha visto un
de varias maneras. Tal vez dialtura, midiéndola con una
avión el modo como se mueven
gas: “Es amable, divertido y aleregla.
los aviones en el cielo?
gre”. O podrías decir: “Es moEsta explicación detallada
reno, alto, y lo veo flaco”.
Cualitativo. Denota las
y clara de cómo es lo que es¿Qué tan moreno es? ¿Qué
cualidades que no se puetás viendo se llama descripción. tan alto? Tal vez lo que tú
den medir del objeto que
describes, como su color,
Describir, según el diccionario
consideras flaco es normal
su forma, su carácter, sus
de la Real Academia Española,
para otras personas. Ésgustos, etcétera. A estas
también significa representar a tas son descripciones muy
cualidades no se les puede
alguien o algo utilizando las pa- generales, llamadas cualiasociar un número.
labras para explicar sus distintativas porque presentan
Descripciones
cualitativas y cuantitativas
23
Bloque 1 | Tema 1
las cualidades de la persona que
describes. Si quisieras ser más
detallado en tu descripción podrías decir:
Cuantitativo.Denota las
“Mide un metro con 70
cualidades del objeto que sí
centímetros de altura
pueden medirse utilizando
números o cantidades, por
y pesa 70 kilogramos”.
ejemplo su peso, su altura o
Ahora que has incluido
su edad.
números en tu descripción, las personas que
la escuchen podrán saber qué
tan alto y robusto es tu amigo. Este tipo de descripciones
se llaman cuantitativas, porque
utilizan cantidades para describir lo que observas. En el estudio de la naturaleza se busca
describir los fenómenos utilizando cantidades. En este subtema aprenderás a utilizar las
cantidades adecuadas para describir el movimiento de los objetos y establecer qué tan rápido o qué tan lejos se ha movido
el objeto que observas.
Actividad individual
En la tabla siguiente marca con una “X” si lo que se menciona es un rasgo cualitativo o
cuantitativo.
Cuantitativo
Cualitativo
Su estatura era de 1.80
metros.
Era un árbol muy alto.
El profesor hace una hora de
la escuela a su casa.
La superficie de la Luna es
de 38 millones de km2.
Una hormiga es muy liviana.
El aceite es denso.
Cinemática.
Rama de la física que se encarga de estudiar
el movimiento
de los cuerpos,
sin considerar
las causas que
lo provocan.
24
Cuando solamente observamos el
movimiento de los cuerpos, sin preguntarnos qué lo causa, estudiamos
su cinemática. Lanza una pelota
hacia arriba. ¿Cómo describirías su
movimiento? ¿Qué tan lejos alcanzó a llegar la pelota? ¿Cuánto tiempo duró en el aire? ¿Cómo responderías a estas preguntas? Se debe
buscar una manera de describir el
movimiento de un objeto para saber
dónde se encuentra en cada instante y cómo se mueve. Como verás en
este subtema, para describir correctamente el movimiento de un objeto
es suficiente saber cuatro cosas:
• El marco de referencia respecto
al que se estudia el movimiento.
• La posición que tiene el objeto
en cada momento.
• El tiempo que tarda el objeto en
realizar el movimiento.
• La trayectoria que sigue cuando
se mueve.
Conociendo lo anterior (marco de
referencia, posición, tiempo y trayectoria), se pueden obtener otros
datos que ayuden a entender y describir aún mejor el movimiento de
algún objeto.
El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza
ma marco de referencia. Casi siempre, cuando digamos que algo está
en movimiento, estaremos diciendo
que lo hace respecto a la superficie
de la Tierra, que será nuestro marco
El movimiento es relativo, y cuando de referencia. Otro dato que es imse dice que algo se mueve significa portante establecer es por dónde se
que lo hace respecto a otro cuerpo mueve. El camino que sigue un cuerque se toma como referencia. Este po en el espacio al moverse se llama
cuerpo especial respecto del cual trayectoria, y también depende del
se describe el movimiento se lla- marco de referencia que se utilice.
Marco de referencia
y trayectoria
Figura 6. La trayectoria depende del marco de referencia. Desde la Tierra vemos que la Luna y el Sol giran alrededor de nuestro
planeta; sin embargo, si saliéramos en una nave espacial, veríamos que la Luna gira alrededor de la Tierra y ésta, a su vez,
alrededor del Sol, siguiendo una trayectoria diferente.
Actividad
individual
El croquis de la derecha muestra varios
lugares importantes de una ciudad y la
trayectoria que siguió un turista para ir
desde su hotel hasta el museo. Imagina
que estás en el parque y describes la
trayectoria del turista de esta manera:
“Comienza en un hotel que está a tres
cuadras al norte de donde me encuentro,
luego camina, pasa junto a mí y sigue
cinco cuadras al sur de donde estoy, y
después camina dos cuadras hacia atrás”.
¿Cómo describirías el movimiento del
turista si lo observaras desde el mercado?
Compara tu respuesta con las de tus
compañeros.
25
Bloque 1 | Tema 1
Actividad individual
Las siguientes figuras muestran varios objetos moviéndose de distintas maneras. De la
lista de palabras escoge la que describa mejor la forma que tiene la trayectoria de cada
objeto. Si no entiendes el significado de alguna de las palabras, puedes buscarlo en un
diccionario, en una enciclopedia, o preguntarle a tu profesor o profesora.
Lista de palabras:
> Circular.
> Parabólica.
> Arco de
> Elíptica.
cincunferencia.
> Recta.
Distancias
La distancia no es lo mismo que la
trayectoria. Mientras que la trayectoria de un objeto nos dice por dónde
se fue, qué camino tomó al moverse,
la distancia nos indica qué tan lejos
ha ido, cuánto camino recorrió. La
longitud de la trayectoria no siempre coincide con la distancia recorrida. Por ejemplo, la trayectoria que
sigue la Tierra alrededor del Sol es
una elipse; sin embargo, la Tierra ha
estado orbitando alrededor del Sol
durante miles de años y el camino
que ha recorrido durante todo ese
tiempo es mucho mayor a la longitud de su órbita.
26
Cuando sales de tu casa, a dondequiera que vayas, esto implica que te
muevas, que recorras determinadas
distancias, pero en algún momento
regresas a tu casa, es decir, al lugar de donde partiste. La longitud
de la trayectoria que recorriste puede ser muy grande; sin embargo, al
final de cuentas acabas en el mismo
lugar. El desplazamiento es una cantidad que indica la distancia que hay
entre dos puntos de la trayectoria y
la dirección del movimiento. En el
ejemplo anterior, el desplazamiento
total es nulo, debido a que terminas
en el lugar de partida. Cada vez que
se llega al punto de partida, no hay
desplazamiento.
¿Cómo se miden las distancias? Si
El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza
quisieras medir qué tan larga es una
mesa y no tuvieras a la mano nada
más que un lápiz, probablemente se
te ocurriría colocarlo sobre la mesa
y contar cuántas veces cabe a lo largo de ésta. “La mesa mide 20 lápices de largo”, concluirás. Otro amigo
tuyo tal vez quiera comprobar que la
mesa en realidad mide 20 lápices de
largo, así que tomará su propio lápiz (no el tuyo, porque es muy celoso
con sus cosas) y afirmará que estás
equivocado, pues “la mesa mide 22
lápices de largo y no 20”. ¿En realidad estás equivocado? ¡No! Ambos
tienen razón, porque cada uno utilizó su propio lápiz, y el de tu amigo es
un poco más corto que el tuyo.
Si cada persona midiera las cosas con su propio lápiz, todos obtendríamos resultados distintos y no se
podría decir acerca de ningún objeto. Por eso se creó el Sistema Internacional de Unidades (si), para
que quienes lo utilicen midan con “el
mismo lápiz”, y se ha llamado “metro” a la unidad de longitud común
que será utilizada para calcular o
medir distancias. Si se quiere medir cosas más pequeñas que un metro, éste se divide en 100 partes y
a cada una se le llama centímetro.
Para medir cosas grandes se usa el
kilómetro, que es como se le llama a
1 000 metros.
1 milímetro (mm) = 1/1 000 metro
1 centímetro (cm) = 1/100 metro
1 kilómetro (km) = 1 000 metros
Tiempo
El tiempo es una magnitud física definida por el Diccionario de la Real
Academia Española como “la duración de las cosas sujetas al cambio”,
algo que ya sabemos intuitivamente. En otras palabras, el tiempo es
cuánto esperamos mientras las cosas suceden. Pero más importante
que definir el tiempo es saber cómo
medirlo.
Una manera de medir el tiempo
es valerse de algún evento que se repita periódicamente sin fallar, como
el día. Podrías decir: “¿Cuánto tiempo ha pasado desde que fui a jugar
futbol? Han pasado tres días, y lo
sé porque el día se repite periódicamente y me sirve de referencia”. ¿Y
si quisiéramos medir tiempos más
cortos, como la duración del partido de futbol? Tendríamos que dividir el día, usando tal vez un reloj de
arena. Contamos cuántas veces tenemos que dar vuelta al reloj de arena durante el día, y ese número de
vueltas será el número de “horas” o
divisiones que tenga el día. Se podría
utilizar un péndulo en lugar del reloj
de arena. El péndulo siempre tarda
lo mismo en ir y venir, siempre que
la longitud de su cuerda sea pequeña.
Si se le añade un mecanismo que lo
mueva y cuente el número de veces
que el péndulo va y viene, tenemos
un reloj como los de antes.
El si define una unidad de tiempo para que todos los que lo utilicen
Antiguamente se
utilizaban relojes con un
péndulo y un mecanismo
que medía el número de
veces que éste oscilaba.
Podemos medir distancias
utilizando varios
instrumentos, como la
regla o la cinta métrica.
27
Bloque 1 | Tema 1
midan del mismo modo la duración
de los eventos. Por eso, se decidió
que un día se dividiera en 24 horas,
y que cada hora se fragmentara en
60 divisiones llamadas minutos. Así
también, cada minuto está dividido
en 60 segundos, y el segundo es la
unidad de tiempo en el si.
El si es el sistema de medidas más
ampliamente utilizado en el mundo,
pues solamente tres naciones no lo
han adoptado como su sistema oficial de medidas: Liberia, Birmania y
Cantidad Física
Tabla 1.1. Unidades de
medición del Sistema
Internacional.
Estados Unidos de América. El Reino Unido utiliza este sistema a la par
del llamado Sistema Imperial. Dicho
sistema se desarrolló a partir del anterior sistema métrico decimal, que
a su vez fue desarrollado por el químico francés Antoine-Laurent Lavoisier. El si incluye otras unidades
que sirven para medir otro tipo de
cantidades físicas, con las que nos
familiarizaremos más adelante. La
Tabla 1.1 resume algunas de estas
unidades:
Unidad
Símbolo
Longitud
metro
m
Tiempo
segundo
s
Masa
kilogramo
kg
Fuerza
newton
N
Energía
joule
J
Corriente eléctrica
ampere
A
Temperatura
kelvin
K
Conexiones || Matemáticas en física
En las ciencias físicas, describir un fenómeno significa asignarle cierto
número de cantidades físicas. Cada cantidad física es un número que va
acompañado de una unidad de medición. Por ejemplo: 20 m, 3 hr, 45 cm,
etcétera. Obtenemos estas cantidades haciendo mediciones y experimentos, o realizando cálculos matemáticos. Para realizar estos cálculos hay
ciertas reglas que debemos seguir:
Suma y resta
Solamente pueden sumarse o restarse cantidades que tengan el mismo
tipo de unidades.
Ejemplo:
(3 cm) + (23.6 cm) + (79 cm) = 105.6 cm. Todas son unidades de distancia.
(49.7 s) – (12.3 s) = 37.4 s. Todas son unidades de tiempo.
(5 m) + (10 s) – 3 (kg) = ¿Es posible realizar esta operación?
tan rápido se ha movido. Sabemos
que si dos cuerpos recorren una misma distancia, el que la recorre más
Al ver pasar un automóvil, podremos rápido es el que tarda menos tiempo
medir la distancia que recorrió y el en hacerlo. Matemáticamente, esta
tiempo que tardó en hacerlo. Pero idea se identifica como una razón de
eso no es suficiente para describir cambio, que es una cantidad dividisu movimiento. Hace falta saber qué da entre el tiempo, y nos indica qué
Rapidez
28
El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza
tan rápido sucede el fenómeno que
observamos. La rapidez es la medida
de qué tan aprisa se mueve un objeto, y se obtiene al dividir la distancia En muchas ocasiones has escucharecorrida entre el tiempo empleado do que se utilizan indistintamente
en recorrerla.
las palabras “rapidez” y “velocidad”,
pero cuando se hace un estudio ciendistancia
tífico del movimiento, estas dos paRapidez =
tiempo
labras no son iguales. La velocidad
de un objeto es su rapidez en una
Imagina que vas a salir de viaje dirección determinada. Hasta ahora
y estás en una estación observan- no habíamos mencionado nada acerdo el tren que se acerca. Te darás ca de la dirección de los objetos que
cuenta de que la rapidez del tren va se mueven, pero es muy importante.
cambiando. Cuando lo abordas en la Si para llegar a la escuela tomas el
estación está en reposo, así que su autobús equivocado, aunque se muerapidez es igual a cero, pero luego va con la misma rapidez que el autocomienza a moverse y aumenta su bús que tomas siempre, te llevará en
rapidez. Conforme se acerca a la es- una dirección diferente. El concepto
tación siguiente, su rapidez comien- de movimiento de un objeto incluye
za a ser menor, y es cada vez más su rapidez y la dirección en la que
lento hasta que se detiene. La rapi- se dirige.
dez del objeto cambia a cada instanLa velocidad se expresa mediante
te, pero se puede obtener el prome- frases como “53 km/h hacia el Oesdio de los valores que toma la rapi- te”. Para que la velocidad cambie
dez en cada instante, a lo que se le tiene que cambiar la rapidez, la dillama rapidez promedio:
rección del movimiento o ambas. Si
un auto de carreras avanza con una
Rapidez
distancia total recorrida
rapidez de 150 km/h, pero va reco=
promedio
tiempo total del viaje
rriendo una pista con muchas curvas, su velocidad no será constante
Cuando se dice que “en cierto porque la dirección del movimiento
instante, la rapidez del tren era de cambia a cada instante.
