Ciencias Naturales by Arnoldo Romero

Los cirrocúmulos son un tipo de nube que se forman a gran altitud. Estas son nubes totalmente blancas de forma redondeada y aparecen usualmente en capas casi continuas y en largas líneas. Erróneamente, la cultura popular sugiere que cuando el “cielo está petateado” es augurio de temblores. Fotografía: Tonatiuh E. Orantes

Ministerio de Educación Viceministerio de Ciencia y Tecnología Gerencia de Educación en Ciencia, Tecnología e Innovación

Programa Cerrando la Brecha del Conocimiento Sub-Programa “Hacia la CYMA”

Material de Autoformación e Innovación Docente Ciencias Naturales Versión preliminar para Plan Piloto

Ministerio de Educación Presidente de la República Mauricio Funes Cartagena Secretario de Asuntos Estratégicos de la Presidencia y Ministro de Educación Ad Honórem Franzi Hasbún Barake Viceministra de Ciencia y Tecnología Erlinda Hándal Vega Viceministro de Educación Héctor Jesús Samour Canán Director Nacional de Ciencia y Tecnología Mauricio Antonio Rivera Quijano Gerente de Educación en Ciencia, Tecnología e Innovación Xiomara Guadalupe Rodríguez Amaya Jefe de Educación Media en Ciencia, Tecnología e Innovación Oscar de Jesús Águila Chávez Jefe de Educación Básica en Ciencia, Tecnología e Innovación Carlos Ernesto Miranda Oliva Autores Adela Melissa Martínez Sánchez Osmany René Aparicio Alex Wilfredo Canizalez Revisores Técnicos Sandra López Alejandro De León

Primera edición (Versión Preliminar para Plan Piloto) Derechos reservados. Prohibida su venta. Edificios A4, segundo nivel, Plan Maestro, Centro de Gobierno, Alameda Juan Pablo II y calle Guadalupe, San Salvador, El Salvador, América Central. Teléfonos: +(503) 2510-4217, +(503) 2510-4218, +(503) 2510-4211, Correo electrónico: gecti@mined.gob.sv

Estimadas y estimados docentes: El Plan Social Educativo “Vamos a la Escuela” 2009-2014 nos plantea el reto histórico de formar ciudadanas y ciudadanos salvadoreños con juicio crítico, capacidad reflexiva e investigativa, con habilidades y destrezas para la construcción colectiva de nuevos conocimientos, que les permitan transformar la realidad social y valorar y proteger el medio ambiente. Nuestros niños, niñas y jóvenes desempeñarán en el futuro un rol importante en el desarrollo científico, tecnológico y económico del país; para ello requieren de una formación sólida e innovadora en todas las áreas curriculares, pero sobre todo en Matemática y en Ciencias Naturales; este proceso de formación debe iniciarse desde el Nivel de Parvularia, intensificándose en la Educación Básica y especializándose en el nivel Medio y Superior. En la actualidad, es innegable que el impulso y desarrollo de la ciencia y la tecnología son dos aspectos determinantes en el desarrollo económico, social y humano de un país. Para responder a este contexto, en el Viceministerio de Ciencia y Tecnología se han diseñado Materiales de Autoformación e Innovación Docente en las disciplinas de Matemática y Ciencia, Salud y Medio Ambiente para los niveles de Parvularia, Educación Básica y Educación Media. El propósito de los Materiales de Autoformación e Innovación es orientar al cuerpo docente para fundamentar mejor su práctica profesional, tanto en dominio de contenidos, (sobre todo aquellos contenidos pivotes), como también en la implementación de una metodología y técnicas que permitan la innovación pedagógica, la indagación científica-escolar y sobre todo una construcción social del conocimiento, bajo el enfoque de Ciencia, Tecnología e Innovación (CTI), en aras de mejorar la calidad de la educación. Este material es para el equipo docente, para su profesionalización y autoformación permanente que le permita un buen dominio de las disciplinas que enseña. Los contenidos que se desarrollan en los materiales de autoformación, han sido cuidadosamente seleccionados por su importancia pedagógica y por su riqueza científica. Es por eso que para el estudio de las lecciones incluidas en estos materiales, se requiere rigurosidad, creatividad, deseo y compromiso de innovar la práctica docente en el aula. Con el estudio de las lecciones (de manera individual o en equipo de docentes), se pueden derivar diversas sesiones de trabajo con el estudiantado para orientar el conocimiento de los temas clave o “pivotes” que son el fundamento de la alfabetización científica en Matemática y Ciencias Naturales. La enseñanza de las Ciencias Naturales y la Matemática debe despertar la creatividad, siendo divertida, provocadora del pensamiento crítico y divergente, debe ilusionar a los niños y niñas con la posibilidad de conocer y comprender mejor la naturaleza y sus leyes. La indagación en Ciencias Naturales y la resolución de problemas en Matemática son enfoques que promueven la diversidad de secuencias didácticas y la realización de actividades de diferentes niveles cognitivos. Esperamos que estos Materiales de Autoformación e Innovación establezcan nuevos caminos para la enseñanza y aprendizaje de las Ciencias Naturales y Matemática y que fundamenten de una mejor manera, nuestra práctica docente. También esperamos que el contenido de estos materiales nos rete a aspirar a mejores niveles de rendimiento académico y de calidad educativa, en la comunidad educativa, como en nuestro país en general. Apreciable docente, ponemos en sus manos estos materiales porque sabemos que está en sus manos la posibilidad y la enorme responsabilidad de mejorar el desempeño académico estudiantil, a través del desarrollo curricular en general, y particularmente de las Ciencias Naturales y Matemática.

Lic. Franzi Hasbún Barake Secretario de Asuntos Estratégicos de la Presidencia de la República y Ministro de Educación Ad Honórem Dr. Héctor Jesús Samour Canán Viceministro de Educación

Dra. Erlinda Hándal Vega Viceministra de Ciencia y Tecnología

Indice I Parte Presentación............................................................................................................

Intoducción. .............................................................................................................

A. Objetivo. .................................................................................................

B. Enfoque de competencias en educación. ..........................................

C. Contenidos pivotes. ................................................................................

D. Estructura de las lecciones. ....................................................................

E. Cómo utilizar el material de autoformacion en ciencias .................

F. Relación entre el Programa de Estudios y este Material de

Autoformación Docente.. ......................................................................... G. Enseñanza de la ciencia basada en la indagación. .................................

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II Parte La materia. ..............................................................................................................

Materiales sólidos. ..................................................................................................

El movimiento de los cuerpos. ................................................................................

Moviendo objetos pesados. ....................................................................................

Trabajo, energía cinética y potencial. .....................................................................

Calor y temperatura. ...............................................................................................

Materiales líquidos. .................................................................................................

Componentes esenciales para la vida: el Agua. .....................................................

Plantas de mi comunidad. ......................................................................................

107

El tallo de las plantas. .............................................................................................

117

Animales vertebrados. ............................................................................................

126

Animales invertebrados. .........................................................................................

134

La Tierra en el sistema solar. ...............................................................................

142

Primera Parte ¿Por qué Enriquecimiento Curricular y Autoformación Docente?

Presentación El Viceministerio de Ciencia y Tecnología a través de la Gerencia de Educación en Ciencia, Tecnología e Innovación (GECTI) y su programa “Hacia la CYMA” que se está desarrollando durante el quinquenio 20092014, ejecuta el Proyecto de Enriquecimiento Curricular en el área de Ciencias Naturales y Matemática, el cual tiene entre sus acciones la elaboración y entrega de material de enriquecimiento curricular a docentes de I Ciclo de Educación Básica. Este material de autoformación para docentes tiene como propósito fortalecer el desarrollo curricular de Ciencia, Salud y Medio Ambiente de Segundo Grado de Educación Básica, introduciendo el enfoque Ciencia, Tecnología e Innovación (CTI) como parte inherente y relevante del proceso de formación científica. Con este propósito se han elaborado doce lecciones con temas pivotes considerados necesarios en la educación de la niñez salvadoreña, para obtener una fundamentación científica que permita fortalecer las capacidades de investigación, innovación y creación. Se busca que mediante la formación científica se mejoren las condiciones sociales y económicas para alcanzar una vida digna de nuestros futuros ciudadanos. Cada tema de este cuadernillo mantiene una relación con las lecciones del libro de texto de la colección “Cipotas y Cipotes”. El enriquecimiento de temas tiene la posibilidad de ser plataforma de construcción de conocimiento bajo el enfoque de enseñanza de la Ciencia basado en la indagación (ECBI). Este enforque busca entre diversos propósitos, el acervo equitativo al conocimiento y a su uso, mediante el abordaje del conocimiento de la naturaleza, proponiendo explicaciones basadas en la evidencia recopilada de la experimentación.

Introducción Una idea comúnmente aceptada es que nuestra sociedad y el mundo en general son muy distintos a los de hace algunos años atrás. Uuno de los factores que los hacen distintos es el grado de desarrollo que ha alcanzado la ciencia y a pesar de que el conocimiento humano en general ha avanzado en todas las áreas del saber, es innegable que el desarrollo de la ciencia y de la tecnología ha afectado enormemente nuestra forma de vida. Es evidente también que el conocimiento y los beneficios de este desarrollo científico no están al alcance de todos. Esto nos invita a hacer una reflexión sobre la relación que hay entre la ciencia, la sociedad y la búsqueda de alternativas que resuelvan los diferentes problemas que presenta esta realidad desde las múltiples perspectivas que nos dan los diferentes campos en los que nos desenvolvemos, en el caso del magisterio, el de la educación. A. Objetivo El propósito de este material de autoformación es fortalecer las compe tencias docentes de Educación Primaria en las disciplinas de Ciencias Naturales (Biología, Física y Química), para optimizar el desarrollo de la asignatura de Ciencia, Salud y Medio Ambiente. Para lograr este objetivo proponemos una serie de contenidos básicos a los que metafóricamente llamamos contenidos pivotes. Nuestra propuesta es que usted, amigo docente, pueda fortalecer sus conocimientos de Ciencias Naturales mediante la lectura y estudio de las lecciones contenidas en este libro, la realización de las actividades experimentales que sugerimos y la “calibración” del aprendizaje mediante algunos instrumentos de evaluación para determinar hasta qué punto se han alcanzado las metas del contenido estudiado. B. Enfoque de competencias en educación. Desde hace algunos años, la introducción de un enfoque de desarrollo de competencias básicas pasó a orientar el desarrollo del currículo nacional conduciendo el proceso de enseñanza-aprendizaje hacia el enfoque del desarrollo de competencias. Existen diversas definiciones e interpretaciones sobre el concepto de competencia, aunque la mayoría implica dos aspectos fundamentales: 1. Comprensión y adquisición de conocimientos, habilidades y desarrollo de actitudes; y 2. Puesta en práctica de la integración de los conocimientos, habilidades y actitudes para resolver problemas y situaciones diversas1 . Si pensamos en la enseñanza de las ciencias naturales basándonos en el enfoque de competencias, es necesario fortalecer en el estudiante la comprensión de los sucesos, las consecuencias de las actividades humanas y la necesidad de preservación de las condiciones de vida, tanto para los humanos como para el resto de los seres vivos. Para esto se hace necesa1 Barraza, A., Dipp, A. J. “Competencias y Educación: miradas múltiples de una relación”. Instituto Universitario Anglo Español A.C., México, 2011.

rio alcanzar un pensamiento científico-racional que permita comprender la información que nos ofrecen las diversas fuentes para la toma de acciones concretas. Pero para desarrollar competencias científicas en los estudiantes es necesario que los y las docentes nos preocupemos por actualizar dichas competencias en nosotros. Al aumentar nuestras competencias docentes en cada área de las ciencias a través del estudio de este Material de Innovación, y de la co-formación entre el equipo docente, podremos mejorar la forma en que enseñaremos a nuestros alumnos y alumnas a aprender y usar sus conocimientos, es decir, a desarrollar competencias científicas. La enseñanza de las ciencias como una serie de conceptos y fenómenos ajenos a una discusión no crea interés en los estudiantes pues no la presenta como una disciplina atractiva para trabajar con ella. El estudiante vive curioso, maravillado, preocupado o en constantes conjeturas del entorno que comienza a conocer, por lo que es indispensable encauzar sus ideas, ayudarles a buscar respuestas o preguntas adecuadas que den explicación a lo que ocurre en la realidad cotidiana. Por tanto, la enseñanza de las Ciencias Naturales debe involucrar la experimentación, la investigación y sobre todo, la satisfacción de la curiosidad de los estudiantes propia de su edad. C. Contenidos pivotes Las Ciencias Naturales estudian el mundo que nos rodea, las leyes que gobiernan la naturaleza y, en general, nuestra interacción con el mundo físico. El desarrollo de la ciencia avanza rápidamente gracias al desarrollo de la tecnología en general, y particularmente de las tecnologías de la información y la comunicación (TIC), que permiten un flujo constante e integral de los conocimientos generados por la comunidad científica del mundo entero. Para la elaboración de este Material de Autoformación de Ciencias Naturales se tuvo en cuenta esta constante evolución de la información, de tal manera que los contenidos aquí expuestos son el reflejo del conocimiento actualizado en cada área de las ciencias que se estudian. De esa misma manera exhortamos al docente que ahora nos lee a no conformarse con lo aquí expuesto, y le invitamos a la búsqueda constante, la investigación e indagación sobre los tema aquí planteados y otros que sean de su interés dentro de las ciencias. En la búsqueda por abarcar el conocimiento para la alfabetización científica acorde a los diferentes niveles de Educación Básica, un equipo de profesionales de la educación y científicos del MINED ha hecho una selección y propuesta de temas dentro de los programas oficiales de Ciencia, Salud y Medio Ambiente. Dichos temas los hemos llamado contenidos pivotes, pues consideramos que son aquellos donde se apoyan o de los que depende el desarrollo de otros contenidos. Los contenidos pivotes se han retomado para enriquecerlos en su desarrollo disciplinar, profundizando tanto en la explicación de los contenidos, como haciendo propuestas de abordaje metodológico que emulen en el aula el trabajo científico que se desarrolla en los laboratorios, o en los centros de investigación de los parques tecnológicos, de tal manera que tanto maestros como alumnos puedan desarrollar habilidades intelectuales propias del pensamiento y el quehacer científico.

Los contenidos pivotes propuestos en este Material de Autoformación de Ciencias Naturales se encuentran organizados en cuatro ejes temáticos: 1. La materia y sus transformaciones • La Materia. • Materiales sólidos. • Materiales líquidos. • Compuestos fundamentales para la vida: el agua. 2. Energía y movimiento • Movimientos. • Moviendo objetos. • Trabajo, energía cinética y potencial. • Calor y temperatura 3. Los seres vivos • Plantas de mi comunidad. • El tallo en las plantas. • Animales vertebrados. • Animales invertebrados. 4. La tierra y sus cambios • Sistema solar. Es necesario aclarar que este Material de Autoformación y planificación docente de Ciencias Naturales no pretende cambiar ni sustituir al programa de estudios, tampoco a los libros de texto que se utilizan actualmente en el MINED2. Al contrario, pretendemos enriquecer el material con el que cuentan los docentes, tanto para su propia formación, como para el desarrollo de clases de Ciencias Naturales pertinentes, efectivas y de calidad. D. Estructura de las lecciones Las lecciones se estructuran en catorce partes, las cuales se detallan a continuación: 1. Título. Condensa la idea central de la lección, se presenta como una idea clara y precisa del contenido. 2. Descripción. Presenta todos aquellos puntos relevantes que se tratarán en la lección, haciendo énfasis en las características (generalidades, importancia, usos, etc.) que se desarrollan. Es un espacio para generar interés y motivación en el docente. Pretendemos que el docente que nos lee pueda además transmitir a los estudiantes esta curiosidad y el entusiasmo por las Ciencias Naturales. 3. Temas y subtemas. Es la división de temas y subtemas que contiene la lección. 4. Objetivos específicos. Son logros que los estudiantes pueden alcanzar. La lección posibilita el desarrollo de un contexto propicio para ello. 2

Colección Cipotas y Cipotes

5. Habilidades y destrezas científicas. Son una oportunidad para interpretar y poner en práctica algunas acciones para aplicar los conocimientos adquiridos sobre el fenómeno u objeto de estudio, con el fin de transformarlo. 6. Tiempo. Este el tiempo aproximado en el cual se desarrolla la lección. El docente puede adecuar dicho tiempo según sus necesidades y contexto. 7. Ilustración. Es una imagen de fondo que ilustra y representa el tema de la lección. 8. Conceptos claves. En este apartado se encuentra un pequeño glosario de conceptos básicos del contenido de la lección. La elección de estos conceptos se ha realizado con la intención de que sirva de ayuda en el momento de leer el marco teórico de la lección. El docente puede y debe enriquecer dicho glosario, en función de sus necesidades de aprendizaje y de enseñanza. 9. Marco teórico. Bajo el título “¿Qué debería usted saber sobre el tema?” esta sección aborda los conceptos, proposiciones e información relevante que se establece como marco de referencia de los fenómenos a estudiar. La información se respalda en principios, leyes, clasificaciones, características, propiedades, etc. Se acompaña de ilustraciones, esquemas, modelos y otros con la intención de que el contenido quede lo más claro posible. 10. Actividades. Es importante la realización de las actividades propuestas para que los conceptos se aprehendan de una manera práctica y efectiva y para que el aprendizaje sea significativo y relevante. Las actividades están encaminadas a desarrollar ideas que contribuyan a la construcción, la comprensión y el análisis de los temas que se estudian; y están pensadas para desarrollarse desde lo simple a lo complejo, planteándose además distintas alternativas de abordaje tales como: prácticas experimentales, creaciones artísticas, modelos espaciales, etc. Cualquiera sea la técnica empleada, la actividad se divide en cuatro partes: i. Introducción. Explica el objetivo de la actividad, la importancia y las temáticas que se enriquecerán en su desarrollo. Aconseja la manera cómo puede efectuarse la experimentación, ya sea individualmente o en grupos. ii. Iniciación. Es un diagnóstico de los conocimientos que la persona lectora posee empíricamente acerca del tema que trata la lección, como resultado de lo que observa, percibe y conoce de su entorno o de sus propias experiencias. Se desarrolla mediante preguntas abiertas originadas por inquietudes propias, por cuestionamientos de los estudiantes o por expectativas que surgen en el desarrollo de una clase proponiendo indirectamente una o varias hipótesis. iii. Desarrollo. Son las indicaciones para la ejecución de la práctica experimental con los estudiantes, se presenta en secciones: a. Materiales. Es el listado de las herramientas, materiales u objetos que se nece-

sitarán para realizar la actividad. Al escoger las herramientas se alberga la idea de crear y construir instrumentos sencillos de bajo costo y de fácil acceso. En ocasiones puede que la cantidad exacta de algún material no sea un aspecto relevante, pero en otros, la cantidad es fundamental. b. Procedimiento. Son los pasos dados para la realización de la práctica experimental; si se presentan obstáculos durante los procesos de investigación, se debe permitir que el estudiante solvente la situación con sus propias ideas para propiciar la maduración del pensamiento. iv. Interpretación. El fin último de las actividades es la interpretación y análisis de los resultados acorde a los conceptos que los sustentan en el marco teórico. Las actividades no tendrían mayor interés sin una explicación que las respalden; muchas veces el porqué de los fenómenos tiene aplicaciones sorprendentes en el mundo que nos rodea y es importante su comprensión. Para explicar los resultados obtenidos se debe tener claridad en los conceptos de la lección para poder interpretar las causas que provocan los fenómenos y poder generalizar el suceso a las condiciones experimentales en las que se realiza, es decir, manifestar que lo mismo sucederá cuando el experimento se realiza en condiciones similares. 11. Ideas complementarias. Es la sección que encuentra a la par de cada actividad. Aquí se presentan comentarios, posibles respuestas a las preguntas planteadas en la actividad, ilustraciones, etc. En este espacio se abordan temas de historia de la ciencia y de la tecnología, así como aspectos destacados de Ciencia, Tecnología, Sociedad y Ambiente (CTSA). Se le invita a que también en este caso pueda usted ampliar esta sección, partiendo de la información que se proporciona. 12. Actividad integradora. Las ciencias no deben estudiarse como un conjunto de saberes aislados y sin conexión. Los fenómenos de la realidad circundante no pueden ser interpretados bajo una sola visión científica sino que su comprensión demanda la integración de saberes de todas las áreas de las ciencias para una interpretación eficaz de tales fenómenos. En esta parte se pretende integrar el conjunto de competencias que componen el pensamiento, así como también las habilidades y actitudes de todas las áreas de las Ciencias para la interpretación de un problema que involucra la aplicación de los saberes de las ciencias. 13. Hojas de ejercicios. Este es un instrumento de aprendizaje y un medio por el cual tanto el maestro como los estudiantes pueden evaluar o autoevaluar sus conocimientos. Con los resultados de esta evaluación, el docente puede realizar “ajustes” necesarios en el proceso de enseñanza-aprendizaje del contenido concreto. Contempla diferentes actividades de evaluación como: cuestionarios, esquemas, mapas conceptuales, crucigramas, complemento de afirmaciones, etc. 14. Referencias. Se hacen referencias a tanto a textos, páginas en la red, videos y otros materiales para que el docente pueda consultar y profundizar su conocimiento.

E. Cómo utilizar el Material de Autoformación en Ciencias Cada docente planifica y organiza las actividades de la clase de acuerdo a los objetivos y competencias de la asignatura; este material de enriquecimiento permitirá adquirir un conocimiento y comprensión de los contenidos que el docente enseña, ya que representa un modelo de la planificación de la clase, tiempo para trabajar con prácticas experimentales y desafíos interesantes que permitan construir el aprendizaje. Con este material de enriquecimiento se pueden organizar actividades para el inicio, desarrollo y cierre de la clase; esto no quiere decir que lo ejecutará tal como se presenta, sino que puede tomar las ideas que mejor le favorezcan y alternarlas con las ideas del programa, o de la Guía Metodológica de la Colección “Cipotas y Cipotes”, el libro de texto y los cuadernos de ejercicios de la misma colección, de manera que pueda crear su clase como mejor se ajuste a su realidad: tamaño de la clase, recursos didácticos, nivel de aprendizaje del estudiante, tiempo de clase, entre otros. La finalidad es que el docente determine los mecanismos y actividades para avanzar con los estudiantes con un ritmo de aprendizaje adecuado y de calidad. te.

F. Relación entre el Programa de Estudios y este Material de Autoformacion Docen-

A continuación presentamos un cuadro donde se relacionan las lecciones de los temas pivotes del material de enriquecimiento con los contenidos del Programa Oficial de Ciencia, Salud y Medio Ambiente y los libros de texto de la colección “Cipotes y Cipotas”. Esto puede servir como guía para la planificación de las clases.

Material de Autoformación

Se relaciona con

Tipo de enriquecimiento

Lección 1 “La Materia”

Unidad 2 “Cómo utiliza- Para entender la naturaleza de lo que nos mos y cuidamos los sen- rodea, es necesario estudiar el concepto tidos”. de la materia, su composición, comportamiento, características, formas e inteLección 2: No hay dos igua- racciones. Algunas características son les. Pág. 28 -31. abordadas de tal forma que el estudiante asimile que las propiedades físicas de los objetos se encuentran íntimamente ligadas a la naturaleza de los distintos tipos de materia.

Lección 2 “Materiales Sólidos”

Unidad 2 “Cómo utiliza- Los estados de agregación de la materia mos y cuidamos los sen- se estudian en diversas lecciones protidos”. puestas en los Cuadernillos de Ciencias, con la finalidad de que el estudiante, sea Lección 2: No hay dos igua- capaz no sólo de describir y clasificar los les. Pág. 28 -31. materiales de su entorno por sus características, sino que también relacione los

Unidad 6 “Nuestra amiga el agua”. Lección 2: Chorritos, cubitos y vapor. Pág. 89.

objetos a un estado específico de la materia. La lección estudia el estado sólido de la materia y especifica sus propiedades y características.

Lección 3 Unidad 1 “Como nos mo- En la naturaleza se observan diferentes “Movimiento de los cuer- vemos” tipos de movimientos, y para estudiarlos pos” hemos definido un espacio geométrico Lección 4: ¡Qué fuerza! para describir las diferentes característiPág. 20-23 cas de las trayectorias: rectilíneas, circulares, oscilatorias, parabólicas y ondulares. El objetivo de esta lección es comprender las causas de los diferentes movimientos a través de ejemplos prácticos donde se aplican las leyes de Newton. También se estudia la fuerza de fricción y su importancia para comprender ciertos fenómenos naturales. Lección 3 Unidad 1 “Como nos mo- En la naturaleza se observan diferentes “Movimiento de los cuerpos vemos” tipos de movimientos, y para estudiarlos hemos definido un espacio geométrico Lección 4: ¡Qué fuerza! para describir las diferentes característiPág. 20-23 cas de las trayectorias: rectilíneos, circulares, oscilatorios, parabólicos y ondulares. El objetivo de esta lección es comprender las causas de los diferentes movimientos a través de ejemplos prácticos donde se aplican las leyes de Newton. También se estudia la fuerza de fricción y su importancia para comprender ciertos fenómenos naturales. Lección 4 Unidad 1 “Como nos mo- Esta es una continuación de la lección an“Moviendo objetos pesados” vemos” terior, donde se describen algunas máquinas simples y su funcionamiento, además, Lección 4: ¡Qué fuerza! se estudia la relación de las fuerzas que Pág. 20-23 se ejercen sobre los objetos para generar movimiento, lo cual servirá para la comprensión del concepto de trabajo en lecciones posteriores. Lección 5 Unidad 1 “Como nos mo“Trabajo, energía cinética y vemos” potencial” Lección 4: ¡Qué fuerza! Pág. 20-23

Esta lección profundiza en el principio físico del trabajo relacionándolo con la energía como complemento a las lecciones 1 y 2 de este grado. Después de comprender los diferentes movimientos causados por la fuerza mecánica aplicada a los objetos, el análisis de estas dos variables físicas permitirá la comprensión del concepto de la energía mecánica a través del principio del trabajo. El estudio del principio de conservación de la energía contribuirá a la comprensión de algunos cambios que se generan en la naturaleza.

Lección 6 “Calor y temperatura”

Unidad 2: Como utiliza- Con esta lección se pretende ampliar el mos los sentidos concepto de calor proporcionando al estudiante los elementos para la comprensión Lección 1: ¿Qué me dicen del fenómeno de la expansión térmica en los sentidos? Pág. 24-27 ciertos objetos específicos, relacionando los conceptos de calor, temperatura y expansión térmica con otros fenómenos de la naturaleza.

Lección 7 “Materiales Líquidos”

Unidad 5 “Nuestra amiga Esta lección aborda el estado líquido de el agua”. la materia y establece las diferencias con el estado sólido, de tal manera que los esLección 1: Nuestro planeta tudiantes descubran e identifiquen las caazul. Pág. 83 -87. racterísticas y propiedades físicas de los materiales líquidos. Lección 2: Chorritos, cubitos En el contenido actual se estudia el agua y vapor. Pág. 88 -92. como líquido sin asociar, especificar, ni fundamentar cuál es el principio corpuscular que explica las propiedades y las características macroscópicas de dicho estado.

Lección 8 Unidad 6 “Nuestra amiga “Compuestos fundamenta- el agua”. les para la vida: el agua”. Lección 1: Nuestro planeta azul. Pág. 83 -87.

La temática del agua es un eje integrador entre las ciencias en Educación Básica, debido a su relación con los aspectos químicos, biológicos y físicos. Esta lección pretende que el estudiante conozca y comprenda las propiedades físicas y quíLección 2: Chorritos, cubitos micas del agua, razón por la cual convierte y vapor. Pág. 90 -92. esta molécula única en sus propiedades. Así, estas propiedades ayudarán a valoLección 3: Agua limpia y rar la importancia del agua en el mantebuena salud. Pág. 93 -96. nimiento de las estructuras biológicas, su papel en las interacciones químicas y en el equilibrio necesario en la conservación de la vida. Además, aborda la purificación del agua, ya que es de vital importancia en la salud de la población, dada la alta proporción de enfermedades que se transmiten y se originan por el consumo de agua contaminada.

Lección 9 “Plantas de mi comunidad”.

Unidad 1 “Cómo nos mo- Se retoma el estudio clásico de las partes vemos”. de una planta y las funciones básicas de la raíz, tallo, hojas, flores, frutos y semilla Lección 2: Verde y más ver- en la planta, con una mayor profundidad de. Pág. 12 -16. científica y un mayor sentido de identidad nacional y cultural. Esto se logra a través del reconocimiento de las plantas de la localidad, aspecto omitido en los programas de estudio y libros de texto.

Lección 10 “El tallo en las plantas”.

Unidad 1 “Cómo nos mo- El estudio clásico de Aristóteles y Teofrasvemos”. to de hace aproximadamente 2300 años sobre la clasificación de las plantas por el Lección 2: Verde y más ver- tamaño del tallo, se retoma y se enriquece de. Pág. 12 -16. dándole un mayor sentido científico y de protección de las plantas.

Lección 11 “Animales vertebrados”

Unidad 1 “Cómo nos mo- En esta lección el estudio de los animavemos”. les se centra en la observación y diferenciación de aquellos que poseen columna Lección 3: Los animales no vertebral y huesos de aquellos que no los se quedan quietos. Pág. 16- tienen. Luego, se le da mayor profundidad 19. científica al reconocerlos y clasificarlos por las características principales de cada clase de vertebrados: peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos.

Lección 12 “Animales invertebrados”

Unidad 1 “Cómo nos mo- Se estudian algunas de las principales vemos”. características de los animales invertebrados y se da mayor profundidad y sentido Lección 3: Los animales no científico a los ciclos de vida o metamorfose quedan quietos. Pág. 16- sis de algunos invertebrados, tema ausen19. te en los actuales programas de estudio y libros de texto.

G. Enseñanza de la Ciencia Basada en la Indagación

Al razonar sobre los cambios rápidos que suceden en la sociedad, la ciencia y la tecnología, nos obliga a pensar sobre la necesidad de modernizar la educación y a preguntarnos ¿Cómo lograr que los estudiantes puedan motivarse a comprender, transformar y utilizar lo que aprenden? Una propuesta interesante es la que se viene desarrollando desde hace un par de décadas. Se trata de un modelo de enseñanza de las ciencias basado en la indagación (ECBI). Este enfoque busca entre diversos propósitos el acceso más equitativo al conocimiento y a su uso, mediante la asociación de la comunidad científica y tecnológica con los sistemas educativos. Tiene sus orígenes en países como los Estados Unidos (Programa Hands On), o Francia (Programa “La main à la pâte”); actualmente está siendo usado y desarrollado en varios países europeos (Programa Pollen), y latinoamericanos como Chile3 , Argentina, Colombia, Brasil, México, y otros. La indagación se refiere a la forma de abordar el conocimiento de la naturaleza, proponiendo explicaciones basadas en la evidencia recopilada de la experimentación. En esta metodología indagatoria, los alumnos piensan y reflexionan sobre un problema, situación o fenómeno, plantean preguntas al respecto, hacen predicciones y experimentan para luego obtener resultados. Los resultados son contrastados con las predicciones para posteriormente analizar, discutir y compartir lo aprendido. 3 Ministerio de Educación de Chile. (s.f.). Enseñanza de la Ciencia Basada en Indagación. Recuperado Enero 22, 2011, a partir de http://www.mineduc.cl/index2.php?id_seccion=3047&id_portal=16&id_contenido=12141.

Existen diversos autores que tratan el tema de la indagación, la mayoría con aspectos coincidentes. Por ejemplo, Garritz4 et al (2009) describen siete etapas que abordan la indagación: 1. 2. 3. 4. 5.

Planteamiento de preguntas. Definición del problema a resolver e identificación de sus aspectos relevantes. Recopilación de información como evidencia o apoyo a los planteamientos. Formulación de explicaciones al problema planteado a partir de la evidencia. Diseño y conducción de un trabajo de investigación (experimento) a través de diversas acciones. 6. Relación con problemas de la vida cotidiana. 7. Compartir con otros mediante la argumentación. Lo que ha sido aprendido.