56 km/h”, se habla de la rapidez instantánea que tiene el objeto en el
momento preciso en que lo observamos. La rapidez instantánea de un
objeto puede cambiar en cada momento dependiendo de cómo se mueva aquél, y en general, no es igual a
la rapidez promedio. Por ejemplo, si
observas a un maratonista correr
durante una hora, al principio verás
que está quieto, con rapidez instantánea igual a cero. En otro instante
se moverá con cierta rapidez, y en
algún otro momento se moverá más
rápidamente. La rapidez instantánea del maratonista cambia constantemente, pero su rapidez promedio seguirá igual a la distancia total
que haya recorrido entre el tiempo
total de su viaje.
Velocidad
La rapidez instantánea
del tren va cambiando a
cada momento cuando
se mueve de estación en
estación.
29
Bloque 1 | Tema 1
Conexiones || Matemáticas en física
Al dividir cantidades físicas se dividen solamente los números. Si las unidades de medición no son las mismas, se deja indicada su división.
Ejemplo:
421 km ÷ 2.5 h =
=
Actividad individual
1. Tu familia ha decidido ir de vacaciones a la casa de tu abuelito, que está a 250 kilómetros al norte de
donde vives. El viaje en autobús les ha tomado 4 horas.
> a) ¿Cuál fue la rapidez promedio del autobús que tomaron?
> b) ¿Cuál fue la velocidad promedio?
> c) Si el autobús tuviera la misma rapidez promedio que encontraste en el inciso a), pero se dirigiera
hacia el este, ¿llegaría a la casa de tu abuelito? Explica tu respuesta.
2. Si corres a una velocidad de 4 m/s, quiere decir que recorrerás 4 metros en cada segundo. ¿Qué
distancia recorrerás si mantienes esa velocidad durante 10 segundos? ¿Y en 2 minutos?
3. Si dos autos se cruzan y uno va hacia el sur mientras el otro va al norte, pero el velocímetro de
ambos autos marca 75 km/h, ¿viajan con la misma velocidad?
4. En la siguiente figura se indican los tres mandos principales que tiene un auto. ¿Qué parte de la velocidad cambia cada uno?
Volante
Acelerador
Freno
Conexiones || Matemáticas en física
Si queremos sumar 140 m más 34 km, podemos hacerlo porque ambas
cantidades tienen unidades de distancia, pero hay que convertir la magnitud de una de las cantidades para que sea igual a la otra, y así obtener un resultado. Para eso recordemos la relación entre el kilómetro y el
metro:
1 km = 1 000 m
Esta relación puede expresarse de las siguientes maneras, que son todas equivalentes:
1 km
1 000 m
=
=1
1 000 m
1 km
¿Qué resultado dan estas divisiones?
Las dos primeras divisiones se llaman factor de conversión y se utilizan de la siguiente manera:
30
El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza
Si queremos saber a cuántos kilómetros equivalen 140 m, multiplicamos por el factor de conversión de esta manera:
140 m km
1 km
=
= 0.14 km
140 m = 140 m
1 00 m
1 00 m
¿Cómo expresarías la suma?
Gráficas y tablas
para describir
el movimiento
Ahora ya tienes más herramientas
para describir el movimiento de un
objeto. ¿Qué será bueno para comenzar? Tal vez un balón de futbol que
se mueve durante un juego. Pero se
mueve en muchas direcciones y sigue todo tipo de trayectorias y curvas caprichosas; no parece la mejor
opción para empezar. ¿Hay algo más
simple? Olvida por ahora las tres dimensiones del espacio, para que puedas estudiar el movimiento en una
sola dimensión. Un ejemplo muy
sencillo es el de un tren que viaja
por una vía recta, sin una sola curva. De esta manera, siempre va en
la misma dirección.
Figura 7. El tren de la imagen
tiene un movimiento rectilíneo.
Se quiere determinar la posición
del tren en distintos momentos, así
que se le observa durante 10 minutos mientras se mueve por la vía. En
cada minuto se marca la distancia
que ha recorrido desde su punto de
partida, y se registra en una tabla
como la 1.2.
Poner cabeza gráfica
Gráfica
de posición-tiempo
> Una introducción
a la gráfica
obtenida
con
los
datos
la Tabla 1.2
djfskdfjals asldkf sdlsdedflasdk
Tiempo (min)
Distancia
(m)
0
0
1
250
2
900
3
1 700
4
2 850
5
3 100
2000
6
3 410
1000
7
4 800
8
5 300
9
6 900
8000
Distancia (m)
7000
6000
5000
4000
3000
0
1
2
3 4 5 6
Tiempo (min)
7
8
9
Tabla 1.2.
31
Bloque 1 | Tema 1
Ésa es una manera de describir el
movimiento. Otra forma es dibujar
una gráfica que nos muestre la relación que hay entre el tiempo y la posición, y que se llama, precisamente,
gráfica de posición-tiempo. Puede
construirse con los datos de la Tabla 1.2. Se colocan los datos del tiempo en el eje horizontal y los de la distancia en el eje vertical, y se obtiene
la gráfica de la página anterior.
La gráfica nos da información
sobre el movimiento del tren. En el
primer punto el tren está en reposo y no ha recorrido distancia alguna. Después va aumentando su rapidez, y la curva comienza a elevarse. Pero algo pasa desde el minuto 4
hasta el 6, y el tren disminuye su rapidez (tal vez se encontró con unas
vacas y tuvo que ir más lentamente).
En esa parte, la curva se vuelve más
horizontal. Después el tren vuelve
a aumentar su marcha con rapidez,
como lo muestra la verticalidad de
la gráfica en esa parte.
Actividad
individual
Con los datos de la Tabla 1.2 indica:
> ¿Cuál es la rapidez promedio del tren
en los primeros 2 segundos?
> ¿En los primeros 3 segundos?
> ¿En todo el viaje?
Todo será más sencillo si pedimos que el tren mantenga su rapidez constante. Al no cambiar ésta ni
la dirección del movimiento, sabemos que la velocidad del tren tampoco cambia, sino que se mantiene
constante. A este tipo de movimiento se llama movimiento rectilíneo
uniforme, porque sigue una trayectoria recta sin cambiar de dirección,
y su rapidez es uniforme, no cambia
su valor. También podríamos llamarlo movimiento a velocidad constante. Si registramos nuestras observaciones del tren que viaja a velocidad
constante durante 5 minutos, obtendremos la Tabla 1.3.
Poner cabeza gráfica
> Gráfica
Una introducción
a la gráfica
de posición-tiempo
de movimiento
uniforme
djfskdfjals
asldkfrectilíneo
sdls dflasdk
6.5
Tabla 1.3.
Distancia
(m)
0
0
1
1.3
2
2.6
3
3.9
4
5.2
5
6.5
5.2
Distancia (m)
Tiempo (min)
3.9
2.6
1.3
Y si dibujamos una gráfica con
estos datos, obtendremos una línea
recta, como se muestra en la gráfica superior.
Esta recta nos dice que el tren recorre la misma distancia a cada minuto, es decir, que es un movimiento
32
0
1
2
3
4
Tiempo (min)
5
uniforme. Las gráficas muestran la
relación entre dos o más cantidades
físicas.
Con todos los elementos del movimiento que estudiaste, es posible
construir un mapa conceptual como
el que se muestra a continuación:
El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza
Cinemática
estudia el
movimiento de un cuerpo
para su descripción se requiere
marco de
referencia
velocidad
trayectoria
Actividad individual
Con los datos de la Tabla 1.3 responde:
> ¿Cuál es la rapidez promedio del tren en los primeros dos segundos?
> ¿Y en los primeros tres segundos?
> ¿Y en todo el viaje?
> ¿Cambian tus resultados respecto al ejercicio anterior? ¿Por qué? Explica tu respuesta.
Al terminar, comparen de manera grupal los resultados de los ejercicios que realizaron con las gráficas de las Tablas 1.2 y 1.3, y formulen una conclusión.
Actividad experimental
Medición de distancias y tiempos
Objetivo: Describir el movimiento de un objeto realizando mediciones de
la distancia que recorre y el tiempo empleado.
Reúnanse en equipos de tres personas para realizar la siguiente actividad.
Material:
1. Cinta métrica.
rio de
2. Un tubo de vid
o.
un metro de larg
a.
3. Aceite de cocin
.
ro
et
óm
4. Un cron
o epóxico.
tip
de
a
in
til
5. Plas
6. Un embudo.
7. Marcador.
33
Bloque 1 | Tema 1
ia
punto de referenc
oria que sigue, el
ct
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em
ce
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no
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cuerpo hace falta
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Para describir un
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locidad promedio
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la
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respec
puede sa
ndo esos datos se
hacerlo. Conocie
1.19
objeto.
de vidrio.
tremos del tubo
ex
s
lo
Procedimiento:
de
o
, hasta llenarlo.
un
n
epóxica tape
uda del embudo
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la
co
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1.C
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2. Por el otro extre
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3.Tapen el extrem
el
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la plastilina epóx
s dos
por ninguno de lo
aceite no se salga
extremos.
dor ponétrica y el marca
4.Con la cinta m
vidrio.
cm en el tubo de
gan señas cada 10
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Las marcas pued
srre
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ayuden a identifica o: 10 cm, 20 cm,
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pondiente. Por ej
.
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,
30 cm
rtical
bo en posición ve
5.Coloquen el tu
r del
rio
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rte
en la pa
y observarán que
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a burbuja de aire
tubo aparece un
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. Cada vez que
sube lentamente
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a
bo la burbuj
la posición del tu
o.
o mod
moverse del mism
ómetro el tiempo
on
cr
el
n
co
6. Midan
10
uja en recorrer de
que tarda la burb
cm,
60
a
50
40 cm, de
a 20 cm, de 30 a
a
Un
.
cm
0
10
de 90 a
de 70 a 80 cm y
el
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te
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ui
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la
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ie
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drá el tubo, el segu
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tercero anotará lo
cronómetro, y el
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mediciones tres
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m
valores
promedio de los
la
tos obtenidos en
da
s
lo
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st
7. Regi
siguiente tabla:
do (s)
Recorrido
Distancia )
recorrida (cm
a
Tiempo emple
De 10 a 20 cm
De 30 a 40 cm
De 50 a 60 cm
De 70 a 80 cm
De 90 a 100 cm
tos.
obeta graduario, utiliza una pr
áfica con estos da
vid
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a
de
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Re
8.
nseg
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Nota: En caso de
bo
a
os (mL) o usa un
da de 500 mililitr
los de 5 cm.
34
1.19
El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza
a?
ltados:
iento de la burbuj
análisis de resu
estudia el movim
se
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to
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Preguntas para
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1. ¿Cuál es el mar
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2. ¿Cómo es la tra
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3. ¿La rapidez de
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la burbuja en reco
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4. ¿La velocid
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5. ¿Los intervalos
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óm
n
¿C
co
6.
dos
paren sus resulta
Al terminar, com
s:
ea
tes lin
nes en las siguien
Conclusiones:
Al finalizar
I. Escoge la opción correcta:
>
>
>
>
>
>
>
>
>
>
>
1. ¿Cuáles de estas magnitudes son suficientes para describir el movimiento?
a) La posición y la velocidad.
b) La posición, el tiempo, la trayectoria y el marco de referencia.
c) El marco de referencia, la dirección, la velocidad y el tiempo.
2. Responde si el siguiente enunciado es cierto o falso: “La distancia que recorre un objeto es
siempre igual a la longitud de su trayectoria”.
a) Cierto.
b) Falso.
3. Un camión se mueve con una rapidez de 82 km/h. ¿Cuál es su rapidez en m/s?
a) 22.78 m/s.
b) 36.47 m/s.
c) 41.20 m/s.
II. Contesta las siguientes preguntas:
1. Un ciclista recorre 13 km en 30 minutos. Otro ciclista recorre 7 000 m en 2 h. ¿Cuál es más rápido?
2. ¿Qué tan lejos viajará un carro en 15 minutos si viaja a 20 m/s?
3. Supón que un ratón se mueve en línea recta hacia delante o hacia atrás. Lo observamos, graficamos su movimiento y obtuvimos una gráfica como la que se muestra en la siguiente página.
Consideremos que la dirección positiva del movimiento es hacia adelante. Entonces, en la gráfica,
cuando la curva sube, significa que el ratón se mueve hacia adelante. Cuando la curva baja, significa
que el ratón se regresó caminando hacia atrás. La distancia total recorrida es, entonces, la suma de
lo que caminó hacia adelante, menos la suma de lo que caminó hacia atrás. Con base en estas indicaciones, contesta lo que se te pide:
> a) ¿En qué intervalos es constante la velocidad?
> b) ¿Cuál es la distancia que recorre el ratón de t = 3 s hasta t = 7 s?
35
Bloque 1 | Tema 1
Poner cabeza gráfica
Poner cabeza gráfica
> Una introducción a la gráfica
Gráfica de posición contra el tiempo
djfskdfjals asldkf sdls dflasdk
> Una introducción a la gráfica
Gráfica de velocidad contra el tiempo
djfskdfjals asldkf sdls dflasdk
5
8
Velocidad (m/s)
Distancia (m)
7
6
5
4
3
2
4
3
2
1
1
0
1
2
3
4 5 6
Tiempo (s)
7
8
9
0
1
2
3
4 5 6
Tiempo (s)
7
8
9
4. Ahora observa la otra gráfica. Es el movimiento de un corredor. La diferencia con la gráfica anterior
es que no se grafica la posición, sino la velocidad contra el tiempo.
> a) ¿Cuál es la distancia que recorre el corredor desde t = 0 s hasta t = 2 s?
> b) ¿Cuál es la velocidad instantánea cuando t = 5 s?
5. Tomando en cuenta las dos gráficas anteriores, ¿cómo es la línea en la gráfica de posición-tiempo
cuando no hay cambios de posición? ¿Cómo es la línea en la gráfica de velocidad-tiempo cuando no
hay cambios de velocidad?
Un tipo particular de movimiento:
el movimiento ondulatorio
Para entrar en materia
Para prevenir
La ciudad de México se encuentra en una zona de alta sismicidad y es afectada frecuentemente por sismos de intensidad
pequeña y mediana. La alerta sísmica actual detecta las
ondas en movimiento, esto es,
cuando el sismo ya está ocurriendo (usualmente los sismos
que afectan a la ciudad se originan en las costas del estado
de Guerrero). La alerta sísmica manda una señal que viaja
más rápido que el sismo, dando
aproximadamente 40 segundos
36
de ventaja a la población antes
de que comience a sentirse el
temblor. El gobierno del Distrito Federal planea utilizar una
tecnología especial, que mejore
la anticipación de los temblores al detectar las llamadas ondas P (ondas primarias), que se
emiten segundos antes de que
comience el sismo.
Se sabe que algunos animales
(como las aves) tienen receptores para percibir estas ondas
P, por eso se ponen nerviosos
cuando se acerca un movimiento telúrico.
El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza
Esta tecnología permitirá
ampliar en la ciudad de México hasta en un minuto la alerta
sobre la presencia de un sismo
de intensidad fuerte. Se tiene
pensado colocar 1 000 de estas
alertas sísmicas en las principales zonas de la ciudad, con
una alarma que se activará si
el temblor es superior a los 6
grados.
De acuerdo con investigaciones hechas por geólogos mexicanos, no se descarta la eventualidad de un sismo semejante a los tres anteriores de gran
intensidad que se han registrado en la ciudad de México:
el de 1929, que fue mayor a los
ocho grados; el de 1957, cuando
se cayó el Ángel de la Indepen-
dencia; y el de 1985, que por su
intensidad causó la muerte de
más de 20 000 personas y pérdidas superiores a los 30 000 millones de pesos.
Fuente: http://www.exonline.com.mx/diario/
noticia/comunidad/pulsocapitalino/un_paso_
adelante_del_temblor/231757. Consultada el
15 de junio de 2008.
DC2B10
Entender las causas que originan los terremotos,
así como su comportamiento, puede ayudar a
disminuir los daños que ocasionan.
Actividad
individual
Contesta las siguientes preguntas:
> ¿Has sentido un sismo?
> ¿Has visto cómo se mueven los objetos durante un temblor?
> ¿Qué objetos se mueven con mayor
facilidad?
> ¿Cómo has sentido tu movimiento?
Escribe tus comentarios en tu cuaderno
de notas. También pregunta a tus familiares o a tus amigos si han sentido un sismo
y cómo describirían el movimiento.
Vibraciones
Podemos construir un péndulo, como
el que estudiaste en tu apartado
“Tiempo”, amarrando una piedra a
un hilo. Movemos el otro extremo
del hilo y la piedra irá de un lado
hacia otro repetidamente. Este mo-
vimiento se llama vibración u oscilación, y el tiempo que dura un viaje
de ida y vuelta se llama periodo.
Si arrojas una roca a un estanque
de agua quieta, provoca una serie de
anillos en el agua, que se alejan del
punto donde cayó hasta que el agua
se calma de nuevo. ¿Qué es lo que
vemos moverse cuando los anillos se
alejan? Las partículas de agua oscilan moviéndose de arriba hacia abajo, provocando el movimiento colectivo que percibimos como anillos.
Mientras la piedra cae lleva consigo cierta cantidad de movimiento.
Al hacer contacto con el agua, comunica algo de su movimiento a las
partículas que conforman el agua, y
éstas comienzan a moverse también.
A su vez, las primeras partículas de
agua pasaron algo de su movimiento a las vecinas, pero un poco menos, y así sucesivamente. El movimiento va disminuyendo hasta que
ya no hay suficiente y las partícu-
Figura 8. Un péndulo se
compone de un objeto de
cierta masa, suspendido
de una cuerda de
determinada longitud.
37
Bloque 1 | Tema 1
las más lejanas no alcanzan a contagiarse de movimiento. La onda se
atenúa. ¿Qué pasa con el movimiento que se va perdiendo? Se convierte en calor debido al roce entre las
partículas de agua.
Figura 9. Ondas que
provoca la piedra en el
agua, como se observaría
en un corte transversal del
estanque, al nivel del agua.
Una onda es una perturbación, en
este caso, en forma de anillos en la
Electrón. Parsuperficie del agua, que se propaga
tícula elemental
transportando la capacidad de momás ligera que
vimiento. A simple vista parece que
forma parte de
es el agua lo que se mueve alejándolos átomos.
se de donde cayó la piedra, pero no
es así, pues las partículas de agua
se mueven solamente de arriba haFigura 10. Una onda tiene
cia abajo.
amplitud y longitud.
En la Figura 9 observamos un corte transversal del estanque de agua,
como si estuviéramos en un acuario de paredes de cristal, observando a nivel de la superficie del agua.
Las ondas van disminuyendo debido a la pérdida de movimiento en forma de caCresta
Longitud de onda
lor. Imaginemos que la
capacidad de movimiento no se pierde y que las
partículas del agua pueden seguir transportando movimiento a las parAmplitud
tículas vecinas. Tendremos entonces una onda
constante en el espacio y
el tiempo, que no cambia
Longitud de onda
Valle
de forma y se ve como en
38
la Figura 10. Esta forma tan peculiar
que tienen las ondas se llama curva
senoidal.
La línea punteada que cruza la
onda se llama posición de equilibrio
y es el nivel del agua antes de que la
piedra cayera. Los puntos más elevados de la onda se llaman crestas
y los más bajos se llaman valles. La
distancia vertical entre la posición
de equilibrio y una cresta o un valle
es la amplitud de la onda. La longitud de onda es la distancia entre
una cresta y la siguiente; en otras
palabras, la distancia entre puntos
idénticos sucesivos de la onda.
La frecuencia es el número de
vibraciones que emite la fuente en
un tiempo dado. Por ejemplo, la frecuencia de un péndulo será el número de viajes de ida y vuelta que
realice la piedra atada al hilo durante cierto tiempo. Si observamos
durante un minuto al péndulo y en
ese tiempo realiza 67 viajes de ida y
vuelta, diremos que tiene una frecuencia de 67 vibraciones por minuto. Sin embargo, es más utilizado el segundo como unidad de tiempo. En el ejemplo del estanque, las
fuentes de vibración son las partículas de agua que se mueven de arriba hacia abajo en forma consecutiva. Cada una se mueve con la misma
frecuencia, y si realizan 3 viajes de
ida y vuelta en un segundo, diremos
que su frecuencia es de 3 vibraciones por segundo. La frecuencia de
la fuente siempre es igual a la de las
ondas que produce, así que la onda
en el estanque de agua también tendrá una frecuencia de 3 vibraciones
por segundo.
La unidad de frecuencia se llama
hertz (Hz) e indica el número de
vibraciones por segundo. Escuchamos música en la radio porque existe una antena de transmisión en algún lado, que obliga a los electrones
a moverse con una frecuencia dada,
provocando ondas que capta nuestro
radio receptor. Las ondas de radio
en la banda de Amplitud Modula-
El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza
da (AM) se transmiten en kilohertz
(kHz), que son miles de hertz: miles
de vibraciones en cada segundo. Las
ondas de radio de la banda de Frecuencia Modulada (FM) se transmiten en megahertz (MHz), que son
millones de hertz.
La frecuencia y el periodo de un
objeto están relacionados entre sí de
la siguiente manera:
frecuencia =
1
periodo
que equivale a escribir:
periodo =
1
frecuencia
Rapidez
de una onda
Imagina que observas la onda en el
estanque y que sabes que su longitud de onda —la distancia entre dos
crestas sucesivas— es de 2 m. Si fijas
tu vista en un punto de la superficie, verás que una cresta particular
está en ese punto, viaja hacia fuera,
y cuando avanza 2 m, una segunda
cresta ocupa el punto que observas,
ésta avanza 2 m y nuevamente llega
una tercera cresta, y así sucesivamente. Si durante un segundo has
observado 5 crestas (frecuencia) y
entre cada una hay una separación
de dos metros, entonces la onda ha
recorrido 5 £ 2 = 10 metros durante
el tiempo que las observaste, de manera que su rapidez será de 10 metros por segundo.
Rapidez de la onda =
frecuencia £ longitud de onda
La rapidez de la onda dependerá
también del medio en el que se desplace. Un mismo sonido viajará con
rapidez distinta si lo hace a través
del aire o el agua, un trozo de madera, etcétera.
Movimiento de la
cresta en un segundo
5
4
3
2
Las ondas que necesitan un medio material, como el agua, el aire o
cualquier otro, para transportarse
se llaman ondas mecánicas. El sonido es un tipo de onda mecánica.
Las ondas que no necesitan ningún
medio para transportarse se llaman
ondas electromagnéticas, y pueden
viajar en el vacío, aunque no existan
partículas moviéndose. La luz es un
tipo de onda electromagnética.
viajando
por el tiempo
Pitágoras fue un filósofo griego
que estudió el sonido hace más
de 2 000 años.
pitágoras
y el sonido
> Los griegos, y después
los romanos, estudiaron
el sonido. Desde el siglo
1
Figura 11. Si durante un
segundo observas pasar
5 crestas de onda, la
frecuencia de la onda será
de 5 vibraciones sobre
segundo o 5 Hz.
vi a. de n.e., Pitágoras de
Samos estudiaba el sonido producido al rasgar
una cuerda. Observó que
cuando la cuerda vibraba
adquiría la apariencia
de la niebla. Conforme
la vibración se calmaba
y la niebla se esclarecía,
el sonido se suavizaba.
También vio que cuando
la vibración se detenía,
ya sea naturalmente o al
tocar la cuerda abruptamente con la mano, el
sonido cesaba.
> En el año 400 a. de n.e.,
Arquitas de Tarento sugirió que el sonido era producido cuando los cuerpos se golpeaban mutuamente. Consideraba que
el movimiento rápido
generaba tonos altos y el
movimiento lento producía tonos bajos. En el año
350 a. de n.e., Aristóteles
39
Bloque 1 | Tema 1
indicaba que una cuerda
vibrante golpeaba el aire
y que la porción de aire
golpeada movía a su vez
a la siguiente porción,
y así sucesivamente.
Para Aristóteles, parecía
que el aire era necesario como medio para
que viajara el sonido, y
razonó que el sonido no
podría viajar a través
del vacío. Estaba en lo
correcto.
> El ingeniero romano
Marco Vitruvio Polio
escribió en el primer
siglo de nuestra época
que el aire no solamente
se movía, sino que vibraba también, como efecto
de las vibraciones de la
cuerda. Por último, en el
año 500 de n.e. el filósofo
romano Anicio Manilio
Severin Boecio comparó
la conducción del sonido
a través del aire con las
ondas producidas en el
agua tranquila cuando se
arroja una piedra.
Ondas
transversales y
longitudinales
Las ondas sonoras que viajan por el
aire y las ondas del agua en el estanque son ondas mecánicas porque
necesitan un medio para propagarse
o para poder viajar, pero tienen diferencias importantes. Las partículas del agua en el estanque vibran
moviéndose hacia arriba y abajo de
la posición de equilibrio del agua,
mientras que la onda se mueve en
la superficie del agua. Cuando el movimiento del medio (en este caso, el
agua) es perpendicular a la dirección de propagación de la onda, ésta
se llama transversal. Puede apreciarse en la Figura 12.
Las moléculas de aire que vibran
provocando la onda de sonido se
mueven de manera distinta. Todas
las partículas van y vienen en la misma dirección en que se propaga la
onda. Ésta es una onda longitudinal,
como se aprecia en la Figura 13. Las
ondas sonoras son longitudinales.
La luz también nos llega en forma de onda, en parte eléctrica y en
parte magnética; de ahí el nombre
de onda electromagnética. Estudiaremos estos conceptos más adelante;
por ahora, recuerda que la luz tiene las características que ya estudiamos: longitud de onda, frecuencia y forma senoidal. Además, es una
onda transversal.
La luz no es una onda mecánica, porque puede viajar en el vacío
aunque no haya partículas. Por último, la luz tiene la mayor rapidez
de todos los cuerpos en el universo:
300 000 km/s.
Onda transversal
Longitud de onda
Figura 12.
Onda longitudinal
Longitud de onda
Figura 13.
40
Longitud de onda
El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza
Reflexión
y refracción
Cuando una onda encuentra un obstáculo, como una pared o un espejo,
rebota. Este fenómeno se llama reflexión. Un fenómeno diferente es el
de la refracción, que ocurre cuando
una onda cambia su rapidez o su dirección de propagación al pasar de
un medio a otro. Las ondas sonoras,
por ejemplo, van más rápido si viajan a través de los sólidos (como la
madera o el acero) que si lo hacen a
través de los gases (como el aire), y
cambian de dirección cuando pasan
de un medio a otro.
Reflexión
Onda
Aire
Espejo
Refracción
Onda
Aire
Agua
Figura 14. En la reflexión,
cuando un rayo de luz
incide en una superficie,
éste rebota. En la
refracción, el rayo pasa de
un medio a otro y cambia
su dirección y rapidez.
infociencia | | Sonidos que escuchamos
Nuestra atmósfera está llena de
sonidos que no podemos escuchar.
Ignoramos muchos de los sonidos
que nos rodean porque tienen frecuencias que están por debajo del
límite inferior de la capacidad del
oído humano. Se les conoce como
infrasonido.
El oído humano es sensible a sonidos con frecuencias entre 20 y
20 000 Hz. Estas ondas pierden su
capacidad de moverse rápidamente, lo que significa que podemos
escuchar solamente los sonidos
que vienen de nuestros alrededores más inmediatos. Pero existen
sonidos que se propagan arriba y
debajo de este rango audible. Por
ejemplo, el ultrasonido, que tiene frecuencias de varios millones
de hertz. Las ondas del ultrasonido decaen muy rápidamente y no
puede detectarse muy lejos de su
fuente, pero el infrasonido puede
viajar distancias de varios miles de
kilómetros.
Fue la erupción del volcán indonesio Krakatoa en 1883 lo que
mostró a los científicos que podemos escuchar sólo una pequeña
parte de todos los sonidos que se
producen en el planeta. Esta erupción generó el sonido más fuerte
registrado en la historia, escuchado a unos 4 800 km de distancia.