Las actividades incluidas en este material de enriquecimiento pueden ser fácilmente adaptadas a una metodología con enfoque de indagación. Así, la mayoría de actividades presentes en las lecciones comienzan con preguntas indagatorias sobre el problema a tratar, en forma de lluvia de ideas. El planteamiento de preguntas ayuda a detectar los conocimientos previos o preconceptos que el estudiante posee sobre el tema y al mismo tiempo es la herramienta para presentarles la situación, problema o fenómeno a resolver o interpretar. Una vez los estudiantes tienen definido el problema, pueden hacer uso tanto de la información de textos u otras fuentes, preguntas directas al profesor, así como de su conocimiento y experiencias previas (empíricas) para resolver el problema. La realización de la experiencia (actividad) provee tanto resultados como información que corrobora o corrige los planteamientos, hipótesis o predicciones hechas al comienzo de la actividad; así, el estudiante afianza, corrige o enriquece su conocimiento. Idealmente es el estudiante el que tiene que concebir y estructurar la actividad que corrobore su planteamiento para la resolución del problema que se le presenta, pero existe una variante en el método de indagación, llamada indagación guiada, en la cual, el maestro guía y ayuda a los estudiantes al desarrollo de investigaciones indagatorias en el salón de clases. Al final de la experiencia, se invita a los estudiantes a compartir con sus compañeros sus resultados y su interpretación. De cualquier manera este enfoque puede ser de ayuda para empezar con la construcción de una conexión entre los fenómenos del mundo real que nos rodea y el componente cognitivo del aprendizaje. Con el método de la indagación, se incluye también el componente motivacional, en el sentido de que el estudiante tiene que utilizar todos los medios para perseguir, resolver intereses y ejercitar capacidades. Al hacer protagonista al estudiante en la resolución de un problema se genera interés y motivación en ellos, de tal manera que la ciencia ya no se ve como una asignatura que margina, frustra y reduce la participación en la discusión e interpretación de los fenómenos. El interés por parte del estudiante es crucial para el aprendizaje. 4 Garritz, A. Labastida, D.V., Espinosa, J.S. y Padilla, K., “El conocimiento didáctico del contenido de la indagación”, Memorias del Congreso Nacional de Investigación Educativa, Veracruz, México, Septiembre 2009.

Estimados maestros, estimadas maestras, en la medida en que nos actualizamos como profesionales de la docencia, en esa medida podemos obtener mejores frutos en nuestra labor con los alumnos. Queda pues en vuestras manos este material de enriquecimiento a la valiosa tarea que desempeñan. irva de apoyo para lograr el reto que tienen en vuestras manos: elevar la calidad de vida presente y futura del país, elevando la calidad de la educación de nuestro país.

Segunda Parte

Lecciones

Lección 1

5 HORAS CLASE APROXIMADAMENTE

La Materia OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Identificar las propiedades generales de la materia. 2. Identificar las propiedades físicas de materiales específicos. 3. Diferenciar entre las propiedades intensivas y extensivas de la materia.

HABILIDADES Y DESTREZAS CIENTÍFICAS 1. Comprende que la materia posee propiedades que pueden observarse y medirse. 2. Relaciona y asocia los términos de volumen y masa al concepto de materia. 3. Diferencia aquellas propiedades que dependen de la cantidad de materia de las que no dependen de esta.

TEMAS Y SUBTEMAS 1. La Materia 2. Propiedades intensivas de la materia

DESCRIPCIÓN Todo lo que observamos a nuestro alrededor, ya sea natural o sintético, está constituido por materia: la mesa, el lápiz, el papel, la tinta, el aire, las plantas, las rocas, nosotros mismos, etc. La materia ha sido clasificada de diversas maneras durante diversas épocas, regiones y creencias y se han formulado diversas hipótesis sobre su origen. Actualmente, la materia se clasifica según su estado físico (líquido, sólido, gas y plasma) y de acuerdo a su composición química (elementos, compuestos y mezclas). En esta lección aprenderemos a reconocer algunas propiedades de la materia: aquellas que se manifiestan independientes de la cantidad de materia; es decir, sus propiedades intensivas. Figura 1. Las propiedades de los objetos depende de los materiales que los constituyen.

CONCEPTOS CLAVES Propiedades físicas: Son aquellas que se pueden medir sin alterar la identidad de la materia, por ejemplo el color, estado físico, masa, volumen, etc. (Fig. 2).

Figura 2. La balanza permite medir las masas de los objetos.

Propiedades químicas: Se observan cuando una sustancia sufre un cambio químico; es decir, en su estructura interna, transformándose en una sustancia distinta. Dichos cambios son irreversibles por lo general. Propiedades extensivas: Dependen de la cantidad de sustancia presente (volumen, largo, ancho, masa, etc.). Propiedades intensivas: No dependen de la cantidad de sustancia presente (punto de ebullición, punto de fusión, color, densidad, color, sabor) (Fig. 3).

Figura 3. El punto de ebullición es una propiedad intensiva.

¿Qué debería usted saber sobre el tema? La materia La materia es todo lo que tiene masa y ocupa un espacio. Todo lo necesario para nuestra vida está formado de materia y las Ciencias Químicas son las que estudian la composición y las transformaciones que experimenta. La Química estudia las propiedades de la materia para poder identificar, clasificar y dar utilidad a sus componentes. Otras definiciones de materia incluyen aquellas donde se considera como todo lo que puede ser sujeto de mediciones. Muchas veces hemos escuchado los términos materia y energía íntimamente relacionados. Anteriormente se estudiaba a la materia y la energía como dos conceptos distintos, aunque en la actualidad se conoce que la materia guarda una estrecha relación con la energía. Con los estudios modernos se ha demostrado que la materia puede convertirse en energía, y la energía puede convertirse en materia. Un ejemplo cotidiano que demuestra esta interconversión es el metabolismo de nuestros alimentos. En ésta, la materia (los alimentos) por medio de la digestión, absorción y asimilación es transformada en energía que nos permite realizar funciones diversas. Una pequeña cantidad de materia puede producir una gran cantidad de energía. La materia puede existir en cuatro estados físicos y puede pasar de uno a otro sin que cambie su composición (cambios físicos). Al hablar de los estados de la materia nos referimos al estado sólido, líquido, gaseoso y el plasma. Los primeros ya fueron estudiados en lecciones anteriores. A manera de repaso, se describen a continuación: El estado sólido se caracteriza por su resistencia al cambio de forma; que se debe a la fuerte atracción que hay entre las partículas que lo constituyen. En el estado líquido las partículas pueden moverse libremente unas respecto de otras, puesto que están un poco alejadas entre ellas. Sin embargo, todavía presentan una atracción molecular lo suficientemente fuerte para resistirse a las fuerzas que tienden a cambiar su volumen. En el estado gaseoso las partículas están muy dispersas y se

mueven libremente sin ofrecer ninguna oposición a las modificaciones en su forma y muy poca a los cambios de volumen. Por lo tanto, un gas que no esté encerrado tiende a difundirse indefinidamente aumentado su volumen. Propiedades de la materia Se entiende por propiedad a una particularidad o característica propia de cada compuesto, elemento u objeto que integra la materia. Una propiedad es una cualidad medida en diversas unidades, como puede ser la masa, la dureza, el volumen, la densidad, etc. Las propiedades de la materia se dividen en dos grupos acordes a cada cualidad en particular: propiedades extensivas y propiedades intensivas. Las propiedades extensivas, denominadas también generales, están basadas en función de la cantidad de materia a considerar; es decir, si medimos una canica de vidrio con una masa de 30 g y la comparamos con una bola de vidrio del tamaño de un balón de fútbol, esta última tendrá una masa mucho mayor aunque se trate del mismo material. Otros ejemplos son el volumen (espacio que ocupa un cuerpo), la longitud (distancia entre dos puntos), la masa (cantidad de materia que contiene un cuerpo), etc., todas dependientes de la cantidad de materia a medir. Las propiedades intensivas o específicas son las características de la materia que son independientes de la cantidad de materia a medir; estas propiedades siempre permanecen constantes, no son aditivas. En muchos casos son el resultado de dos propiedades extensivas (como la densidad, que es la relación entre la masa y volumen, D = m/v). Algunas propiedades intensivas son: • Punto de ebullición: Temperatura a la cual la materia cambia de estado líquido a gaseoso. Es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido se iguala a la presión del medio que rodea al líquido. • Punto de fusión: Temperatura en la cual el estado sólido y líquido de una sustancia coexisten; en otras palabras, la temperatura donde el estado sólido de una sustancia pasa a líquido. • Color: Es una sensación que produce la luz en los órganos visuales y es interpretada por el cerebro. • Sabor: Propiedad de algunas sustancias de ser percibidas por el sentido del gusto. • Olor: Impresión que producen en el olfato las emanaciones que despiden los cuerpos. • Conductividad: Se divide en: a. Conductividad térmica: Propiedad de transmitir energía en virtud de una diferencia de temperatura. b. Conductividad eléctrica: Propiedad que permite el flujo de electrones dentro de un material.

Propiedad: Es una cualidad de la materia que puede ser apreciada por nuestros sentidos (caracteres organolépticos) o determinada por medio de mediciones (constantes físicas). Materiales: • Objetos de diferentes materiales: madera, plástico, tela, papel, metal, etc. • Diversos alimentos: frutas, dulces, chocolate, azúcar, sal, etc. (Fig. 4).

DESARROLLO DE LA LECCIÓN 1. Propiedades de la materia Actividad 1 (Tiempo aproximado: 45 minutos) Con esta lección comprenderá el significado de la palabra “propiedad” usada en ciencias. Identificarán algunas propiedades de materiales específicos y tendrán frente a sí distintos materiales diferentes, para encontrar semejanzas y diferencias. Muéstreles los materiales con los que se trabajará (diversos objetos de vidrio, madera, metal, plástico) e introdúzcales el concepto de “propiedad” de un material. Pregúnteles: ¿Alguien recuerda los cinco sentidos que poseemos? Escriba en la pizarra los cinco sentidos usados para percibir propiedades: vista, tacto, oído, sabor y olor. Practique con el grupo completo observando las propiedades de un material; por ejemplo, una llave. Enuméreles una lista de propiedades como la siguiente: • Vista: Tamaño, color, forma, brillo, si las partículas que lo conforman están sueltas (hay espacio entre ellas) o compactas. • Tacto: Duro, suave, rugoso, pesado, ligero, grueso, delgado, caliente, frío. • Oído: Si hace sonido cuando cae sobre la mesa. • Sabor: Dulce, amargo, salado, ácido (¡Únicamente si es comestible!). • Olor: Huele a . Permita que los educandos trabajen en grupos de tres integrantes, que describan y registren en una tabla las propiedades de varios alimentos u objetos que usted les proporcione. Los alimentos pueden ser un chocolate molido, azúcar, dulces en pedazos, mangos o cualquier otra fruta en trozos, etc. (Fig. 4).

Figura 4. Alimentos que se les pueden determinar sus propiedades.

Chocolate

Flor

Vista

Color café opaco

Color rojo

Sabor

Dulce

Olor

Huele

Perfume

Tacto

Blando

Suave

Oído

Suena poco

No suena

Materiales: • Algodón • Papel de color o tela • Azúcar

2. Propiedades Intensivas de la materia Actividad 2 (Tiempo aproximado: 25 minutos) En esta actividad se estudiarán las propiedades intensivas, es decir, aquellas que no dependen de la cantidad de materia. Agrupe a sus estudiantes en grupos de tres y proporcióneles algodón, papel de color y azúcar. Solicíteles que observen cada material y que elaboren un cuadro de propiedades para cada material, como en la actividad pasada. Al finalizar el listado de propiedades, deberán dividir en cuatro porciones cada material. Pídales que analicen una de las porciones y que vuelvan a enumerar las propiedades y que concluyan que las propiedades como el color, sabor, textura, etc. no cambian al dividir la materia. Estas propiedades son denominadas intensivas ya que no dependen de la cantidad de materia (Fig. 5). Las únicas propiedades que han variado son el tamaño y la masa, las cuales se conocen como propiedades extensivas. Actividad 3 (Tiempo aproximado: 20 minutos) Pídales que observen a su alrededor y busquen objetos o materiales con brillo. En este caso consideraremos el brillo como una característica de ciertos materiales de reflejar la luz. Esta propiedad se presenta en ciertos minerales, cristales o metales (Fig. 6).

Figura 5. Las propiedades intensivas de la materia no dependen de la cantidad de materia.

Generalmente asociamos el brillo a los metales; así, una de las propiedades de los metales es el “brillo” metálico. También otros objetos pueden tener brillo; por ejemplo, la superficie de algunos objetos de vidrio, cerámicas, etc. Los estudiantes deberán elaborar un listado de objetos en el salón y de otros que recuerden que tengan en su casa, así como un esquema de dicha clasificación bajo el tema de “objetos con brillo”. La finalidad es que los estudiantes diferencien entre lo que es el color, que es también una reflexión de la luz, con el brillo de los objetos (Fig. 7).

Figura. 7. Objetos que poseen brillo. Figura 6. Materiales con brillo.

Pregúnteles: ¿El brillo es una propiedad intensiva o extensiva de

la materia? Deberán concluir que el brillo no depende del tamaño de los objetos, ya que ésta es una propiedad intensiva de la materia. Observará objetos de diversos tamaños que presentan esta característica.

Figura 8. El azúcar puede derretrise (fundirse), como el vidrio, la cera, el chocolate, los metales, etc.

TEORÍA DEL BIG BANG Es el nombre que se le otorga a una teoría que intenta explicar el nacimiento del Universo a través de una explosión o estallido. Esta se originó en un punto infinitamente caliente y denso. Luego de la explosión, las partículas comenzarón a separarse rápidamente unas de otras. Aquí fue que se originó toda la materia que se observa a nuestro alrededor (Fig. 10).

Actividad 4 (Tiempo aproximado: 45 minutos) En esta actividad se estudiará que el punto de fusión es una propiedad intensiva de la materia. El material con el que se estudiará será la margarina. Para demostrar que ésta es una propiedad independiente de la cantidad de material presente, coloque dos cantidades diferentes de margarina en dos recipientes por separado (por ejemplo, una cucharada en uno y dos cucharadas en el otro recipiente). Muéstreles las cantidades a sus estudiantes para que observen la diferencia. Pregúnteles: ¿Ambos cantidades de margarina se derretirán al mismo tiempo? Pídales que hagan un dibujo de las dos muestras y que escriban las propiedades de la margarina. Luego, saque unos minutos al Sol ambos recipientes y que observen lo que sucede. Aunque el recipiente que contiene las dos cucharadas de margarina tarde más tiempo en derretirse completamente, ambas cantidades se derretirán. Esta propiedad se denomina punto de fusión, es decir, es la temperatura a la cual un sólido pasa a estado líquido (Fig. 8). Deberán tener presente que la margarina no ha cambiado su composición, únicamente su estado, ya que sus propiedades son las mismas (Fig.9). Esta actividad puede efectuarse en el salón si se dispone de una plancha de calentamiento. Pregunte a sus estudiantes qué sólidos conocen que se fundan fácilmente. Figura 9. Fusión de la margarina.

Figura 10. Teoría del Big Bang.

Muéstreles una vela y enciéndala. Pídales que observen cómo la cera se derrite (Fig. 11) y explíqueles que también es un ejemplo de fusión, y que no importa el tamaño de la vela, siempre la cera pasará del estado sólido al estado líquido. La temperatura para fundir un sólido varía según la composición del material. Por esto es una propiedad intensiva que puede ser utilizada para identificar un sólido.

Conductividad térmica: Propiedad de transmitir energía en virtud de una diferencia de temperatura (Fig. 12).

Figura 11. A. Fusión de la cera y B. el chocolate.

Figura 12. Los metales tienen elevada conductividad térmica.

Actividad 5 (Tiempo aproximado: 30 minutos) En esta actividad se usarán dos recipientes hechos de diferentes materiales, uno de metal (una lata) y el otro de poliestireno expandido (Durapax®). Estudiaremos otra propiedad intensiva de la materia, que es la conductividad térmica (Fig. 12). Pregunte a los estudiantes: ¿Algunos materiales se calientan más que otros? Deberán responder que sí, dependiendo de la naturaleza de la materia que los compone. Así los metales tienen una alta conductividad térmica, no así la madera, el poliestireno y el papel, entre otros (Fig. 13). Para comprobarlo que coloquen agua caliente tanto en la lata como en el vaso de poliestireno. Introduzca ambos recipientes en otros recipientes más grandes con agua a temperatura ambiente (Fig. 14).

Figura 14. Materiales con diferente conductividad térmica.

Figura 13. La conducción del calor (conductividad térmica) dependerá del material del que está fabricado el objeto.

Luego de unos minutos, que toquen el agua en el recipiente de mayor tamaño, ¿Qué material permitió que el agua en el recipiente interno transmitiese energía al exterior? El agua caliente en la lata calentará el agua en el recipiente exterior en virtud de que los metales poseen una alta conductividad térmica. El vaso de poliestireno no permitirá que el agua transmita energía calórica al exterior, porque posee baja conductividad térmica. Solicíteles que elaboren una lista de materiales con alta conductividad térmica y otra con los materiales de baja conductividad térmica que recuerden. Así, de concluyan que la conductividad no depende del tamaño ni de la cantidad de material que se mide.

Actividad 6 (Tiempo aproximado: 45 minutos) En esta actividad se determinará la capacidad de flotación de algunos materiales. Esta propiedad está íntimamente relacionada con la densidad de los objetos, la cual estudiaremos en otra lección. En esta actividad sentaremos las bases para relacionar la capacidad de flotar con el material del cual está compuesto el objeto. Obviaremos por ahora la importancia del área en la capacidad de flotación de un cuerpos. Solamente nos enfocaremos en la naturaleza del material. Por ejemplo, las hojas de los árboles flotan en el río o en una laguna, las piedras se hunden, etc. Pregúnteles: ¿Porqué creen que algunos materiales flotan y otros se hunden en el agua? Utilizaremos objetos de diversos materiales. Por ejemplo: clavos o alfileres, bolas de vidrio de diferente tamaño, llaves metálicas, trozos de madera de varios tamaños, corchos, fósforos usados, cuchara de metal, etc. Para iniciar coloque sobre la mesa de trabajo todos los objetos para que los observen y clasifiquen cuáles de ellos flotan, cuáles se hunden y por qué creen que sucede eso. Motive un intercambio de ideas entre todos sus estudiantes. En la pizarra anote las predicciones realizadas por sus estudiantes; por ejemplo, en una tabla como la siguiente: Objeto Canica de vidrio

Flota

Se hunde

Explicación

Comprobación Si

Palito de fósforo Llave Cuchara Corcho, etc.

Una vez terminado el cuadro, pídales que pongan a prueba sus predicciones. Para esto coloque los objetos uno a uno en un recipiente con agua. Lleve cada objeto hasta el fondo, suéltelo y que observen lo que sucede. Puede suceder que el objeto quede en el fondo, suba hasta la superficie o quede en un nivel intermedio. En este último caso, también puede decirse que flota. Solicíteles que en su cuaderno dibujen el cuadro con las predicciones y las observaciones; que conversen entre ellos y luego efectúen una puesta en común con el resto de la clase sobre las ideas en las que han coincidido, que observaban y lo que sucedió. Es importante que relacionen el tipo de material con la capacidad de flotar. Posiblemente tengan algunos prejuicios sobre el tamaño. Pensar que los objetos grandes se hunden no importa de qué material estén hechos. Pregúnteles: ¿Todas las cosas pesadas o grandes se hundieron? ¿Todas las cosas pequeñas flotaron? Puede tomar como ejemplo un trozo de madera grande y un clavo peueño. Al observar que la madera flota y el clavo se hunde deben concluir que la flotación de un objeto depende del material que está hecho. Pregunte a sus estudiantes: ¿Qué sucedió con los objetos de metal? ¿Qué sucedió con los objetos de madera? ¿Qué sucedió con los objetos de vidrio? Luego, que los clasifiquen en objetos que flotan y no flotan, y que lo relacionen con el tipo de material del cual están compuestos.

ACTIVIDAD INTEGRADORA Integración con… Historia Nuestros antepasados indígenas ya tenían el conocimiento de ciertos tipos de materiales que podían flotar en el agua. Es por esto que como medio de transporte utilizaban “canoas” construidas de troncos de diversos árboles (Fig. 15). Esto ayudó mucho para mantener diferentes grupos de población en constante comunicación e intercambio comercial de diversos productos. En esta actividad pídales, que elaboren modelos pequeños de canoas usando diversos materiales y que investiguen que material había disponible en ese tiempo para su fabricación. Deberán buscar modelos de canoas en varias fuentes de información como libros, enciclopedias, internet o realizando entrevistas a docentes y a sus padres. Especifíqueles que lo importante de esta actividad es que la canoa “flote”, y para esto puede llevar un recipiente con agua y probar los modelos.

Figura 15. Nuestros antepasados conocían los materiales que flotan, por eso construían las canoas de madera.

REFERENCIAS 1. Chang, R. [2006] Conceptos Esenciales de Química General. 4ª Edición. Editorial Mc-Graw Hill. 2. Romero, A. [s.f.] Propiedades de la materia. Proyecto Interactivo de Educación. Extraído en julio de 2010 desde http://personal1.iddeo.es/romeroa/materia/ 3. Rivera, J. [s.f.] Propiedades de la materia. Grupo Escolar. Argentina. Extraído en julio de 2010 desde http://www.escolar.com/cnat/02prop.htm 4. Aguilar y Cano [s.f.] La materia. IES, Junta de Andalucía. Extraído en julio de 2010 desde http://www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/mat/mat2.htm

¡Veamos qué hemos aprendido! A continuación se presenta una colección de figuras de objetos numerados. Indique el número del objeto que corresponde a la característica enunciada:

Caracterìsticas Objetos con brillo Líquidos Gases Al aumentar la temperatura se hacen líquidos Al introducir en agua caliente, ¿cuál se calienta más, C ó G? Dos objetos que flotan en agua Dos objetos que se hunden en agua No tiene color

Especificación

Lección 2

5 HORAS CLASE APROXIMADAMENTE

Materiales sólidos OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Identificar las propiedades de la materia en estado sólido. 2. Identificar los sólidos como cristalinos y amorfos.

HABILIDADES Y DESTREZAS CIENTÍFICAS 1. Diferencia el estado sólido de los otros estados de la materia. 2. Describe las características del estado sólido. 3. Diferencia los sólidos por su apariencia en sólidos cristalinos y amorfos.

TEMAS Y SUBTEMAS 1. Propiedades de los sólidos 2. Tipos de sólidos

DESCRIPCIÓN Decimos que la materia se encuentra en estado sólido cuando posee un volumen y forma definida. En este estado, las partículas que componen los sólidos poseen grandes fuerzas de atracción manteniéndose muy unidas y en un orden y arreglo definido en el espacio. Es difícil tratar de unir más estas partículas, por eso se dice que los sólidos no pueden ser comprimidos. Muchos sólidos existen en forma de cristales, como la sal de mesa, azúcar, grafito, cuarzo, etc., mientras que, otros como la arcilla, no poseen una estructura particular y se dice que son amorfos. En esta lección estudiaremos algunas características particulares del estado sólido de la materia. Figura 1. El cuarzo es un sólido cristalino.

CONCEPTOS CLAVES Sólidos: Estos se caracterizan por poser una forma y un volumen definido debido a que las partículas que los componen se encuentran unidas por medio de unas fuerzas de atracción grandes, de manera que ocupan posiciones casi fijas. Propiedades de los sólidos: Elasticidad, fragilidad, forma, dureza, volumen definido, flotación, densidad, entre otros. Sólido cristalino: Es aquel que posee una estructura periódica y ordenada. Como consecuencia tiene una forma que no cambia, excepto por la acción de fuerzas externas (Fig. 3).

¿Qué debería usted saber sobre el tema? Sólidos Desde que los humanos comenzaron a tener interés en el mundo que los rodeaba, indagaron sobre la apariencia y la composición de los objetos y materiales que encontraban. Posteriormente experimentaron con diversos materiales para descubrir cómo podrían ser usados; por ejemplo, al estudiar la historia nos encontramos con nombres como la Era de Piedra, la Era de Bronce y la Era del Hierro, indicándonos la importancia de los materiales sólidos en el desarrollo de las civilizaciones. Nuestros antepasados indígenas también experimentaban con diversos materiales sólidos en la construcción de sus pirámides, viviendas y monumentos. Los arqueólogos continúan descubriendo el uso de diversos materiales para la construcción y el decorado en la diversidad de estructuras que edificaron. Las gemas y las piedras fueron utilizadas para el arte y el adorno; la madera y el barro para la fabricación de utensilios y viviendas. Descubrieron que el barro puede ser endurecido al calentarlo y de esta manera fabricar vasijas (Fig. 2). Diversas fibras vegetales fueron utilizadas para fabricar textiles, papel y otros objetos.

Figura 2. Nuestros antepasados utilizaban diversos materiales como el barro, el jade, la piedra y la obsidiana para crear objetos. Figura 3. El mentol es un compuesto orgánico extraído de la planta de menta. En estado puro es un sólido cristalino a temperatura ambiente.

Sólido amorfo: Las partículas que lo conforman carecen de una estructura ordenada.

En lecciones anteriores estudiamos que la materia está conformada de partículas agregadas en la forma de sólidos, líquidos y gases. El estado en el que se encuentre la materia dependerá del arreglo entre las partículas que la componen. Así, encontramos que los sólidos tienen una forma y volumen definidos. Las partículas en un sólido están empaquetadas muy cerca unas de otras, y aunque las partículas de un sólido están en movimiento, se encuentran tan cerca que no parece que exista movimiento aparente. Un cubo de hielo, la mesa, el piso, una barra de metal, el papel, la mochila, son ejemplos de sólidos.

Los diferentes tipos de materiales, según estudiamos en lecciones pasadas, poseen diferentes propiedades; por ejemplo, ebullen y se derriten a diferentes temperaturas, pueden ser de diferente color u olor; algunos pueden estirarse sin romperse; otros se rompen fácilmente. Estas y otras propiedades nos ayudan a distinguir un tipo de materia de otro y a escoger qué tipo de material elegir para un uso específico. Propiedades de los sólidos • Dureza: Esta es la medida de la resistencia de un sólido a ser deformado y rayado. Los geólogos en determinadas ocasiones clasifican las rocas basados en la dureza (Fig. 4). • Elasticidad: Cuando halamos una banda de hule ésta cambia su forma; pero cuando la soltamos, regresa a su estado original. La elasticidad es la medida de la habilidad de un sólido a ser estirado y luego retornar a su forma original. También concede a los objetos la habilidad de rebotar y resistir impactos sin romperse. • Fragilidad: Es la medida de la tendencia de un material para romperse por un impacto. La fragilidad es considerada una propiedad peligrosa; por ejemplo, el rompimiento de un vidrio puede causar heridas Figura 4. El diamante es el graves (Fig. 5). El vidrio a prueba de rompimiento fue descubierto por material natural más duro accidente en 1903, por un químico francés llamado Eduard Benedicconocido. tus. Al caérsele un frasco notó para su sorpresa que no se rompió, permaneciendo intacto. Este frasco había sido usado para guardar un químico denominado nitrato de celulosa. Aunque el compuesto químico ya se había evaporado, había deja do una pequeña capa adentro del frasco, lo que protegió al frasco de su rompimiento. Figura 5. El vidrio es un material frágil, pero a la vez duro.

• Maleabilidad: Es la medida de la habilidad de un sólido para ser estirado en capas muy delgadas; por ejemplo, el aluminio y el oro son metales muy maleables. • Tensión: Es la medida de cuánto un material puede ser halado o tensionado antes de que se rompa. Es una propiedad muy importante de las fibras, ya que determina la fuerza de cuerdas y telas, así como para elegir el material de los cables que soportan a los puentes (Fig. 6).

Figura 6. Ejemplos de materiales que pueden ser tensionados.

• Expansión térmica: Significa “aumento del tamaño al calentar”, varias sustancias se expanden (aumentan de tamaño) cuando se eleva la temperatura y se contraen (disminuyen en tamaño)

cuando la temperatura es baja (por ejemplo, los metales, el cemento en las paredes, etc.). Tipos de sólidos De acuerdo con su estructura interna, los sólidos pueden clasificarse en dos tipos: cristalinos y amorfos. En los sólidos cristalinos, las partículas están arregladas en un patrón regular, periódico y repetido (Fig. 3 y 7). Este arreglo semeja una pared de ladrillos, y como ejemplos de sólidos cristalinos tenemos al diamante, el cuarzo, la sal de mesa, el azúcar, los metales, el yodo, etc. (Fig. 8). Figura 7. Estructura de la sal (cloruro de sodio, NaCl).

Figura 8. Ejemplos de sólidos cristalinos: A. sal, B. azúcar y D. metal.

En los sólidos amorfos las partículas se encuentran desordenadas, semejantes a los líquidos (Fig. 9); sin embargo, la rigidez y la cohesión les permite tener una forma definida. El ejemplo más característico de un sólido amorfo es el vidrio. Otros ejemplos son los plásticos, la madera, el papel, la cera, etc. (Fig. 10).

Figura 9. Estructura del vidrio, en la cual sus partículas no poseen un patrón regular.

Figura 10. Ejemplos de sólidos amorfos: A. cera, B. plásticos y C. obsidiana.

DESARROLLO DE LA LECCIÓN 1. Estado sólido Materiales: • Objetos esféricos: cuentas de collar o semillas • Pegamento • Vaso de papel o plástico desechable

Actividad 1 (Tiempo aproximado: 45 minutos) Con esta actividad se estudiará el arreglo de las partículas que conforman los materiales sólidos para poder explicar y entender sus propiedades. Solicíteles a sus estudiantes un día antes de la clase que lleven cuentas plásticas u otros objetos esféricos como semillas, botones, canicas (Fig. 11), pegamento (transparente o blanco) y un vaso plástico desechable o papel. Con estos materiales se realizará un modelo del arreglo de las partículas en un material sólido. Trabajarán en grupos de tres integrantes. Oriéntelos a que adicionen pegamento a las esferas y las vayan colocando en el recipiente (vaso plástico o papel desechable) hasta que el contenido alcance la mitad del vaso aproximadamente. Indíqueles que trabajen con orden, cuidado y limpieza. Explíqueles que las partículas de los materiales sólidos se empaquetan de la misma manera en que las esferas se están empaquetando; es decir, se compactan, optimizando el espacio entre ellas (Fig. 12).

Figura 12. Modelaje del arreglo de las partículas de los sólidos. Figura 11. Objetos esféricos.

Ahora, deberán dejar secar el pegamento de los modelos hasta la próxima clase. Seguidamente explíqueles que los sólidos están constituidos por partículas muy unidas entre sí y con un alto grado de orden.

Figura 13. Las grietas en las paredes se deben a la expansión térmica de los sólidos.

Enuméreles las propiedades de los sólidos: la dureza, la fragilidad, la expansión térmica (puede darles como ejemplo el que varias grietas en las paredes de sus casas se deben a la expansión por el calor del cemento) (Fig. 13), la elasticidad, la maleabilidad y la tensión de fuerza. Explíqueles las propiedades una a una, citando ejemplos de materiales cotidianos. Los estudiantes deberán anotar estas propiedades en su cuaderno bajo el título de “Materiales Sólidos”.

2. Propiedades de los sólidos Actividad 2 (Tiempo aproximado: 25 minutos) Usarán los modelos fabricados en la Actividad 1. Solicíteles que extraigan las esferas compactadas de los recipientes, o si tienen problemas para extraerlos, déjelos en los recipientes. El grupo compacto de esferas semejan las partículas de los materiales sólidos; por ello, los estudiantes deberán sentir su grado de compactación y observarán con detenimiento su arreglo (Fig. 14). Explíqueles que todos los materiales sólidos a su alrededor poseen un arreglo semejante (aunque no igual) a su modelo. Este arreglo no permite que los sólidos se compriman. Pídales que muevan el grupo compacto y que concluyan que su forma se mantiene a pesar del movimiento. Pasarán el sistema de una mano a otra y lo colocarán en diferentes formas. Además, dibujarán su modelo desde varias perspectivas en su cuaderno, junto con la conclusión de que la forma se mantiene, la cual es una característica de los sólidos, es decir, poseen forma definida.

Figura 14. Modelos del arreglo de partículas en los materiales sólidos.