Sin embargo, si los barómetros
(que son sensitivos a los cambios
muy graduales en la presión del
aire) no hubieran registrado el fenómeno cataclísmico, la gran parte del resto del mundo no se hubiera enterado.
Algunos mamíferos grandes,
como los elefantes, rinocerontes
o ballenas, utilizan el infrasonido
a frecuencias justo por debajo de
los 20 Hz para comunicarse a distancias de muchos kilómetros. El
ser humano también produce infrasonidos entre los 0.1 y los 10 Hz
cuando, por ejemplo, origina explosiones químicas o nucleares, o
con los cohetes y los aviones supersónicos. Pero la mayor fuente
de infrasonido es la Tierra misma, que genera ondas acústicas
Barómetro. Instrumento
que sirve para medir la
presión de los gases que
conforman la atmósfera.
41
Bloque 1 | Tema 1
Durante una erupción, un
volcán produce sonidos
que el oído humano no
puede detectar.
cas. El infrasonido también viene
directamente del interior sólido
de la Tierra. Provoca una vibración constante o “zumbido”, con
una frecuencia de algunos milihertz solamente.
Es posible sentir físicamente el
infrasonido intenso a frecuencias
sobre 1 Hz, por ejemplo, al pararse al pie de una carretera cuando
un gran avión a reacción vuela sobre nuestras cabezas. El infrasonido también puede provocar en los
humanos una sensación de incomodidad: en 2003, investigadores
del Reino Unido encontraron que
en frecuencias mucho más bajas podía inducirse tristeza y ansiea partir de las erupciones volcáni- dad en una audiencia al generar
cas, los tornados, avalanchas, te- ondas acústicas con frecuencia de
rremotos, meteoros, auroras, tor- 17 Hz en una sala de conciertos.
mentas y turbulencias atmosféri-
Actividad individual
Con esta actividad te darás cuenta del cambio en el sonido cuando viaja en un sólido.
Necesitas:
> Un vaso de plástico transparente.
> Una liga de hule.
Estira la liga alrededor del vaso, colocándola como se muestra en la figura. Coloca
la abertura del vaso cerca de tu oído y rasguea con suavidad la liga. Después, voltéalo
y coloca el fondo del vaso cerca de tu oído, rasgueando de nuevo con suavidad la liga
estirada en la boca del vaso. ¿Qué sucede? ¿Qué fenómeno provoca la cuerda cuando
vibra? ¿Ese fenómeno es el mismo de un lado de un vaso que del otro?
42
El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza
Al finalizar
Responde y escribe en los espacios en blanco según corresponda:
1. ¿Qué es una onda?
2. ¿En qué se parece el movimiento ondulatorio al movimiento en línea recta que vimos
en los subtemas anteriores? ¿En qué se diferencia?
3. Cuando una onda se mueve, ¿transporta materiales a las partículas?
4. ¿El sonido está formado por ondas? Si es así, ¿qué tipo de ondas son?
5. Coloca una radio en un cuarto y enciéndela. Sal del cuarto y escucha la radio. ¿Se
escucha del mismo modo si dejas la puerta del cuarto abierta que si la cierras? ¿Por
qué?
6. Si la rapidez de una onda de radio es 300 000 000 m/s (la rapidez de la luz) y su lonHz.
gitud de onda es 3 000 m, la frecuencia de la onda será de
-3
7. Si una onda con longitud de onda de 5 m tiene un periodo de 3£10 s, su frecuencia
será de
Hz y su rapidez será de
.
8. En la figura siguiente se muestran un par de ondas. Escribe las partes de cada onda y
el nombre de cada una.
Lo que aprendí
Es momento de descubrir cuánto has aprendido hasta ahora. Responde las siguientes
preguntas:
1. ¿Cómo percibimos el movimiento de los objetos?
2. ¿Qué es la trayectoria de un objeto?
3. La siguiente tabla muestra datos sobre las velocidades de varios animales. Haz los
cálculos necesarios para completar la tabla.
43
Bloque 1 | Tema 1
Animal
Distancia
Tiempo
90 m
Rapidez
64 km/h
5h
11 m/s
300 m
48 km/h
4 km
110 km/h
30 s
1 cm/s
4. El velocímetro de un auto marca cosas como “60 km/h”. ¿Está midiendo la rapidez
o la velocidad del auto? ¿Por qué?
5. Observa la siguiente gráfica. ¿Qué tipo de movimiento podría representar?
44
El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza
> a) El sonido provocado por las moléculas de aire que vibran.
> b) Un auto moviéndose en línea recta.
> c) Una bala de cañón volando por el cielo.
6. Completa la siguiente oración: Mientras que el sonido es una onda
porque necesita un medio para viajar, la luz es una onda
porque no lo necesita y puede viajar en el vacío.
7. El periodo de una onda sonora de 500 hertz es de
segundo.
8. Relaciona las palabras del lado derecho con los conceptos del lado izquierdo, según
corresponda:
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
) Es la medida de la rapidez de un objeto. Se define como
la distancia recorrida en la unidad de tiempo.
) Es el fenómeno que ocurre cuando una onda rebota al
chocar contra un obstáculo.
) Es el tipo de onda que requiere un medio para
propagarse.
) Es el número de vibraciones que emite una fuente en la
unidad de tiempo.
)Onda en la que las partículas del medio vibran perpendicularmente a la dirección en que se mueve la onda.
) Así se le llama al cuerpo respecto al cual se describe el
movimiento.
)Onda en la que las partículas del medio vibran en la
misma dirección de propagación de la onda.
) Es el camino que sigue un cuerpo en el espacio al
moverse.
) Es la rapidez en una dirección dada.
) Es el tipo de onda que no requiere un medio para
propagarse.
a) Onda mecánica
b) Velocidad
c) Frecuencia
d) Onda transversal
e) Trayectoria
f) Onda
electromagnética
g) Rapidez
h) Reflexión
i) Onda longitudinal
j) Marco de referencia
Completa el siguiente mapa conceptual:
ondas
perturbación
que se propaga
de tipo
producen
fenómenos
ondulatorios
a través de
transversal
reflexión
45
Bloque 1 | Tema 2
Tema 2
El trabajo de Galileo:
una aportación importante
para la ciencia
E
n el tema anterior estudiaste el movimiento de
los cuerpos que tienen
una velocidad constante.
En éste estudiarás a filósofos como Aristóteles, que buscaba
explicar la realidad del movimiento
de los cuerpos mediante razones y
argumentos que describió y desarrolló, pero que, por motivos diversos
que conocerás a lo largo del tema, no
consideró la etapa de experimentación en la práctica científica.
Un científico importante fue Galileo Galilei. Él experimentó y obtuvo
conclusiones, que analizarás en este
tema, acerca de la aceleración de los
cuerpos, es decir, lo que ocurre cuando éstos cambian su velocidad.
Explora tus conocimientos
I. Responde las siguientes preguntas:
1.33
1. ¿Sabes qué es la gravedad?
2. ¿Cuáles son las dos maneras como puede cambiar la velocidad de un objeto en
movimiento?
3. Con lo que has estudiado acerca de la velocidad, escribe una definición de
aceleración.
4. Si dejas caer una piedra y una hoja de papel desde un lugar alto, ¿cuál llegará primero al suelo? ¿Sabes por qué sucede esto?
1.33
¿Cómo es el movimiento de los
cuerpos que caen?
Para entrar en materia
Cuando dejas caer algo al suelo,
sin arrojarlo, el movimiento se
llama caída libre. Realiza este
experimento para familiarizarte con el tema. Necesitas una
hoja de papel y un libro que sea
más grande que la hoja.
1. Toma la hoja de papel en una
mano y el libro en la otra. Suéltalos al mismo tiempo. ¿Qué sucede? ¿Cuál de los dos objetos
cae primero?
46
2. Ahora coloca la hoja encima del libro, como se muestra
en la figura de esta página. Ten
cuidado de que la hoja no sobresalga de las orillas del libro.
De nuevo deja caer el libro y la
hoja juntos. ¿Qué sucede? ¿Cuál
cae primero? ¿Qué es lo que ha
cambiado?
3. Escribe lo que observaste y
cómo se te ocurre explicarlo.
El trabajo de Galileo: una aportación importante para la ciencia
Actividad individual
1. ¿Cómo imaginas que se comporta la gráfica del movimiento de un objeto que se
mueve en caída libre? Trázala.
2. Busca en enciclopedias, libros o en Internet, información que te ayude a completar la
siguiente tabla:
Aspectos
Aristóteles
Galileo
Lugar y fecha
de nacimiento
Explicación sobre
la caída de los cuerpos
Recursos utilizados
para justificar sus
explicaciones
En el salón de clases, comenta y discute con tus compañeros y tu profesor la información que encontraste. ¿Cuál de las explicaciones sobre la caída libre que hallaste consideras que es la correcta? ¿Cómo lo demostrarías?
3. Observa la figura. ¿Por qué cuando dejas caer un objeto cae en línea recta?
Aristóteles y sus
ideas sobre el
movimiento
En el tema anterior se dijo que el filósofo griego Aristóteles (384-322 a.
de n.e.) fue uno de los primeros en
estudiar el sonido, y que sus suposiciones eran correctas. ¿Sabes qué
es un filósofo? Los filósofos griegos
querían explicarse cómo funciona el
mundo: ¿Por qué la lluvia cae? ¿Por
qué el agua de los ríos se mueve?
¿Por qué al anochecer aparecen pequeños puntos brillantes en el cielo, que se mueven conforme avanza la noche? El mismo Sol se mueve
del mismo modo al cruzar el cielo
durante el día. ¿Por qué es así? El
vocablo griego “filósofo” significa
“amante del conocimiento”, y los filósofos griegos usualmente estudiaban al mismo tiempo varias de las
ciencias que conocemos ahora: matemáticas, astronomía, física, química, biología. A ese estudio de la naturaleza le llamaban filosofía natural. La palabra griega que significa
“natural”, por cierto, es physikos, de
donde viene nuestra palabra “física”.
Si sueltas una piedra,
caerá al suelo. Suena fácil, ¿pero por qué ocurre así? ¿Por qué la piedra no se eleva cuando la
sueltas? Aristóteles ideó
la siguiente explicación:
pensó que los objetos estaban en la tierra porque
ése era su lugar natural,
donde les gustaba estar. Al levantar la piedra
del suelo la apartamos
de su lugar “natural”, de
su “casa” en la tierra, y
al soltarla, la piedra simplemente regresa a su
hogar.
Aristóteles (a la derecha),
uno de los más grandes
filósofos de la antigüedad,
estudió varias áreas del
conocimiento de las
ciencias naturales.
47
Bloque 1 | Tema 2
Toma en tus manos una piedra
cualquiera y una hoja de papel y déjalos caer. Observarás que la roca
llega al suelo más rápido que la hoja
de papel. Aristóteles te diría algo
como: “La piedra ha caído más rápido al suelo porque es más parecida a la tierra del suelo que la hoja de
papel. Digamos que la piedra tiene
mayores ‘ganas’ de llegar a su hogar
que la hoja de papel, y por eso vuelve más rápido a su lugar natural en
la esfera terrestre”.
Es una buena explicación, tal vez
algo extraña; pero ahora arruguemos la hoja de papel hasta formar
una bola bien compacta, y soltemos
la piedra y la bola. Esta vez los dos
objetos caen al suelo aproximadaEn la Figura 1 se puede ver mente al mismo tiempo. ¿Qué ha suuna hoja de papel y una
cedido? La bola sigue siendo de papiedra cayendo al suelo.
pel, tiene menos “tierra” que la pieEn la Figura 2 se observa
dra, pero ahora se mueve igual que
la misma piedra y la hoja
ésta. Al parecer, Aristóteles estaba
de papel ahora hecha bola. equivocado.
¿Cuál cae más rápido?
Aunque las ideas de Aristóteles
estaban equivocadas, la gente pensó
que eran correctas y pasaron más
de 2 000 años sin que alguien hiciera
un experimento tan sencillo como el
que describimos anteriormente. Es
cierto que Aristóteles tuvo razón en
muchas cosas, como en su explicación del sonido, ¿pero por qué nadie
hizo experimentos para comprobar
sus explicaciones? Entre otras razones, porque no era fácil hacer experimentos. Aristóteles no tenía los
sofisticados relojes de la actualidad
para medir el tiempo que tardan en
caer al suelo los objetos. Los objetos
que hemos usado como ejemplo tardan una fracción de segundo en caer;
en aquella época solamente se podía
aspirar a tener una idea aproximada de cómo sucedían las cosas. Otra
razón es que la mayoría de los filósofos creían que todas las explicaciones del universo debían venir solamente de nuestro cerebro; deducir
las razones pensándolas era considerado mejor que probarlas mediante
experimentos.
Figura 1.
Figura 2.
viajando
por el tiempo
Nicolás Copérnico
publicó en 1543 sus
observaciones en un libro
titulado De revolutionibus
orbium coelestium (De
las revoluciones de las
esferas celestes).
48
experimentar
para saber
> Después de Aristóteles hubo unos
cuantos griegos que decidieron
hacer experimentos y sacar sus
conclusiones. Arquímedes (287212 a. de n.e.) fue uno de ellos. Una
leyenda cuenta que un gobernante le pidió examinar una corona
nueva y, sin dañarla, dijera si estaba hecha de oro puro. Arquímedes
sumergió la corona en una tina con
agua y observó cuánto subía el
El trabajo de Galileo: una aportación importante para la ciencia
A ti que te gusta…
nivel. Después sumergió por separado un peso igual de oro puro. Si
la corona y el peso de oro subían el
agua hasta el mismo nivel, entonces la corona era de oro puro.
> Herón de Alejandría, también griego, construyó muchas máquinas
para comprobar sus ideas sobre el
movimiento: hizo aves mecánicas,
una especie de ametralladora y un
órgano de viento.