Actividad 3 (Tiempo aproximado: 20 minutos) En esta actividad se estudiará y experimentará otra propiedad de los materiales sólidos: su volumen. Lleve al salón de clases varios objetos pesados de distinta forma y tamaño. Por ejemplo: piedras, monedas, un anillo, una cuchara, entre otros. Coloque un recipiente con agua y marque el nivel del agua. Luego, uno a uno introducirá los objetos y los estudiantes deberán observar cómo el nivel de agua aumenta. Pregúnteles: ¿Cómo explican ellos el fenómeno? ¿Por qué el agua sube de nivel? ¿Por qué el agua no entra dentro del material? ¿Será que las partículas del sólido tienen un volumen definido y por eso desplazan a las partículas del agua? ¿Estará el fenómeno relacionado con el hecho de que los sólidos son compactos? ¿El volumen de agua desplazado es equivalente al volumen del sólido? Pídales que dibujen en su cuaderno el experimento, bajo el título: “Los sólidos poseen un volumen definido” (Fig. 15 y 16).

Figura 16. Los sólidos poseen volumen. El volumen de los sólidos sin forma geomética definida se mide por desplazamiento de líquidos.

Figura 15. Experimento: “Los sólidos poseen un volumen definido”.

Actividad 4 (Tiempo aproximado: 45 minutos) En esta actividad observarán y experimentarán con las propiedades características del estado sólido. Lleve a la clase y presente a los estudiantes los materiales que aparecen en el listado siguiente (Tabla 1), mostrándoles cada uno de los objetos. Haga una tabla en la pizarra para que los estudiantes la copien en su cuaderno. Tabla 1. Propiedades características del estado sólido. Objeto Propiedad

Tela

Tronco

Tornillo

Vidrio

Alambre Parafina

Banda de hule

Cilindro de plástico

Dureza Elasticidad

Transparencia Fragilidad Tensión de fuerza

Sí

Maleabilidad

Repase cada una de las propiedades escritas en la tabla y para cada objeto escriba las propiedades que le apliquen con un “Sí”. Antes de hacer las pruebas, permita que sus estudiantes predigan el resultado. Realice pruebas para cada material. Por ejemplo, para probar la tensión de fuerza en la muestra de tela, estírelo como intentando romperlo. Como este material posee la característica de la tensión de fuerza, marque con un Sí, la casilla correspondiente, y con un No la casilla correspondiente a elasticidad, ya que no es elástico. La dureza se prueba rayando el material: si quedan marcas no es duro. Para probar la elasticidad estire los materiales a ver si aumentan de volumen y regresan a su estado original. La transparencia se determina al observar si el material deja pasar la luz o no. Los materiales opacos no dejan pasar la luz. Deje caer los objetos para determinar si son frágiles. Estírelos para determinar la tensión, y para probar la maleabilidad, golpee con un martillo para notar si se expanden en láminas (solo lo harán el alambre y el tornillo). 3. Tipos de sólidos Actividad 5 (Tiempo aproximado: 45 minutos) En esta actividad conocerán los dos tipos de sólidos: los cristalinos y los amorfos. Dibuje en la pizarra los modelos de partículas correspondientes a cada tipo y explíqueles sus características con respecto al orden de sus partículas. Lleve al salón de clases una cantidad de sal de mesa (cloruro de sodio, NaCl) y azúcar. En un plato pequeño permita que sus estudiantes traten de observar los cristales de sal y de azúcar. Procure que la sal y el azúcar no sean refinados, para que puedan observar cristales grandes.

Una mejor forma de observar los sólidos cristalinos es preparándolos previamente. Esto se hace disolviendo una gran cantidad de sal de Epson (sulfato de magnesio, MgSO4), el cual se adquiere en cualquier farmacia) en agua caliente hasta que ya no se disuelva más. Luego, deje reposar la solución por varios días sin moverla y notará que empezarán a formarse cristales con formas geométricas definidas (Fig. 17). Entre más tiempo deje la solución en reposo, más grandes serán los cristales. Decante el agua y seque los cristales para mostrárselos a sus estudiantes, indicándoles que observen su forma y comprueben su dureza; que dibujen los cristales bajo el título de “Sólidos cristalinos”.

Figura 17. Formación de cristales de sulfato de magnesio.

Liste otros ejemplos de sólidos cristalinos como el cuarzo, metales, etc. A modo de comparación muéstreles un pedazo de parafina (una vela) o un trozo de madera, indicándoles que éste es un sólido amorfo (no posee un arreglo de partículas muy definido) y que elaboren los esquemas del arreglo de partículas para ambos tipos de sólido. Además, solicíteles que clasifiquen los materiales utilizados en la Actividad 4, en sólidos cristalinos y amorfos. • Cristalinos: alambre y tornillo de metal. • Amorfos: tronco de madera, tela, tubo de plástico, pedazo de vidrio, parafina y banda de hule. ACTIVIDAD INTEGRADORA Integración con… Arte

CRISTALES DE SAL Y VINAGRE

Los cristales de sal en vinagre son fáciles de hacer. Como hemos aprendido en la Actividad 5, existe un tipo de sólidos, llamados sólidos cristalinos. En éstos, las partículas se organizan en un alto grado de ordenamiento formando estructuras con formas bien definidas. La sal de mesa (cloruro de sodio, NaCl) es un sólido cristalino. La sal que usamos en la cocina se encuentra finamente dividida, por eso se nos hace difícil observar su estructura cristalina. Para observar cristales más grandes de sal, haremos la siguiente actividad: Materiales: • 1 taza de agua caliente • ¼ taza de sal • 2 cucharadas de vinagre

• Colorante vegetal (para cocina, opcional) • 1 esponja pequeña • 1 plato pequeño

Procedimiento: 1. Mezcle el agua caliente, la sal y el vinagre. 2. Coloque la esponja en el plato y vierta la mezcla sobre la esponja empapándola (si se desean tener cristales con color, vierta el colorante sobre la esponja antes de empaparla con la mezcla). 3. Guarde el resto de la solución. 4. Coloque el plato con la esponja en el Sol o en un área caliente. Se comenzarán a observar los cristales a medida transcurran las horas o los días dependiendo de la temperatura. Añada más solución de sal y vinagre a medida que el líquido se evapore. Con esta práctica se reforzará el concepto de los materiales sólidos, en este caso de los sólidos cristalinos. Al observar los cristales, los estudiantesvisualizarán más claramente el grado de ordenamiento que caracteriza a los sólidos (Fig. 18).

Figura. 18. Cristales formados con sal y vinagre.

REFERENCIAS 1. Atkins, P., Jones, L. [2004] Química, moléculas, materia y cambio. Ediciones Omega. 2. Proyecto Codelco Educa [s.f.] Materiales Sólidos. Extraído en julio de 2010 desde http://www. codelcoeduca.cl/minisitios/docentes/pdf/naturales/2_naturales_NM1.pdf 3. Petrucci, R. [2007] Química General. 8ª Edición. Editorial Longman-Peason. 4. Reboiras, M. [2005] Química: La Ciencia Básica. Ediciones Paraninfo S.A. 5. Sánchez, A. [s.f.] Estructuras cristalinas. Academia de Ciencias Galilei. Disponible en la web en: [http://www.acienciasgalilei.com/qui/pdf-qui/estruct_cubica.pdf] consultado [7/2010].

¡Veamos qué hemos aprendido! 1. Señala el modelo que mejor representa el arreglo de partículas en los materiales sólidos:

2. Subraya la respuesta correcta: 2.1 ¿Cómo se comportan las partículas en los materiales sólidos? a. Se mueven unas hacia otras. b. Se mueven rápido. c. No se mueven, pero vibran un poco. 2.2. ¿Cómo están las partículas en los materiales sólidos? a. Fuertemente unidas. b. Unidas, pero no muy fuerte. c. Separadas. 2.3. ¿Qué forma adoptan las partículas en los sólidos en general? a. Adoptan formas fijas. b. Adoptan la forma del recipiente. c. No tiene forma fija.

Lección 3

El Movimiento de los Cuerpos

3 HORAS CLASE APROXIMADAMENTE

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Identificar algunos tipos de movimiento: rectilíneo, circular, oscilatorio y parabólico 2. Interpretar cualitativamente las fuerzas involucradas en los fenómenos naturales relacionados con el movimiento de los cuerpos. HABILIDADES Y DESTREZAS CIENTÍFICAS 1. Identifica los movimientos de los cuerpos que le rodean. 2. Comprende las causas del movimiento. 3. Descubre la fuerza de fricción en la práctica. TEMAS Y SUBTEMAS 1. Tipos de movimientos 2. Las fuerzas de Newton

Figura 1. El atletismo es un ejemplo del conocimiento empírico de las leyes de la dinámica newtoniana.

DESCRIPCIÓN En la naturaleza se notan diferentes tipos de movimientos y para estudiarlos se determina un espacio geométrico con la finalidad de describir las diversas características de las trayectorias: rectilíneos, circulares, oscilatorios, parabólicos y ondulares. En esta lección se desarrolla la capacidad del estudiante para identificar distintos tipos de movimientos como también las causas de estos mediante una breve introducción a las leyes de Newton.

¿Qué debería saber usted del tema? CONCEPTOS CLAVES Movimiento: Es un fenómeno físico que implica el cambio de posición de un cuerpo que está inmerso en un conjunto o sistema.

Tipos de movimientos Si observamos nuestro alrededor podemos percibir los diferentes movimientos que tienen los objetos. Por ejemplo, al observar un reloj análogo: ¿Cuál es el movimiento de sus agujas? Es un movimiento circular dado que gira alrededor de un eje; es repetitivo por lo que se denomina periódico u oscilante, en un tiempo determinado regresa al punto de partida.

Movimiento parabólico: Es realizado por un objeto cuya trayectoria describe una parábola (Fig. 3).

Al caminar por el parque se observa un columpio: ¿Cuál es el movimiento que describe este columpio? Un tipo de movimiento curvo y oscila alrededor de un punto de equilibrio o reposo, es decir un punto donde las fuerzas son nulas (Fig. 2). También, en el mismo parque se pueden observar movimientos complejos, tal como el de un balón, ¿cuál es el movimiento que describe? Este tiene múltiples combinaciones de movimientos, que pueden ser movimientos curvos, lineales, parabólicos o una combinación Figura 3. Tiro parabólico. de estos movimientos, por ejemplo, el culebreo hecho Movimiento circular: por la destreza atlética del Es el que se basa en un eje futbolista salvadoreño Jorde giro y radio constante, por ge “El Mágico” González. Figura 2. Movimiento pendular. lo cual la trayectoria es una circunferencia (Fig. 4). Estos ejemplos de movimientos se agrupan en el llamado movimiento mecánico. Este es la forma más simple de movimiento que existe en la naturaleza. Las leyes del movimiento mecánico son estudiadas por la física, en específico por la Mecánica Clásica. Figura 4. Las ruedas cuando rotan efectúan un movimiento circular.

Para poder estudiar la mecánica es necesario definir lo que se entiende como cuerpo. Cuerpo rígido o sólido invariable es aquel cuyas deformaciones se pueden despreciar en las condiciones de un problema dado, un ejemplo de esto es el balón. Cada vez que este es pateado existe una deformación en su figura dado las fuerzas ejercidas sobre él, pero esto es insignificantemente variable por lo que se considera rígido.

Movimiento oscilatorio: Es un movimiento en torno a una posición de equilibrio estable. Distancia: Longitud de la trayectoria recorrida por un cuerpo. Desplazamiento: Es el cambio de posición de un cuerpo.

xi y xf = desplazamiento inicial y final. Rapidez: La razón de la distancia que se recorre en un período determinado de tiempo. Velocidad: Es el desplazamiento recorrido en un lapso de tiempo determinado .

ti y tf = tiempo inicial y final.

Al estudiar el movimiento se cuantifica, es decir, se miden ciertas variables de los fenómenos observados. Para esto es necesario establecer sistemas o puntos de referencias. Es decir, un lugar desde donde se establecerán todos los parámetros de medición. Las variables más comunes son la distancia, el desplazamiento, (se diferencian en que la primera sólo es una cantidad, mientras que la segunda posee además de cantidad, una dirección), la rapidez y la velocidad, entre otros. Las tres partes principales del estudio de la mecánica son: • Estática: Estudia las leyes de la composición de las fuerzas y las condiciones de equilibrio de los cuerpos. • Cinemática: Es la descripción matemática de todos los tipos posibles de movimientos sin relacionar sus causas. • Dinámica: Analiza la influencia de las interacciones entre los cuerpos sobre su movimiento mecánico. Dinámica de la mecánica La dinámica de la mecánica permite profundizar sobre los tipos de movimientos de los cuerpos y responder esta pregunta: ¿Qué causa el movimiento de los cuerpos? Si se coloca un pupitre enfrente de la clase y un estudiante lo mueve, ¿Cómo el estudiante movió el pupitre? El estudiante tuvo que halarlo o empujarlo. Este vocabulario indica que una fuerza fue ejercida. ¿Qué tipo de movimiento se ejerció sobre el pupitre? Depende de la dirección en que se aplicó la fuerza, lo más lógico y usual es que fuera un trayecto lineal. Leyes del movimiento mecánico: • Primera ley: Ley de la inercia. Esta específica que debe ejercer una fuerza externa para generar un movimiento. Por ejemplo, al empujar una caja (Fig. 5A). • Segunda ley: La aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre el cuerpo. Esto significa que cada vez que se experimenta una fuerza externa sobre un cuerpo éste sufre un cambio de velocidad. Un ejemplo de esto es un movimiento donde se transmite la fuerza ejercida por una esfera en la Figura 5B. • Tercera ley: Acción-Reacción. Se refiere a la interacción de dos cuerpos. Por ejemplo, en la Figura 5C, la fuerza realizadapor el cuerpo 1 sobre el cuerpo 2 es igual a la magnitud de la fuerza aplicada del cuerpo 2 sobre el cuerpo 1. Es decir, que

Fuerza: Es la acción realizada sobre un cuerpo que puede cambiar su estado de reposo, forma o movimiento.

al ejercer una acción de fuerza sobre un cuerpo éste reacciona con una fuerza igual y en dirección opuesta a la fuerza ejercida. Por ejemplo, una caja sobre una mesa se encuentra en equilibrio porque la fuerza del peso de la caja es igual a la fuerza que ejerce la mesa sobre la caja (Fig. 5C).

Fuerza de gravedad: Es la fuerza de atracción mutua que se establece entre las partículas de la materia. En el caso de cuerpos que se ubican en la superficie terrestre, la fuerza de gravedad es la fuerza con la que la Tierra los atrae hacia ella. Fuerza de fricción: Es una fuerza que se opone al movimiento, y es debido al rozamiento e interacción entre los cuerpos.

Figura 5. Leyes de Newton: A. Ley de la inercia, B. Ley de fuerza y C. Ley de acción –reacción.

Por lo tanto, se concluye que los cuerpos se mueven por las fuerzas que se ejercen sobre ellos; así, las características y variables de esos movimientos son la velocidad y el desplazamiento, entre otros. Otro ejemplo de fuerza es la gravedad que hala cuerpos hacia el centro de la Tierra, la que hace que los objetos caigan al suelo al soltarlos. La gravedad es la que permite a los humanos caminar y hacer diversas actividades sobre el suelo. En resumen, todo estos ejemplos explican las leyes de Newton. Estas son las leyes que describen las diferentes aplicaciones de fuerzas mecánicas y lo que se nombra dinámica de la mecánica. La primera ley de Newton dice que un cuerpo u objeto conserva su estado de reposo o de movimiento rectilíneo y uniforme mientras la acción de otros cuerpos no le obligue a salir de dicho estado. Aquí se manifiesta la propiedad dinámica llamada inercia. La dirección de las fuerzas aplicadas a los cuerpos dirigen las trayectorias de los cuerpos, por ejemplo, cuando se mece a alguien en un columpio.

Isaac Newton (1642 -1727)

Usualmente lo que empujamos se desplaza en la dirección del empuje; por ejemplo, al llevar un maletín de rodos, lo halamos proporcionando la dirección donde nos desplazamos.

Newton expone las leyes del movimiento mecánico en su libro denominado “Principios Matemáticos de la Filosofía Natural”. La historia del descubrimiento de la ley de la gravitación por la manzana que le cae en la cabeza no es correcta. Descubrió esta ley mediante la observación de la órbita lunar. Se preguntaba: ¿Por qué la luna orbitaba y no hacía un recorrido linear? Por medio de la información astronómica de la distancia lunar de la Tierra, que es ≈ 60 veces el radio terrestre, calculó la fuerza gravitatoria de la Tierra hacia la Luna. Varios años despues llegó a la deducción de la ecuación:

Figura 6. Isaac Newton.

Además, existen fuerzas que tienden a oponerse al movimiento. La naturaleza prefiere los estados de reposo o con velocidad constante porque son sus estados de mínima acción, es decir, sus estados más estables energéticamente hablando. Un ejemplo de esto es la fuerza de fricción. Al deslizarse un niño por un tobogán de cemento, el niño se deslizará lento en comparación a como lo haría al deslizarse por un tobogán de plástico liso; esto significa que el material es una variable fundamental en esta fuerza de reacción. Otro ejemplo donde se siente una fuerza de reacción es al mecerse en una hamaca; se ejerce una fuerza sobre la pared y la pared responde con una fuerza igual.

Donde F es la fuerza gravitacional; G es la constante universal de gravitación; m1 y m2 las masas de los cuerpos y r es la distancia que los separa.

DESARROLLO DE LA LECCIÓN 1. Tipos de movimientos (Tiempo aproximado: 15 minutos) Esta actividad tiene el propósito de que el estudiante observe y analice las diferentes maneras en que los objetos se mueven. Se sugiere llevar unas imágenes de objetos u objetos concretos, como los capiruchos (Fig. 7A) o el yo-yo (Fig. 7B) para introducir la actividad y así familiarizarse con el vocabulario sobre los tipos de movimiento.

Figura 7. A. El capirucho y B. el yo-yo.

Procedimiento: 1. Pega las imágenes de los diferentes objetos en la pizarra o los objetos reales. Preguntar: ¿Se mueve este objeto? ¿Cómo realiza su movimiento y cuál es el nombre de ese movimiento? Explíqueles los tipos de movimientos descritos anteriormente 2. Solicíteles que observen a su alrededor y en su cuaderno deberán describir cómo se mueven cinco objetos tratando de abarcar los tipos de movimientos. 2. Trayectoria recorrida en una cantidad de tiempo (Tiempo aproximado: 15 minutos) Esta actividad se realizará con la finalidad de medir qué tan rápido o lento viajan ciertos animales, midiendo la trayectoria recorrida en una determinada cantidad de tiempo. Formar grupos de 3 ó 4 estudiantes y repartirles una regla para comparar las distancias recorridas. Procedimiento: 1. Relata el siguiente cuento: Un día se hallaban discutiendo un caracol, una tortuga y un gusano, ya que cada uno de ellos se creía el más rápido para desplazarse. Para comprobar quién era más rápido, decidieron competir. El gusano dijo que “él había recorrido 20 cm en 5 segundos”, el caracol dijo que “él había recorrido 20 cm en 10 segundos” y la tortuga, que “había recorrido 20 cm en 2 segundos”. Responde: ¿Quién es el más rápido? Nota: Anotar en la pizarra los datos de rapidez. 2. Permita que los estudiantes discutan sus ideas y argumenten. Proponga usar sus reglas para poder comparar las distancias y que anoten observaciones y procesos en sus cuadernos. Preguntar: ¿Será suficiente solo conocer las distancias? ¿Qué más hay que tomar en cuenta? 3. Asumiendo que todos mantienen una rapidez constante y tomando el de mayor tiempo como el de referencia (el caracol), proyectamos la distancia que recorrería el gusano en 10 segundos; luego, la distancia que la tortuga recorrería en 10 segundos. Preguntar: ¿Quién recorrió más

distancia en los 10 segundos? ¿Quién es el más rápido? ¿Quién es el segundo más rápido? ¿Quién es último? Enfatizar: Cada movimiento tiene una determinada rapidez, es decir, qué tan rápido o lento se mueve un objeto. Por ejemplo, un autobús supera la rapidez de una bicicleta, como también la rapidez de un caballo es mayor comparada con la de una vaca. 3. Descubriendo la fuerza de fricción (Tiempo aproximado: 20 minutos) Esta actividad persigue descubrir la fuerza de fricción a través de la manipulación de máquinas simples y desarrollo motriz. Formar grupos de 3 estudiantes y repartirles los materiales que utilizarán. Materiales: • 2 platos • 1 botella de aceite de cocina • 2 palillos chinos • Gelatina cortada en trozos cúbicos Procedimiento: 1. Coloca los cubos de gelatina en un plato. Junto a él, coloca otro plato vacío. El objetivo es trasladar los cubos de gelatina al plato vacío en el menor tiempo posible, utilizando los palillos chinos.

Figura 8. Cubos de gelatina.

2. Un/a estudiante deberá tomar los palillos chinos y competirá contra otros estudiantes de los demás grupos. 3. Otro/a estudiante observará los tipos de movimientos que se generan al intentar trasladar la gelatina con los palillos y se escribirán en el cuaderno; luego intercambiarán puestos. Preguntar: ¿Por qué era tan difícil pasar los cubos de gelatina? Por la consistencia de la gelatina y la incomodidad de aplicar fuerzas con los palillos chinos. ¿Qué pasaría si le agregáramos aceite al plato con los cubos de gelatina? Permitir que discutan y luego ponerlo a prueba. ¿Por qué es más difícil con aceite en el plato? ¿Habrá fuerzas de fricción involucradas? ¿Porque el aceite genera menos fricción entre los palillos chinos y la gelatina?.

REFERENCIAS 1. Crowell, B. [2006] Conceptual Physics. Creative Commons Attribution-ShareAlike license. 2. Perelman, Y. [1972] Física Recreativa. Rusia: Editorial Mir Moscú. 3. Serway, R., Faughn, J. [2005] Physics. Estados Unidos: Holt Editorial. 4. Various authors [2005] Science. Estados Unidos: Holt Hartman Editorial. 5. Yavorski, B. [1985] Prontuario de Física. Rusia: Editorial Mir Moscú.

¡Veamos qué hemos aprendido! 1. Completa la tabla identificando el tipo de movimiento y las causas de cada caso: Observación

Tipo de movimiento

Causa

Lección 4

Moviendo objetos pesados

2 HORAS CLASE APROXIMADAMENTE

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Definir el concepto general de fuerza. 2. Representar gráficamente las fuerzas que actúan sobre un cuerpo: peso, tensión de una cuerda, normal, fricción y fuerza aplicada por una persona. 3. Explicar la ventaja de utilizar una máquina simple para levantar objetos pesados. HABILIDADES Y DESTREZAS CIENTÍFICAS 1. Identifica las fuerzas que actúan sobre un objeto. 2. Utiliza máquinas simples para mover objetos pesados. TEMAS Y SUBTEMAS 1. Fuerza mecánica 2. Máquinas simples

Figura 1. La polea es una máquina simple.

DESCRIPCIÓN El hombre ha vivido desde hace miles de años en sociedad. Movido por sus necesidades y su curiosidad, incrementó y profundizó su conocimiento del entorno. Ha inventado herramientas que le han permitido transformar o cambiar objetos materiales (elaboración de utensilios para la caza y la pesca, confección de vestimentas, adornos, defensa). Dichas herramientas reciben el nombre de máquinas. En la lección desarrollaremos en qué consisten las máquinas simples.

CONCEPTOS CLAVES Palanca: Es una máquina simple cuyo uso es para transmitir fuerza. Esta es una barra rígida con un punto de apoyo a la que se le aplica una fuerza; al girar sobre dicho punto se vencerá una resistencia. Polea: Es una máquina simple que se está formada de una rueda que gira en torno a un eje y un canal que rodea su circunferencia, por la que pasa una cuerda, cadena, correa o cable.

¿Qué debería saber usted del tema? Fuerza mecánica Se denomina fuerza a cualquier acción o una influencia capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo. Existen varios tipos de fuerzas: • Fuerza elástica: Esta fuerza la ejercen objetos como resortes o cuerdas elásticas (hule, por ejemplo), que reaccionan contra la fuerza deformadora para recuperar su forma original (Fig. 3).

Figura 3. Representación de un resorte que se deforma al aplicarle una fuerza F.

• Tensión: Esta es la fuerza que sufren las cuerdas (y en general todos los objetos) cuando se estiran al colocar pesos en sus extremos. Si la tensión es menor que la resistencia de la cuerda ésta no se romperá. Sin embargo, si la cuerda no es capaz de soportar tanta tensión, la cuerda sí se romperá y el peso pasará a ser una partícula sin ninguna ligadura (Fig. 4).

Figura 4. Fuerzas que actúan sobre un cuerpo que cuelga del techo. T representa la fuerza que ejerce la cuerda y P representa el peso del cuerpo.

• Peso: Es la fuerza que la gravedad ejerce sobre las partículas con masa en las proximidades de la Tierra (Fig. 4 y 5); su valor es igual a la masa por el valor de la aceleración de la gravedad. Figura 2. Máquinas simples.

Figura 5. Fuerzas ejercidas por un libro sobre una mesa: fuerza normal (Fnormal), peso (Fpeso).

• Normal: Se sabe que sobre las partículas siempre actúa la fuerza de la gravedad, con la que son atraídas hacia el centro de la Tierra; sabemos que los objetos no atraviesan el suelo, la mesa, etc. La fuerza que impide el movimiento de las partículas y objetos al centro del planeta por parte de otros objetos es la llamada fuerza normal (Fig. 5). • Fuerza de rozamiento: Las fuerzas de rozamiento aparecen cuando dos materiales se ponen en contacto y son las responsables de las fricciones y la resistencia a que dichas superficies se muevan mientras están en contacto (Fig. 6).

Figura 6. A. Representación de la fuerza de rozamiento o fricción. B. A nivel microscópico las superficies no son perfectamente lisas, debido a esto aparece la fricción.

La experiencia nos dice que estas fuerzas de rozamiento son proporcionales a la fuerza normal y que es característica de cada material. Cada material posee un diferente coeficiente de fricción ó rozamiento que los diferencia de otro material. Hay dos clases de coeficientes de rozamiento: 1. Estático: A aplicar cuando una superficie está sobre la otra y queremos empezar a moverla. 2. Dinámico: Presente cuando un material se mueve sobre otro. Estas fuerzas de rozamiento son disipativas, es decir, la energía se convierte en calor haciendo que los objetos pierdan su energía cinética y, por tanto, terminen en reposo. Máquinas simples Cuando se habla de máquinas imaginamos máquinas de colar café, las de ejercicios, industriales, etc. Las máquinas son mucho más complejas y las hay de todo tipo. En el concepto de máquinas se encuentran divisiones que se dan a partir de aplicaciones, y dentro de estas divisiones tenemos las máquinas simples. Las máquinas se conocen como un conjunto de mecanismos que son capaces de transformar una fuerza aplicada en otra saliente, modificando posteriormente la dirección o sentido, la magnitud de la fuerza, o combinación de ellas. Entre algunos ejemplos de

máquinas simples tenemos: • Rueda: Es la máquina simple más importante que se conoce. Desde que el hombre utilizó la rueda la tecnología avanzó rápidamente; podemos decir que a nuestro alrededor siempre está presente algún objeto a situación relacionado con la rueda (Fig. 7). • Palanca: Es una barra rígida que posee un punto de apoyo; a la misma se le aplica una fuerza que al girar sobre su punto de apoyo, vence a una resistencia (Fig. 8).

Figura 7. Aplicación de la rueda.

Figura 8. Partes de una palanca.

• Poleas: La polea sirve para elevar pesos a una cierta altura (Fig. 9). Consiste en una rueda por la que pasa una cuerda a la que en uno de sus extremos se fija una carga, que se eleva aplicando una fuerza al otro extremo. Su función es doble: puede disminuir una fuerza, aplicando una menor, o simplemente cambia la dirección de la fuerza. Si consta de más de una rueda, la polea amplifica la fuerza. Se usa, por ejemplo, para subir objetos a los edificios u obtener agua de los pozos. Las poleas pueden presentarse de varias maneras: 1. Polea fija: Sólo cambia la dirección de la fuerza. La polea está fija a una superficie. 2. Polea móvil: Se mueve junto con el peso, disminuye el esfuerzo al 50%. 3. Polea pasto, polipasto o aparejo: Formado por tres o más poleas en línea o en paralelo, se logra una disminución del esfuerzo igual al número de poleas que se usan.

Figura 9. Ejemplos de poleas: A. polea simple y B. polea pasto, polipasto o aparejo.

• Plano inclinado: Permite levantar una carga mediante una rampa o pendiente (Fig. 10 y 11). Esta máquina descompone la fuerza del peso en dos componentes: la normal (que soporta el

plano inclinado) y la paralela al plano (compensa la fuerza aplicada). De esta forma, el esfuerzo necesario para levantar la carga es menor y, dependiendo de la inclinación de la rampa, la ventaja mecánica es muy considerable.

Figura 10. Ejemplo de plano inclinado.

El plano inclinado se descubre por accidente ya que se halla en forma natural; el plano inclinado es básicamente un triángulo donde su utiliza la hipotenusa. La función principal del plano inclinado es levantar objetos por encima de la horizontal.

Figura 11. Fuerzas componentes del plano inclinado.

DESARROLLO DE LA LECCIÓN 1. Identificando fuerzas (Tiempo aproximado: 25 minutos) Esta actividad pretende que el estudiante logre identificar y entender las fuerzas que son aplicadas a un objeto, esto le servirá cuando en años posteriores se estudien las Leyes de Newton. Formar grupos de 3 ó 4 estudiantes y repartirles los materiales que necesitarán. Preguntar: ¿Por qué cuando se lanza una pelota sobre el piso llega a un punto en el que se detiene? ¿Al empujar un mueble muy pesado, has sentido cierta resistencia? Materiales: • 1 libro • 1 borrador para pizarra • 2 tachuelas • 2 cuerdas o hilo para costura

Con respecto a la Actividad 1 “Identificando fuerzas”, las fuerzas aplicadas en el libro, cuando se halla en reposo en el escritorio, son la normal y el peso (Fig. 5). Cuando el borrador es sujetado a través de dos cuerdas, actúan tres fuerzas que son la normal, el peso y la tensión (Fig. 6). Cuando se aplica la fuerza al borrador para que este se desplace sobre el piso, se detiene debido a la fuerza de rozamiento que existe entre el piso y el borrador, ya que la energía cinética que lleva el cuerpo es disipada en forma de calor.

Figura 12. Fuerzas que interviene al colgar un objeto.

Procedimiento: 1. Que coloquen un libro sobre el escritorio y lo dibujen. Representen las fuerzas que actúan sobre él (Fig. 5). 2. Desplacen el libro a otro punto del escritorio y que lo dibujen. En el dibujo deberán representar la fuerza que desplaza el libro y la fuerza de rozamiento (Fig. 6). 3. Coloquen 2 tachuelas en los extremos del borrador para pizarra y amarrarlo con dos cuerdas y levantarlo (Fig. 12). Dibujarlo en el cuaderno y representar todas las fuerzas que actúan sobre el borrador. 4. Colocar el borrador sobre el piso y aplicarle una fuerza que le permita desplazar el borrador (empujarlo y soltarlo). 2. Máquinas simples (Tiempo aproximado: 30 minutos) Con esta actividad se pretende que el estudiante comprenda la utilidad de usar máquinas simples en la vida cotidiana. Formar grupos de cuatro estudiantes. Preguntar: ¿Por qué se utiliza una rampa para subir objetos a un camión de carga? ¿Por qué se usa una polea para obtener agua de un pozo? ¿Cómo podrían levantar a un niño corpulento? Materiales: • 3 libros • 1 mochila con rodos y una sin rodos Procedimiento: 1. Un integrante del grupo cargará los libros en una mochila sobre su espalda y regresará al punto de partida utilizando una mochila con rodos. Preguntar: ¿En cuál de los casos fue más fácil trasladar los libros? ¿Qué tipo de máquina utilizaron? 2. Pídales que reflexionen cómo levantarían a un niño corpulento

Con respecto a la Actividad 2 “Máquinas simples”, los libros se trasladan con mayor facilidad utilizando la mochila con rodos, por la forma en que se distribuye la fuerza gracias al uso de la rueda. El sube y baja es un tipo de palanca adonde se necesita aplicar una pequeña fuerza para vencer la resistencia del objeto pesado y hace fácil levantar cualquier objeto. En la Actividad 3 de la “Palanca” los alumnos pueden usar una regla de madera o el palo de una escoba para tratar de levantar la caja y formar así una palanca. Igualmente, utilizando un plano inclinado (rampa) permitirá mover con facilidad la caja hasta el escritorio, asimismo, dependiendo del lugar se podrá utilizar una polea.

y que expliquen las razones de su decisión. Preguntar: ¿Un “sube y baja” sería útil para levantar al niño corpulento (Fig. 13)? ¿Cuándo se hace mayor esfuerzo para levantar al niño, al cargarlo o en un sube y baja? ¿Qué tipo de máquina simple es el sube y baja?