Galileo cambia
la manera de
hacer ciencia
Las cosas fueron cambiando y los
científicos poco a poco se dieron
cuenta de que hacer experimentos
era importante para entender lo que
observaban; de esta manera comenzaron a adquirir nuevos conocimientos. El científico hace un experimento para saber si una idea (llamada
hipótesis) es cierta o falsa. Si el experimento prueba que la idea o hipótesis estaba equivocada, se desecha y
se propone otra.
El científico italiano Galileo Galilei (1564-1642) fue de los primeros
en realizar experimentos para comprobar las ideas que se consideraban
correctas en su época. Sus experimentos fueron populares e ingeniosos, y demostraron con tanta claridad que Aristóteles estaba equivocado, que representaron el inicio de
una nueva manera de pensar.
Uno de los experimentos más
famosos de la historia es el que se
cuenta que realizó Galileo para probar que Aristóteles estaba equivocado. Dice la leyenda que Galileo soltó dos objetos de peso diferente desde lo alto de la torre inclinada de
Pisa, y que cayeron simultáneamente. Lo más probable es que esto no
haya sucedido nunca, pero se sabe
> En 1507, Nicolás Copérnico obser-
vó que era más fácil predecir el
movimiento de los planetas si pensaba que el Sol se mantenía inmóvil y que la Tierra daba vueltas a
su alrededor, y no al revés, como
pensaban los griegos antiguos.
Los demás astrónomos probaron
su teoría observando al cielo y
haciendo cálculos, y vieron que
estaba en lo correcto.
que Galileo dejó caer objetos de peso
distinto por rampas. El experimento
permitió a Galileo tener más control
y realizar mediciones precisas, y resultó más efectivo, aunque no fuera
tan sensacional como la leyenda de
la torre de Pisa.
Una piedra cae al suelo antes que
una hoja de árbol: para Aristóteles
eso significaba que todos los objetos pesados caían al suelo más
rápido que los ligeros, y que ésa
era una ley universal de la naturaleza. Galileo demostró que
esto no era cierto, sino que todos los objetos caen, en el vacio,
al mismo tiempo al suelo, sin
importar que sean pesados o ligeros. Lo comprobamos al hacer bola la hoja de papel. ¿Qué
sucede entonces? Aristóteles no
tomó en cuenta que al caer, los
objetos atraviesan el aire que
los rodea y empujan las partículas que componen el aire.
La piedra, al ser pesada, empuja con facilidad a las moléculas
de aire. Pero cuando la hoja de
papel está extendida empuja suavemente todas las moléculas de aire
debajo de su superficie, y tarda más
tiempo en bajar. Ésta es la llamada
resistencia del aire. Al hacer bola la
hoja de papel, empuja una cantidad
menor de partículas de aire, y puede
bajar en menos tiempo.
Galileo experimentó de la misma
manera y concluyó que si se pudiera quitar todo el aire a nuestro alre-
…leer: ¿Qué
ocurría en la
época en que vivió
Nicolás Copérnico? ¿Cómo era
él? ¿A qué se
dedicaba? Para
contestar estas preguntas y
conocer todas las
facetas de este
científico, busca
en tu biblioteca el
texto de Miguel
Ángel Pérez, El
libro secreto de
Copérnico (sep
/ Equipo Sirius,
2003 (Biblioteca
Escolar).
Para demostrar que
Aristóteles estaba
equivocado, Galileo
dejó caer objetos de
distinto peso por una
rampa. Decidió utilizar la
rampa porque los objetos
tardaban más tiempo en
caer que si solamente los
dejaba caer verticalmente,
y así podía tener mayor
control de lo que observaba.
49
Bloque 1 | Tema 2
A ti que
dedor, la piedra, la hoja de papel, un
elefante o una hormiga, todos caerían al mismo tiempo, pues no tendrían que empujar moléte gusta…
culas de aire para llegar al
suelo. En la actualidad se
en 1581
puede hacer este experiGalileo ingresó
mento y comprobar que toen la Universidad
dos los objetos caen al suede Pisa, donde se
lo al mismo tiempo cuando
matriculó como
estudiante de
el espacio alrededor está
medicina por
vacío, es decir, sin aire. En
voluntad de su
esta página se muestra el
padre. Más tarde
ejemplo de una gráfica poabandonó la universidad sin haber
sición-tiempo para un obobtenido ningún
jeto que cae libremente. La
título, aunque con
curva que resulta ya no es
un buen conouna línea recta como la del
cimiento de Aristóteles. Si quieres
movimiento en línea recconocer más
ta con rapidez constanacerca de Galite, sino una curva llamaleo Galilei, busca
da parábola. Al observar
en tu biblioteca
el libro de Arla gráfica, reconocemos
turo Uslar Pietri,
las características princiGalileo Galilei,
pales de este tipo de mosep / El Nacional,
vimiento. Conforme pasa
2006 (Biblioteca
Escolar).
el tiempo, el objeto recorre
distancias cada vez mayores, lo que significa que su
rapidez está aumentando. En el siguiente subtema aprenderemos más.
…leer:
…navegar:
consulta la página de Internet
http://roble.pntic.
mec.es/~csoto/
indsecdr.htm,
para que repases
de manera interactiva los temas
que has estudiado
hasta ahora.
1.39
Haciendo experimentos, Galileo propuso nuevas maneras de explicar el
movimiento de los cuerpos. Sus explicaciones eran más sencillas que
las de Aristóteles, además de correctas. Galileo influyó mucho para
que los científicos hicieran cada vez
más experimentos que los ayudaran
a comprender la naturaleza.
Galileo pasó mucho tiempo en el
estudio, la observación, haciendo experimentos y leyendo libros de otros
científicos, que comenzaban a cuestionar las ideas de Aristóteles. Así
avanzaba en su búsqueda de la explicación que quería encontrar. Gracias
a sus estudios, quienes continuaron
después de él pudieron avanzar en
la búsqueda de esas explicaciones y
de otras.
Muchos hombres y mujeres a lo
largo de la historia tuvieron fracasos y equivocaciones, e incluso, cuando habían conseguido avanzar en la
explicación de un fenómeno, retrocedían después con alguna idea mal
planteada, hasta que gradualmente
se construyó la ciencia como ahora
la conocemos, que se encuentra en
un proceso continuo.
Poner cabeza gráfica
> Gráfica
Una introducción
a la gráfica
de posición-tiempo
para un objeto
en caída
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2
3
4 5 6
Tiempo (s)
7
8
9
El trabajo de Galileo: una aportación importante para la ciencia
infociencia | | Experimentos de
caída libre en el espacio
El 2 de agosto de 1971, las cámaras de televisión captaban al comandante David R. Scott, quien
se encontraba en una misión espacial de pie sobre sobre la superficie de la Luna: “Bien, en mi mano
izquierda tengo una pluma, en mi
mano derecha, un martillo. Y creo
que una de las razones por las que
estamos aquí el día de hoy es un
caballero llamado Galileo, quien
hace mucho tiempo hizo un descubrimiento importante respecto a los objetos que caen. Y pensamos: ¿Cuál sería un mejor lugar
para confirmar sus hallazgos, que
la Luna?”
La cámara de televisión hizo un
acercamiento a las manos de Scott.
Después hizo una toma que recorrió el módulo Falcon de la misión Apolo 15 y el horizonte lunar.
Scott continuó diciendo: “Y pensamos que lo intentaríamos aquí
para ustedes. Soltaré los dos objetos y, espero, llegarán al suelo
al mismo tiempo”. Scott soltó el
martillo y la pluma. Ambos golpearon el suelo al mismo tiempo. “¿Qué tal eso? El señor Galileo estaba en lo correcto en sus
hallazgos”.
Como experimento no estuvo
tan bien, pues nadie se preocupó
de medir la altura desde la que
fueron soltados los objetos. Tampoco nadie midió el tiempo de caída, ni el peso de los objetos. Pero
como demostración fue inolvidable. En el espacio vacío, sin aire
de por medio, todos los objetos
caen al mismo tiempo. La documentación del acto en televisión y
el hecho de que el video puede verse en Internet hacen que sea probablemente la demostración científica más vista de la historia.
¿Por qué son tan populares los
experimentos de caída libre como
éste? Tal vez porque nuestra experiencia cotidiana nos demuestra
que los cuerpos más pesados caen
más rápido que los ligeros. Galileo
jugó un papel fundamental en la
transformación de nuestra manera
de ver las cosas, e inspiró además
muchos experimentos y demostraciones que nos permiten cambiar
nuestras ideas y observaciones.
Sin la resistencia del aire, los objetos
caen al mismo tiempo.
51
Bloque 1 | Tema 2
Actividad experimental
Medición de distancias y tiempos
Objetivo: Estudiar la caída de los cuerpos del modo como lo hizo Galileo
Galilei, utilizando planos inclinados.
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52
El trabajo de Galileo: una aportación importante para la ciencia
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rapidez que los lig
Conclusiones:
Al finalizar
I. Responde las siguientes preguntas:
> 1. ¿Cómo explicaba Aristóteles el movimiento de los cuerpos?
> 2. ¿Las ideas de Aristóteles pueden explicar el movimiento de los planetas y de las
estrellas?
> 3. Completa la tabla siguiente. Escribe en las columnas una “V” si la proposición es
verdadera, una “F” si es falsa, y en la tercera columna argumenta tu respuesta.
PROPOSICIÓN
F/V
¿POR QUÉ?
El movimiento de los cuerpos
que caen depende de su masa.
En el espacio vacío, sin aire,
todos los cuerpos caen al
mismo tiempo.
Una idea científica es válida
solamente porque la dice una
persona muy importante.
53
Bloque 1 | Tema 2
Los experimentos son
una parte esencial de la
investigación científica.
Un objeto cae más rápido en
un plano inclinado que si se le
deja caer verticalmente.
> 4. Regresa a la actividad de inicio en la página 47 y lee lo que escribiste en el cuadro comparativo entre
Aristóteles y Galileo. Ahora que has leído el tema, explica el movimiento de un objeto que cae, según los argumentos de Aristóteles y los de Galileo.
¿Cómo es el movimiento cuando la
velocidad cambia? la Aceleración
Para entrar en materia
En el Principado de
Mónaco se disputa uno de
los grandes premios más
antiguos de la Fórmula 1.
La carrera de Mónaco
La carrera automovilística de
Mónaco es la más importante
del año, sobre todo para los ingenieros que dan mantenimiento a este tipo de automóviles
Fórmula 1. Los preparan para
obtener el máximo rendimiento.
Como la carrera se realiza en
las calles de la ciudad, el suelo
es diferente al del resto de las
autopistas, suele ser resbaloso
y estrecho. Para compensar las
variaciones de la pista, la altura
de los autos se eleva entre 5 y 7
milímetros como norma.
Mónaco requiere la mayor
preparación de la temporada.
Los pilotos dan mucha importancia a la manera como deben
frenar y acelerar, manteniendo
el coche estable en las curvas y
asegurándose de salir de ellas a
buena velocidad.
Las famosas curvas del
Grand Hotel y la Rascasse son
las más cerradas de esta carrera, por lo que demandan más
control del auto. El coche se
ajusta para que pueda girar con
facilidad cuando va acelerando.
Mónaco no es un circuito exigente con los neumáticos debido a las bajas velocidades. Los
pilotos conducen optimizando
la aceleración para aprovechar
la potencia del motor a baja
velocidad.
Si las ruedas pierden contacto con el asfalto por los baches
que hay en las calles, el motor puede dañarse con facilidad.
Para evitar accidentes, el motor
debe ser flexible y potente.
Fuente: http://www.exonline.com.mx/diario/
noticia/adrenalina/automovilismo/el_secreto_
de_monaco_en_la_f1/229073. Consultada el
15 de junio de 2008.
54
El trabajo de Galileo: una aportación importante para la ciencia
Actividad
individual
Responde las siguientes preguntas:
> 1. En la lectura anterior se incluyó
una idea nueva: aceleración. ¿Cómo
explicarías este concepto de acuerdo
con lo que dice la lectura?
> 2. ¿Cuál piensas que es la diferencia
entre la velocidad y la aceleración?
> 3. ¿Por qué piensas que es importante la aceleración de un auto en una
carrera?
Aceleración
La velocidad de un objeto tiene rapidez y dirección. Por ejemplo: 40 km/h
(su rapidez), al Norte o 23 m/s
al Oeste (su dirección). Se puede
cambiar la velocidad de un objeto
si cambiamos su rapidez, su dirección, o ambas a la vez. La aceleración es la medida de cuánto cambia
la velocidad de un objeto en un tiempo dado, es la razón de cambio de la
velocidad:
Aceleración =
cambio en la velocidad
tiempo
Imagina que vas en un auto que
avanza en línea recta en medio del
tránsito. El auto cambiará constantemente su rapidez, irá más rápido
o más despacio según el congestionamiento de autos se lo permita. No
cambia de dirección porque va en línea recta, pero va cambiando su rapidez y entonces cambia también su
velocidad. Se dice que un objeto acelera cuando aumenta su velocidad
o desacelera cuando la disminuye,
pero en ambos casos se trata en general de una aceleración.
¿Qué sucede cuando nos movemos
en una trayectoria curva? La dirección cambia, aunque la rapidez no lo
haga. El auto puede conservar siempre una rapidez de 60 km/h, pero si
damos vueltas cambiamos la dirección a la que nos dirigimos, y la velocidad del auto. Éste también es un
movimiento acelerado.
Figura 3. Un automóvil acelera cuando cambia
su velocidad. El cambio puede darse en su
rapidez o en la dirección hacia donde se mueve.
55
Bloque 1 | Tema 2
La aceleración y los
planos inclinados
Entenderemos mejor la aceleración
de los cuerpos si recordamos los experimentos de Galileo. Cuando Galileo dejaba caer una pelota a lo largo
de una rampa —que también se llama plano inclinado— se daba cuenta
de que la pelota recorría distancias
cada vez más grandes
en el mismo tiempo. Por
ejemplo: la pelota recorría 20 cm en el primer
segundo. En el siguiente
segundo recorría 60 cm
más y llevaba 80 cm recorridos en total. En el
tercer segundo recorría
otros 100 cm y en total
llevaba 180 cm. En el último segundo recorría 140 cm más,
para un gran total de 320 cm recorridos por la bola. ¿Qué sucede? La
Figura. 4. Cuando una
bola baja por un plano
inclinado, rueda cada vez
más rápido conforme
pasa el tiempo.
pelota está rodando cada vez más
rápido conforme pasa el tiempo, está
cambiando su rapidez a cada segundo, se está acelerando.
La aceleración es el cambio de la
velocidad instantánea de un objeto,
no de su velocidad promedio, porque lo que se quiere saber es cómo
cambia la velocidad a cada momento. Ahora imagina que la pelota que
baja por el plano inclinado tiene un
pequeño velocímetro integrado. El
velocímetro en realidad no mide la
velocidad, sino la rapidez instantánea de la pelota, pero como la dirección del movimiento no cambiará, sino que la pelota viajará en línea
recta, el valor que mida el velocímetro se puede tomar también como
el de la velocidad instantánea. Si se
suelta la pelota de nuevo, bajará por
el plano inclinado, y si se anota lo
que mide el velocímetro cada cierto
tiempo, lo que se obtiene es la tabla
siguiente:
Instante (s)
Distancia total
recorrida (cm)
Rapidez instantánea = distancia
tiempo
0
0
0
1
20
40 cm/s
2
80
80 cm/s
3
180
120 cm/s
4
320
320 cm/s
Tabla 2.1.
La rapidez de la pelota aumenta
40 cm/s en cada segundo que rueda.
En nuestro experimento este cambio es constante y entonces la aceleración es constante, lo que significa
que la velocidad siempre cambia de
la misma manera. Entonces su aceleración es:
Ahora nuestro resultado incluye
dos unidades de tiempo. La aceleración es la razón de cambio de la velocidad, o el cambio de la velocidad
por segundo.
Veamos otro ejemplo: si un auto
aumenta su rapidez de 30 km/h a 70
km/h en 3s, su aceleración será:
Escribe el desarrollo y el resultado en el siguiente rectángulo:
Aceleración = 40 (cm/s) = 40 cm = 40 cm
s
s£s
s2
56
El trabajo de Galileo: una aportación importante para la ciencia
Aceleración = cambio de velocidad
intervalo de tiempo
do al cuadrado”, y significa que la
velocidad del auto aumenta 3.7 m/s
a cada segundo que pasa, o que aumenta 13.33 km/h en cada segundo
que pasa. Es equivalente. Con esta
ecuación podemos conocer la rapiSe dice que la velocidad del auto dez o, si no hay cambios de dirección,
aumenta 13.33 km/h en cada segun- la velocidad instantánea de un cuerdo que pasa. Podemos convertir los po en cualquier tiempo, si conocekilómetros en metros y las horas en mos su aceleración:
segundos para tener las mismas unidades de tiempo en el denominador Velocidad instantánea = aceleración £ tiempo
y obtener las unidades correctas de
la aceleración. Realiza las operacioO de manera abreviada:
nes en el rectángulo:
v = at
A ti que te gusta…
donde v es la velocidad, a es la ace13.3 Km £ ( )m £ ( )h
leración y t es el tiempo.
Aceleración
hs
1 km
s
Incluso podemos conocer la discomtancia que recorre un objeto que
bina la literatura
con la ciencia y
parte del reposo, cuando su aceleparticipa en tu
ración es constante, con la siguienclase de Español
te fórmula:
con el libro de
Las unidades correctas de la aceDistancia recorrida = 1/2 aceleraAna María Sánchez Mora, Relaleración son unidades de distancia ción x tiempo x tiempo
tos de ciencia, sep
divididas entre unidades de tiempo
O de manera abreviada:
/adn Editores,
al cuadrado. El resultado anterior
1 at2
2001 (Biblioteca
d=
se lee: “La aceleración del auto es de
Escolar).
2
tres punto siete metros sobre segun-
…leer:
Caída libre
Si se inclina la rampa poco a poco,
la pelota se acelerará, el aumento
en la velocidad será mayor, irá cada
vez más rápido en menos tiempo y
tardará menos en caer. Cuando la
rampa es vertical, la aceleración
es máxima. Las cosas caen al suelo
porque la gravedad de la Tierra las
atrae. La gravedad de la Tierra es
una fuerza. Ya veremos más adelante lo que significa. Por ahora basta
que te des cuenta de que la gravedad
acelera a los objetos que caen, haciendo que vayan cada vez más rápido conforme van cayendo.
Hemos visto que, en general, a la
aceleración se le denota con la letra
“a”. Pero cuando estudiamos los objetos que caen hacia la superficie de la
Tierra debido a la fuerza de grave-
Figura 5. La gravedad provoca
que todos los cuerpos caigan al
piso.
57
Bloque 1 | Tema 2
dad, utilizamos la letra “g” para denotar la aceleración debida a dicha
fuerza, que nos recuerda que no es
cualquier aceleración, sino la aceleración de la gravedad, que hace que
la velocidad del objeto cambie y cada
vez sea mayor conforme cae. Cuando un objeto cae, su rapidez, y por
lotanto su velocidad, aumenta en 10
metros por segundo a cada segundo
que pasa (en realidad aumenta 9.81
metros por segundo, pero es más
fácil tomar el valor de 10 por ahora, para simplificar nuestros cálcu-
los). En la caída libre, es la rapidez
la que va cambiando, pero la aceleración siempre es la misma, y tiene
justamente el valor de 10m/s2. Por
eso la caída libre es un movimiento
con aceleración constante. Decimos
entonces que “g” tiene el valor de
10 m/s2. La rapidez o velocidad instantánea de un cuerpo que cae partiendo del reposo, debido a la fuerza
de gravedad es, luego de pasado un
tiempo (t), es igual a:
v = gt
Cuando un cuerpo cae
libremente, la aceleración
que actúa sobre éste es la
de la gravedad.
Lo que diferencia la caída
libre del tiro vertical es
que el segundo comprende
subida y bajada, mientras
que la caída libre
únicamente contempla la
Cuando un objeto cae, lo hace hacia
bajada de los cuerpos.
abajo debido a la fuerza de gravedad.
Tiro vertical
¿Qué pasa si se arroja el
objeto hacia arriba? Puedes intentarlo lanzando
tu goma hacia arriba con
suavidad. Te darás cuenta
de que cuando la arrojas,
la goma sube, pero cada
vez va más lento, hasta
que llega a su punto más
alto y ahí se detiene por
un instante. Después comienza a caer y se mueve como si la hubieras
soltado desde esa altura
que alcanzó. La fuerza de
gravedad jala a todas las cosas siempre en una misma dirección: hacia el
58
centro de la Tierra. Cuando avientas la goma, le das una cierta velocidad con la que puede moverse, pero
la gravedad la jala hacia abajo disminuyendo su rapidez en 10 m/s en
cada segundo que pasa, hasta que la
rapidez llega a cero y la goma se detiene. Cuando este objeto comienza
a bajar, ahora la gravedad ya no le
quita sino que le aumenta rapidez
con su “jalón”, y lo hace en la misma cantidad. Ahora la rapidez de la
goma aumenta en 10 m/s en cada segundo que pasa. Si observáramos un
punto intermedio en la trayectoria,
veríamos que cuando la goma sube
tiene una cierta rapidez, digamos de
5 m/s. Después sigue subiendo hasta que comienza a bajar, y pasa de
nuevo por el punto que observamos.
Cuando pasa de regreso, la goma tiene de nuevo una rapidez de 5 m/s,
El trabajo de Galileo: una aportación importante para la ciencia
mos, es cuestión de enfoques, pero
debemos tener cuidado con mantener siempre una misma convención
a lo largo de nuestros cálculos, para
no confundirnos.
La siguiente gráfica de posicióntiempo muestra el movimiento de
tiro vertical de la goma, si se lanza
con una rapidez inicial de 30 m
Poner cabeza gráfica
>
Una de
introducción
a la gráfica
Gráfica
velocidad-tiempo
para
el tiro vertical
un objeto
djfskdfjals
asldkfdesdls
dflasdk
30
20
Velocidad (m/s)
pero ahora con una dirección distinta. Esto es así porque al subir, la gravedad le quitó a la goma la misma
rapidez que le devolvió cuando bajó.
Lo más importante es el cambio en
la dirección del movimiento.
La velocidad es la rapidez de un
objeto en una dirección. Aquí tenemos una goma que primero viaja hacia arriba y después hacia abajo. Digamos que hacia arriba es nuestra
dirección positiva de la velocidad, así
que todas las cosas que vayan hacia
arriba tendrán una velocidad positiva. Hacia abajo será la dirección negativa del movimiento, así que ahora,
las cosas que vayan hacia abajo tendrán una velocidad negativa. De este
modo, cuando observemos fijamente un punto y veamos pasar la goma,
diremos que tiene, por ejemplo, una
velocidad de 5 m/s. Cuando vaya hacia abajo diremos que tiene una velocidad de -5 m/s. La dirección del
movimiento está incluida en el signo utilizado. ¿Podemos elegir al contrario, y decir que la dirección positiva del movimiento sea hacia abajo
y no hacia arriba? Claro que pode-
10
0
-10
-20
-30
0
1
2
3
4
5
Tiempo (s)
infociencia | | La expansión
acelerada del Universo
Hace 10 años se descubrió que
nuestro Universo se está expandiendo. En 1998, dos equipos de
astrofísicos hicieron observaciones en supernovas muy distantes y anunciaron que ese proceso
se está acelerando, es decir, que
se expande rápidamente en cada
momento. Al principio se pensaba que esto debería ser cada vez
más lento, desacelerándose debido a la influencia de la gravedad.
Pero no es así.
Los astrónomos encontraron
indicios de esta aceleración al estudiar la forma en que la luz sur-
gida de fuentes muy lejanas dobla
su trayectoria debido a la gravedad que ejercen grupos de galaxias
muy masivas. La explicación más
aceptada postula que estas galaxias requieren la presencia de
materia y energía, que aún no se
han detectado directamente y que
por ello se han llamado oscuras.
Los trabajos de uno de los científicos más importantes del siglo
xx, Albert Einstein, podrían servir
para explicar la aceleración cósmica y tratar de encontrar las ecuaciones que expliquen este extraño
comportamiento y justifiquen, a la
6
7
8
Astrofísica.
Rama de la física que se
encarga de estudiar las
estructuras físicas de las
estrellas, sistemas estelares, materia interestelar
y procesos astronómicos.
Supernova.
Explosión estelar. Durante ésta
se libera una
cantidad enorme
de energía y su
brillo puede ser
mayor al de toda
la galaxia. Las
supernovas marcan el final de las
estrellas gigantes
(más de 10 veces
el tamaño del
Sol).
59
Bloque 1 | Tema 2
vez, la introducción de la llamada materia y energía oscura. Por
ahora, nuestro conocimiento sigue
siendo más bien modesto.
Fuente: http://physicsworld.com/cws/article/
print/31910. Consultada el 15 de junio de 2008.
A ti que te gusta…
…navegar: consulta
la página de Internet http://
www.astromia.com, donde
encontrarás información muy
interesante de todo el Universo: fotografías, glosario y
más datos acerca de la ciencia
en general.
Debido a que las explosiones estelares o supernovas llegan a brillar más que
la galaxia de procedencia, éstas pueden ser usadas para estimar la distancia a
la que se encuentran determinados objetos astronómicos; además, el color de
la luz que emiten es un indicador de qué tan aprisa se alejan de nosotros.
A ti que te gusta…
…leer: si
quieres aprender más de las
supernovas, de
cómo se sabe que
el Universo se
está expandiendo
y cómo ocurrió el
Big-Bang, consulta en tu biblioteca
el libro de Julieta
Fierro La Tierra
y el Universo,
sep / Santillana,
2002 (Biblioteca
Escolar).
Al finalizar
Contesta las siguientes preguntas e ilustra las definiciones con un dibujo o esquema:
Pregunta
Definición
Esquema o dibujo
¿Qué tipo de movimiento es la caída de los
cuerpos?
Cuando un cuerpo cae
libremente, ¿cómo varía
su velocidad?
Cuando un cuerpo cae
libremente, ¿cómo varía
su aceleración?
Al terminar, compara tu definición y los esquemas o dibujos con los del resto del
grupo, y si es necesario corrige tus respuestas.
60
El trabajo de Galileo: una aportación importante para la ciencia
Lo que aprendí
Contesta las siguientes preguntas:
1. ¿Cuánto tiempo tomará a un auto cambiar su velocidad de 15
ción es de 5
?
a 28
si su acelera-
segundos.
2. Un carro tiene una aceleración constante de 6
a partir del reposo.
> a) ¿Qué tan rápido estará viajando cuando pasen 7 segundos?
.
> b) ¿Cuánta distancia habrá recorrido luego de esos 7 segundos?
> c) Cuando haya alcanzado una rapidez de 35
m.
, ¿qué distancia habrá recorrido?
m.
3. Si dejas caer un objeto desde el reposo, esto es, con una velocidad inicial de 0
¿cuánto tiempo le tomará al objeto llegar a una rapidez de 90
,
?
4. ¿Con qué velocidad llega una pelota al suelo, si se le deja caer desde un edificio de
100 m?
5. Observa las cuatro gráficas siguientes y explica a qué tipo de movimiento corresponden: movimiento con velocidad constante, donde la aceleración es cero, o un
Poner cabeza gráfica
Ponerescabeza
gráfica
movimiento donde la velocidad varía y la aceleración
constante.
> Una introducción a la gráfica
djfskdfjals asldkf sdls dflasdk
> Una introducción a la gráfica
djfskdfjals asldkf sdls dflasdk
100
Velocidad (m/s)
Distancia(m)
80
60
40
20
1.470
1
2
3
4 5 6
Tiempo (s)
7
8
9 10
Tiempo (s)
Poner cabeza gráfica
> Una introducción a la gráfica
djfskdfjals asldkf sdls dflasdk
500
10
400
8
Velocidad (m/s)
Distancia(m)
> Una introducción a la gráfica
djfskdfjals asldkf sdls dflasdk
Poner cabeza gráfica
300
200
6
4
2
100
0
1
2
3 4 5 6
Tiempo (s)
7
8
9 10
0 1
2
3 4 5 6 7
Tiempo (s)
8
9 10
6. Realiza un mapa conceptual donde resumas lo que estudiaste en este tema.
61
Bloque 1 | proyecto
Proyecto: Investigar e
imaginar, diseñar y experimentar
para explicar o innovar
Los proyectos de
investigación en las
ciencias físicas
E
l científico busca entender
cómo funciona la naturaleza y los caminos que sigue para llegar a sus resultados pueden ser muy
variados. No importa cuáles hayan
sido tales caminos. A final de cuentas, es la naturaleza la que habla, y
la manera en que podemos comunicarnos con ella es mediante el experimento. Es mediante la experimentación como podemos determinar si
nuestras conclusiones sobre ciertos
fenómenos son correctas o válidas
bajo determinadas circunstancias.