Figura 13. Un “sube y baja” del Parque Balboa en los Planes de Renderos.

3. La palanca (Tiempo aproximado: 30 minutos) Con esta actividad se pretende demostrar la factibilidad de una palanca para levantar cuerpos pesados y qué fuerzas actúan. Materiales: • 1 caja de cartón conteniendo libros u otro objeto pesado • 1 moneda Procedimiento: 1. Coloca una moneda debajo de la caja de cartón conteniendo libros u otro objeto para aumentar su peso. 2. Indica las fuerzas que actúan sobre la moneda. ¿Cuál de las máquinas estudiadas podría servir para levantar la caja y sacar la moneda? ¿Cómo moverías la caja desde el piso hacia la parte superior del escritorio? ¿Qué máquina simple se puede utilizar? ACTIVIDAD INTEGRADORA Integración con… Arte Las palancas se dividen en géneros, llamados órdenes o clases, dependiendo de la posición relativa de los puntos de aplicación de la potencia y de la resistencia con respecto al punto de apoyo. El principio de la palanca es válido indistintamente del tipo que se trate, pero el efecto y la forma de uso de cada uno cambian considerablemente (Fig. 14).

En las palancas de primera clase, el punto de apoyo se encuentra situado entre la potencia y la resistencia. Se caracteriza porque la potencia puede ser menor que la resistencia. Figura 14. Puntos de aplicación de la potencia y la resistencia.

Muestre a los estudiantes las siguientes figuras y que dibujen en su cuaderno la palanca utilizada en cada caso, indicando la potencia, la resistencia y el punto de apoyo. Máquina

Palanca

Remo

Destapador

Ssacando un clavo con un martillo

REFERENCIAS 1. Crowell, B. [2008] Conceptual Physics. Canadá. Creative Commons. 2. Muñoz, T. [1997] Introducción a la Física y a la Química. México DF. Limusa Noriega Editores. 3. Muriel, M. [1993] Physics Experiments for Children. Estados Unidos. Dover publications.

¡Veamos qué hemos aprendido! 1. Observa y dibuja con un lápiz de color una flecha, para indicar el sentido de la fuerza en los siguientes casos:

Lección 5

Trabajo, Energía Cinética y Potencial

4 HORAS CLASE APROXIMADAMENTE

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Explicar la relación entre trabajo y energía cinética de un sistema. 2. Identificar fenómenos donde hayan transformaciones de energía. HABILIDADES Y DESTREZAS CIENTÍFICAS 1. Distingue entre energía cinética y la energía potencial. 2. Identifica diferentes transformaciones de energía en la naturaleza. 3. Trabaja en equipo con sus compañeros y coopera para obtener mejores resultados en los experimentos. TEMAS Y SUBTEMAS 1. Trabajo 2. Energía cinética 3. Energía potencial 4. Teorema del trabajo y la energía 5. Conservación de la energía Figura 1. En el punto más alto del paso a desnivel “El Hermano Lejano” en San Salvador, la energía potencial es mayor.

DESCRIPCIÓN Las diversas actividades que hacemos como ir a clases, hacer tareas, construir una casa, etc., necesitan energía. Estas actividades se denominan trabajo, que es la capacidad de realizar una actividad. El trabajo es una forma de energía que se requiere para poder efectuar una actividad, como cuando se empuja una refrigeradora o corremos en una pista. Esta lección se enfoca en el estudio del trabajo y energía y su relación mediante el teorema del trabajo y la energía. También, se desarrolla el principio de conservación de la energía en sistemas.

¿Qué debería usted saber del tema? CONCEPTOS CLAVES Trabajo: Es el cambio de energía de un sistema que resulta de la acción de la fuerza aplicada que actúa a lo largo de una distancia dada. Es decir, es la capacidad de realizar una actividad. Fuerza: Es la acción o la influencia sobre un sistema físico que puede modificar su estado de movimiento.

Todo sistema físico tiene interacción con el medio permitiendo la trasferencia de energía de un sistema a otro. Esta energía se puede transferi como una acción realizada o como una actividad. Así, a la capacidad de realizar una actividad se le denomina trabajo. Trabajo Para lograr mover un objeto de un lugar a otro se necesita aplicar una fuerza. Por ejemplo: se aplica una fuerza cuando se lanza una pelota, se carga la compra del mercado, se levanta un par de pesas, al saltar cuerda, al tensar una cuerda o al saltar con la punta de los pies (Fig. 2).

Energía cinética (EC): Es la energía que se debe al movimiento de los cuerpos y es directamente proporcional a la masa del cuerpo y al cuadrado de su velocidad. Energía potencial (EP): Es la energía asociada a la posición de un cuerpo respecto a un sistema de referencia. Es directamente proporcional a la distancia y a la masa del cuerpo.

Figura. 2. Las actividades que realizan los estudiantes en las escuelas necesitan de energía en forma de trabajo.

A la capacidad de realizar una actividad se le denomina trabajo. Cuando la fuerza es constante y el movimiento es en línea recta podemos definir trabajo como: Trabajo(W) = Fuerza(F)* distancia(d) W = Fd Donde, F y d, es la magnitud de la fuerza y la distancia respectivamente. La expresión anterior se aplica sólo cuando la fuerza ejercida sobre un cuerpo es en la misma dirección del desplazamiento de este. Cuando movemos un bloque aplicándole una fuerza en cierta dirección estamos realizando trabajo (Fig. 3). Si

Teorema del trabajo y energía: Establece que el cambio de la energía cinética es igual al trabajo neto realizado por el objeto. Principio de conservación de la energía: Indica que la energía total de cualquier sistema aislado permanece constante aunque la energía puede ser cambiada de una forma a otra dentro del sistema. Es decir, la energía de un sistema aislado, no se crea ni se destruye, solamente se transforma.

se duplicase la distancia recorrida, el trabajo será mayor, pero si se mantiene la misma distancia y duplicamos la fuerza, el trabajo también será mayor; por lo tanto el trabajo realizado sobre un sistema depende de la fuerza aplicada y la distancia durante la cual se aplica dicha fuerza. La unidad de trabajo es el Joule (J), que es una unidad de energía, ya que el trabajo es igual a una diferencia en energía.

Figura 3. Si aplicamos una fuerza F a un cuerpo de masa m, éste se desplazará una distancia d. El trabajo realizado se denomina W. Si disminuimos la distancia d y mantenemos constante la fuerza F, el trabajo neto será menor, porque la energía necesaria para realizar el desplazamiento será menor. De igual manera, si aumentamos d, el trabajo aumentará.

Energía cinética (EC) Cuando aplicamos una fuerza y desplazamos un objeto estamos realizando trabajo. La energía asociada al movimiento de los cuerpos se denomina energía cinética (EC) y depende de la masa y velocidad con la que se mueve ese objeto. La energía cinética es proporcional a la velocidad con la que se mueve un cuerpo; por ejemplo, un automóvil que se desplaza rápidamente tiene mayor energía cinética que uno que se desplaza más lento. El automóvil que tiene mayor energía cinética estará gastando más energía. Matemáticamente, la energía cinética, se expresa como:

Teorema del trabajo y la energía Cuando un objeto está en movimiento y tiene un aumento repentino de velocidad, también su energía cinética se incrementa. Si la velocidad disminuye, su energía cinética también lo hace. Este cambio se debe al trabajo efectuado sobre el objeto (Fig. 3). Entonces se puede decir que: w = Δ EC

¿Sabías que… Albert Einstein es considerado uno de los científicos más importantes del siglo XX. Fue un físico judío que nació en Ulm, Alemania en 1879. Luego, adquirió las nacionalidades suiza y estadounidense (Fig. 5).

El trabajo neto realizado sobre el objeto es igual al cambio de su energía cinética (el símbolo Δ significa cambio) y sólo depende de los estados inicial y final de la energía del objeto. Energía potencial (EP) Cuando estamos en movimiento poseemos energía cinética. Un objeto puede almacenar energía debido a su posición. Por ejemplo, cuando se sostiene un ladrillo a cierta altura, este tiene cierta energía. Al estirar o al comprimir un resorte, tiene energía. A esta energía se le llama energía potencial.

En 1905, cuando era todavía un joven desconocido, se trabajó en la Oficina de Patentes de Berna, en Suiza y fue en ese momento cuando publicó su teoría sobre la relatividad especial.

Un cuerpo que está en movimiento también puede poseer energía potencial, además de la energía cinética. A esto se le denomina energía mecánica de un sistema. Por ejemplo, cuando se sube una motocicleta por una rampa (Fig. 4), la energía potencial de éste se incrementa a medida que aumenta la altura. Por ello, la energía potencial es una función de la posición (depende de la posición).

En esta teoría discute la equivalencia entre la masa y la energía. Expone que la masa es una forma de energía y es descrita con la ecuación más conocida de la física a nivel popular:

Esta refrigeradora tiene energía cinética por el movimiento que realiza. Un ejemplo más claro de energía potencial es cuando se colocan dos objetos a diferentes alturas. El que se encuentra a una distancia mayor desde el suelo tiene una energía potencial mayor. Así, la energía potencial de un cuerpo es directamente proporcional a su masa y a su posición respecto a un punto de referencia. Matemáticamente se expresa como:

Esta expresión fue deducida por él como una consecuencia lógica de esta teoría. Ese mismo año publicó otros trabajos que sentarían algunas bases de la física estadística y sobre la mecánica cuántica.

Figura 4. Se aplica una fuerza F sobre una motocicleta para subirlo sobre una rampa. La energía potencial del sistema aumenta a medida se sube la motocicleta.

Por sus explicaciones sobre el efecto fotoeléctrico y sus contribuciones a la física teórica, en el año de 1921 recibió el Premio Nobel de Física, y no por la Teoría de la Relatividad. Aunque fue relacionado con la bomba atómica, abogaba por el pacifismo. A. Einstein murió en 1955 en Princeton, Estados Unidos.

Conservación de la energía La transformación del estado de movimiento de un cuerpo o su estado de agregación (gaseoso, líquido y sólido) se debe a los cambios de energía del sistema; es decir, la energía se transforma, pero no se crea, ni se destruye. Esto facilita la comprensión de muchos cambios que se dan en la naturaleza en función de la transformación de la energía. Si consideramos nuevamente la motocicleta de la Figura 4 que está siendo subida en una rampa, la energía cinética y potencial están cambiando constantemente pero el total de energía o la energía total del sistema sigue siendo la misma, si no se considera la pérdida de energía en forma de calor. A esta transformación de energía en la que se mantiene la energía total del sistema constante, se le denomina como principio de conservación de la energía: La energía total de un sistema aislado permanece constante, a pesar de que la energía puede ser transformada de una forma a otra dentro del sistema.

Figura 5. Albert Einstein, físico alemán (1879 -1955).

Es decir, la energía de un sistema aislado no se crea ni se destruye, sólo se transforma. En cualquier sistema natural o actividad que se realice, como mover una refrigeradora o la explosión de una bomba, la energía no se crea ni se destruye, solo sufre transformaciones manteniéndose igual la energía total del sistema. La materia es una forma de energía en reposo. Todo lo que observamos a nuestro alrededor son implicaciones de transformaciones, como la radiación proveniente del Sol, el crecimiento de las plantas, etc. Todo está relacionado con los cambios de energía, manteniendo la energía total inalterada en un sistema. DESARROLLO DE LA LECCIÓN 1. Energía cinética de un sistema. Teorema del trabajo y la energía (Tiempo aproximado 50 minutos) Con esta actividad los estudiantes identificarán la relación de la energía cinética con la masa y la velocidad. Formar equipos de trabajo con un máximo de 4 estudiantes. Materiales: • Objetos con distintas masas (trozos de madera, jabones, pesas, borradores, sacapuntas, etc.).

Procedimiento: 1. Marque dos puntos sobre el piso del salón de clases, no muy lejos entre sí (aproximadamente 2 m). 2. Que los estudiantes desplacen (empujen o halen) cada objeto esa distancia. 3. Luego, que desplacen un solo objeto a igual distancia, pero al menos a tres diferentes velocidades. 4. Que desplacen un solo objeto a velocidad aproximadamente constante a tres distancias diferentes. 5. Dibuje en la pizarra los tres objetos (masa de los objetos, C > A > B) y las diferentes distancias (Tabla 1). Comparen las energías cinéticas entre los objetos (Tabla 1). Que completen la segunda y tercera columna. Tabla 1. Ejemplo de cómo recolectar datos.

Dibujo

Energía cinética

Trabajo

Caso 1: Los tres objetos se desplazan la misma distancia

Objeto A

Objeto B

Mayor que la del objeto B, pero menor que la del objeto C.

La fuerza ejercida sobre el objeto realiza un mayor trabajo que en el objeto B y menor que en el objeto C.

Menor que la del objeto A y C.

La fuerza ejercida sobre el objeto realiza menor trabajo en los objetos A y C.

Mayor que la del objeto A y B.

La fuerza ejercida sobre el objeto realiza mayor trabajo que en los objetos A y B.

Objeto C Casp 2: El mismo objeto a diferentes velocidades Velocidad 1 (mayor)

Mayor que 2 y 3.

La fuerza ejercida sobre el objeto realiza mayor trabajo que en la velociad 2 y 3.

Velocidad 2 (intermedia)

Mayor que 3 y menor que 1.

La fuerza ejercida sobre el objeto realizar mayor trabajo que en la velocidad 3 y menor que en 1.

Velocidad 3 (menor)

Menor que 1 y 2.

La fuerza ejercida sobre el objeto realiza menor trabajo que en 1 y 2.

Caso 3: El mismo objeto a diferentes velocidades Distancia 1 (50 cm), velocidad constante

No cambia

La fuerza ejercida sobre el objeto realiza menor trabajo que en 2 y 3.

Distancia 2 (100 cm), velocidad constante

No cambia

La fuerza ejercida sobre el objeto realiza mayor trabajo que en 1 y menor que en 3.

Distancia 3 (200 cm), velociad constante

No cambia

La fuerza ejercida sobre el objeto realiza mayor trabajo que en 1 y 3.

6. Al terminar de completar la Tabla 1 deberán escribir en su cuaderno individualmente el proceso que siguieron, lo que observaron y discutirlo con sus compañeros. Preguntar: ¿Cuál bloque tiene mayor energía cinética? ¿Por qué el trabajo del bloque más grande es mayor? El trabajo lo realiza la fuerza, no el bloque. La fuerza aplicada para mantenerlo a velocidad constante es mayor. Por lo tanto, el trabajo aumenta. ¿El trabajo neto realizado por los bloques depende de las trayectorias recorridas? No, sólo depende de los puntos iniciales y finales ¿Cómo se relacionan la energía cinética y el trabajo? Mediante el teorema del trabajo y la energía ¿Por qué la velocidad 1 (mayor) tiene mayor energía cinética? Ya que esta velocidad es mayor que 2 y 3. Enfatizar: El trabajo es una forma de energía y que están relacionados mediante el teorema del trabajo y la energía. 2. La energía cinética y energía potencial. Transformaciones de energía (Tiempo aproximado: 50 minutos) Con esta actividad se pretende que el estudiante diferencie entre energía cinética y potencial, además, que identifique fenómenos de su entorno donde existen transformaciones de energía. Formar grupos de 4 estudiantes y plantéeles la siguiente situación (deberán poner especial atención a los datos de la narración y realizar una tabla en la cual se ordenen dichos datos (Tabla 2): “Nos dirigimos en una excursión para recolectar muestras de plantas al Bosque “El Pital” que está ubicado a 15 km del municipio de San Ignacio, Chalatenango. El trayecto entre el municipio de San Ignacio y el bosque lo hacemos caminando, con el objetivo de identificar los cambios de energía cinética y potencial que sufrimos hasta llegar al bosque. El Pital es el cerro más alto de El Salvador y se encuentra a 2,730 m sobre el nivel del mar, es un lugar rico en vegetación y con un clima templado. El recorrido entre el municipio de San Ignacio y el bosque es una pendiente, como si fuera un plano inclinado muy largo” Tabla 2. Ejemplo de cómo ordenar los datos de la narración.

Punto

Energía cinética

Energía potencial

San Ignacio

Mayor

Menor

Ubicación intermedia entre el Bosqu El Pital y San Ignacio

Igual a la energía potencial

Igual a la energía cinética

Bosque El Pital

Menor

Mayor

1. Relación entre la altura y energía potencial gravitatoria. Describa cómo va cambiando la energía potencial a medida que va aumentando la altura. 2. Relación entre masa y energía cinética. Reflexiona la siguiente situación: Si las personas que suben al Bosque “El Pital” se dividen en dos grupos, uno de estudiantes corpulentos y el otro de estudiantes delgados y ambos grupos suben a la misma velocidad. ¿Quiénes gastarán más energía al subir al bosque? Que escriban las hipótesis en los cuadernos y que las discutan con los demás compañeros. 3. Al terminar de completar la Tabla 2, deberán escribir en su cuaderno, individualmente, el proceso que siguieron. Preguntar: ¿Cómo es la energía potencial de una persona ubicada en el

municipio de San Ignacio comparada con la energía que tendría si estuviera en el Bosque El Pital? La energía potencial gravitatoria depende de la altura respecto a un nivel tomado como referencia. En este caso, se toma como referencia el punto más bajo que es San Ignacio ¿En qué tipo de energía se transformó la energía cinética cuando llegas al Bosque el Pital? Cuando una persona sube, lo hace a costa de la energía química que le proporcionan los alimentos; es decir, al llegar a la cima, su energía química se ha convertido en energía potencial más el calor cedido a los alrededores. Durante el ascenso, la energía química se transforma en energía cinética y en energía potencial, es el sistema (la persona) el que realiza trabajo en contra de la fuerza gravitatoria. En este caso un aumento en la energía potencial no implica un descenso en la energía cinética. ¿Se conserva la energía al realizar el recorrido entre el municipio de San Ignacio y el Bosque el Pital? Sí se conserva. A medida que se va llegando al punto más alto, la energía cinética se convierte en energía potencial. Toda esta energía proviene de los alimentos que ingerimos. ¿Quién tiene más energía cinética, los estudiantes corpulentos o los delgados? El grupo corpulento tendrá más energía cinética, debido a que esta es proporcional a la masa. Enfatizar: 1. La energía potencial depende de la altura, por ello ésta incrementa a medida subimos al punto más alto. 2. Durante el recorrido se sufren cambios o transformaciones de energía del sistema. La energía cinética cambia a energía potencial; esta energía proviene de los alimentos y se convierte en energía mecánica debido al principio de conservación de la energía. ACTIVIDAD INTEGRADORA Integración con… Computación El desarrollo de la humanidad está íntimamente relacionado con los avances en la computación. Las Ciencias Naturales utilizan frecuentemente la computación para hacer cálculos o para simulaciones de experimentos; esta actividad tiene como objetivo mostrar la importancia del uso de la computación para aprender Física. Se tiene que tener acceso a internet o haber descargado con anterioridad la aplicación que se utilizará. Cada estudiante debe tener una computadora, de lo contrario puede proyectarlo en una pantalla mediante un proyector. Utilice el simulador PhET desarrollado por la Universidad de Colorado y abra el siguiente enlace http://phet.colorado.edu/en/simulation/energy-skate-park, en este se estudiará el movimiento de un patinador. Observe el gráfico de barra, presione el botón Bar Graph y juegue con el patinador ubicándolo en diferentes posiciones y haciendo más extensa la superficie de movimiento de éste. Deberán describir lo observado en su cuaderno y con una lluvia de ideas discutirlo, haciendo énfasis en la relación entre la energía cinética y potencial.

Preguntar: • ¿En qué puntos es mayor la energía potencial? • ¿En qué puntos es mayor la energía cinética del patinador (sistema)? REFERENCIAS 1. Hewitt, P. [2004] Física conceptual. Novena edición. México: Person Addison Wesley. 2. Hecht, E. [1999] Física 1. Álgebra y Trigonometría”. Segunda edición. México. Thomson. 3. University of Colorado [2010] Work, Energy & Power. Extraído en diciembre de 2010 desde http://phet.colorado.edu/en/simulation/energy-skate-park

¡Veamos qué hemos aprendido! 1. Responde lo siguiente: Se tienen tres botellas iguales: una llena de agua, otra vacía y otra a la mitad con agua. Explica cómo será la energía potencial sobre el piso y sobre la mesa y el trabajo en cada una de las botellas en relación con las otras: __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ 2. Siga las instrucciones y responde lo que se le solicita: 1. Marque dos puntos sobre el piso del salón de clases, no muy lejos entre sí. 2. Desplace (hale o empuje) dos objetos distintos esa distancia. Luego, repita lo mismo, pero ahora a tres distancias diferentes. Desplace solamente un objeto, en las tres distancia marcadas. 3. Conteste: ¿Cuál es la distancia en cada caso? ¿Cómo será la velocidad comparada entre un objeto y otro? ¿Cuál tiene mayor energía cinética? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

Lección 6

Calor y Temperatura

6 HORAS CLASE APROXIMADAMENTE

OBJETIVOS ESPECIFÍCOS 1. Interpretar fenómenos del entorno en relación al calor, temperatura y dilatación. 2. Diferenciar los conceptos de calor y temperatura. HABILIDADES Y DESTREZAS CIENTÍFICAS 1. Analiza e interpreta fenómenos de su entorno utilizando los conceptos de calor, temperatura y expansión térmica. 2. Diferencia entre calor y temperatura. TEMAS Y SUBTEMAS 1. Temperatura 2. Calor 3. Equilibrio térmico 4. Calor específico 5. Expansión térmica Figura 1. El incremento de la temperatura de la Tierra, a causa del efecto de invernadero generado por el uso de combustibles, hace que los grandes bloques de nieve de los polos se derritan y generen un flujo de calor de diversos sistemas.

DESCRIPCIÓN La materia está formada por átomos y moléculas que se encuentran en constante movimiento. Los estados de la materia (gases, sólidos y líquidos) dependen de la rapidez con la que se mueven las partículas que los constituyen. La medida de lo caliente o frío de un material, está directamente relacionado con la energía cinética promedio de las partículas individuales. Por ejemplo, al golpear una moneda con un martillo, el golpe hará que los átomos en el metal se muevan con mayor rapidez y se calienten; si se comprime con rapidez el aire en una bomba de neumático, el aire se calentará. Esta lección se enfoca en el estudio del calor y de la temperatura de diferentes sistemas físicos.

CONCEPTOS CLAVES Temperatura: Es el promedio de la energía cinética de translación de las moléculas y átomos que componen el cuerpo. Calor: Es la energía transferida de un cuerpo a otro debido la diferencia de temperatura entre los dos cuerpos.

¿Qué debería usted saber del tema? Cuando se habla de calor en el leguaje popular, comúnmente se hace referencia a un aumento de temperatura. Los cuerpos no tienen calor, sino que éste es una consecuencia de la trasferencia de energía entre dos cuerpos a diferentes temperaturas. De esta manera, solo podemos hablar de un incremento de temperatura en los cuerpos. En la naturaleza vemos cambios por la transferencia de energía de un sistema a otro. Por ejemplo, cuando se derrite un cubo de hielo o se convierte el agua en gas debido al incremento de temperatura del agua.

Equilibrio térmico: Es cuando dos cuerpos en contacto llegan a un equilibrio en su temperatura por el flujo de energía desde el cuerpo que posee la mayor temperatura hacia el que tiene la menor temperatura (Fig. 3 y 4).

Temperatura En ocasiones sentimos que nuestro cuerpo está caliente y se hace referencia a “tener calentura”. Esto indica que nos sentimos mal de salud y no sabemos qué está pasando en nuestro cuerpo. A la cantidad que indica que tan caliente o frío está un cuerpo respecto a un estándar o referencia se le llama temperatura. La temperatura se mide con un termómetro. Actualmente existe diversidad de termómetros. Uno de los más comunes es el termómetro de mercurio (actualmente descontinuados por la toxicidad del mercurio). Cuando se aumenta la temperatura, éste se dilata. Es decir, incrementa de tamaño la columna de mercurio (Fig. 2).

Figura 3. Al mezclarse dos líquidos

Figura 2. Los termómetros son comúnmente utilizados para la medida de tem-

a distinta temperatura, la mezcla llegará a un equilibrio térmico.

peratura en laboratorios.

Los primeros termómetros fueron fabricados en 1592, cuando Galileo Galilei, utilizó vino y un tubo largo donde la columna de vino subía cuando aumentaba la temperatura. Esta era una medida muy cualitativa. Unos años más tarde, colegas y estudiantes de Galileo sellaron el tubo y lo marcaron. La temperatura se mide en grados Kelvin (K) en el sistema internacional aunque existen otras escalas termométricas como la

Figura 4. Esquema de cómo fluye el calor o la energía de un cuerpo A (mayor temperatura) hacia un cuerpo B (menor temperatura).

Energía interna: Es el total de la energía en el interior de un cuerpo o sustancia. Es la suma de la energía cinética de átomos y moléculas y la energía potencial de la vibración de esas partículas (Fig. 6).

Figura 6. Modelo de los movimientos al que se relaciona la energía ci-

Figura 5. Representación de las escalas de temperatura Fahrenheit, Centígra-

nética y potencial de las moléculas.

da y Kelvin respectivamente, de izquierda a derecha.

Pared adiabática o aislante térmico: Material que no permite el flujo de energía en forma de calor entre dos cuerpos de diferente temperatura (Fig. 7).

La temperatura está relacionada con el movimiento aleatorio de los átomos y las moléculas en un cuerpo (la temperatura es proporcional al movimiento molecular). El movimiento que lleva a una molécula de un lugar hacia otro (Fig. 8) es proporcional al promedio de la energía cinética de traslación de las moléculas o átomos. Las moléculas pueden girar o vibrar (con su energía cinética de rotación y de vibración correspondiente) pero esos movimientos no afectan en forma directa a la temperatura.

Figura 7. La bolsa de dormir es un aislante de energía.

escala de Celsius (˚C), conocida como grados centígrados. Esta fue ideada por el científico sueco Anders Celsius en 1742, cuando dividió en cien partes iguales un termómetro entre los puntos de congelación del agua (paso de agua líquida a sólida) y el punto de evaporación del agua (paso del agua líquida a vapor). La escala Fahrenheit (˚F) se define a partir de la medición de la temperatura de varias mezclas de compuestos, tomando el cero como el punto de congelación de una mezcla de hielo, agua y cloruro de amonio (NH4Cl). En esta escala, 32 grados es el punto de congelación del agua. La escala Kelvin es denominada escala absoluta donde el cero absoluto es el punto donde un cuerpo no posee ninguna energía calórica. Estas escalas se relacionan entre sí, referidas al punto de congelación y ebullición del agua y el cero absoluto véase (Fig. 5).

Cuando se usa un termómetro para medir la temperatura lo que en realidad se mide es la propia temperatura del termómetro luego de alcanzar el equilibrio térmico en cierto tiempo. Cuando un termómetro está en contacto con algo cuya temperatura se desea conocer, entre los dos se intercambiará energía hasta que sus temperaturas se igualen y se establezca el equilibrio térmico.

Diatérmica o conductor térmico: Es un material que permite el flujo de energía en forma de calor entre 2 cuerpos de diferente temperatura. Capacidad calorífica: Es la cantidad de calor necesaria para cambiar un grado de temperatura de una unidad de masa de sustancia. Expansión térmica: Es el cambio en las dimensiones de un cuerpo, a causa del aumento o la disminución de temperatura (Fig. 9).

Figura 9. Algunas paredes se agrietan porque los materiales se dilatan cuando la temperatura del entorno aumenta.

Figura 8. A medida que aumenta la energía cinética de traslación promedio (el cubo con moléculas moviéndose), aumenta la temperatura (termómetro).

Si conocemos la temperatura del termómetro, conoceremos la temperatura de lo que estamos midiendo, siempre que el tamaño del cuerpo cuya temperatura se desea conocer sea más grande que el termómetro. Si está midiendo la temperatura del aire de un recinto, un termómetro de mercurio sería adecuado, pero si se mide la temperatura de una gota de agua, éste puede cambiar la temperatura de la gota. Es un caso clásico de cuando el proceso de medición cambia lo que se está midiendo. Calor Cuando tocamos una cuchara luego de que esta ha estado por cierto tiempo en agua caliente, se transfiere energía desde la cuchara a la mano, porque la cuchara está a una temperatura mayor. Por otra parte, cuando tocamos una cuchara que ha estado en un refrigerador, la energía se transfiere desde la mano a la cuchara, que está a una temperatura menor. La dirección espontánea de transferencia de energía siempre es de un cuerpo más caliente (mayor temperatura) a otro más frío (menor temperatura). La energía transferida debido a una diferencia de temperatura entre dos cuerpos se llama calor (Fig. 10A y 10B).

Figura 10. A. Cuchara en una taza de café y B. cuchara en un recipiente con sorbete: ¿hacia donde fluye el calor? ¿del medio a la cuchara? o ¿de la cuchara al medio?

Es importante aclarar que los cuerpos, es decir, la materia en general, no contienen calor. La materia contiene energía cinética molecular y quizás energía potencial molecular, pero no calor. Los cuerpos contienen energía interna que es el total de la energía en el interior de un cuerpo o sustancia. Equilibrio térmico Cuando se introduce una cuchara dentro de un recipiente de agua caliente, después de cierto tiempo la temperatura de la cuchara es la misma que la del agua. Si esta misma cuchara se introduce en un recipiente con agua fría, después de cierto tiempo, la temperatura de la cuchara será la misma que la del agua fría. En general cuando dos cuerpos de diferente temperatura se ponen en contacto por medio de un conductor térmico (pared diatérmica), luego de un tiempo alcanzan la misma temperatura. A esto se le conoce como equilibrio térmico (Fig. 11).

Figura 11. Dos cuerpos de diferente temperatura se ponen en contacto. Se observa la transferencia de energía entre ellos hasta alcanzar el equilibrio térmico.

Esto se representa con la ecuación siguiente:

Es decir, que el calor (Q) ganado por un cuerpo B es equivalente al calor (Q) cedido por el cuerpo A; el signo negativo significa la existencia de un trabajo hecho de las moléculas del cuerpo A (que contienen un promedio de energía cinética mayor), sobre las moléculas del cuerpo B. Cuando dos cuerpos de diferente temperatura están en contacto y no hay flujo de energía se dice que existe entre ellos un aislante térmico (pared adiabática). La unidad de calor o energía es el Joule, pero existe una unidad más común de calor: la caloría. Capacidad calorífica específica o calor específico Cuando calentamos una sopa de frijoles y luego la colocamos en un plato permanecerá caliente durante cierto tiempo; si al mismo momento colocamos una tortilla recién hecha en un plato, se habrá enfriará por completo más rápido que la sopa. De igual forma se pueden observar muchos

otros ejemplos. Los diversos materiales ganan o pierden energía en formas diferentes. La rapidez de ganar o perder energía está relacionada con el aumento o la disminución del movimiento de las moléculas generando con ello un cambio en la temperatura. A esta capacidad que tienen los cuerpos se le llama capacidad calorífica específica. La capacidad calorífica específica de cualquier sustancia se define como la cantidad de calor requerida para cambiar en un grado la temperatura de una unidad de masa de sustancia. Expansión térmica Cuando aumenta la temperatura de un cuerpo o sustancia, sus moléculas o átomos se mueven con más rapidez, y en promedio, se alejan entre sí. El resultado es un crecimiento o aumento de las dimensiones del cuerpo. Este fenómeno es conocido como dilatación o expansión térmica. La materia, sólidos, líquidos y gases, se dilatan cuando incrementa su temperatura y se contraen cuando ésta disminuye. Algunos ejemplos son el alargamiento de las líneas telefónicas en un día caliente, o el aumento de volumen de una vejiga cuando esta es expuesta al Sol hasta el punto de explotar. Al calentarse un cuerpo todas sus dimensiones lineales adoptan este comportamiento (Fig. 12). El aumento del tamaño de un objeto es proporcional a su temperatura; es decir que al aumentar su temperatura éste aumentará sus dimensiones. Cuando las fuerzas intermoleculares de cohesión en un material son bajas, entonces la separación de sus partículas al aumentar la temperatura es mayor y el material se expande más en su totalidad.

Figura 12. Al incrementar la temperatura de un objeto, todas sus dimensiones aumentan en forma lineal debido a una expansión del sistema. Es decir, los espaciamientos entre las moléculas aumentan.