Veamos un ejemplo. Una hipótesis o
teoría podría ser: “Yo creo que el Sol
sale cada día porque del otro lado
del mundo hay una tortuga gigante que lo coloca en su lugar”. Como
puedes ver, las teorías pueden parecer muy extrañas, pero el que tiene
la última palabra es el experimento.
Para probar que existe una tortuga gigante del otro lado del mundo,
debemos viajar hacia allá y buscarla.
Si no la encontramos, nuestra teoría estará mal, por muy interesante que haya sonado; entonces habría
que cambiar de idea hasta que encontremos una que el experimento
apoye.
Un proyecto de investigación no
es una actividad, sino varias actividades que siguen un objetivo común.
Es una manera ordenada de estudiar un problema, identificarlo y seguir un desarrollo, para finalmente poner nuestros resultados por
escrito. Tiene etapas bien definidas,
tal como se muestra en el siguiente
diagrama:
Figura 1. En la actualidad es fácil comprobar que
no hay tortugas gigantes que colocan al Sol en
su lugar. Sin embargo, hace miles de años quizá
no hubiera sido descabellado haber supuesto lo
anterior.
62
Investigar e imaginar, diseñar y experimentar para explicar...
Etapas del Proyecto
Elegir el tema que se estudiará en el proyecto.
Definir el objetivo de la investigación o de las preguntas que la
investigación busca responder.
Recopilación de información: buscar toda la información
que sea posible, de quienes hayan estudiado con anterioridad
el tema elegido.
Establecer hipótesis o teorías que respondan las preguntas
de la investigación.
Determinar si es posible hacer un experimento o solamente un
análisis. Recolectar los datos obtenidos.
Llegar a una conclusión, tomando en cuenta los datos obtenidos.
¿Las teorías eran correctas? ¿Se respondieron las preguntas de
investigación como se esperaba?
Escribir el reporte de investigación
A lo largo de la sección explicaremos cada uno de estos pasos con
tres ejemplos de temas de investigación diferentes, relacionados con lo
que aprendiste en este primer bloque acerca del movimiento. Puedes
escoger alguno de estos temas para
hacer un proyecto, pero no esperes
encontrar instrucciones exactas de
cómo hacerlo.
Lo ideal será que te bases en los
ejemplos que te presentamos, para
que a la vez propongas un tema diferente de investigación y diseñes un
proyecto acerca de éste.
Al elegir el tema de investigación,
considera los siguientes tipos:
a) Proyectos científicos. En este
tipo de proyecto, buscas un problema, algo que hayas observado en la
naturaleza y no entiendas. Depen-
diendo del tipo de problema, habrá
ocasiones en que puedas diseñar un
experimento para probar tus teorías,
y otras en que no sea posible.
b) Proyectos tecnológicos. En este
caso, puedes construir algún aparato o dispositivo que sirva para medir alguna magnitud física del fenómeno que quieras estudiar, o que
sirva para entender mejor el fenómeno. No se trata simplemente de
construir una maqueta que sirva de
adorno; lo que construyas debe servir para que tú y quienes lo utilicen
aprendan más acerca del tema que
estudias.
c) Proyectos ciudadanos. En este
caso se trata de buscar soluciones a
los problemas de tu comunidad utilizando lo que has aprendido hasta
el momento.
63
Bloque 1 | proyecto
Proyecto 1:
Los terremotos
Primera etapa: Elección del tema
Un terremoto o sismo (de la palabra griega seísmo, que significa sacudida), tiene lugar cuando las placas tectónicas de la Tierra se mueven y producen sacudidas violentas
en la superficie. Este tema está muy
relacionado con el estudio que hemos hecho del movimiento hasta
ahora —¡cuando hay un terremoto,
todo se mueve!—, y dado que México sufre constantemente temblores,
resulta además un tema interesante
y útil para saber qué podemos hacer
en caso de que suceda un terremoto.
¿Cómo se relaciona un temblor con
el movimiento ondulatorio?
Segunda etapa: Objetivo o preguntas de investigación
En este proyecto se propone responder dos preguntas acerca del tema
que escogimos:
a) ¿Cómo se propagan los
terremotos?
b) ¿Cómo se previenen estos
fenómenos?
Tercera etapa:
Recopilación de información
Muchos edificios fueron
afectados durante el
terremoto ocurrido el 19
de septiembre de 1985 en
la ciudad de México.
64
Puedes comenzar buscando todo lo
referente al tema en libros de tu biblioteca de aula, la biblioteca de la
escuela, en páginas de Internet mediante el aula de medios; en periódi-
cos o revistas, etcétera. Ten en cuenta que lo que halles debe provenir de
fuentes confiables, es decir, autores y
publicaciones serias que controlen la
calidad de sus contenidos. Eso evita
que incluyas trabajos mal hechos o
con información falsa. Las siguientes preguntas pueden servirte como
guía de lo que necesitas saber acerca
del tema de los terremotos. Recopila
toda la información.
a) ¿Qué es la sismología?
b) ¿Qué son las placas tectónicas?
c) ¿Qué tipo de movimiento es el
sísmico: en línea recta, acelerado u
ondulatorio?
d) ¿Qué es un maremoto?
e) ¿Qué es el epicentro de un
sismo?
f) ¿Qué son las ondas sísmicas?
¿Cuántos tipos de ondas sísmicas
existen?
g) ¿Cuáles han sido los terremotos
más fuertes que ha sufrido nuestro
país?
h) ¿Cuáles han sido los mayores
terremotos en la historia de la
humanidad?
i) ¿Qué es un simulacro?
j) ¿Cuántas clases de sismos o terremotos existen?
k) ¿Cómo se mide la magnitud de
un terremoto?
Te recomendamos también que
consultes el siguiente libro:
Cina Lomnitz, Los temblores, sep
/ Conaculta, México, 2003.
Así como las siguientes páginas de
Internet, muy útiles para tu recopilación de información:
http://www.ssn.unam.mx/ (página
del Servicio Sismológico Nacional).
http://www.rescatecanino.com/ (página que explica el rescate canino de
víctimas de temblores).
http://www.terremotos.org/ (página
que habla sobre la seguridad ante un
terremoto).
También puedes recabar información en diversas fuentes, como enciclopedias y monografías. Si hay la
posibilidad de visitar una hemeroteca, no dudes en revisar ejemplares
Investigar e imaginar, diseñar y experimentar para explicar...
de periódicos del 20 de septiembre
de 1985, fecha posterior al terremoto
que devastó la ciudad de México.
Cuarta etapa: Hipótesis o teorías
¿Qué ideas o teorías propondremos
para resolver nuestras preguntas de
investigación? En este caso tenemos
dos preguntas de investigación, así
que debemos formular dos respuestas, que son nuestras teorías o hipótesis, las ideas que pensamos que
explican el fenómeno.
a) ¿Cómo se propagan los
terremotos?
La teoría más aceptada dice que
los temblores se propagan en forma
de ondas. ¿Qué tipo de ondas son?
¿De dónde vienen? Podrías tomar
esta teoría como la hipótesis de tu
investigación, o puedes probar con
una idea nueva, tal vez algo como:
“Los temblores viajan en línea recta
y se aceleran conforme avanzan” o
“Los temblores vienen del espacio y
se estrellan contra la superficie terrestre”. Cualquiera de las teorías
que tomes deberá ser probada.
b) ¿Cómo se previenen los
terremotos?
Prevenir significa, entre otras cosas, anticiparse a una dificultad. De
modo que no estamos preguntando si los sismos se pueden predecir
—tema que sería muy interesante
también—, sino qué podemos hacer
para que los temblores ocasionen
menos daños cuando suceden. ¿Qué
se te ocurre?
Quinta etapa: Seleccionar el diseño y realizar el experimento o
análisis
Muchas veces podremos comprobar nuestras ideas con un experimento sencillo, pero en este caso no
podemos provocar un temblor para
comprobar si nuestras teorías son
correctas. ¿Qué otra cosa se puede
hacer? ¿Se puede simular un terremoto? ¿De qué manera?
a) ¿Cómo se propagan los
terremotos?
Para probar la teoría que hayas
propuesto, no podrás realizar un experimento, pero podrías buscar in-
Placa Norteamericana
Placa Euroasiática
Placa Juan de
Fuca
Placa del
Caribe
Placa de
Cocos
Placa
Pacífica
Placa de
Nazca
Placa
Sudamericana
Placa
Arábiga
Placa Filipina
Placa
India
Placa
Africana
Placa Australiana
Placa
Escocesa
Placa
Antártica
Figura 2. Principales placas tectónicas de la Tierra.
65
Bloque 1 | proyecto
Volcán
Nivel océano
Fosa oceánica
Corteza oceánica
Chimenea volcánica
Manto
superior
Manto superior
Pla
n
Placa de Nazca
od
eB
en
ioff
perarías que ése fuera el comportamiento del sismógrafo?
b) ¿Cómo se previenen los sismos?
Si quisieras que la comunidad
donde vives esté mejor preparada
ante un sismo, ¿qué podrías hacer?
¿Debemos esperar a que suceda un
terremoto para saber si tus ideas de
prevención eran correctas? No necesariamente, sino que podemos diseñar un pequeño experimento para
comprobar si nuestras teorías son
correctas.
Sexta etapa: Conclusión
Figura 3. El movimiento de
las placas tectónicas es
el principal causante de
terremotos.
Figura 4. Un sismógrafo
es un aparato que sirve
para medir la intensidad
de un terremoto.
66
formación sobre terremotos anteriores. ¿Cómo se siente el movimiento
de un temblor? ¿Se siente como si
fuera una onda o como si fuera un
movimiento recto? ¿Se parecerá al
ejemplo de la piedra arrojada al estanque? ¿La superficie del agua en
aquel ejemplo se parecerá a la superficie de la Tierra cuando tiembla? Cuando un temblor surge en
un punto, ¿se mueve rápida o lentamente hacia otros lados?
Una manera muy sencilla de darnos cuenta de cómo se propagan los
temblores es observando lo que dibuja un sismógrafo sobre una hoja
de papel cuando tiembla. ¿Qué forma tiene el trazo que resulta? Según
la teoría que hayas propuesto, ¿es-
¿Qué has aprendido con este proyecto? ¿Has podido responder las preguntas de investigación? Escribe en
este apartado tus respuestas, y si las
teorías que habías propuesto eran
correctas o no.
Séptima etapa: Escribir
el reporte de investigación
Ahora debes poner por escrito todo
tu trabajo, en el siguiente orden:
a) Primeramente, incluye una carátula donde escribas el título de tu investigación, tu nombre, el nombre de
tu maestro y de la materia, además
de la fecha en que la realizaste.
b) Luego escribe una introducción,
donde indiques de qué se va a tratar
tu investigación, cuál es el tema que
estudiarás y por qué es interesante
ese tema.
c) Prosigue con la teoría, en la que
harás un resumen de todo el material reunido en tu investigación bibliográfica de la tercera etapa. Esta
parte del trabajo les servirá a las
personas cuando lo lean y les ayudará a entenderlo mejor.
d) La siguiente sección será la del
problema de investigación, donde explicarás el objetivo de tu proyecto y
expondrás las preguntas de investigación que quieres resolver.
e) Posteriormente, en la sección llamada hipótesis, escribirás justamente las hipótesis, teorías o ideas que
propones o utilizas para resolver las
preguntas de investigación.
Investigar e imaginar, diseñar y experimentar para explicar...
f) En la sección del método describirás qué clase de experimento o análisis utilizaste para probar tu teoría.
Si realizaste algún experimento en
el que tomaste medidas o recopilaste datos, es en esta sección donde
debes poner tus resultados en tablas
o gráficas, según sea el caso.
g) En las conclusiones escribirás
de forma resumida los resultados
de tus experimentos, y explicarás
si confirmaron o no las teorías que
habías propuesto. Aquí también escribirás las respuestas a las preguntas de tu investigación.
h) La última sección de cualquier
trabajo científico bien hecho es la
bibliografía, donde incluirás las referencias bibliográficas de todo lo
que recopilaste para escribir la sección teoría. De esta forma, tu trabajo será mucho más útil para quien
lo lea y, si se ha interesado mucho
en el tema, podrá buscar más información en las mismas fuentes que
consultaste.
Proyecto 2:
Los deportes
Elección del tema
En este segundo ejemplo escogemos los deportes. ¿Cómo es el movimiento en los deportes? ¿Depende del tipo de deporte que escojas?
¿Cómo se mide la velocidad en cada
deporte?
Objetivo y formulación
de preguntas para guiar
la investigación
Recuerda que éstos son ejemplos.
Puedes tomarlos como ayuda o elegir una pregunta de investigación
distinta. Nosotros estudiaremos la
siguiente: ¿Cómo se mide la velocidad en cada deporte?
En el beisbol se
acostumbra medir la
velocidad con que el
“pitcher” lanza la pelota
hacia el bateador. ¿Cómo
se te ocurre que podrías
medir esta velocidad?
vistas o periódicos, acerca de las carreras atléticas. ¿Mencionan algo sobre la velocidad de los corredores?
¿Cómo narran los partidos de beisbol
o de futbol en las noticias? ¿Incluyen
en sus narraciones datos sobre la velocidad de la pelota o el balón? Las
siguientes preguntas pueden servirte de guía sobre la información que
debes buscar:
a) ¿Qué es un final de fotografía?
b) ¿Cuántos tipos de cronómetros
existen?
c) ¿Cómo funciona un velocímetro?
d) ¿Qué son las microondas?
e) ¿Qué es un rayo láser?
f) ¿Alguno de los aparatos que se
utilizan para medir la velocidad en
los deportes se utiliza en la vida diaria? ¿Cómo influyen en la sociedad
este tipo de aparatos?