DESARROLLO DE LA LECCIÓN 1. La temperatura de diversos sistemas (Tiempo aproximado: 45 minutos) El objetivo de esta actividad es que el estudiante descubra la exactitud del termómetro clínico y que el termómetro de inmersión solamente mide correctamente la temperatura al estar sumergido. Formar grupos de 3 ó 4 estudiantes y repartirles los materiales que necesitarán. Preguntar: ¿Cuál es la temperatura de su cuerpo? ¿Por qué existen diferentes tipos de termómetros?

¿Sabías que… William Thomson primer barón Kelvin (1824 -1907) (Fig. 13) físico y matemático británico trabajó en varios campos de la Física, en que sobresalen sus trabajos de termodinámica, como el descubrimiento y el cálculo del cero absoluto (la temperatura mínima que es alcanzada por la materia y donde las partículas de una sustancia son inertes y sin movimiento.

Materiales: • 3 vasos de Poliestireno (tipo Durapax®) • 4 cubos de hielo • Agua a temperatura ambiente • Agua caliente (mayor de 40°C) • 1 termómetro de inmersión (-10°C -100°C). • 1 termómetro clínico (35°C -42°C) (Es específico para medir la temperatura de los seres humanos, nuestra temperatura estándar es de 37°C) Procedimiento: 1. Numere los vasos del 1 al 3. Vierta en el vaso 1 agua a temperatura ambiente; en el vaso 2, el agua caliente y en el vaso 3, los cubos de hielo. 2. Sumerja el termómetro en cada vaso. Recordar que para obtener unas medidas confiables, el termómetro debe estar inmerso por lo menos 3 minutos. Preguntar: ¿Cuál de los siguientes vasos poseen una mayor, menor o semejante temperatura a la corporal? ¿En cuál de los tres vasos se encuentra el agua a mayor temperatura? 3. Dibuja un cuadro (Tabla 1) en el que se describa la hipótesis en la segunda columna y el valor de temperatura obtenido en la tercera columna. Tabla 1. Hipótesis y temperatura de las diversas sustancias.

Sustancia

Hipótesis

Mi cuerpo

Referencia

Agua con hielo

Menor temperatura

Figura 13. William Thomson primer

Agua de grifo

Temperatura intermedia

barón Kelvin (Lord Kelvin).

Agua caliene o tibia Temperatura mayor

Temperatura (ºC) 37ºC

4. Que los estudiantes esquematicen en sus cuadernos la experiencia y comenten el funcionamiento del termómetro desde la perspectiva del equilibrio térmico. Preguntar: ¿Cómo funciona el termómetro de inmersión? El líquido termométrico incrementa su volumen con la temperatura hasta alcanzar el equilibrio térmico, es decir, hasta que ambos (termómetro y cuerpo o sustancia) tienen la misma temperatura. ¿Qué significa que un cuerpo tenga mayor temperatura? Que el movimiento de las moléculas de ese cuerpo es mayor, es decir, tienen mayor energía cinética promedio de traslación. 5. Que esquematicen el movimiento de las moléculas de agua en el vaso con hielo, en el vaso a temperatura ambiente y en el vaso con agua caliente.

Enfatizar: El termómetro es el instrumento que se utiliza para medir la temperatura, y la temperatura es una magnitud macroscópica relacionada con la velocidad o movimiento de las moléculas y átomos que conforman los cuerpos. 2. Construyamos nuestro termómetro (Tiempo aproximado: 30 minutos) Esta actividad explica cómo funcionan los termómetros aplicando los conceptos de equilibrio térmico y el flujo de calor. Formar grupos de 3 ó 4 estudiantes y repartirles los materiales que necesitarán. Materiales: • 1 botella de 500 mL • 250 mL de agua • 250 mL de alcohol • 1 pajilla resistente • 1 hoja de papel bond • Plastilina de diversos colores • Agua (cantidad necesaria) a una temperatura mayor de 40°C • Agua con cubos de hielo

Figura 14. Sistema construido.

1. Llene ¾ de la botella de 500 mL (0.5 L) con una mezcla de agua, colorante y alcohol en proporciones iguales (50:50). 2. Coloque una pajilla en medio de la abertura de la botella y asegúrese de que no toque el fondo de ésta; luego selle la apertura con plastilina. Asegúrese que no haya aire que ingrese en la botella. 3. Coloque la botella dentro de un recipiente con agua caliente observe si sube el líquido por la pajilla. Luego sáquelo y observe si el líquido de la pajilla baja. Recuerde que la prueba debe de ser por más de 3 minutos. Preguntar: ¿Cuál es el principio físico en el que se basa el funcionamiento de los termómetros? Es el flujo de calor de un objeto hacia otro hasta alcanzar el equilibrio térmico, ya que se obtiene un valor de temperatura igual para los dos cuerpos que están en contacto. 4. En una hoja de papel haga dos aberturas para pasar la pajilla en medio de éstas (Fig. 14). Coloque el termómetro casero en un recipiente de agua con hielo y dibuje la línea hasta donde llega el nivel de líquido en la pajilla. Luego coloque el termómetro en un recipiente con agua caliente y marque la línea hasta donde llega el nivel del líquido. Preguntar: ¿Cómo podríamos calibrar el termómetro? 5. Luego de tomar las temperaturas del agua con hielo y el agua caliente con el termómetro, preguntar: ¿Si colocamos un termómetro dentro de cualquier recipiente con alguna sustancia, qué temperatura se está midiendo? La temperatura del termómetro, debido a que este alcanza el equilibrio térmico con él. Cuando se alcanza el equilibrio térmico, la temperatura del termómetro es la misma que la del sistema, debido a que la temperatura del termómetro no altera el sistema. ¿Por qué tenemos que dejar en contacto el termómetro con el cuerpo a medir un cierto tiempo? Los cuerpos tardan cierto tiempo en llegar al equilibrio térmico.

3. Calor y equilibrio térmico (Tiempo aproximado: 45 minutos) En esta actividad se comprobará la dirección del flujo del calor así como también podrán distinguirse los materiales conductores de los aislantes del calor. Se podrá comprobar que dos cuerpos inicialmente a diferentes temperaturas alcanzan el equilibrio térmico. Materiales: • Varios cubos de hielo • 1 vaso metálico o una lata de jugo • 1 vaso de Durapax® (Poliestireno expandido) • 2 recipientes de 500 mL con agua hasta la mitad • 2 termómetros de inmersión Procedimiento: 1. Coloca los vasos (metálico y de Durapax®) con hielo, cada uno dentro de los recipientes con agua (Fig. 15). Preguntar: ¿Cuál de los vasos es un conductor térmico? El vaso metálico, ¿Cuál vaso será un aislante térmico? El vaso de Durapax ¿Cuál recipiente alcanzara el equilibrio térmico más rápido? El vaso metálico con hielo, ¿La temperatura del vaso metálico con hielo aumentara o disminuirá? Aumentará. 2. Realice la experiencia midiendo la temperatura en el interior de los vasos y en el exterior. Escribir todo lo observado en la experiencia y comentarlo en grupo. Vaso metálico con hielo

Vaso de Durapax® con hielo

Figura 15. Experiencia para determinar las diferencias en conductividad térmica en diferentes materiales.

3. Para concluir la actividad, preguntar: ¿Quién cedió energía en forma de calor, el hielo o el agua en el recipiente externo? El agua, porque tenía mayor temperatura. El flujo de calor es del cuerpo a mayor temperatura al de menor temperatura ¿Por qué en el caso del vaso de Durapax® la temperatura no llegó al equilibrio con la del agua? Porque el Durapax® es un aislante térmico, no permite el flujo de calor. ¿Por qué el vaso metálico con hielo, después de cierto tiempo, alcanzó la misma temperatura que el agua? Por el equilibrio térmico entre el hielo y el agua, que estaban en contacto por una pared diatérmica (vaso metálico). Enfatizar: El flujo de calor va de un sistema de mayor temperatura a uno de menor temperatura. 4. Expansión térmica y energía cinética de traslación (Tiempo aproximado: 20 minutos) Comúnmente observamos procesos de expansión térmica en diferentes materiales como los metales o los gases. Esto se debe a un aumento de temperatura, es decir, su energía cinética de traslación se incrementa. El objetivo de esta actividad es comprender el proceso de expansión térmica y la relación con el movimiento térmico en las sustancias.

La temperatura del cuerpo humano La temperatura normal del cuerpo humano es de 37˚C. Cuando nos enfermamos es común que se incremente la temperatura del cuerpo como una respuesta del sistema inmune. Cuando la temperatura es mayor de lo normal, se inflaman los ganglios y se dice que “se tiene fiebre”. Esto es una respuesta de los lifoncitos citolíticos para eliminar el organismo patógeno que ha ingresado en nuestro cuerpo y de esa manera recobrar el equilibrio. Si la temperatura es mayor a 41˚C puede dañar proteínas de vital importancia para el cuerpo.

Figura 16. Termómetro corporal.

Materiales: • 1 recipiente de Pyrex, erlenmeyer o un material transparente que resista altas temperaturas • 1 vejiga • 1 hornilla de gas Procedimiento: 1. Montar el sistema como se muestra en la Figura 17. La vejiga debe colocarse sobre la boca de la botella y ésta sobre la hornilla; la vejiga debe contener poca cantidad de aire al inicio y la temperatura de la hormilla no debe ser muy elevada.

Figura 17. Modelo del experimento: la vejiga roja equivale al inicio del experimento; luego de calentar el aire se expande aumentado el volumen de la vejiga (amarilla). Al enfriar, el aire se comprime, como en la vejiga azul.

2. Después de un corto lapso de tiempo, la vejiga comenzará a incrementar su volumen. Preguntar: ¿Por qué aumenta el volumen de la vejiga? Porque el aire dentro de ella comienza a expandirse, debido al incremento de temperatura en la botella. ¿Cómo es el movimiento de los átomos y moléculas dentro de la vejiga? Un movimiento aleatorio que se ha incrementado con el aumento de la temperatura ¿Qué ocurre si disminuimos la temperatura del sistema? Disminuirá el volumen de la vejiga nuevamente. Esta se contraerá. ¿Qué sucederá si en lugar de calentar la botella, la introducimos dentro de un recipiente con hielo? Se contraerá más, por la disminución de la temperatura, el movimiento térmico disminuye, es decir, la energía cinética de traslación disminuye. Enfatizar: Cuando sometemos un cuerpo a altas temperaturas, éste se expande, aumenta sus dimensiones de forma lineal debido al aumento del movimiento térmico de los átomos y moléculas, las cuales necesitan más espacio para moverse porque tienen más energía transferida de otro cuerpo.

ACTIVIDAD INTEGRADORA Integración con… Computación En la actualidad, el desarrollo de la humanidad está íntimamente relacionado con los avances en la computación. Las Ciencias Naturales utilizan frecuentemente la computación para hacer cálculos o simulaciones de experimentos. Esta actividad tiene como objetivo mostrar la importancia del uso de la computación para aprender Física; asimismo, demostrar que el movimiento en las moléculas dentro de un recipiente ocurre cuando aumentamos la temperatura de un cuerpo, ya que la energía cinética de traslación se incrementa. Actividad: Se tiene que tener acceso a internet o haber descargado con anterioridad la aplicación que se utilizará. Cada estudiante debe tener una computadora, de lo contrario puede proyectarlo en una pantalla mediante un proyector. Utilice el simulador PhET desarrollado por la Universidad de Colorado y abra el enlace http://phet.colorado.edu/en/simulation/gas-properties e incremente la temperatura del sistema. Dibuje lo que ocurre dentro del recipiente cuando se da un incremento de temperatura y lo que ocurre cuando esta temperatura disminuye. Que describan lo observado en su cuaderno y discútanlo en una lluvia de ideas. REFERENCIAS 1. El Informativo [2011] Sistema Inmunológico. Extraído en marzo de 2011 desde http://www. elinformativo.org/salud_sistema_inmunologico.htm 2. Hewitt, P. [2004] Física conceptual. Novena edición. México. Person Addison Wesley. 3. Hecht, E. [1999] Física 1. Álgebra y Trigonometría. Segunda edición. México. Thomson. 4. Teachers Tv [2010] Material Activities. Extraído en marzo de 2010 desde http://www.teachers. tv/videos/materials-activities 5. University of Colorado [2010] Heat & Thermo. Extraído en diciembre de 2010 desde http://phet. colorado.edu/en/simulation/gas-properties

¡Veamos qué hemos aprendido! 1. Contesta lo siguiente: 1. ¿Qué es la temperatura? _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ 2. ¿Qué es el equilibrio térmico? _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ 3. ¿Qué significa que un cuerpo tenga mayor temperatura? _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ 2. Conservando el calor o el frío Usualmente, cuando las temperaturas son bajas en la época seca de nuestro país, solemos usar abrigos para no sentir frío. ¿A qué se debe ese fenómeno? Discute con tus compañeros del uso de los abrigos. Posteriormente en dos recipientes colocar dos bloques de hielo más o menos del mismo tamaño, y uno de esos lo colocamos dentro de un calcetín. El otro queda expuesto sin nada, entonces ¿cuál de los dos bloques de hielo se derretirá primero? ¿se derretirán de igual manera? Opinar con tus compañeros las respuestas y anotarlas en el

cuaderno. Dejar que transcurran unos 30 minutos. Al regresar verifica lo sucedido con los bloques de hielo y reflexiona sobre lo correcto o incorrecto de las respuestas. __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________

Lección 7

5 HORAS CLASE APROXIMADAMENTE

Materiales líquidos OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Descubrir y explicar algunas características y propiedades físicas de las sustancias líquidas. 2. Diferenciar los líquidos por su viscosidad. 3. Explicar cómo cambia el estado de agregación de los líquidos al calentarse.

HABILIDADES Y DESTREZAS CIENTÍFICAS 1. Identifica el estado líquido por medio de sus propiedades observables. 2. Diferencia los líquidos por su viscosidad. 3. Explica las propiedades de los líquidos por medio de ejemplos.

TEMAS Y SUBTEMAS 1. Los líquidos: características y propiedades

DESCRIPCIÓN Los líquidos, al igual que los sólidos, tienen un volumen constante. En los líquidos las partículas están unidas por unas fuerzas de atracción menores que en los sólidos, por esta razón las partículas pueden trasladarse con mayor libertad. De la misma manera se puede explicar por qué los líquidos no tienen una forma fija y adoptan la forma del recipiente que los contiene. También por su arreglo particular, se pueden explicar dos propiedades muy características: la fluidez y la viscosidad. En esta lección estudiaremos algunas propiedades de los líquidos y las explicaremos a partir del arreglo de las partículas que los componen. Figura 1. Las sustancias con altas viscosidades no producen salpicaduras. El agua es una sustancia poco viscosa.

CONCEPTOS CLAVES Líquido: Es un estado de agregación de la materia que tiene la habilidad de fluir, tomar la forma del recipiente que lo contiene y poseer volumen constante. Difusión: Es el proceso en el cual se mezclan dos o más líquidos donde las partículas de un líquido se difunden en las partículas de otro/s (Fig. 3).

¿Qué debería usted saber del tema? Líquidos

Figura 2. Los líquidos no poseen forma propia.

Las propiedades físicas más características de los líquidos son la conservación de su volumen y la adaptación de su forma al recipiente que los contiene; por ejemplo cuando un líquido se pasa de un recipiente a otro, mantiene su volumen (siempre que no se evapore) pero su forma no se mantiene (Fig. 2).

Estas propiedades sirven como criterio para distinguir el estado líquido del estado sólido y gaseoso. Los gases, por ejemplo, se expanden hasta llenar el recipiente que los contiene, de tal manera que el volumen que ocupan es el del recipiente. Los sólidos como estudiamos en la lección anterior, mantienen su volumen y su forma aunque sean trasladados de un recipiente a otro.

Los líquidos pueden ser divididos en dos categorías generales: líquidos puros y mezclas de líquidos. En la Tierra, el agua es el líquido más abundante, aunque la mayoría no está en su forma Viscosidad: Es la resistencia a fluir de una pura sino en forma de mezcla con varias sustancias disueltas. sustancia. Cuanto mayor sea Algunas mezclas incluyen fluidos esenciales para la vida; por la viscosidad, un líquido fluye ejemplo: la sangre y otras mezclas como las bebidas y el agua de mar (ésta es una mezcla cuya composición incluye una vamás lentamente (Fig. 4). riedad de sales disueltas). Es interesante notar que aunque en forma pura las sales son sólidas, en los océanos son parte de la fase líquida. Así, las mezclas líquidas contienen sustancias que en su forma pura pueden ser líquidas, sólidas o gaseosas. Figura 3. Proceso de difusión.

A nivel microscópico, el estado líquido se caracteriza porque la distancia entre las partículas es inferior a la de los gases y sólo un poco mayor que en los sólidos. La proximidad entre las parFigura 4. La miel es una sustancia tículas hace que experimenten fuerzas atractivas de interacción con alta viscosidad. que evitan que una partícula pueda “escaparse” de la influencia Tensión superficial: del resto, como sucede en el estado gaseoso, pero lo suficienteEs la propiedad causada por mente fuerte para que les permita interaccionar unas con otras. los efectos de las fuerzas de Sin embargo, la proximidad de las partículas hace que los líquiatracción entre las partículas dos sean fluidos incompresibles. de un líquido.

Propiedades de los líquidos • Volumen: Los líquidos poseen un volumen definido bajo condiciones de temperatura y presión determinadas. Las fuerzas entre sus partículas son fuertes y por lo tanto no se expanden para ocupar todo el espacio disponible. Por ejemplo, 10 mL de agua siempre ocupa un volumen de 10 mL, ya sea que se encuentre en un recipiente cilíndrico, cónico o esférico. • Forma: Los líquidos no tienen forma propia. Las partículas no están rígidamente fijas en un sitio y toman la forma del recipiente que los contiene. • Difusión: La difusión de los líquidos se define como el proceso de entremezclarse dos o más líquidos para formar una solución homogénea. Como en los líquidos existen fuerzas de atracción entre sus partículas que las mantienen juntas, la difusión es menor que en los gases. • Fluidez y Viscosidad: La fluidez es la capacidad de los líquidos para moverse progresivamente de un lugar a otro o pasar a través de orificios pequeños. La fluidez de los líquidos depende de las fuerzas de atracción entre sus partículas. La viscosidad indica la dificultad con que éstos fluyen. Un líquido es más viscoso cuanto menor es su fluidez. • Evaporación y Volatilidad: La evaporación es el proceso de conversión de un líquido a vapor a temperatura ambiente. Cuando un líquido se coloca en un envase abierto, gradualmente se evapora y se convierte en vapor. Las partículas del líquido escapan de la superficie a pesar de la atracción entre sus partículas (Fig. 5). La tendencia de las partículas de los líquidos para escapar de la superficie se conoce como volatilidad. Los líquidos cuyas partículas tienen poca tendencia a dejar la superficie se conocen como líquidos no volátiles. Por el contrario, los líquidos cuyas partículas dejan la superficie fácilmente se conocen como líquidos volátiles, por ejemplo el alcohol, la acetona, el éter, etc.; son líquidos que Figura 5. Esquema de la evapose evaporan rápido. ración de una sustancia. • Presión de vapor: Cuando un líquido se coloca en un recipiente cerrado, las partículas escapan de la superficie y se acumulan en el estado gaseoso arriba de la superficie del líquido, dentro del recipiente. Estas partículas en el estado gaseoso ejercen una presión sobre el recipiente denominada presión del vapor del líquido (Fig. 6). • Punto de ebullición: Es la temperatura a la cual un líquido pasa a gas. Depende de las fuerzas entre las partículas y de su masa. Figura 6. Presión de vapor en el recipiente.

• Tensión superficial: Más de una alguna vez hemos observado cómo el agua se acumula en el extremo de un grifo, formando gotas que caen sucesivamente. Inicialmente, puede notarse una pequeña

superficie ovalada. Luego a medida que el agua se acumula, esta superficie va tomando forma esférica y finalmente cae. Se observa que las gotas siempre caen cuando alcanzan un determinado volumen. Si en lugar de agua lo que cae es alcohol o cualquier otro tipo de líquido, el tamaño de las gotas que caen varía dependiendo de las fuerzas de interacción entre sus partículas. Las fuerzas de interacción entre las partículas de alcohol son menores que las del agua, por eso las gotas de alcohol son de menor tamaño que las del agua. Este fenómeno se denomina tensión superficial, la cual es una resistencia del líquido a aumentar su superficie debido a las fuerzas de atracción entre sus partículas. Todos los líquidos presentan cierta tendencia a disminuir su superficie debido a las partículas en la superficie del líquido. Una partícula situada en el interior del mismo (A, Fig. 7) es atraída en todas las direcciones por otras partículas que la rodean, de modo que por simetría se compensan sus efectos. En la superficie (B, Fig. 7) o en sus proximidades, la simetría se rompe y sólo las partículas que están por debajo de la superficie atraen a las que están arriba, dando lugar a una fuerza hacia el interior del líquido. Debido a estas fuerzas la superficie tiende a contraerse y ocupar el área más pequeña posible. Si Figura 7. Las partículas de un líquido son atraídas por otras. se trata de una gota libre, tiende a formar una esfera. • Capilaridad: Es una propiedad de los líquidos dependiente de la tensión superficial, que le confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar. Cuando un líquido sube por un tubo capilar, se debe a que la fuerza entre sus partículas es menor que la adhesión del líquido con el material del tubo (se dice que el líquido “moja”). El líquido sube hasta que la tensión superficial es equilibrada por el peso del líquido que llena el tubo. Esta es una de las propiedades del agua que estudiamos en lecciones anteriores, y esta propiedad es la que regula su ascenso dentro de las plantas (Fig. 8). Figura 8. Las plantas absorben agua por las raíces y la transportan por el tallo.

Existen otros líquidos cuya cohesión entre sus partículas es más potente que la adhesión a un capilar que lo contiene (por ejemplo, el mercurio). La tensión superficial hace que el líquido descienda a un nivel inferior y su superficie es convexa (Fig. 9B).

Figura 9. A. El menisco del agua es cóncavo y B. el del mercurio es convexo.

DESARROLLO DE LA LECCIÓN Materiales (Actividad 1): • Miel • Aceite de cocina • Champú o jabón líquido • Agua coloreada (usar papel crespón para colorear el agua, o tinte vegetal) • Etanol (alcohol etílico) • Recipientes largos (vasos transparentes)

1. Características de los líquidos: volumen y forma Actividad 1 (Tiempo aproximado: 45 minutos) Presente a sus estudiantes diferentes tipos de líquidos. Muéstreselos uno a uno y guíelos para que enumeren las características fundamentales de un líquido: tienen volumen y forma no definida. Deberán observar la cantidad de cada líquido y les explicará que éstos adoptan la forma del recipiente donde están ubicados. Dibuje en la pizarra las diferencias de un líquido en comparación con un sólido en términos de la separación entre sus partículas. De acuerdo con el arreglo mostrado permita que los estudiantes expliquen que este arreglo y la atracción entre sus partículas le confieren a los líquidos sus características (Fig. 10 y 11).

Figura 10. A. Arreglo de las partículas de un líquido. Figura 11. Las partículas de un sólido están compactadas.

Materiales (Actividad 2): • Jabón líquido con color o champú • Gotero • Vaso transparente

Coloque todos los líquidos frente a sus estudiantes en recipientes transparentes. Forme grupos de tres integrantes y solicíteles que planteen o sugieran un posible ordenamiento de las sustancias: que observen sus características, que los muevan, detecten si tienen olor, color, etc. Puede que los ordenen de acuerdo con las características antes mencionadas. Pregúnteles en qué características se basaron para ordenarlos de esa manera. Actividad 2 (Tiempo aproximado: 45 minutos) En esta actividad se demostrarán dos propiedades de los líquidos: su volumen y su forma. Para esta actividad se necesitarán varios recipientes de diferentes tamaños y formas. El objetivo es que el estudiante comprenda que al pasar un líquido de un recipiente a otro, su volumen permanece constante, no así su forma. El líquido a usarse puede ser agua coloreada para darle mayor vistosidad a la demostración.

Coloque el líquido en un recipiente y viértalo sobre otro recipiente de diferente tamaño y forma. Luego pregunte a sus estudianFigura 12. El líquido adopta la forma tes: ¿Si regreso el líquido al recipiente anterior, rebalsará? Para esto debe asegurarse que ambos recipientes sean diferentes, de la pajilla. para que el estudiante no relacione el volumen del líquido con el

tamaño del recipiente, sino con el volumen del líquido en sí. Pueden aspirar un poco de un líquido (por ejemplo, agua) en una pajilla o una manguera pequeña y doblarla, para que noten que el líquido adopta la forma del recipiente que lo contiene (Fig. 12). Pídales que dibujen en su cuaderno los diferentes recipientes y que escriban que el volumen es constante en los líquidos pero su forma depende del recipiente. 2. Propiedades de los líquidos Actividad 3 (Tiempo aproximado: 15 minutos) Los estudiantes conocerán por medio de esta actividad el concepto de difusión. Pídales que traigan un vaso transparente de plástico y un poco de jabón líquido o champú con color. Reúnalos en grupos de tres integrantes y pídales que viertan agua sobre el vaso y con un gotero que dejen caer unas gotas del jabón líquido. Procure que no toquen el vaso; que observen cómo el jabón se va difundiendo lentamente en toda el agua. Explíqueles durante este proceso que las partículas del jabón se van moviendo dentro de las partículas del agua. Las partículas de un líquido nunca están en reposo, se encuentran en continuo movimiento y este movimiento provoca que otras partículas se difundan y se mezclen ambos líquidos. Podrán repetir la actividad usando tinta o colorante vegetal. Pídales que dibujen el proceso en su cuaderno bajo el título “Difusión de líquidos”, como un proceso a nivel de partículas con esferas de diferentes colores representando las partículas de ambos líquidos (Fig. 13).

Figura 13. Proceso de difusión a nivel de partículas.

Actividad 4 (Tiempo aproximado: 30 minutos) Esta actividad se realizará para que corroboren que las partículas de los líquidos se encuentran en constante movimiento, de lo que depende la difusión de los líquidos. Para esta actividad se necesitarán tres recipientes altos y estrechos, agua caliente, agua helada, una solución saturada de agua con sal (la cual se prepara disolviendo una gran cantidad de sal en agua caliente y luego se deja enfriar) y tres colorantes vegetales de diferente color o tinta. Añada agua fría al primer recipiente, agua caliente al segundo y la solución saturada al tercero. Rotule los tres recipientes. Añada una gota de colorante de distinto color en los tres recipientes,

respectivamente. Pregúnte: ¿En cuál recipiente se difundirá más fácilmente el colorante? ¿En cuál menos? En la Figura 14, aparecen los tres recipientes con sus respectivos colorantes y el agua a diferentes temperaturas (agua fría, colorante azul; agua caliente, colorante violeta y tinte rojo, agua con sal). Se observa que el colorante se difunde más rápido en el agua caliente; luego, en el agua fría y no se difunde aparentemente en el recipiente con el Figura 14. Difusión a diferentes temperatuagua con alta concentración de sal (tinte rojo). ras y concentraciones.

Pregúnteles: ¿Por qué el colorante se difunde más rápidamente en el agua caliente? ¿Por qué no se difunde en la solución concentrada de sal? Explíqueles que las partículas del líquido se mueven más rápido a altas temperaturas, por ello, la difusión ocurre más rápido cuando el líquido está caliente. Ocurre todo lo contrario en agua fría. ¿Por qué el colorante no se difunde en la solución con una alta concentración de sal? Porque el agua con sal es más densa que el colorante y las partículas de sal no permiten que las partículas de tinte se muevan por el líquido. Pídales que dibujen y describan en su cuaderno con sus propias palabras los resultados. Actividad 5 (Tiempo aproximado: 45 minutos) No todos los líquidos poseen las mismas propiedades. Algunos son “espesos” y otros son más “fluidos”. En esta actividad estudiaremos la viscosidad de los materiales líquidos. Para comprender y visualizar el concepto de viscosidad de los líquidos, añadiremos algunos objetos sobre algunos líquidos para observar y determinar cuánto se tardan en hundirse, lo cual está íntimamente relacionado con la viscosidad de un líquido. Para realizar esta actividad se necesitarán vasos plásticos transparentes, algunos objetos sólidos pequeños (por ejemplo, piedras), agua y un líquido viscoso (por ejemplo, miel, jabón líquido, jarabe, aceite, etc.) (Fig. 15).

Figura 15. Ejemplos de líquidos viscosos: A. pintura, B. esmalte para uñas y C. salsa de tomate.

Llene el recipiente con el líquido a estudiar, y suelte el sólido lentamente sobre la superficie. Los estudiantes deberán observar la velocidad en que bajan los objetos en cada líquido. Los líquidos

más viscosos retardarán la caída de los sólidos, mostrando resistencia a los sólidos al caer (Fig. 16). Otra manera de observar la viscosidad es haciendo resbalar gotas de los líquidos por una superficie lisa (puede usar agua, jabón líquido, pegamento, etc.). La superficie puede ser un plato, una tabla barnizada, papel encerado u otra superficie que no absorba los líquidos. Coloque una gota o una porción del líquido sobre la superficie y colóquela en posición vertical. Los líquidos más viscosos tardarán más en fluir y los menos viscosos bajarán fácilmente . Deberán anotar en su cuaderno la definición de viscosidad, así como ordenarán los líquidos que se han usado, de menor a mayor viscosidad y discutirán las razones de su decisión.

Figura 16. Los líquidos viscosos

retardan la caída de los objetos.

Actividad 6 (Tiempo aproximado: 20 minutos) Otra propiedad observable que presentan algunos líquidos es la evaporación. Para estudiar esta propiedad se usará agua, aceite y un líquido volátil como alcohol o acetona. Esta actividad puede hacerse de manera demostrativa o en grupos de tres estudiantes.

Los estudiantes deberán colocar sobre una superficie lisa tres gotas de los siguientes líquidos: agua, aceite y alcohol o acetona; rotularán cada parte de la superficie indicando el líquido que le corresponde. Con esta actividad se pretende que los estudiantes comprendan el proceso de la evaporación, una propiedad que presentan algunos líquidos de manera evidente. Al finalizar la actividad, se espera que el alcohol o la acetona se hayan evaporado por completo. Mientras, el agua y el aceite permanecerán en estado líquido (esta experiencia es muy dependiente de la temperatura a la cual se lleve a cabo. En un día muy caluroso, el agua también se evaporará aunque no totalmente). Luego de colocar las gotas de los líquidos, explique el proceso de la evaporación y dibújelo en la pizarra (Fig. 17). Los estudiantes anotarán en su cuaderno la definición de evaporación y realizarán un dibujo sobre todo el proceso y los resultados obtenidos. Asimismo, explicarán a su manera que sucedió con el alcohol o la acetona. Esperarán el día siguiente y verán si el agua y el aceite se evaporaron.

Figura 17. Evaporación de líquidos.

Actividad 7 (Tiempo aproximado: 20 minutos) Para explicar el concepto de tensión superficial, utilizaremos en esta actividad un vaso transparente y varias monedas de 25 centavos. Llene un vaso con agua hasta el borde, con un pequeño exceso hasta que el agua forme una ligera curvatura sobre el borde (Fig. 18). Tomando las monedas por los bordes, adiciónelas una a una en la superficie del agua; antes pregúnteles: ¿Cuántas monedas creen que se pueden adicionar sin que el vaso rebalse? Adicione las monedas muy lentamente y explíqueles el concepto de tensión superficial de los líquidos. Para esto puede dibujar en la pizarra el fenómeno, y mencionarles que en la superficie del líquido, las partículas de éste son atraídas por las partículas que se encuentran abajo y por esto es que se forma una curvatura en el borde del vaso lleno de agua

Figura 18. Tensión superficial del agua.

Los estudiantes se sorprenderán por la cantidad de monedas que pueden ser adicionadas sin que el vaso se desborde. Esto se debe a las enormes fuerzas de atracción que existen entre las partículas de agua, lo cual confirmarán al ver la gran curvatura que se forma sobre el borde del vaso antes de derramarse. Cuando el agua se derrama es porque las partículas ya no pueden expandirse más debido al volumen del sólido añadido (monedas). Otra actividad para demostrar la tensión superficial es llenando un vaso y colocando lentamente un clip metálico sobre la superficie (Fig. 19A). Primero, añada el clip verticalmente para demostrar que es pesado y que se va al fondo del vaso. Luego, colóquelo lentamente de manera horizontal sobre la superficie. Practíquelo varias veces antes de la demostración. También puede hacerlo con una aguja (Fig. 19B). Pregúnteles: ¿Por qué el clip no se hunde ?¿A qué se debe esta propiedad? ¿Qué sucedería si caliento el agua? Repita el procedimiento usando miel. ¿Qué sucede ahora? ¿El clip se hunde? ¿Qué concluimos sobre la tensión superficial de la miel? Discutan los resultados y cuando concluyan, los estudiantes deberán anotar las inferencias y dibujar el proceso en el cuaderno.

Figura 19. A. El clip y B. la aguja no se hunden debido a la tensión superficial del agua.

ACTIVIDAD INTEGRADORA Integración con… Medio Ambiente INVESTIGANDO UN DERRAME DE ACEITE Materiales: • 1 recipiente de aproximadamente 22 cm de diámetro • 1 cucharada de aceite de cocina • Agua (cantidad necesaria) Los derrames de aceite y de petróleo son contaminantes acuíferos que afectan de igual manera al lugar físico donde se producen, como a los animales y la vegetación que se encuentan en esa zona. Esto se debe a que el hábitat donde se desarrollan las tramas alimenticias de los animales y las plantas se ven alterados de forma física y química. Además, no sólo se altera una comunidad acuática, sino que se podría alterar también una comunidad terrestre, debido a las relaciones que se producen entre ellas. Por ejemplo, en un derrame de petróleo sobre el mar se ven afectados primeramente los organismos productores, debida que la mancha de petróleo en la superficie no les permite la entrada del Sol, y por consiguiente no pueden efectuar la fotosíntesis. Además, afecta a los peces, ya que no pueden consumir zooplancton (organismos productores). Los componentes pesados del petróleo que se depositan en el fondo del mar pueden matar a los animales que habitan en las profundidades como cangrejos, ostras, etc. En nuestro país, debido al alto número de talleres de reparación de automóviles, se están generando contaminantes líquidos como aceites, lubricantes y otros residuos. Estos son vertidos erróneamente en las alcantarillas, quebradas y otros cuerpos de agua, causando contaminación. Debido a que el aceite es insoluble en agua se acumula en la superficie, permaneciendo por mucho tiempo, ya que tarda en degradarse. Este aceite contamina el agua subterránea de donde obtenemos el agua para nuestro consumo. Los componentes químicos presentes en los aceites de desecho son peligrosos para la salud humana y para la vida en general. Con esta experiencia se pretende que el estudiante tome conciencia sobre la necesidad de evitar el vertido de desechos sobre los cuerpos de agua en nuestro país. Añada suficiente agua en el recipiente y añada, cuidadosamente, el aceite sobre la superficie del agua. Explíqueles que el aceite de cocina se comporta de manera similar al aceite de desechos de los automóviles, es decir, no se mezcla con el agua; y que de igual manera el aceite se expande sobre los cuerpos de agua, liberando componentes peligrosos para la salud. Discutan en grupo de qué manera ellos podrían ayudar a evitar el derrame de productos tóxicos en el medio ambiente (Fig. 20). Figura 20. Derrame de aceite.

REFERENCIAS 1. Phillips, J., V., Strozak, y Williams, C. [2004] Química. Conceptos y Aplicaciones. Mc GrawHill Interamericana Editores. 2. Levine, S., Johnstone, L. [1997] Ciencia con todo. Experimentos simples con las cosas que nos rodean. Argentina: Editorial Albatros, SACI. 3. Vendramini, E. [s.f.] Estado líquido. Universidad Tecnológica Regional. Argentina. Extraído en agosto de 2010 desde http://quimicautnfrt.galeon.com/TemaN7.htm 4. Video Tensión superficial. Extraído en julio de 2010 desde http://www.youtube.com/watch?v= FFmDPznsupk&feature=related

¡Veamos qué hemos aprendido! 1. Las fuerzas de atracción entre las partículas de los líquidos son sólidos. a. Menores b. Iguales c. Mayores 2. Responda los siguientes planteamientos si son correctos (C) o incorrectos (I):

que en los

a.Todos los líquidos tienen la misma viscosidad. b. En la evaporación y la ebullición las partículas pasan de líquido a gas. c. Los líquidos tienen forma propia. d. El paso de sólido a líquido se conoce como fusión. e. Los líquidos no tienen un volumen definido. f. Las propiedades del aceite y el agua son iguales. 3. El líquido B es más viscoso que el líquido A. Señale cuál líquido llegará primero a la línea C, si se coloca una gota de cada líquido sobre una superficie vertical como la mostrada:

Lección 8

4 HORAS CLASE APROXIMADAMENTE

Componentes esenciales para la vida: El agua OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Identificar propiedades químicas y físicas del agua. 2. Identificar los estados de la materia a través de los cambios de estado del agua en el ciclo hídrico. 3. Valorar el agua como compuesto esencial para la vida.

HABILIDADES Y DESTREZAS CIENTÍFICAS 1. Describe las propiedades del agua y brinda ejemplos. 2. Identifica los estados de la materia en el ciclo hídrico. 3. Promueve la purificación del agua en su hogar.

TEMAS Y SUBTEMAS 1. La molécula de agua 2. El Agua como solvente 3. Ciclo del agua 4. Purificación del agua: hervir, clorar

DESCRIPCIÓN El agua es una molécula fundamental para la vida, constituida por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Es una de las sustancias más comunes en la Tierra y cubre más del 70% de su superficie. Se ha demostrado que la cantidad de agua en la Tierra no cambia apreciablemente con el tiempo, ya que existe un equilibrio entre los estados del agua, trasladándose por los diferentes estratos terrestres gracias a diversos factores como la temperatura y la presión. La composición química del agua la hace una molécula única en sus propiedades, manteniendo las estructuras, las interacciones y el equilibrio necesario para el mantenimiento de la vida. Figura 1. El agua es esencial para la vida.

CONCEPTOS CLAVES Enlace covalente: Es un enlace químico originado cuando los átomos comparten electrones (Fig. 3).

Figura 3. Molécula del agua (H2O).

Dipolo: Un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud cercanas entre sí (Fig. 4).

Figura 4. Un dipolo está compuestos por dos cargas puntuales.

Ión-dipolo: Es la interacción de los iones de una sustancia con el dipolo de una molécula polar (Fig. 5).

Figura 5. Los iones de una sustancia interactúan con los polos de las moléculas covalentes polares.

¿Qué debería usted saber sobre el tema? El agua El agua es el nombre como se le conoce a la forma líquida del compuesto formado por hidrógeno y oxígeno (H2O). Cuando los átomos de determinados elementos se unen, forman moléculas que poseen propiedades específicas observables. En el caso de la molécula de agua, cada átomo de hidrógeno se enlaza a un átomo de oxígeno central a través de un par de electrones que se comparten. Este enlace se denomina enlace covalente. Aparte de los electrones que el oxígeno usa para enlazarse covalentemente a los hidrógenos, el oxígeno posee más electrones conocidos como no-enlazantes, los cuales le confieren al oxígeno muchas de sus propiedades físicas y químicas. Debido a que las moléculas de los compuestos químicos son muy pequeñas para ser observadas aun por los instrumentos más potentes, estas se visualizan mediante medios alternativos. Algunas de estas “visualizaciones” se hacen por medio de programas de computadoras, las cuales se aproximan con bastante exactitud a la realidad. Por ejemplo, el diagrama que se muestra en la figura 2 muestra una aproximación de una molécula de agua. Según se observa en el esquema, la mayor densidad de electrones se encuentra alrededor del oxígeno, ya que este tiene la mayor capacidad para atraer electrones. Esto produce una separación de cargas dentro de la molécula y por esto se dice que la molécula de agua es polar (una parte positiva y otra parte negativa, formando un dipolo). La polaridad de la molécula de agua es la responsable de muchas de sus propiedades. Por ejemplo: poseer un punto de ebullición alto. Debido a la separación de cargas, las partes positivas

Figura 2. Distribución de la densidad de cargas en la molécula de agua.

de una molécula son atraídas hacia las partes negativas de otras, produciendo que estas moléculas se mantengan unidas (cohesión) y sean difíciles de separar (Fig. 6). Esta característica también explica alugnas propiedades del agua como la tensión superficial y la capilaridad estudiadas en lecciones anteriores. En general, la naturaleza líquida del agua y cómo las moléculas de agua se organizan e interaccionan han atraído el Figura 6. Interacción dipolo -dipolo. interés de los científicos por años y a través de muchos experimentos se han podido demostrar y explicar las características del agua. El agua como solvente El agua es un buen solvente debido a su polaridad. Las propiedades del agua como solvente son de vital importancia en Biología, ya que muchas reacciones bioquímicas ocurren en soluciones acuosas (por ejemplo, las reacciones en el citoplasma y en la sangre). También el agua es utilizada para el transporte de sustancias biológicas en los seres vivos. Las propiedades de las soluciones, su composición y las interacciones entre el soluto y el solvente serán estudiadas en lecciones posteriores. En esta lección estudiaremos de manera general como el agua interacciona con las sustancias que se disuelven en ella para formar soluciones. Hemos observado cotidianamente que en el agua pueden disolverse muchos compuestos como la sal, el azúcar y otras sustancias. Para que un compuesto se pueda disolver es necesario que se establezcan interacciones con el solvente, en este caso, el agua. La polaridad del agua ayuda mucho a disolver muchas sustancias; por ejemplo, la sal de mesa (cloruro de sodio, NaCl). La sal está compuesta por iones positivos, Na+ e iones negativos, Cl-. Cuando se ponen a interaccionar con el agua, las partes positivas del agua interaccionan con los iones negativos de la sal, y las partes negativas del agua interaccionan con los iones positivos de la sal. Este tipo de interacción se conoce como ión dipolo (Fig. 5 y 7) y es la responsable de que la sal se disuelva en agua. Otras moléculas que no poseen cargas en su estructura, como el azúcar y el alcohol, se disuelven en agua porque parte de su estructura está formada por átomos de oxígeno e hidrógeno, los cuales también forman dipolos en su estructura.

Figura 7. Interacción ión -dipolo.

Los dipolos de las moléculas de azúcar y de alcohol pueden hacer interacciones con los dipolos del agua y por esto se disuelven.

Moléculas como el aceite y otros compuestos que no se mezclan con el agua, no tienen la capacidad de formar dipolos y debido a esto no se solubilizan (no se mezclan) en el agua.

Gracias a este tipo de interacciones es que los seres vivos podemos alimentarnos a través del transporte de nutrientes solubilizados en el agua por todo el organismo. Así, los azúcares producidos en la fotosíntesis son transportados por toda la planta por su disolución en agua. Cuando el azúcar es consumida por los organismos heterótrofos, esta es llevada hacia las células para su metabolismo en forma soluble en agua. Ciclo del agua Otra característica del agua que la hace de vital importancia para el equilibrio de la biósfera es que está presente en los tres estados de forma natural. Así, encontramos agua en estado líquido en los océanos, ríos, lagos y fuentes subterráneas; agua sólida (hielo) en los polos y en las grandes montañas y agua en estado gaseoso en la atmósfera. El equilibrio entre estos tres estados es el responsable del clima, del mantenimiento de la temperatura del planeta y de la sobrevivencia de todas las especies que integran la biósfera. Los cambios de estado del agua se explican a través de cambios de los estados de agregación de la materia, estudiados en las lecciones anteriores. Así, tenemos que el agua en forma sólida (hielo) presenta un alto ordenamiento de sus moléculas. Al pasar al estado líquido debido al aumento de la temperatura, las partículas adquieren mayor movilidad disminuyendo de esta manera su ordenamiento. Al pasar al estado de vapor a través del proceso de evaporación, las moléculas de agua se alejan unas de otras comportándose como gas. Este proceso del paso de un estado a otro es el motor de lo que se conoce como ciclo del agua o ciclo hídrico. El agua se evapora de los océanos y de otras fuentes de agua y pasa al estado gaseoso. Al subir por la atmósfera se condensa y baja de nuevo en forma de lluvia, y si la temperatura es muy baja puede bajar en forma de hielo (Fig. 8). Cuando la temperatura es muy baja debido a la rotación natural de la Tierra en el cambio de estaciones, parte del agua se congela. Regresa a su forma líquida cuando la temperatura aumenta debido a un ángulo favorable de los rayos del Sol, en el cambio a la estación de verano.

Figura 8. Ciclo del agua.

Materiales: • Lapicero o lápiz plástico. • Un grifo o recipiente para hacer un chorro de agua. • Un pedazo de tela. • Bolitas pequeñas. • Clavos o palos pequeños.

Durante el ciclo del agua, ésta se halla continuamente en contacto con muchas sustancias y organismos, de forma que encontrar agua en estado puro raramente ocurre en la naturaleza. Por sus propiedades como disolvente, el agua disuelve algunos minerales del suelo, de las rocas y de la superficie de la Tierra. Debido a esto, es necesario purificar el agua para el consumo humano, ya que remueve sus impurezas. Las técnicas utilizadas para tal fin son estudiadas a lo largo de la materia de Ciencias Naturales en Educación Básica. En esta lección conoceremos la purificación del agua mediante la ebullición para eliminar organismos patógenos peligrosos para la salud humana. En esta técnica el agua es llevaba hasta su punto de ebullición (100oC) donde la mayoría de organismos no pueden sobrevivir y son eliminados. Se debe tener en cuenta que la purificación por ebullición no elimina contaminantes disueltos en agua, únicamente organismos y compuestos volátiles. Para eliminar otras impurezas, es necesario utilizar otras técnicas como la filtración, la sedimentación, la irradiación y la ozonificación, entre otras. DESARROLLO DE LA LECCIÓN

Figura 9. Modelos del agua.

1. La molécula de agua Actividad 1 (Tiempo aproximado: 45 minutos) Co esta actividad se introducirá el tema general de la lección que es el agua y se comenzará estudiando su estructura química, cuyo conocimiento y comprensión ayudará al estudiante a entender sus propiedades. Luego de haber escrito el tema en la pizarra, recuérdeles las propiedades de los líquidos que se estudiaron en la lección anterior. Solicíteles que mencionen algunas propiedades características del agua: no tiene olor, color, ni sabor. Como ya estudiamos anteriormente, el agua en su estado puro no tiene sabor; los diferentes “sabores” del agua dependen de las sustancias disueltas en ella, como el aire y sales minerales. Dibuje en la pizarra una molécula de agua señalando claramente el átomo de oxígeno y los átomos de hidrógeno.

Figura 10. Comprobando la existencia del dipolo.

Explíqueles de manera sencilla qué es un dipolo, mostrando a la molécula de agua como tal. Señale la parte negativa de la molécula ubicada en el oxígeno y la parte positiva en los hidrógenos. Indíqueles que en realidad no son cargas completas, es decir, el agua no tiene una carga negativa ni positiva como tal, sino

cargas parciales (por esto se coloca el símbolo delta, δ) que provocan la formación del dipolo. Explíqueles que esto es lo que le confiere al agua sus propiedades como la cohesión, el alto punto de ebullición, la tensión superficial, etc. que fueron estudiadas en la lección anterior. Para afianzar la comprensión de la estructura, previamente pídales que lleven palillos y bolas pequeñas para hacer un modelo de la molécula de agua y que lo dibujen en su cuaderno (Fig. 9). Para demostrar la existencia del dipolo en el agua, se realizará el experimento de “doblar” un pequeño chorro de agua. Frote un lapicero u objeto largo de plástico con un trozo de tela. Luego, Figura 11. Dipolos de agua atraídos acerque el objeto a un chorro delgado de agua y que observen hacia una carga. como el chorro es doblado (atraído) hacia el plástico (Fig. 10). Este es un experimento muy interesante y curioso para los niños ya que se asombran al ver el agua doblarse hacia el lapicero. Como el objeto y la tela están hechos de diferentes materiales, cuando se frotan ambos materiales los electrones son “movidos” de un material a otro resultando el material plástico cargado. Esta carga “hala” los dipolos de las moléculas de agua hacia sí, observándose como el chorro se dobla (Fig. 11). Se le recomienda hacer el experimento previamente para seleccionar la tela y el objeto adecuados. Dibuje en la pizarra el esquema de este fenómeno y explique a sus estudiantes por qué ocurre. Pídales que lo expliquen con sus palabras para verificar si han comprendido los conceptos y para que desarrollen habilidades de expresión verbal. Materiales: • Vasos pequeños • 3 cucharadas de azúcar • 3 cucharadas de vinagre • 3 cucharadas de alcohol • 3 cucharadas de aceite • Agua (cantidad necesaria)

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2. El agua como solvente universal Actividad 2 (Tiempo aproximado: 45 minutos) En esta práctica los estudiantes comprenderán la importancia del agua como solvente universal y como esta propiedad es determinante para la supervivencia de todos los organismos vivos en la Tierra. La práctica puede ser demostrativa o permita que trabajen en grupos de tres integrantes. Llene la tercera parte de los vasos con agua y adicione en cada vaso una sustancia diferente: azúcar, alcohol, vinagre y aceite. Explique que para que las sustancias se disuelvan deben tener estructuras similares; es decir, si el agua forma dipolos, estas sustancias deben formar

dipolos también. Escriba en la pizarra la regla general: “Igual disuelve igual”. Aunque poseen estructuras diferentes, los compuestos que son solubles en agua deben formar dipolos en su estructura para que hagan interacción con el agua. El aceite no es soluble en agua porque no puede formar dipolos, y por ende no puede hacer ningún tipo de interacción con el agua. Pídales que dibujen en su cuaderno los resultados del experimento y esquematicen los dipolos del agua haciendo interacciones con los dipolos del azúcar, vinagre y alcohol (Fig. 12).

Figura 12. Esquema del experimento: “El agua como solvente universal”.

Al finalizar el experimento puede hacer las siguientes preguntas: • ¿Se disuelven todas las sustancias en agua? No ¿Por qué, o por qué no? No todas las sustancias forman dipolos. • ¿Qué sustancias no se disuelven en agua? En este caso, el aceite. • ¿Qué es un dipolo? Se forma cuando las sustancias tienen una parte positiva y una negativa. • ¿Por qué se dice que el agua es el solvente universal? Porque puede disolver varias sustancias. Para comprender la importancia de las propiedades como solvente en los seres vivos y para el transporte de nutrimentos, se realizará el siguiente experimento, que puede ser acoplado a cualquier actividad ya que requiere de mucho tiempo para su desarrollo. Solicíteles a sus estudiantes que lleven al salón de clases su fruta preferida, dos tallos de apio, dos vasos transparentes (16 oz) y dos cucharadas de azúcar. Pueden trabajar en parejas. Pídales que llenen la tercera parte de los dos vasos con agua y que disuelvan el azúcar en un vaso; luego, que introduzcan los tallos de apio y esperar durante 4 ó 5 horas. Extraer los tallos de apio y cortar alguna sección y probarlos (Fig. 13). Figura 13. Absorción de las soluciones.

Los tallos de apio absorben el agua, pero el que se encuentra sumergido con el azúcar disuelta, adquirió un sabor dulce. Explíqueles que gracias a las propiedades del agua, como solvente, puede transportar el azúcar a todas las partes de las plantas. Pregúnteles: ¿Cuál es su fruta favorita? y ¿por qué? Mencióneles que el sabor dulce de las frutas es por el azúcar producida en la fotosíntesis y transportada por el agua hasta el fruto donde se concentra (Fig. 14).

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Solicíteles que lleven su fruta preferida al salón de clases y que se la coman. Luego que se asocien en parejas y que cada estudiante le explique al otro por qué la fruta que se está comiendo es dulce y la importancia que tiene el agua en la vida de los seres vivos. 3. El ciclo del agua Figura 14. Las frutas son dul-

Actividad 3 (Tiempo aproximado: 45 ces por el azúcar disuelto en el agua que estas contienen. minutos) En este experimento los estudiantes observarán el ciclo del agua en una maqueta realizada por ellos mismos. La maqueta consistirá en un recipiente plástico con tierra húmeda en el fondo y cubierto con un plástico. El mecanismo será que el agua de la tierra húmeda se evapora, se condensa en el plástico y se recoge en un vaso. Pueden trabajar en equipos de 5 estudiantes. Previamente pídales que lleven un recipiente plástico, un vaso pequeño, un pedazo de plástico delgado transparente, tierra húmeda (Fig. 15A). Introduzca el ciclo del agua haciendo preguntas como: ¿De dónde proviene el agua lluvia y cómo llegó hasta el cielo? ¿Adónde va el agua lluvia después de que llueve? ¿Qué será la sustancia que queda en un espejo cuando respiramos sobre él? Discuta el procedimiento de cómo armar la maqueta del ciclo del agua. Indíqueles que coloquen la tierra húmeda en el fondo del recipiente, que coloquen un vaso plástico en el centro (Fig. 15B y C) y que lo tapen con el plástico dejando una leve inclinación en el centro (pueden colocar una piedra pequeña en el centro del plástico) (Fig. 15D) y, que coloquen la maqueta bajo el Sol (Fig. 15E). Pregúnteles: ¿Creen que el agua puede salir del recipiente una vez lo sellemos con el plástico? ¿Creen que el agua se quedará en el suelo o llenará el vaso en el centro? ¿Cómo?

Figura 15. Experimentación del ciclo del agua.

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En el salón de clases recuérdeles los conceptos de evaporación y condensación. Explíqueles qué es el ciclo del agua y que lo dibujen en su cuaderno, señalando los cambios de estado del agua (Fig. 15F). Pregunte a sus estudiantes cuál creen que es la importancia de este ciclo y por qué es útil el agua lluvia.

Que observen durante algún tiempo el proceso que ocurre en la maqueta antes de sacar los vasos con agua. Al sacarlos que observen la cantidad de agua recolectada y pregúnteles: ¿De dónde proviene el agua que está en el vaso? Discuta hacia dónde se hubiese ido el agua si no se hubiese tapado el recipiente con el plástico (hacia la atmósfera para formar nubes). Pídales que piensen en qué forma puede ser de utilidad la maqueta para condensar agua (por ejemplo, para separar el agua de la sal en el agua de mar). ACTIVIDAD INTEGRADORA Integración con… Salud Pregúntele a sus estudiantes: ¿Cuántos de ustedes se han enfermado alguna vez? Todos nos hemos enfermado más de alguna vez debido a que existen gérmenes y parásitos que viven en nuestro medio ambiente y son los responsables que nos enfermemos si entran en nuestro cuerpo. Existen muchas maneras de enfermarse. Una de las ellas es por tomar agua o alimentos que contienen gérmenes o parásitos. Estos organismos son tan diminutos que solamente podemos verlos con la ayuda de un microscopio. Podemos encontrar gérmenes y parásitos en: • Desechos humanos y animales. • Cualquier tipo de insectos, principalmente moscas y cucarachas. • Agua y alimentos contaminados. • Manos y/o uñas sucias, ropa sucia. • Vasos y utensilios sucios. La diarrea es la principal causa de muerte de origen infeccioso en niños/as, caracterizada por las evacuaciones líquidas y frecuentes. Esta es causada por los microorganismos o parásitos que entran al organismo cuando se consumen alimentos contaminados o toman agua sin hervir o purificar (Fig. 16). El agua debe purificarse antes de usarse por los miembros de la familia, ya sea para cocinar o para beber. La diarrea se puede prevenir si consumimos agua purificada. Hervir el agua es uno de los métodos de desinfección más efectivos ya que luego que dejamos el agua en ebullición por tres minutos, se eliminan la mayoría de microorganismos que pudiera tener. Algunas personas dicen que cuando se manipula el agua hervida puede volver a contaminarse; por ejemplo, cuando se bate el agua para que adquiera oxígeno de nuevo. Es por esto que se recomienda, agregar al agua, luego de hervida y enfriada, 5 gotas de lejía (hipoclorito de sodio 10% v/v) por galón de agua. Así, se protege por más tiempo de la contaminación. Para comprobar la efectividad de hervir y clorar el agua se hará la siguiente práctica: Figura 16. Agua hirviendo.

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Se necesitarán dos botellas limpias. En la primera botella, adicionar agua de cualquier fuente y a la segunda, agua hervida y clorada (puede llevar agua hervida y clorarla frente a sus estudiantes). Tapar ambas botellas, rotularlas y dejarlas cerca de una ventana. Con el paso de los días que sus estudiantes observen los cambios que ocurren en ambas botellas, si existen cambios de color y apariencia. En algunos casos, podría haber crecimiento de algas verdes en la botella con agua sin tratar. Esto puede tomar varios días por lo que los resultados no serán inmediatos. Se deberán discutir los resultados al finalizar la experiencia. REFERENCIAS 1. Phillips, J., Strozak, V. y Williams, C. [2004] Química. Conceptos y Aplicaciones. Mc Graw-Hill Interamericana Editores. 2. Levine, S., Johnstone, L. [1997] Ciencia con todo. Experimentos simples con las cosas que nos rodean”. Argentina: Editorial Albatros, SACI. 3. Muñoz, F. [s.f.] El agua. Ámbito Científico, I.E.S. Extraído en septiembre de 2010 desde http:// www.aula21.net/Nutriweb/agua.htm 4. Macek, M. [s.f.] El agua. ZonaDiet. Extraído en septiembre de 2010 desde http://www.zonadiet.com/bebidas/agua.htm 5. Rincón, A. [s.f.] El agua: recurso vital. Organización de Estados Iberoamericanos, OEI. Extraído en octubre de 2010 desde http://www.oei.org.co/fpciencia/art20.htm 6. Video [s.f.] Ciclo del agua. Extraído en septiembre de 2010 desde http://www.youtube.com/ watch?v=0VuabmeLa4I 7. Video [s.f.] Doblando el agua. Extraído en octubre de 2010 desde http://www.youtube.com/wa tch?v=7oT1FYTCJko&feature=related

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¡Veamos qué hemos aprendido! 1. Dibuja una molécula de agua e indica los átomos que componen la molécula con sus símbolos químicos. De los siguientes símbolos, selecciona cuáles corresponden a la molécula de agua, y colócalos sobre los átomos correspondientes:

2. Explica el término “molécula polar”:

3. Sobre una superficie lisa (plástico o metal) coloca una gota de agua, aceite y agua con jabón. Observa la forma y la altura de las gotas y dibújalas: Agua

Aceite

Agua con jabón

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3.1 ¿Qué tiene que ver la polaridad del agua con la forma de la gota?

3.2 Basándose en la forma de la gota del agua con jabón, ¿posee las mismas propiedades del agua o son diferentes?

4. ¿Qué aprendiste en la Actividad de Purificación del Agua? ¿Qué más te gustaría saber?

5. El agua se considera como el “solvente universal” ¿Por qué? a. Es abundante c. Es estable b. Puede disolver muchas sustancias d. Se evapora

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Lección 9.

Plantas de mi comunidad

DESCRIPCIÓN Es importante que el niño y la niña identifiquen además de la raíz, tallo y hojas, otros órganos de las plantas como las flores, frutos y semillas y sus funciones. En esta lección, los estudiantes hacen un recorrido e identifican algunas plantas de la comunidad por su nombre común y dibujan sus partes.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Indagar sobre las plantas más comunes de la comunidad. 2. Explicar las funciones básicas del fruto, la raíz, el tallo, las hojas, las flores y las semillas en la planta.

8 HORAS CLASE APROXIMADAMENTE

HABILIDADES Y DESTREZAS CIENTIFÍCAS 1. Describre plantas y sus órganos de su comunidad. 2. Hace preguntas e interpreta observaciones y procesos de las plantas. 3. Comprende un problema, tarea o situación desafiante. TEMAS Y SUBTEMAS 1. Plantas de mi localidad 2. Partes de una planta (raíz, semilla, tallo, hoja, flor y fruto) y sus funciones

Figura 1. Botones florales del loroco (Fernaldia pandurata).

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CONCEPTOS CLAVES Flor: Órgano reproductor de la planta formado por: corola, cáliz, androceo y gineceo (Fig. 2). Cáliz: Es la parte de la flor formada por los sépalos, debajo de los pétalos. Corola: Es la parte de la flor formada por los pétalos. Androceo: Es la parte masculina de la flor formada por los estambres. Gineceo: Es la parte femenina denominada pistilo donde están los óvulos. Fruto: Es el ovario maduro de la flor. Su función es proteger la semilla. Posee tres partes: epicarpio o exocarpo, mesocarpio y endocarpio.

¿Qué debería usted saber del tema? Panorama general de la cobertura vegetal salvadoreña El Salvador es el país más pequeño de Centroamérica. Se encuentra densamente poblado (315 habitantes/ km2). Según el Ministerio de Medio Ambiente y Recursos Naturales (MARN, 1999) tiene unos 21,041 km2 de extensión. De ello, menos del 1.8% del territorio de El Salvador es boscoso, es decir, apenas 372 km2. Estudios realizados por FAO (Organización de Agricultura y Alimentos ) y PAFES (Programa Andaluz para el Fomento de la Economía Social) en 1994 mostraban que el país estaba altamente deforestado con tendencia acelerada y que el bosque de conífera o bosque de pino, por ejemplo, ocupaba unas 25,000 hectáreas; otro estudio realizado en el 2005 por Melibea Gallo en coordinación con el MARN, el gobierno de Noruega y el INBio, de Costa Rica, indicaba que el bosque ocupa 79,520 hectáreas, es decir, sólo un 3.78% del territorio nacional. La variabilidad en estos datos, reflejan, la falta de seriedad en estudios científicos de los bosques salvadoreños en los distintos gobiernos. En lo que sí concuerdan es que la destrucción y deforestación de los bosques han sido provocadas por los planes de urbanización y concentración de la población humana, pero sobre todo por las políticas económicas desarrollistas de explotación de los recursos naturales. Un ejemplo es la suplantación de los bosques naturales originales por los de sombra o café, que también a su vez sustituyeron en su momento al añil. De acuerdo la FAO y PAFES, en los bosques de coníferas la especie dominante es el pino ocote (Pinus oocarpa) en un 70% entre otros tipos de pináceas tal como el pino blanco (Pinus pseudostrobus), Pinus caribaea y, en menor cantidad, Pinus ayacahuite.

Figura 2. Partes básicas de una flor perfecta.

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El Centro Salvadoreño de Tecnología Apropiada (CESTA), la más grande y experimentada de las ONG ambientalistas en el país, reporta que la bahía de Jiquilisco es el bosque de mangle más grande en el país. Pero también existen otros, por ejemplo, El Amatal en San Diego (La Libertad), el Golfo de Fonseca y la Barra de Santiago (Ahuachapán). Plantas de mi localidad Mario Lungo, de la organización PRISMA (Programa Salvadoreño de Investigación sobre Desarrollo y Medio Ambiente), citando un estudio del Banco Mundial de 1991 sobre los problemas ambientales urbanos, observa que el crecimiento urbano y la falta de una Ley Nacional de Ordenamiento Territorial en El Salvador están deteriorando el ambiente de las ciudades ocasionando la contaminación del aire, las inundaciones en las quebradas naturales,

el tratamiento inadecuado de desechos sólidos y la calidad de agua, etc. Al hacer un recorrido por cualquier pueblo o ciudad de El Salvador es frecuente encontrar el edificio de la iglesia, la alcaldía y la estación de la policía alrededor de un parque municipal (Fig. 3), herencia del modelo de organización social que data de la época colonial. En los parques municipales se concentra una relativa cantidad de árboles y plantas ornamentales que no necesariamente representan las especies dominantes del lugar. Es raro encontrar una sala de teatro, fuentes o piletas de agua en el centro de los parques, lo cual proporcionaría un ambiente fresco y agradable a las ciudades y pueblos. En los andenes de las ciudades y pueblos, se pueden observar algunos mangos, guayabos, claveles, conacastes, maquilishuat y otros.

Figura 3. Parque Cuscatlán, San Salvador. Las araucarias, palmeras egipcias, cerezos de Belice y laureles de la India son algunas especies introducidas frecuentes en los parques municipales. Almendros de río, ceibas y maquilishuats son ejemplos de especies nativas que se siembran como ornamento.