Hipótesis o teorías
La información que recopilaste puede servir para darte una idea de
cómo se mide la velocidad en los deportes. ¿De qué forma se te ocurre
que se mide la velocidad de una peRecopilación de la información
lota de tenis? ¿Se medirá del mismo
¿Qué tipo de información nos será modo la velocidad de un corredor?
útil para responder nuestra pregun- ¿Podría usarse el video o las fotota? Puedes comenzar leyendo, en re- grafías que se toman en los torneos,
67
Bloque 1 | proyecto
Proyecto 3:
Aparatos que
ayudan a nuestros
sentidos
Elección del tema
En una carrera atlética se
suelen tomar fotografías
justo en el momento en
que los competidores
llegan a la meta.
La fotografía suele ser un
recurso muy importante
en la ciencia.
68
Utilizamos nuestros sentidos para
percibir el mundo exterior. Nuestros ojos, oídos, olfato, tacto y gusto son la manera en que nos comunicamos con lo que sucede a nuestro alrededor. Pero muchas veces
nuestros sentidos no son suficientes
para estudiar ciertos fenómenos. Por
ejemplo, no podemos ver la superfipara calcular la velocidad de un ob- cie de los planetas con nuestros ojos,
jeto? Después de todo, para saber la ni podemos escuchar los sonidos si
rapidez de un cuerpo, necesitamos la fuente que los emite se encuentra
conocer cuánta distancia recorrió en muy lejos. En esta investigación escierto tiempo.
tudiaremos los diferentes aparatos
y máquinas que el hombre ha consSeleccionar el diseño y
truido para mejorar la forma en que
realizar el experimento o análisis funcionan sus sentidos.
Este es un caso en el que fácilmente puedes realizar un experimen- Objetivo o preguntas
to para probar si tu teoría es cier- de investigación
ta. Existen aparatos complejos para En este ejemplo, la pregunta de inmedir la velocidad en los deportes, vestigación más adecuada es: ¿Cómo
que seguramente habrás descubier- potenciamos nuestros sentidos para
to al buscar material bibliográfico. conocer más y mejor?
Pero puedes saber con facilidad la
rapidez promedio de un corredor si Investigación bibliográfica
mides el tiempo que se tarde en re- Este es un tema del que encontracorrer cierta distancia y divides esa rás suficiente material bibliográfidistancia entre el tiempo que medis- co en libros, revistas, enciclopedias,
te. ¿Podrías diseñar un experimen- páginas de Internet, etcétera. Pueto parecido para medir la velocidad des empezar buscando datos históride un balón de futbol? ¿Y de una pe- cos acerca de distintos aparatos que
lota de beisbol? ¿Qué dificultades ayudan a nuestros sentidos. ¿Quién
encuentras?
los inventó? ¿Cómo funcionan? Nuevamente, estas preguntas te servirán de guía sobre el tipo de informaConclusiones
ción que debes encontrar:
y realización del reporte
a) ¿Qué es un microscopio?
¿Qué has aprendido con este proyec- b) ¿Cómo funciona una cámara
to? Al final del mismo podrías ha- fotográfica?
cer un trabajo escrito, un cartel o c) ¿Qué es un telescopio? ¿Es igual
un periódico mural, de modo que des que un microscopio? ¿Cuáles son las
a conocer a tus compañeros lo que diferencias?
aprendiste.
d) ¿Qué es un reloj?
Investigar e imaginar, diseñar y experimentar para explicar...
e) ¿Qué es un radar?
f) ¿Cómo funcionan los aparatos
contra la sordera?
Seleccionar el diseño y
realizar el experimento o análisis
Como en los ejemplos anteriores, deberás decidir si es posible o no reaHipótesis o teorías
lizar un experimento. Por ejemplo,
En este caso, como se trata de un para la teoría: “Los anteojos sirven
tema muy estudiado, puedes tomar para mejorar la visión”, podrías peuna teoría ya existente. Por ejemplo: dirle a alguno de tus amigos que use
“Los anteojos sirven para mejorar la anteojos, que lea un texto primero
visión”. Es una teoría muy sencilla y con ayuda de sus lentes y después
se comprueba fácilmente. También sin ellos. ¿Qué sucede? Puedes inpuedes proponer alguna idea nueva. vestigar y experimentar con varios
¿Cómo ayudarías a que alguien que otros aparatos.
no tiene buen olfato lo mejore? Por
último, puedes hacer una investiga- Conclusiones
ción que trate no solamente de los y realización del reporte
anteojos, sino que incluya varios de ¿Qué has aprendido con este proyeclos aparatos que investigaste en el to? ¿Los anteojos, los aparatos conpaso anterior.
tra la sordera, los telescopios, etcétera, sirven para potenciar nuestros
sentidos? ¿Por qué? ¿Puedes responder la pregunta de investigación?
Figura 5. Los radares son
de gran importancia en
la navegación. Sin ellos,
por ejemplo, sería muy
fácil que un submarino
se estrellara con objetos
poco visibles al navegar
en las profundidades.
Autoevaluación
Con estas actividades te darás cuenta de cuánto aprendiste en este primer
bloque. Tomaremos una pelota y la lanzaremos de muchas formas distintas; las preguntas nos ayudarán a recordar los temas que estudiamos y
nos servirán para identificar los conceptos que aún no han quedado claros
y que te recomendamos repasar.
69
Bloque 1 |
Actividad de autoevaluación
Completa los espacios en blanco o responde según corresponda:
Tomemos una pelota y hagámosla rodar sobre el piso, de modo que se mueva
horizontalmente y en línea recta.
1. ¿Cómo sabes que la pelota se está moviendo?
2. ¿Qué tipo de trayectoria lleva?
3. Si lanzas la pelota con más fuerza, ¿irá más rápido o más lento que en el primer
lanzamiento?
4. Si la pelota recorre 30 metros en 5 segundos, ¿cuál es su rapidez promedio?
Con estos datos solamente, ¿podrías conocer la rapidez instantánea de la pelota
cuando t=3 s?
5. Continuamos con la pelota moviéndose horizontalmente. Si recorre distancias
iguales en tiempos iguales, ¿su rapidez es constante o está cambiando?
6. Si el movimiento de la pelota es rectilíneo uniforme, dibuja la forma de la gráfica
de posición-tiempo que le correspondería.
Ahora dejamos caer la pelota desde un lugar alto.
7. ¿Qué fue lo que hizo Galileo para analizar el movimiento de la pelota que cae?
8. La pelota cae debido a la fuerza de
.
Esta fuerza jala a todos los cuerpos en una dirección, que es
.
9. La pelota se acelera conforme cae, y sabemos que es así porque su rapidez va
en una cantidad aproximada de 10 m/s a cada segundo que
pasa.
10. Si en lugar de soltar la pelota para que cayera hacia abajo, la aventara hacia
arriba, ¿qué sucedería?
11. ¿Cómo es la gráfica de velocidad-tiempo para la pelota en caída libre?
¡Ya basta de jugar con la pelota! ¡Ahora la aventamos a un estanque!
12. Al tirar la pelota al estanque, la superficie del agua se mueve de una manera
muy especial. ¿Cómo se llama el tipo de movimiento que observas? Explícalo.
13. El movimiento de las partículas de agua ha producido ondas y éstas transportan una propiedad de los objetos que se llama
.
14. Las ondas en la superficie del estanque, producidas por la caída de la pelota,
¿son ondas transversales o longitudinales?
15. Al caer al estanque, la pelota provoca un sonido que puedes escuchar. ¿Se trata de una onda? ¿Es transversal o longitudinal? ¿Es mecánica o
electromagnética?
Está bien, recojamos la pelota. Observémosla atentamente con nuestros ojos.
16. ¿Cómo es que podemos observar la pelota? ¿Cómo viaja la luz a nuestros ojos
para que podamos verla?
17. Esto significa que la luz se mueve. ¿Es una onda? Si es así, ¿es mecánica o
electromagnética?
70
Infografía
71
Bloque 2
Las fuerzas. La explicación
de los cambios
Introducción
> Después de estudiar lo que es el movimiento, los tipos que hay y la forma de describirlo, en
este segundo bloque te enfocarás en su causa, lo que te llevará al concepto de fuerza y su
relación con el cambio en el movimiento de los objetos. Al avanzar llegarás al análisis de las
leyes de Newton, la cuales expresan la manera como se da este vínculo.
> También se aborda una primera aproximación al concepto de energía, con el propósito
de que tu comprensión sobre muchos de los cambios que ocurren en la naturaleza sea
más amplia. En cuanto a la parte histórica, se habla de algunos de los trabajos de Galileo y
Newton, que fueron los primeros de muchos pasos que dieron los científicos a lo largo de la
historia para tener un mejor y mayor entendimiento de algunos fenómenos naturales y contribuir así al desarrollo tecnológico.
Propósitos
> 1. Relaciona la idea de fuerza con los cambios ocurridos al interactuar diversos objetos, aso-
ciados con el movimiento, la electricidad y el magnetismo.
> 2. Analiza, considerando el desarrollo histórico de la física, cómo han surgido conceptos
>
>
>
>
72
nuevos que explican cada vez un mayor número de fenómenos y cómo se han superado las
dificultades para la solución de problemas relacionados con la explicación del movimiento
de los objetos en la Tierra y el desplazamiento de los planetas.
3. Elabora explicaciones sencillas de fenómenos cotidianos y comunes, utilizando el concepto de fuerza y las relaciones que se derivan de las leyes de Newton.
4. Analiza las interacciones de algunos fenómenos físicos por medio del concepto de energía y relaciónalas con las manifestaciones de la energía.
5. Valora el papel de la experimentación, de la medición y del uso de unidades específicas,
así como del razonamiento analítico en la solución de problemas y en la explicación de fenómenos relacionados con el movimiento, la electricidad y el magnetismo.
6. Integra lo aprendido con algunos aspectos básicos de la tecnología, mediante la aplicación de las habilidades y actitudes y valores en el desarrollo de proyectos; enfatiza la experimentación y construcción de algún dispositivo, así como el análisis de las interacciones
entre la ciencia, la tecnología y sus implicaciones sociales.
1
2
3
4
5
El cambio como
resultado de las
interacciones
entre objetos
Una explicación
del cambio: la
idea de fuerza
La energía: una
idea fructífera y
alternativa de la
fuerza
Las
interacciones
eléctrica y
magnética
Proyectos
Las mareas
El magnetismo
La construcción
de puentes
colgantes
Temas
¿Cómo pueden producirse cambios? El cambio y las
interacciones.
Semana 8
La idea de fuerza: el resultado
de las interacciones.
Semana 8
¿Cuáles son las reglas de movimiento? Tres ideas fundamentales sobre la fuerza.
Semana 9
Del movimiento de los objetos
en la Tierra al movimiento de
los planetas. La aportación de
Newton.
Semana 10
La energía y la descripción de
las transformaciones.
Semana 11
La energía y el movimiento.
¿Como por acto de magia?
Los efectos de las cargas
eléctricas.
Semana 12
Los efectos de los imanes.
Semana 13
Comprender las etapas del
proyecto de investigación,
elegir el tema del proyecto,
definir el objetivo y compilar la
información.
Semana 14
Plantear la hipótesis y realizar
el diseño del experimento.
Semana 15
Obtener resultados, organizarlos y exponerlos.
Semana 16
73
antes de comenzar
Examínate
E
n el primer bloque observaste cómo se mueven los objetos e hiciste
buenas descripciones del movimiento utilizando ecuaciones y gráficas.
Mientras solamente observamos y describimos cómo se mueve un
objeto, estudiamos la cinemática del movimiento. Pero es momento de
preguntarnos por qué se mueven los objetos, qué o quién se encarga
de que los objetos se muevan. La respuesta es sencilla: las fuerzas ocasionan que
un objeto se mueva o deje de moverse. No sólo eso, sino que una fuerza es la causante de que se enciendan las lámparas del salón donde tomas clase. ¿Alguna vez
te has divertido jugando con imanes? Pues la causa de que sean tan divertidos es
otra fuerza. ¿Qué es una fuerza? Lo aprenderemos durante el bloque, pero antes es
buena idea adentrarnos en el tema con las siguientes actividades.
I. Observa las imágenes y escribe en tu cuaderno lo que consideres que provoque
su movimiento.
74
A)
B)
C)
D)
II. Completa la siguiente tabla:
PREGUNTA
RESPUESTA
¿Qué es fuerza para ti?
¿Sabes por qué se puede considerar a la
Tierra como un gran imán?
¿Sabes por qué cuando frotamos un peine
atrae pedazos pequeños de papel?
¿Qué se necesita para que un objeto se
deforme o se mueva?
Explica con tus propias palabras qué es una
fuerza magnética.
¿Por qué sube la marea?
Iii. Responde las siguientes preguntas y realiza un dibujo en cada situación.
1. ¿Qué pasa cuando alguien empuja un carrito de supermercado?
2. ¿Por qué caen las cosas al suelo?
3. Cuando ayudas a empujar un auto que se descompuso, ¿estás ejerciendo algún
tipo de fuerza?
4. ¿En la Luna se caen los objetos? Explica tu respuesta.
5. ¿Sabes qué es la energía? Explica tu respuesta con ejemplos.
6. ¿Ocurre algo cuando jalamos una liga y la soltamos?
IV. Cuando pones en movimiento un balón de voleibol
o futbol, lanzándolo con la mano lo más lejos posible,
el esfuerzo que realiza tu brazo es mucho menor que
cuando pones en movimiento una canica. Si quieres
lanzar una piedra de 50 kg, tu brazo deberá hacer un
esfuerzo mayor.
Observa la imagen y responde las siguientes
preguntas:
1. ¿Qué se debe hacer para cambiar el estado de reposo o
de movimiento de un objeto?
2. ¿Cuántos cuerpos interactúan?
3. ¿De qué depende el tipo de esfuerzo que se debe hacer
para mover las pesas?
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