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Partes de las plantas y sus funciones: raíz, tallo, hojas, flores, frutos y semillas. Anteriormente se ha reconocido que la raíz es el órgano de la planta con la que se fija al suelo y le proporciona sostén al tronco, las ramas y las hojas. Generalmente es subterránea aunque hay ciertas raíces aéreas. Las raíces también pueden ser ramificadas o adventicias (una parte de la raíz está fuera de la tierra como las raíces de mangle). La flor es el órgano reproductor de las plantas que se transforma en fruto y que a su vez contiene a la semilla que guarda y protege al embrión de la nueva planta. El tallo es el órgano de la planta que le permite sostener y conducir la savia bruta a las hojas, las flores y los frutos. La hoja es el órgano por medio del cual la planta respira, transpira y realiza la fotosíntesis (Fig. 4) como sucede en todas la partes verdes de la planta. Puede ser de diversas formas. Por

el limbo pueden ser clasificadas en: simples o compuestas. Las hojas simples se clasifican en: • Acorazonadas: Posee una forma de un corazón. • Lanceoladas: Presenta una forma de lanz • Sagitadas: Su forma se asemeja a la punta de una lanza. • Bilobuladas: La hoja está partida en dos lóbulos. • Elípticas: Presenta la forma de una elipse. • Ovaladas: tiene forma de óvalo. Las hojas compuestas pueden ser: 1. Compuestas palmeadas: La hoja compuesta presenta divisiones o folíolos dispuestos como los dedos de una mano. 2. Compuestas trifoliadas: La hoja compuesta presenta tres divisiones o folíolos. 3. Compuestas pinnadas: La hoja se compone de varios folíolos que parten de un eje central o ráquis.

Figura 4. Partes de una hoja simple de dicotiledónea.

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La flor es el órgano reproductor de la planta (Fig. 5) formado por: cáliz, corola, androceo y gineceo. El cáliz formado por los sépalos, debajo de los pétalos. La corola es la parte de la flor formado por los pétalos. El androceo es la parte masculina de la flor, formada por los estambres y el gineceo es la parte femenina, llamada pistilo donde se encuentran los óvulos. Figura 5. Esquema de las partes de una flor madura.

El fruto es el ovario maduro de la flor (Fig. 6). Su función es proteger a la semilla y consta de tres partes: mesocarpdio, endocarpio y epicarpio o exocarpo. La semilla es la parte que contiene el embrión de la nueva planta (Fig. 7), consta de las siguientes partes: el embrión, el tegumento, el cotiledón y la radícula.

Figura 6. Partes de un fruto simple: mango manzana.

Comentarios La Constitución de la Republica de El Salvador en su artículo 117 reconoce que: “Es deber del Estado proteger los recursos naturales, así como la biodiversidad e integridad del medio ambiente, para garantizar el desarrollo sostenible” por lo que se vuelve un delito deforestar y talar los árboles.

Figura 7. La semilla de paterna y sus partes.

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Historia de la Ciencia y la Tecnología Hace 2,300 años, Teofrasto, un filósofo y botánico griego en Atenas, alumno y sustituto de Aristóteles en el Liceo ateniense, gustaba caracterizar a las personas y a las plantas en base a los “caracteres” surgiendo con ello las primeras ideas sobre Anatomía Vegetal, ya iniciada por Aristóteles al clasificar las plantas en árboles, arbustos y hierbas. La Historia de las Plantas y Sistema Natural son obras de Teofrasto en los que clasificó por primera vez a las plantas por sus propiedades medicinales. También, logró clasificar a 480 plantas en árboles, arbustos, subarbustos y consideró a los hongos como vegetales. Subdividió a las hierbas en acuáticas y terrestres.

Funciones de las partes de las partes • La flor permite la reproducción en las plantas. Asimismo, forma los frutos y las semillas. • El tallo sirve de sostén y conduce sustancias alimenticias en la planta. • La raíz sirve de fijación y absorción de nutrientes a la planta. • La hoja sirve para la respiración, la transpiración y la fotosíntesis. • El fruto protege a la semilla. • La semilla contiene a la nueva planta en la germinación. DESARROLLO DE LA LECCIÓN 1. Introducción a la clase (Tiempo aproximado: 15 minutos) Escriba el tema y el objetivo de la lección en la pizarra, léaselos y coméntelos con la clase. 2. Importancia de las plantas (Tiempo aproximado: 20 minutos) Organice a los estudiantes en grupos de cuatro miembros y conversen y debatan las siguientes preguntas: 1. ¿Qué importancia tiene conocer las plantas? 2. ¿Cómo utilizan las plantas las personas de la comunidad? 3. Pida que escriban en sus cuadernos un listado de nombres de plantas que conocen de la comunidad. 3. Identifiquemos un problema (Tiempo aproximado: 10 minutos) Pida a cada estudiante escribir una pregunta sobre un problema que hay con las plantas de la comunidad. Luego que la comparta con sus compañeros en el equipo. 4. Visita de campo (Tiempo aproximado: 45 minutos) Lleve a sus estudiantes a hacer un recorrido en el parque de la ciudad, del pueblo, o a los alrededores de la escuela (Fig. 7), por ejemplo, una finca, hacienda o cooperativa y pídales que observen las plantas, las dibujen en sus cuadernos escribiéndoles el nombre y que traten de identificar sus órganos básicos: tallo, hoja, fruto. Pídales que hagan un conteo de las plantas e identifiquen cual es la planta que predomina (más abundante).

Figura 8. Teofrasto de Ereso.

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Ciencia, Tecnología, Sociedad y Ambiente Las plantas de nuestro país, El Salvador, son en su mayoría utilizadas como artesanía, medicina, para la elaboración de materiales o para el consumo de alimentos. Por ejemplo, hay plantas comestibles, como: el chipilín (Crotallaria vitellina), las flores de pacaya (Chamaedorea tepejilote) y las flores del loroco (Fernaldia pandurata); los jocotes (Spondias spp.), las anonas (Annona spp.), los aguacates (Persea americana), los tomates (Lycopersicon esculentum), las cebollas (Allium cepa), los frijoles (Phaseolus vulgaris) y el maíz (Zea mays), etc.; en su mayoría son importados desde Guatemala, Honduras y Nicaragua. Según datos del Ministerio de Agricultura y Ganadería (MAG), sólo en 1998 se exportaron unos $19,187.37 dólares de flores de pito (Erythrina berteroana). Así, con la planta del bálsamo (Myroxylon balsamum), es muy utilizada como expectorante desde tiempos precolombinos y representa unos $11,691,254.00 en las exportaciones.

Figura 9. A los niños y niñas les gusta observar directamente a la naturaleza.

5. Entrevista (Tiempo aproximado: 30 minutos) Oriente a los estudiantes a trabajar en equipo de cuatro integrantes y pídales que conversen y discutan las preguntas que les harían a sus padres, amigos y familiares sobre los nombres de las plantas que había en la comunidad y para qué las utilizaban. Permitirles hacer sus propias preguntas de la entrevista. Monitoree cada equipo y revise la calidad de las preguntas. 6. Exposición (Tiempo aproximado: 15 minutos) Organice una plenaria para compartir en clase la información recabada en casa y en el parque. Pídales que le ayuden a hacer un listado de plantas por el tamaño, plantas a las que se les comen las hojas, las flores y los frutos. 7. ¿Qué podemos hacer? (Tiempo aproximado: 15 minutos) Pídales que escriban un listado de acciones que pueden hacer para proteger a los árboles, arbustos y hierbas de la comunidad y las lean a toda la clase. Preguntarles: ¿Por qué debemos protegerlas? 8. Partes de la planta (Tiempo aproximado: 30 minutos) Entregue a cada equipo una planta y pídales que la dibujen en su cuaderno y escriban sus partes (Fig. 10) y funciones: hojas, flores, frutos y semillas.

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Figura 10. Partes de la planta.

9. Reforcemos el tema (Tiempo aproximado: 45 minutos) Muestre una planta común a cada estudiante (Fig. 11 y 12) y pídale que señale sus partes y explique para qué le sirven a la planta. Si no lo recuerdan, haga una retroalimentación.

Figura 11. Izote (Yucca elephantipes).

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Figura 12. Planta de papaya (Carica papaya).

ACTIVIDAD INTEGRADORA Integración con… Lenguaje y Arte Oriente a los grupos de estudiantes para elaborar carteles con las partes de una planta y permítales tomarse 20 minutos para ir a visitar los grados a niños y niñas del primer ciclo; que pidan permiso al profesor/a del grado que visitan y hagan pequeñas exposiciones sobre las partes que tienen las plantas, explicando algunas acciones que se pueden hacer para proteger a las plantas de la comunidad. Finalmente, adorne el aula con los carteles de los estudiantes. ACTIVIDAD DE EVALUACIÓN Pedir que observen un dibujo de una planta (Fig. 13) y señala el nombre de sus partes. Oralmente explique su función.

Figura 13. Ejemplo de dibujo de una planta y sus partes.

REFERENCIAS 1. De Francisco, M., M. Biondini y C. González [s.f.] El Fruto. Extraído en octubre de 2010 desde http://www.botanica.cnba.uba.ar/Trabprac/Tp5/frutonuevoFP.htm#Clasificación%20de%20 los%20frutos 2. FAO [s.f.] Evaluación de los productos forestales no madereros. Extraído en octubre de 2010 desde http://www.fao.org/docrep/007/ae159s/AE159S04.htm#TopOfPage 3. MARN, INBio y Gobierno de Noruega [2005] Estado del conocimiento de la biodiversidad en El Salvador. Documento final. Extraído en octubre de 2010 desde http://www.inbio.ac.cr/EN/ web-ca/biodiversidad/el-salvador/salvador.pdf 4. Lecciones hipertextuales de Botánica [s.f.] Historia de la Botánica. La antigüedad clásica. Extraído en octubre de 2010 desde http://www.unex.es/polen/LHB/taxonomia/histo1.htm

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¡Veamos qué hemos aprendido! Tarea: Haz un recorrido en el parque de la ciudad o del pueblo, o de los alrededores de la escuela, por ejemplo, una finca, hacienda o cooperativa y observa las plantas, dibújalas en tu cuaderno escribiendo el nombre; trata de identificar la raíz, el tallo, las hojas, las flores y los frutos.

Figura 14. Espada del diablo (Sansevieria sp.), especie ornamental común.

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Lección 10.

El tallo en las plantas

DESCRIPCIÓN Continuando con el estudio de las partes de la planta, conoceremos a profundidad el tallo, sus funciones y adaptaciones al medio. Continuando con la importante tarea de la clasificación taxonómica, tan esencial en la iniciación empírica del niño y la niña en las ciencias biológicas. 8 HORAS CLASE APROXIMADAMENTE OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Clasificar plantas por el tamaño del tallo en árboles, arbustos y hierbas. 2. Identificar los tipos de tallos por su adaptación al medio.

HABILIDADES Y DESTREZAS CIENTÍFICAS 1. Clasifica y comunica los tipos de tallos en las plantas. 2. Formula preguntas sobre el tallo de las plantas. 3. Interpreta lo que observa y comprende un problema o tarea.

TEMAS Y SUBTEMAS 1. Adaptación de las plantas al ambiente 2. Tipos de tallos: herbáceos, carnosos y leñosos 3. Clasificación de las plantas de acuerdo al tamaño del tallo: árboles, arbustos y hierbas

Figura 1. Tallo de una ceiba (Ceiba pentandra).

CONCEPTOS CLAVES

¿Qué debería usted saber del tema?

Tallo: Es el órgano de la planta que le permite el sostén y la conducción de la savia bruta a las hojas, las flores y los frutos. Además ayuda al almacenamiento de reserva, fotosíntesis y transpiración.

El tallo en las plantas (Fig. 1 y 2) es el órgano que le permite el sostén y la conducción de la savia bruta a las hojas, las flores y los frutos. También tiene la función de almacenamiento de reserva, fotosíntesis y transpiración. Hace unos 2,400 años, Aristóteles, en la Grecia Antigua, fue el primero que clasificó a las plantas por el tamaño del tallo en árboles, arbustos y hierbas. Luego, Teofrasto hizo otros estudios de las plantas y confundió a los hongos en el reino plantae.

Hierba: Es una planta pequeña, cuyo tallo apenas crece pocos centímetros de la superficie del suelo.

Ejemplos de hierbas en el país son el zacate Jaraguá (Hyparrheniaruffa rufa) el cual es una planta invasora que evita la regeneración en zonas naturales y zonas de lavas volcánicas). Es una planta traída de África e introducida en el país como forraje o pasto para alimentar a los animales de carga). Otro ejemplo de hierba es la grama (Cynodon dactylon) y es la segunda planta que más polen expele o dispersa en el país según estudios de polinología en El Salvador realizado por Jorge Lagos en 2003. Esto es importante por los casos de alergias que existen en el país. En general, las hierbas son plantas pequeñas, cuyo tallo apenas crece unos pocos centímetros de la superficie del suelo. El Jaraguá en excepción, alcanza un tamaño de 1 a 1.5 metros y el maíz (Zea mays) alcanza entre 1 hasta 2 metros; por ello algunos los consideran subarbustos.

Figura 2. Algunos tallos: A. el tallo fotosintético como el de los cactus, B. la papa comestible (Solanum tuberosum) es un tallo de almacenamiento, C. las gramíneas (como el zacate) presentan un tallo especial rastrero llamado estolón.

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Es importante notar que una clasificación como esta, a pesar de haber sido hecha hace más de 2,400 años por Aristóteles y Teofrasto, sigue siendo importante en la historia de la evolución del conocimiento científico de las plantas. Los arbustos tienen dos características esenciales, un tallo leñoso y una altura que no pasa de tres metros, como ejemplos tenemos los almendros, claveles, árboles de naranja, etc. Los árboles pasan los cinco metros de altura, tienen el tronco leñoso, pero lo más característico es que se ramifican a cierta altura del suelo. Por su ramificación se puede clasificar en monopódicos o en simpódicos (Fig. 3 y 4). Los primeros, tienen un solo tallo o eje principal vertical con pequeñas ramas adheridas, por ejemplo el pino (Pinusoocarpa). Los simpódicos presentan varias ramas, por ejemplo el aguacate, conacaste, anona, jocote entre otros.

Figura 3. Tallo monopódico.

Figura 4. Tallo simpódico.

Por su consistencia los tallos pueden clasificarse en: herbáceos (caña de azúcar, de maíz, grama, etc); leñosos (troncos como el pino y estipes) y carnosos (porque acumulan agua).

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Figura 5. Tipos de tallo: A. tallo carnoso como el de los cactus, B. tallo leñoso como el de los pinos.

Figura 6. Tallos herbáceos. A: Zacate jaraguá (Hyparrhenia rufa). B: Caña de azúcar (Saccharum officinarum).

• Los leñosos poseen tallos duros y ramificados (Fig. 5B). Por ejemplo: el cedro, el caoba, el laurel y el pino, que son árboles maderables. • Los herbáceos poseen tallos delgados, flexibles y débiles (Fig. 6). Por ejemplo: las plantas de tomate, apio, frijoles y rosas. • Los carnosos poseen tallos gruesos y con bastante agua (Fig. 5A). Por ejemplo: el cactus y las sábilas. En síntesis, el tallo tiene la función principal de sostén, transporte y distribución de sustancias en la planta. La función secundaria es de almacenamiento de reservas, fotosíntesis y transpiración. Las plantas tienen adaptaciones al ambiente, ejemplo de ello son los distintos tipos de tallos y raíces. Por ejemplo, las plantas acuáticas como el jacinto de agua contienen en sus tejidos oxígeno para una efectiva flotación. Por su adaptación al hábitat los tallos pueden agruparse en epigeos o tallos rastreros y en tallos hipogeos o tallos subterráneos como la papa (tubérculo), la cebolla (bulbos). En su lucha por la sobrevivencia, muchos organismos se adaptan a las condiciones del ambiente, ejemplo de ello, es el zacate Jaraguá que posee dos tipos de tallos, uno subterráneo y otro aéreo llamado estolón, responsable de su éxito de propagación en todo el país (Ventura, 2002).

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Comentarios

DESARROLLO DE LA LECCIÓN

La Laguna de las Ninfas (Fig. 7) y la Laguna Verde (Fig. 8) están ubicadas en Apaneca, Ahuachapán. Son parte de la ruta turística llamada Ruta de las Flores, una ruta turística y un lugar de cultivo del mejor café de altura del país.

1. Bienvenida (Tiempo aproximado: 15 minutos) Escribir el tema y el objetivo de la lección en la pizarra, asegurándose de que lo hayan escrito en sus cuadernos. 2. Plantas del entorno (Tiempo aproximado: 40 minutos) Orientar a los estudiantes a organizarse en equipos de tres miembros. Pídales conversar sobre: ¿Qué formas tienen los tallos en las plantas? Luego, hacer un recorrido en la escuela y la comunidad y pedir que dibujen en el cuaderno tres tipos de plantas. Oriéntelos a observar muy bien y registrar los datos que se muestran en el cuadro siguiente: Dibujo:

Figura 7. Laguna de las Ninfas, Apaneca, Ahuachapán.

Ttipo de planta: Partes: Posee hojas, tallo, etc. Figura 8. Laguna verde de Apaneca, Ahuachapán.

Nombre común: Izote. Lugar y fecha: Finca San Jorge, 12 de agosto de 2011. Observación descriptiva: Es una planta mediana...

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Historia de la Ciencia y de la Tecnología La morfología es un criterio de clasificación de las plantas que se originó hace unos 2,400 años en la Grecia Antigua. En 1761, el doctor Marcelo Malpighi propuso como criterio de clasificación para la anatomía de las plantas considerando además de la forma, la estructura interna. Ya en 1596, el doctor Gasparar Bauhin en Suiza introdujo por primera vez el sistema de nomenclatura binomial debido a las relaciones naturales y afinidades anatómicas entre las plantas. A pesar de ello es hasta doscientos años después que Carlos Linneo publica su libro Especie Plantarum en 1753, que se reconoce el criterio de la anatomía estructural para clasificar las plantas con toda su validez científica. Darwin en su tiempo utilizó tanto la morfología como la anatomía para establecer líneas evolutivas.

3. Clasifiquemos plantas (Tiempo aproximado: 30 minutos) Pedir a los estudiantes que realicen un listado de nombres de plantas que conocen. Luego, pídales recordar y observar los distintos tamaños de tallos en algunas plantas de la escuela y la comunidad. Pregúnteles: ¿Cómo clasificarían a las plantas según el tamaño del tallo? Invítelos a pensar una manera de agrupar las plantas por el tamaño del tallo. Por ejemplo, podrían clasificarlas en árboles, arbustos y hierbas (Tabla 1). Tabla 1. Clasificación de plantas según el tamaño del tallo.

Tamaño

Nombres

Árboles Arbustos Hierbas

También usted puede mostrar a los estudiantes en dibujos o materiales reales naturales algunos tipos de tallos y pedir a los estudiantes clasificarlos por el tamaño del tallo. Permita que compartan sus resultados con al menos un grupo. 4. ¿Qué es el tallo? (Tiempo aproximado: 30 minutos) Pedir a los estudiantes que en grupo debatan, conversen y respondan con sus palabras: ¿Qué es el tallo en las plantas? Permitir que expongan la definición de tallo, mientras usted puede escribir en la pizarra las ideas de los niños y niñas. Finalmente explicar que el tallo: Es la parte de la planta que crece hacia arriba, buscando la luz del sol, en sentido contrario a la raíz y afuera de la tierra. 5. Consistencia de los tallos (Tiempo aproximado: 60 minutos) Mostrar distintos tipos de tallos, por ejemplo: una planta de tomate, una de grama, de un higuero, un rosal u otra planta, pedirles que los observen y respondan: ¿Cómo es la consistencia de estos tallos? ¿Cómo los clasificarían por la consistencia? Permitir que los estudiantes conversen en grupo, razonen las respuestas y luego las escriban en su cuaderno y las den a conocer a toda la clase.

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Ciencia, Tecnología, Sociedad y Ambiente “Llueve donde existen árboles” dicen algunas personas. Lo que sucede es que los árboles transpiran y evaporan agua de sus tejidos y con la ayuda del viento y la temperatura, la convierten en niebla o nubes. Los árboles absorben el agua de lluvia por las raíces y la transportan por el tallo a las ramas, las hojas, las flores y los frutos. Atrapan la lluvia en las hojas y permiten que escurra devolviéndola a los arroyos, lagunas o ríos (Fig. 9); con ello aseguran agua y oxígeno a los animales, a las personas y a otras plantas.

El profesor explica que por su consistencia los tallos pueden ser leñosos, herbáceos y carnosos. De acuerdo a esta información, ¿Qué tipos de tallos tienen la grama, la rosa, el mango y un cactus? Explicar que por sus adaptaciones al ambiente hay tallos subterráneos (debajo de la tierra) y rastreros, rételos a pensar y mencionar ejemplos de plantas con esos tipos de tallos. 6. Otros tipos de tallos (Tiempo aproximado: 45 minutos) Pedir que dibujen en su cuaderno los diferentes tipos de tallos, escriban sus características y citen ejemplos.

Figura 9. La lluvia y los arboles se relacionan.

ACTIVIDAD DE EVALUACIÓN Mostrar a los estudiantes ilustraciones de plantas y pedirles que identifiquen si por el tipo de tallo la planta ¿es un árbol, un arbusto o una hierba? Pedir a los estudiantes trabajar en pareja y dibujar un ejemplo de planta con el tipo de tallo leñoso, herbáceo y carnoso. ACTIVIDAD DE REFUERZO Pedir a los estudiantes trabajar en grupos de tres. Leerles el siguiente ejercicio y que lo resuelvan: 1. En la escuela de Javier hay dos líneas de de cinco eucaliptos ¿Qué tipo de tallo tienen los eucaliptos? ¿Cuántos tallos hay? 2. En un parque hay pinos, almendros, Ttuyas, almendros de río, conacastes, ceibas, palmeras, árboles de San Andrés, mirtos. Ordenarlos por el tipo de tallo. Comentario: En el primer ejercicio, se espera que el niño o niña, plantee el siguiente algoritmo: 2 x 5 = 10

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REFERENCIAS 1. Acedo, C. [2004 -2008] Botánica. Extraído en septiembre de 2010 desde http://www3.unileon. es/personal/wwdbvcac/index.htm 2. Botánica [s.f.] Partes de los árboles. Extraído en octubre de 2010 desde http://www.botanicalonline.com/partesdelosarboles.htm 3. Gobierno de Distrito Federal, Banco Interamericano de Desarrollo y Secretaría de Medio Ambiente [2000] Manual técnico para la poda, derribo y transporte de árboles y arbustos de la ciudad de México. Extraido en septiembre de 2010 desde http://www.scribd.com/doc/26291900/ Manual-Tecnico-Poda-Derribo-Trasplante-Arboles 4. Ventura, N. y MARN [2002] Diagnóstico acerca del conocimiento sobre especies invasoras de flora y sus efectos en los ecosistemas de El Salvador (Informe). El Salvador. 5. WorldLingo [s.f.] Anatomía de la planta. Historia. Extraído en septiembre de 2010 desde http:// www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Plant_anatomy

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¡Veamos qué hemos aprendido!

Tarea: Haz un recorrido en la escuela y la comunidad registrando los datos que se muestran en el cuadro siguiente:

Dibujo:

Ttipo de planta: Partes: Nombre común: Lugar y fecha: Observación descriptiva:

Escribe el nombre de plantas: Tamaño

Nombre de plantas

Árboles Arbustos Hiebas

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Lección 11.

Animales vertebrados

DESCRIPCIÓN Es importante continuar estudiando a los seres vivos. En esta lección iniciaremos el estudio de aquellos animales que poseen columna vertebral y huesos diferenciándolos de aquellos que no los tienen. Luego los reconoceremos y clasificaremos por las características principales de cada grupo de vertebrados.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Diferenciar un animal vertebrado de uno invertebrado. 2. Identificar las principales características de cada clase de animales vertebrados.

TEMAS Y SUBTEMAS 1. Animales vertebrados e invertebrados 2. Clases de vertebrados: peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos

Figura 1. Columna vertebral de un ser humano.

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HABILIDADES Y DESTREZAS CIENTÍFICAS 1. Observa, representa y comunica características de animales vertebrados. 2. Hace preguntas, recoge información, interpreta observaciones y procesos. 3. Comprende un problema, tarea o situación desafiante.

8 HORAS CLASES APROXIMADAMENTE

CONCEPTOS CLAVES Mamíferos: Organismos cuya respiración es pulmonar, con glándulas mamarias. Por lo general la mayoría tienen la piel cubierta de pelos como el mapache, los orangutanes, el gato, el perro (Fig. 2), exceptuando las ballenas y los delfines que presentan pelos en estado embrionario o aisladamente en algunas partes del cuerpo, como receptores.

¿Qué debería saber usted del tema? El Reino Animalia, desde un enfoque antropocentrista, puede dividirse en dos grandes grupos: los animales vertebrados y los animales invertebrados, cada uno con sus propias características. Por ejemplo, los animales vertebrados son los que tienen huesos y columna vertebral (Fig. 1) y un endoesqueleto o esqueleto interno que le brinda sostén, forma y protección al cuerpo. Otra característica importante es poseer cola. La iguana, el pollo, el caballo, el conejo, son ejemplos de animales vertebrados.

Figura 3. Esqueleto humano. Figura 2. El perro es un vertebrado

El ser humano tiene el cuerpo cubierto de pelos, pero concentrados en las axilas, la cabeza y las partes púbicas. Posee respiración pulmonar y tanto la mujer como el hombre tienen en su pecho glándulas mamarias; en la mujer funcionan para producir leche con la que alimenta a sus bebés.

El patrón anatómico del cuerpo de los animales vertebrados tiene tres partes: cabeza, tronco y extremidades. El esqueleto interno (Fig. 3) les sirve especialmente para proteger los órganos internos blandos, además de darle forma al cuerpo. Los animales vertebrados son, en la escala de la evolución, más evolucionados que los animales invertebrados. Las cinco clases o taxones de los vertebrados incluyen a los mamíferos, las aves, los reptiles, los anfibios y los peces. Los mamíferos son vivíparos (excepto el ornitorrinco que es ovíparo), todas las demás clases de vertebrados son ovíparos, es decir, se reproducen por huevos. Los animales vertebrados se dividen en cinco clases: peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos.

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Los peces, tienen el cuerpo cubierto por escamas, han modificado sus extremidades en aletas para poder nadar y desplazarse en el agua (Fig. 4), respiran por branquias. Ejemplos: guapote tigre, tilapia, mojarra, bagre, tiburón y otros.

Figura 4. Los peces son vertebrados: A. una tilapia (Oreochromis sp.), B. esqueleto de un pez.

Los anfibios tienen la piel lisa, puede vivir en la tierra y en el agua (Fig. 5), pueden respirar por la piel y los pulmones. Ejemplos: salamandras, ranas y sapos, entre otros.

Figura 5. Anfibios: A. sapo común (Bufo marinus), B. radiografía de un sapo común.

Los reptiles tiene la piel cubierta con escamas (Fig. 6), se reproduce por huevos y respiran pulmonarmente. Ejemplos: lagartijas, serpientes, tortugas, cocodrilos y otros.

Figura 6. Ejemplos de reptiles: A. un basilisco (Basiliscus vittatus), B. radiografía de un geco.

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Comentarios En la pregunta 1, 2 y 3 los estudiantes pueden mencionar: Que los animales vertebrados tienen huesos, y columna vertebral. Probablemente no logran identificar que tienen un esqueleto interno. Pueden mencionar que hay animales vertebrados que tienen alas, como las aves, otros que tienen aletas como los peces, etc.

Las aves tienen la mayor parte del cuerpo cubierto por plumas y las patas cubiertas por escamas (Fig. 7). Han adaptado sus extremidades superiores en alas. Respiran pulmonarmente y son ovovivíparos, es decir, se resproducen por huevos. Ejemplos: pollos, guacalchías, gavilanes, pingüinos y otros.

Figura 7. Ejemplos de aves. A: guacalchía (Camphylorhynchus rufinucha), B.

Los estudiantes pueden mencionar que los animales vertebrados que conocen sean la vaca, el toro, el perro, el gato, el ratón, el caballo, la iguana, el gallo (Fig. 8), la gallina entre los más familiares. Pero pueden citar, a los pájaros, a los sapos u otros.

esqueleto de un ave.

DESARROLLO DE LA LECCIÓN 1. Lo que sabemos de los vertebrados (Tiempo aproximado: 45 minutos) Organice a los estudiantes en grupos de cuatro integrantes, que conversen y debatan las siguientes preguntas: 1. ¿Qué importancia tiene conocer a los animales vertebrados? 2. ¿Qué sabemos sobre los animales vertebrados? 3. Pida que escriban en sus cuadernos un listado de nombres de animales vertebrados que conocen de la comunidad. El profesor escribe los nombres en la pizarra. 3. Identifiquemos (Tiempo aproximado: 15 minutos) En una lluvia de ideas, formule a los estudiantes las siguientes preguntas: ¿Cómo es “X” animal? ¿cómo es un gavilán o una gallina? Los estudiantes mencionan las características y el profesor la dibuja en la pizarra. Oriente una plenaria para exponer las respuestas a las preguntas.

Figura 8. Un gallo doméstico (Gallus gallus).

4. Adivinemos ¿Qué animal es? (Tiempo aproximado: 30 minutos) Con el plumón divida la pizarra en dos secciones. Pase a dos estudiantes voluntarios a la pizarra a dibujar el animal vertebrado con las características que le proporcionan sus compareños.

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Historia de la Ciencia y de la Tecnología C. Darwin revolucionó el pensamiento científico con sus teorías evolucionistas sobre el origen de las especies y del hombre. A sus 26 años, el 15 de septiembre de 1835, llegó a las Islas Galápagos en Suramérica en el barco HMS Beagle. Darwin llevaba siempre consigo un cuaderno de apuntes en el que dibujaba y describía sus hallazgos. Esa técnica de registrar información de lo que se estudia en la naturaleza aún se utiliza, enriquecida con las fotografías digitales. El 30 de septiembre de 1835, escribió en su cuaderno “el día estaba increíblemente caliente, el lago se veía azul y claro, corrí apresurado hacia él, atorándome con polvo y para mi disgusto al probar el agua estaba salada, como el agua del mar”.

FIgura 9. Islas Galápagos en Ecuador.

Pregunte: ¿Qué animal es? El estudiante menciona el animal que ha dibujado. Compare los dibujos y comprueben si se estaba hablando del mismo animal. Pase a otra pareja. Puede hacer competencia entre filas o entre la mitad de la clase. 5. Consistencia de los huesos (Tiempo aproximado: 45 minutos) Pida a sus estudiantes traer a clases huesos de pollo, de pescado, y de un mamífero y que observen: ¿Cuál es más poroso? ¿Cuál más pesado? Explíqueles que los huesos porosos están adaptados para poder volar. 6. Clase de vertebrados (Tiempo aproximado: 25 minutos) Pídales a los estudiantes revisar el listado de animales vertebrados de la Actividad 1. Ahora que los agrupen por alguna característica. Por ejemplo, los vertebrados que son: peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos. 7. Identificación de vertebrados (Tiempo aproximado: 45 minutos) Pida que individualmente cada estudiante dibuje en su cuaderno un animal de su preferencia, lo coloree y describa con sus palabras la siguiente ficha:

• Nombre común: • Tiene huesos: • ¿Cómo es la piel?: • Número de patas: • Tipo de alimentación: • Tipo de respiración: • Lugar donde vive o hábitat: • ¿A qué clase pertenece?

Oriente a los estudiantes a gruparse en equipos de 5 miembros,

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Las islas Galápagos son un conjunto de islas, es decir, un archipiélago. La isla Isabela, la más grande de todas y por su flora y fauna es un Parque Nacional, un lugar en el que se combina educación, investigación, turismo y memoria histórica.

comparen sus dibujos e información. En forma grupal debatan y contesten las siguientes preguntas: ¿Qué animales tenemos en el grupo? ¿A qué clase de animales vertebrados pertenecen? ¿Por qué? ¿En qué lugares habitan? ¿Cómo se reproducen? ¿De qué se alimentan?¿Cómo cuidan a sus crías? ¿Cómo se comportan ante la presencia humana? Escribir en su cuaderno las respuestas.

En Isabela hay 6 volcanes, 5 de ellos activos. Esta isla es la más famosa del mundo por las tortugas gigantes marinas viven hasta aproximadamente 300 años. En la actualidad viven en la isla 2 mil personas. Hace 175 años cuando llegó por pimera vez C.harles Darwin, era un lugar habitado solo por esos ciudadanos naturales que siempre han habitado allí: los flamingos, las tortugas marinas, las iguanas y otros (Fig. 10).

Integración con… Arte y Lenguaje

ACTIVIDAD INTEGRADORA

Pida a los estudiantes salir al patio y/o alrededor cercano de la escuela, cierren los ojos y escuchen el canto de los pájaros, los ruidos y sonidos emitidos por los animales. Pida que se concentren lo más posible, y pregúnteles si escuchan el sonido de la brisa del aire entre las hojas de los árboles. Ahora, pídales que imaginen que ellos son un animal, abran los ojos e imiten sus sonidos con gestos, ademanes y mímica con su cuerpo. Pedir que hagan un inventario o lista con nombres de todos los animales que imitaron. Expongan de qué manera debemos comportarnos para no asustar a los animales de nuestra comunidad. ACTIVIDAD DE EVALUACIÓN

Figura 10. Las islas tienen una gran

Organice a los estudiantes en grupos de cinco miembros, pídales elaborar un álbum con recortes de un periódico o revista con un ejemplo de peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos. Y que anoten frases cortas debajo de cada dibujo sobre lo que han aprendido de sus características. Por ejemplo: los peces tienen escamas y viven en el agua.

biodiversidad.

El álbum lo diseñan en el aula, no en la casa y debe contener una portada con los miembros del equipo. Si los niños dispusieran de cámaras fotográficas, esta actividad se debería adaptar a un “Power Point” o una galería de fotografías.

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ACTIVIDAD DE REFUERZO Muestre a los estudiantes especies naturales o en dibujos o tarjetas distintas clases de animales vertebrados (Fig. 9, 10 y 11) y pídales destacar sus principales características anatómicas externas.

Figura 9. Ejemplo de ave: El torogoz (Eumomota superciliosa).

Figura 11. Una tilapia (Oreochromis sp.).

Figura 10. Un ornitorrinco (Onithorhynchus anatinus).

REFERENCIAS 1. Ministerio de Educación Ciencia y Tecnología. Presidencia de la Nación y el Consejo Federal de Cultura y Educación [2006] Ciencias Naturales 3. Núcleo de Aprendizajes Prioritarios. Serie de Cuadernos para el Aula. Primer Ciclo EGB/Nivel Primario. Ciudad Autónoma de Buenos Aires. Argentina. 2. Libros en vivo.net. [s.f.] Los animales. Extraído en octubre de 2010 desde http://www.librosvivos.net/smtc/homeTC.asp?TemaClave=1013

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¡Veamos qué hemos aprendido! Tarea: 1. Escribe un listado de animales vertebrados: Mamíferos

Aves

Reptiles

Anfibios

Peces

2. Recorte o pegue la imagen de un animal y descríbalo en la siguiente ficha:

• Nombre común: • ¿Tiene huesos? • ¿Cómo es la piel? • Número de patas: • Tipo de alimentación: • Tipo de respiración: • Lugar donde vive o hábitat: • ¿A qué clase pertenece?

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Lección 12.

Animales invertebrados

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Observar varios animales invertebrados. 2. Representar las fases en el ciclo de vida de algunos animales invertebrados. TEMAS Y SUBTEMAS 1. Observación y clasificación de ciertos invertebrados 2. Ciclo de vida de invertebrados

HABILIDADES Y DESTREZAS CIENTÍFICAS 1. Caracteriza algunos animales invertebrados. 2. Hace preguntas, recoge información e interpreta observaciones y procesos sobre los invertebrados. 3. Comprende un problema, una tarea o una situación desafiante.

8 HORAS CLASE APROXIMADAMENTE

DESCRIPCIÓN En esta lección los estudiantes comprenderán la clasificación de los animales invertebrados, destacando algunas de sus principales características. Además, estudiarán los ciclos de vida1.oLos metamorfosis algunosterrestres invertebrados. Figura insectos son los de invertebrados más diversos.

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CONCEPTOS CLAVES Insecto: Invertebrado terrestre de respiración traqueal, con el cuerpo cubierto por un exoesqueleto dividido distintamente en cabeza, tórax y abdomen. Algunos tienen uno o dos pares de alas y sufren metamorfosisi durante su desarrollo. Además tienen un par de antenas y tres pares de patas. Metamorfosis: El proceso post embrionario de transformaciones corporales de los organismos que les permite alcanzar su fase adulta. Por ejemplo, la mariposa o la chicharra. La metamorfosis puede ser incompleta si no posee etapas de inactividad, o es completa, si pasa por las etapas de inactividad en las que deja de alimentarse; por ejemplo, los saltamontes y la mariposa, respectivamente.

Figura 2. Ejemplo de cnidarios en El Salvador: la anémona en arrecife de coral de Los Cóbanos.

¿Qué deberían saber usted del tema? Los animales invertebrados no tienen columna vertebral ni huesos. Algunos tienen un esqueleto externo o exoesqueleto que les ayuda a sostenerse, moverse y protegerse. Debido a la falta de un esqueleto interno, son animales de tamaño pequeño, pero mucho más abundantes y diversos que los vertebrados. Como ejemplos tenemos a los caracoles, las mariposas, las medusas, entre otros. Los grupos de invertebrados más conocidos son los poríferos, cnidarios, moluscos, artrópodos y equinodermos, así también los animales comúnmente llamados “gusanos” se ubican dentro de diversos grupos. Los poríferos comúnmente se nombran “esponjas de mar”. Son animales marinos con cuerpos en forma de saco o tubo, que presentan muchos poros, de ahí su nombre. Los cnidarios son animales marinos casi transparentes con simetría radial y con veneno en sus tentáculos. Todos son carnívoros. Ejemplo: las medusas, las anemonas y los corales (Fig. 2). Los moluscos son animales de cuerpo blando y musculososo como las babosas y pulpos. Varias especies presentan caparazones (conchas), por ejemplo los caracoles, curiles y ostras (Fig. 3). Son el segundo grupo más númeroso después de los artrópodos, animales con exoesqueleto o esqueleto externo segmentado y patas articuladas. Por ejemplo: el cangrejo, las arañas, las libélulas, las hormigas, entre otros.

Figura 3. Ejemplos de moluscos: A. caracol, B. ostra.

Los gusanos coinciden en tener un cuerpo alargado, blando, generalmente anillados, con apéndices locomotores (patas) poco destacados o ausentes. Su hábitat es diverso. Algunos son parásitos y se alimentan de sus hospederos. Entre ellos tenemos a los anélidos, gusanos segmentados como la lombriz de tierra

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(Fig. 4A), los platelmintos, gusanos planos como la Tenia (Fig. 4C), y los nemátodos, gusanos cilíndricos como las lombrices intestinales.

Figura 4. Algunos gusanos: A. lombriz de tierra (anélido), B. sanguijuela (anélido), C. tenia (platelminto parásito).

Los equinodermos son animales marinos con el cuerpo con simetría radial, tienen espinas o protuberancias en la piel. Ejemplo, los erizos y estrellas de mar (Fig. 5).

Figura 5. Ejemplos de equinodermos: A: Erizo de mar. B: Estrella de mar serpenteante. C: Dólar de arena.

La metamorfosis en algunos invertebrados La mariposa sufre muchas transformaciones en su cuerpo. La más drástica ocurre cuando la oruga construye una crisálida para envolverse; al abrirse, emerge una mariposa. La metamorfósis es parte de su ciclo vital, compuesto por cuatro etapas: huevo, larva (oruga), pupa y adulta.

Figura 6. Ciclo de vida de una mariposa: A. huevo, B. larva (oruga), C. metamórfosis: la pupa hacia la fase adulta.

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Artrópodos: Son el grupo de animales con mayor número de especies. Estos se clasifican en varios subgrupos: Arácnidos: Tienen cuatro pares de patas y el cuerpo dividido en cefalotórax y abdomen. Ejemplo: las arañas, tarántulas, ácaros y garrapatas. Crustáceos: Tienen exoesqueleto o caparazón, cinco pares de patas y los únicos con dos pares de antenas. Son principalmente acuáticos, respiran por branquias y su cuerpo está dividido en: cabeza, tórax y abdomen. Ejemplo: el cangrejo, la langosta, etc. Miriápodos: Constan de un par de patas en cada anillo de su cuerpo, y en la cabeza tiene un par de antenas. Ejemplo: los ciempiés y los mil pies. Insectos: Poseen tres pares de patas, un par de antenas, el cuerpo divido en cabeza, tórax y abdomen. Ejemplo: las mariposas y las hormigas.

DESARROLLO DE LA LECCIÓN 1. Lo que sabemos de la importancia de los invertebrados (Tiempo aproximado: 20 minutos) Organice a los estudiantes en grupos de cuatro miembros y debatan las siguientes preguntas 1. ¿Qué importancia tiene conocer a los animales invertebrados 2. ¿Cómo diferenciamos los animales invertebrados de los vertebrados? 3. ¿Qué animales invertebrados conocemos? Probablemente los estudiantes mencionen que se encuentran en todas partes, que hay algunos de aspecto agradable como las mariposas y las mariquitas, algunos que se defienden como las hormigas y las chinches u otros que dañan los cultivos como el gusano de la roya, los zancudos que transmiten el dengue, y las enfermedades como las moscas. Pida que escriban en sus cuadernos un listado de nombres de animales invertebrados que conocen de la comunidad. Posiblemente los estudiantes mencionen a los escarabajos, las hormigas, los zancudos, la “esperanza” o chapulín, las arañas, las moscas, los “quiebrapalitos” o mantis religiosas, los gusanos de seda y lombrices de tierra, entre los más conocidos. 2. Identifiquemos un problema (Tiempo aproximado: 15 minutos) Pida a cada grupo de estudiantes escribir una pregunta sobre algo que les gustaría saber o conocer de los invertebrados, por ejemplo: ¿Cómo son? ¿Dónde viven? ¿Cómo capturarlos? Permita que algunos voluntarios lean a toda la clase sus respuestas. 3. ¡Capturémoslos vivos! (Tiempo aproximado: 45 minutos) Pida a sus estudiantes debatir: ¿cómo haría para saber dónde viven y cómo capturar algunos animales invertebrados? Oriéntelos a pensar, a escribir y dibujar sus estrategias y materiales que utilizarían. Oriéntelos a buscar nidos de insectos debajo de los troncos, piedras y entre las ramas de las plantas. Recomendar lo siguiente: • No atrapar invertebrados que no conozcan.

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El gusano de seda (Bombyx mori) es la etapa larvaria de un insecto del orden taxonómico Lepidóptero. Su ciclo de vida sólo tiene tres etapas: larva, ninfa y la adulta (Fig. 7). Muda botando la cáscara hasta cuatro veces en su vida. Este hecho ha llamado la atención de artistas en sus poemas, pinturas y películas. Hace 5,000 años en China produjeron telas de seda al cultivar en cautiverio al gusano de seda. Hoy en EE.UU. hay empresas que venden los huevos y el alimento artificial de este gusano, que naturalmente se alimenta de la planta de mora (Morus sp.)

• Usar una o dos bolsas plásticas como guantes de protección. No atraparlos con las manos. • Utilizar un bote para capturarlos, usando una cuchara o palito. • Evitar hacer bromas y lastimar a los animales pues se pueden poner en peligro. El ciclo de vida o metamorfosis en insectos Los insectos en general tienen cuatro etapas de su metamorfosis: 1. Huevo: Etapa en la que no ha nacido. 2. Larva: El insecto luce como un gusano blando y se considera como la fase joven del insecto. 3. Pupa: Es una fase intermedia entre larva y adulto, se caracteriza por estar envuelta en un capullo. 4. Adulto: Frecuentemente aparecen alas y el cuerpo es segmentado en tres secciones. Recuerde que los insectos ayudan a la polinización de las plantas, son parte de la cadena alimenticia y son económicamente útiles, por ejemplo, la producción de miel de la abeja.

4. ¡Reconozcámoslos! (Tiempo aproximado: 45 minutos) Oriéntelos para que cada estudiante elabore una ficha o lleven una foto de un animal con los siguientes datos: Nombre común: Elabore una ficha o lleven una foto de un animal con los siguientes datos: Acerca de su cuerpo: • ¿Cuántas patas tiene? • ¿Cómo es su piel? • ¿Cuál es su hábitat? Figura 7. Una polilla de la seda y sus huevos en un capullo de seda.

Que los dibujen y los agrupen por alguna característica. Explíqueles las características de los grupos de invertebrados. 5. Ciclo de vida (Tiempo aproximado: 45 minutos) En equipos de cuatro miembros, pídales que escriban el nombre de algunos insectos que conocen, conversen y debatan acerca de ¿cómo nacen?

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Dibuje en la pizarra los esquemas de las Figuras 8 y 9 y explique cada una de las etapas. Pídales a los estudiantes que hablen todo lo que saben sobre las moscas y los zancudos, y las enfermedades que transmiten y cómo protegernos.

Figura 8. Ciclo de vida de una mosca de la fruta Figura 9. Ciclo de vida de un zancudo transmisor del dengue (Drosophila melanogaster).

(Aedes aegypti).

ACTIVIDAD INTEGRADORA

Integración con… Invención tecnológica Léales que Alfredo es un niño que vive con su familia cerca de un botadero de basura y él necesita que alguien le ayude a construir una trampa para capturar y aniquilar moscas y zancudos. Trabajando en equipo conversen e inventen una trampa para moscas y otra para zancudos. Permita a los equipos mostrar cómo funcionan las trampas. Oriénteles para que divulguen esta idea de trampas con sus familiares en su casa. El siguiente día, empiece preguntando a los niños y niñas qué ideas tuvieron sus padres y familiares. Si tienen nuevas trampas hacer demostraciones. ACTIVIDAD DE EVALUACIÓN Formar equipos de cuatro estudiantes y entregarle una hoja de papel en blanco a cada estudiante. Pedirles que dibujen en cada página una de las cuatro fases de la metamorfosis de un insecto que conozcan. Puede asignarles un animal a cada equipo, por ejemplo, al equipo 1 una mariposa, al 2 una hormiga, al 3 un zancudo, al 4 una mosca, etc. Hacer pequeñas exposiciones de cada grupo.

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Comentarios

ACTIVIDAD DE REFUERZO

Es posible que los estudiantes sólo reconozcan las cucarachas y las moscas como invertebrados que afectan la salud. Instrúyalos para que, al menos, aprendan cuidarse de los zancudos que vuelan a su alrededor para evitar ser picados.

En grupos de cuatro miembros, pedir a los estudiantes hacer un rastreo dentro de la escuela para detectar lugares y resumideros de agua retenidas. Por ejemplo: llantas, botes y la pila de agua. Con una lupa o lente, solicíteles que observen y dibujen en qué etapa se encuentran los insectos. Rételos a pensar qué debemos hacer para evitar que las moscas, mosquitos, zancudos y cucarachas puedan dañar nuestra salud. REFERENCIAS 1. Consejo de Fomento Educativo e Instituto Latinoamericano de la Comunicación Educativa. México [1999] Biblioteca digital. Extraído en octubre de 2010 desde http://bibliotecadigital.ilce. edu.mx/sites/colibri/htm/creditos.htm 2. Pontes, M. [2007] Nostrum. Los crustáceos. Extraído en octubre de 2010 desde http://marenostrum.org/vidamarina/animalia/invertebrados/crustaceos/. 3. The University of Arizona [1997] Center for Insect Science Education Outreach. Extraído en octubre de 2010 desde http:// insected.arizona.edu.

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¡Veamos qué hemos aprendido! Tarea: 1. Dibuje o recorte un animal y escriba los siguientes datos:

Nombre común: Elabore una ficha o que lleven una foto de un animal con los siguientes datos: Acerca del cuerpo: • ¿Cuántas patas tiene? • ¿Cómo es su piel? • ¿Cuál es su hábitat? • ¿Cómo se alimenta? • ¿Cómo se reproduce y cuida a sus crías? 2. Escriba las fases del siguiente ciclo:

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Lección 13

La Tierra en el Sistema Solar

3 HORAS CLASE APROXIMADAMENTE

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Identificar los planetas del Sistema Solar y conocer sus movimientos. 2. Comprobar movimiento de la Tierra. 3. Describir los movimientos de la Luna.

HABILIDADES Y DESTREZAS CIENTÍFICAS 1. Identifica los planetas del Sistema Solar. 2. Reconoce el vocabulario de órbita y rotación. 3. Describe el movimiento de la Tierra. 4. Describe las fases de la Luna.

TEMAS Y SUBTEMAS 1. Origen del Sistema Solar. 2. El Sistema Solar 3. La rotación y traslación de la Tierra 4. Las fases de la Luna

Figura 1. Eclipse de Sol sobre Adrasan, Turquía, captado por un astrofotógrafo. Se capturó la Luna en varias etapas según se movía entre la Tierra y el Sol.

DESCRIPCIÓN Esta lección describe la ubicación y el comportamiento de la Tierra en el Sistema Solar, descubriendo los efectos que causan sus movimientos en nuestro diario vivir. Expone los fenómenos de la rotación y revolución de la Tierra alrededor del Sol y los fenómenos de rotación y revolución de la Luna (satélite) alrededor de la Tierra.

CONCEPTOS CLAVES Sistema Solar: Es un conjunto o sistema de planetas que orbitan en torno de la estrella el Sol, que a su vez orbita en forma circular aproximadamente en torno al centro de la galaxia. El 99.86% de la masa del sistema solar está contenida en el Sol y la mayor parte del resto en Júpiter. Vía Láctea: Es la galaxia donde se halla el sistema solar y la Tierra. Es como una franja ancha de luz blanca (Fig. 2).

Figura 2. La Vía Láctea.

Órbita: Camino que sigue un astro en el cielo: galaxia, planeta, etc. Rotación: Esta proviene del latín rotatĭo, el cual es la acción y el efecto de rotar (dar vueltas alrededor de un eje). Se trata de un movimiento de cambio de orientación que se produce de forma tal que, dado cualquier punto del mismo, permanece a una distancia constante del eje de rotación.

¿Qué debería saber usted del tema? Al preguntar a los estudiantes: ¿Dónde vivimos? La respuesta podría ser un país: El Salvador. Debe aclararse que eso sólo es un nombre y un lugar geográfico regido por formas de gobiernos creadas por el ser humano, es decir, es una definición social. Científicamente sabemos que habitamos en un lugar muy grande llamado Tierra. El origen sobre este planeta ha sido y es uno de los mayores enigmas de la humanidad. Todas las civilizaciones han tenido sus teorías o historias, como las mitologías mayas, chinas, babilónicas, egipcias, judías –cristianas y otras. Estas mitologías han sido elaboradas según el contacto que estas civilizaciones tuvieron con la naturaleza que los circundaban. No es extraño que el Popol Vuh (libro sagrado maya –quiché) hable de que sus dioses habían construido la humanidad de maíz, ya que esta civilización desarrolló la siembra y su alimentación principal de este producto. De la misma manera los pueblos que se desarrollaron en el desierto imaginaron que la humanidad fue creada del polvo. Increíblemente algunas se apegan un poco a las teorías modernas del origen de nuestra Tierra ¿En qué difieren? Los avances científicos que permiten interpretar los fenómenos de la naturaleza han desarrollado evidencias para la elaboración de ciertas hipótesis, creando modelos de cómo pudo haber sido el proceso de formación y evolución de la Tierra. Para que un modelo sea funcional tiene que tener la capacidad de predecir. Una de las teorías más aceptadas y conocidas es la siguiente: La formación de la Tierra está íntimamente ligada con lo sucedido en el universo ya que desde la gran explosión del Big Bang ocurrida hace miles de millones de años, cúmulos de partículas y materia estelar se condensaron y formaron las galaxias. Una de ellas es la Vía Láctea (Fig. 2) que es donde se encuentra la estrella más cercana a nuestro planeta, el Sol. El Sol se formó a partir de un cúmulo de polvo o materia estelar producto de la explosión de alguna estrella, estando constituido el 99% aproximadamente por átomos de hidrógeno (H2) y helio (He), los dos elementos más abundantes en el universo. Fuerzas gravitatorias acumularon polvo, condensándose esféricamente y atrayendo más polvo estelar y girando de manera acelerada. La condensación de la materia debido al aumento de la presión

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¿Sabías qué… Los nombres de los planetas que forman el Sistema Solar son en su mayoría de origen romano?

aumentada por la acumulación de los gases permitió calentar la materia a altas temperaturas, lo que facilita la interacción nuclear, es decir, la conversión del choque de átomos de hidrógeno en átomos de helio. La enorme fuerza gravitatoria del Sol extrajo una acumulación de polvo y partículas para que a determinadas distancias se formaran los planetas del Sistema Solar (Fig. 3).

Mercurio: Este nombre lo recibió de los romanos por el mensajero de pies alados de los dioses, ya que parecía moverse más rápido que ningún otro planeta.

FIgura 4. Mercurio es el planeta más cercano al Sol.

Venus: Lo confundimos con la estrella polar. Es llamada venus por la diosa romana del amor.

Figura 3. Teoría del origen del Sol y del Sistema Solar. A. El cúmulo de materia estelar. B. La atracción de la materia por fuerzas gravitatorias. C. Inicios de atracción gravitatoria de más materia y el movimiento giratorio. D. La acumulación de materia de cuerpos en las proximadades del Sol. E. El Sistema Solar.

Figura 5. Venus es el segundo planeta más cerca del Sol.

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La distancia entre la Tierra y el Sol y los elementos químicos idóneos produjeron las condiciones para que pudiera desarrollarse la vida como la conocemos. Existen diversas teorías que tratan de explicar la formación terrestre. Aunque no exista una certeza absoluta, hay muchas hipótesis que se elaboran utilizando el método científico.

Marte: Es el planeta rojo por sus tonos rojizos de su superficie. Los romanos lo identificaban con la sangre y por eso le pusieron el nombre de su dios de la guerra (Fig. 6).

Figura 8. El Sistema Solar y sus planetas. Plutón ya no es considerado como planeta por la Unión Internacional de Astronomía desde 2006; ahora se considera planeta enano. Figura 6. El planeta Marte.

Júpiter: Este planeta fue llamado por Galileo por ser el más grande de los planetas y haciéndolo en referencia al dios más poderoso de la mitología romana (Fig. 7).

Figura 7. Júpiter es el más grande de los planetas.

¿Es plana la Tierra? ¿Cómo se mueve? La primera impresión surge de la apariencia estática y plana pero: ¿Cómo se explica la existencia del día y la noche? ¿Cómo se explican los cambios de clima en la Tierra? Estas situaciones no se pudieron explicar de manera concreta hasta los inicios del renacimiento científico en el mundo occidental. Se comprobó que el planeta Tierra, luego del descubrimiento del telescopio de Galileo Galilei, giraba alrededor del Sol, así como muchos planetas del Sistema Solar (Fig. 8). Se eliminó la perspectiva de que la Tierra era el centro del universo y eso le causó muchos problemas a Galileo con las ideas religiosas cuando promulgó su teoría. El recorrido de la Tierra permite que en ciertos momentos se encuentre cercana o lejana al Sol generándose las estaciones, o en nuestro caso los períodos secos y de lluvia en la región cercana al Ecuador (Fig. 9); también intervienen las fluctuaciones en el eje de inclinación. La Tierra no sólo se traslada alrededor del Sol sino que en ese proceso de traslado también gira o rota en torno de su eje, lo que permite que ocurra lo que presenciamos como el día y la noche. En el día, por ejemplo, es cuando nuestro hemisferio enfrenta la luz del Sol y la noche es cuando estamos opuestos a la luz del Sol. La luz del Sol es reflejada por la Luna, lo que nos permite ver este satélite natural. Dependiendo de qué tanta luz refleje vemos a la Luna llena, creciente y menguante, cumpliendo el ciclo en que gira alrededor de la Tierra. ¿Por qué percibimos que la Tierra es plana? Eso se debe a que nuestro tamaño no nos permite ver la curvatura de la superficie; si la Tierra fuese otra figura geométrica que no fuera aproximadamente una esfera, por ejemplo, un plano, los cambios de rotación y de traslación alrededor del Sol serían muy bruscos; por ejemplo, en unas horas se

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vería el Sol y de repente ya no veríamos nada, en otras palabras, no existiría el amanecer ni el atardecer. Las pruebas más contundentes son las imágenes de los satélites artificiales y naves espaciales que han logrado tomar fotos desde distancias mucho más lejanas que permiten ver su esfericidad aunque realmente tiene la forma de un geoide que se aproxima a esfera.

Figura 9. La traslación de la Tierra alrededor del Sol y la oscilación de su eje determinan las estaciones climáticas (Mostrado con respecto al hemisferio norte).

DESARROLLO DE LA LECCIÓN 1. Diferencia entre órbita y rotación (Tiempo aproximado: 20 minutos) Esta actividad busca que el estudiante se familiarice con el vocabulario de órbita y de rotación. Ambos describen los movimientos que realizan los planetas alrededor del Sol. Se logrará a través de la dinámica personificar los planetas y ejemplificar sus movimientos. Procedimiento: 1. Diríjanse a la cancha de la escuela o al pasillo frente al salón (espacio abierto). Un estudiante representará al Sol y para personificarlo proporciónele una lámpara. Alrededor de él estarán 8 estudiantes, tratando de corresponder el tamaño de cada estudiante con el tamaño relativo de los planetas; es decir, que el que sea Júpiter deberá de ser el más grande, el segundo más grande será Saturno, Urano, Neptuno; luego, la Tierra, Venus, Marte y Mercurio. 2. Se ordenarán desde el más cercano hasta el más lejano de los planetas y deberán girar formando círculos alrededor del Sol. Posteriormente, y con delicadeza, hacer que los planetas roten al mismo tiempo de trasladarse alrededor del Sol, dándoles a entender que en esos momentos es que se hace de día y de noche (Fig. 10). ¿Qué sucede cuando estás de espaldas al Sol? Sería la noche. ¿Qué sucede cuando estás frente al Sol? Es el día. ¿Qué observan de los que juegan hacer planetas cercanos Figura 10. Órbitas de los planetas

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al Sol comparado a los planetas lejanos? Los planetas más cercanos se moverán más rápido que los lejanos, ya que la órbita que deben de recorrer es menor. ¿Qué sería de la Tierra si rotara de manera más lenta? Se tendrían los días más largos. ¿Cuál es la diferencia entre rotación y órbita? Enfatizar que órbita es el camino imaginario que trazan los planetas alrededor del Sol y que el ciclo se repite muchas veces; cada vez que termina su ciclo es lo que conocemos como un año. El planeta Tierra sólo da una vuelta alrededor del Sol una vez al año. 2. El día y la noche (Tiempo aproximado: todo el día) Esta experiencia busca descubrir el movimiento que posee la Tierra alrededor del Sol marcando los cambios de proyecciones de las sombras, por lo que es necesario trabajar en parejas y hacerlo en espacios abiertos donde se pueda manchar con yeso. Procedimiento: 1. Usando un pedazo de yeso, que un estudiante se coloque en una posición fija y firme bajo el Sol en un espacio abierto, tal como la cancha o el corredor del centro educativo. 2. Que marquen la posición donde se para y que dibujen la sombra que se proyecta en las tempranas horas de la mañana. Preguntar luego de 30 minutos ¿Habrá cambiado la posición de la sombra? Sí. ¿Si regresamos más tarde, cambiará la posición de la sombra? Sí. ¿Por qué será que ha cambiado? Establece una hipótesis y anótala. 3. Se tomarán medidas en el mismo lugar cada dos horas para hacer notar como la sombra va cambiando de posición. ¿Por qué cambia de posición la sombra? 4. Deduce hacia donde es el movimiento de la Tierra por el cambio de posición de la sombra. 3. Las fases de la Luna (Tiempo aproximado 20 minutos) Esta actividad desarrolla la descripción de los movimientos de la Luna y como estos se observan desde la Tierra. Forma grupos de 3 estudiantes y proporcióneles los materiales que necesitarán. Materiales: • 1 rollo de papel aluminio • 1 pelota de tenis o calcetín enrollado (que forme una bola) • 1 lámpara de mano Procedimiento: 1. Para hacer el modelo de Luna, toma una pelota o un algún calcetín enrollado y envuélvelo con el papel aluminio. Preguntar: Si se alumbra con una lámpara la bola de aluminio, ¿Qué sucederá? 2. Utilizando el foco del salón de clases o una lámpara alumbrando la bola, se girará para observar cuando se ilumina completamente un lado y cuando no se ilumina. Preguntar: ¿En qué se parece esto a las fases lunares? ¿Por qué la Luna cambia su forma en ciertas noches? ¿Qué causa las fases de la Luna? ¿Por qué solo observamos un lado de la Luna? Dibuja lo que se ha observado en el cuaderno.

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Enfatizar: Las fases de la Luna son cuatro: cuarto creciente, luna llena, cuarto menguante y luna nueva (Fig. 11).

Figura 11. Las fases de la Luna, un apoyo para explicar las fases y sus respectivos nombres.

4. Tamaño de los planetas del sistema solar (Tiempo aproximado 30 minutos) Esta actividad reforzará los conocimientos adquiridos utilizando el vocabulario correcto. Oriente a los estudiantes para que formen grupos de 3 estudiantes. Materiales: • Plastilina de diferentes colores • Hilo de nylon Procedimiento: 1. Con la plastilina deberán construir el Sol, la Tierra y la Luna, tratando de conservar el tamaño y la proporción adecuada; por ejemplo, ver la (Fig. 9). 2. Cada grupo de trabajo pasará a discutir con sus compañeros del aula el movimiento de los cuerpos construidos. Preguntar: ¿Cómo se mueve la Tierra con respecto al Sol? La Tierra gira y se traslada alrededor del Sol. ¿Cómo se mueve la Luna con respecto a la Tierra? La Luna gira alrededor de la Tierra. ¿Cómo se mueve la Luna con el Sol? ¿Cómo se moverán todos juntos? 3. Colgar con cintas de nylon las esferas construidas y colgarlas como obras de arte para llevar a casa o decorar el aula.

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Figura 12. Modelos del Sistema Solar.

ACTIVIDAD INTEGRADORA Integración con… Arte Utilizando madera y esferas de diferentes tamaños fabricar un modelo del Sistema Solar. Utilizar maderas de diferentes longitudes para ejemplificar las diferentes órbitas de los planetas. Con este modelo podrán comprender mejor las fases de la luna y porqué a cada planeta le toma diferentes períodos de tiempo trasladarse alrededor del Sol (Fig. 13).

Figura 13. Modelo del sistema solar.

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REFERENCIAS 1. Crowell, B. [2006] Conceptual Physics. Canadá. Creative Commons Attribution-ShareAlike License. 2. Perelman, Y. [1972] Física Recreativa. Rusia. Editorial Mir Moscú. 3. Vargas, M. [s.f.] Astronomía Simplificada. Extraído en noviembre de 2010 desde http://www. cienciafacil.com/astronomia.html 4. Various authors [2005] Science. Estados Unidos: Holt Hartman. 5. Yavorski, B. [1985] Prontuario de Física. Rusia: Editorial Mir Moscú.

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¡Veamos qué hemos aprendido! Parte II. Al observar la siguiente figura, establecer el punto donde vemos al amanecer hasta el mediodía y hasta el anochecer. Contestar las siguientes preguntas. 1. ¿En qué momento recibimos mayor cantidad de luz de parte del Sol? Explicar.

2. ¿En qué dirección atardece el Sol? ¿Cómo podrías establecer qué dirección es el Norte y el Sur en el atardecer? Explica.

3. Explicar ¿por qué Sol sale por el Este y se pone por el Oeste?

4. En términos del movimiento de la Tierra ¿qué significa un año?

5. Explicar ¿por qué existen diferentes estaciones durante el año?

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Parte II. Resolver este ejercicio de observación de manera individual con ayuda de un maestro o de un adulto. 1. Elaborar un calendario de 28 días para observar la Luna durante un ciclo de fase.

2. Es recomendable que el maestro debe indicar hacerlo en un periodo sin muchas precipitaciones sugiriendo iniciar la observación en la fase de luna nueva.

3. Indicar a los estudiantes observar la Luna todas las noches del periodo establecido.

4. Llevar un registro de lo observado, dibujando el estado en que observas la Luna en los cuadros del calendario elaborado.

5. Dibujar las diferentes fases de la Luna y explicar: ¿Cómo se forma cada fase?

Figura 14. Ejemplo de la elaboración del calendario y cómo podrían dibujar las diferentes fases lunares.

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CREDITOS DE FOTOGRAFIA

Sitios web de imágenes 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

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Este material de Autoformación e Innovación Docente es un esfuerzo del Gobierno de El Salvador (Gestión 2009-2014) para desarrollar y potenciar la creatividad de todos los salvadoreños y salvadoreñas, desde una visión que contempla la Ciencia y la Tecnología de una manera “viva” en el currículo nacional, la visión CTI (Ciencia, Tecnología e Innovación).