Quinto Grado CC NN by Arnoldo Romero

Portada Vista noreste del volcรกn de San Miguel o Chaparrastique, estrato volcรกn que se encuentra en el oriente de la cordillera volcรกnica de El Salvador, producto de las presiones generadas por la subducciรณn de la placa de los Cocos con la placa del Caribe. Tomada por: Personal del SNET.

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 Mauricio Funes Cartagena Presidente de la República Franzi Hasbún Barake Secretario de Asuntos estratégicos de la Presidencia de la República y Ministro de Educación Ad-honórem Erlinda Hándal Vega Viceministra de Ciencia y Tecnología Héctor Jesús Samour Canán Viceministro de Educación Mauricio Antonio Rivera Quijano Director Nacional de Ciencia y Tecnología Xiomara Guadalupe Rodríguez Amaya Gerente de Educación en Ciencia, Tecnología e Innovación Oscar de Jesús Águila Chávez Jefe de Educación Media en Ciencia, Tecnología e Innovación Carlos Ernesto Miranda Oliva Jefe de Educación Básica en Ciencia, Tecnología e Innovación Adela Melissa Martínez Xochilt Carolina Gutiérrez Orlando Leonel Castillo Tonatiuh Eddie Orantes Osmany René Aparicio Jorge Alfredo Avila Autores

Jorge Vargas Méndez Revisión de texto

Primera edición (Versión Preliminar para Plan Piloto). Derechos reservados. Ministerio de Educación. Prohibida su venta y su reproducción parcial o total. 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

ÍNDICE Parte I Introducción ........................................................................................................... i A. Objetivo ........................................................................................................... i B. Enfoque de competencias en educación ......................................................... i C. Contenidos pivotes .......................................................................................... ii D. Estructura de las lecciones .............................................................................. iii E. Como utilizar el Material de Autoformación ................................................... v F. Relación del Material de Autoformación con Cipotes y Cipotas ..................... v G. Enseñanza de la Ciencia Basada en la Indagación ........................................... ix

Parte II Fluidos en reposo ................................................................................................... 1 Sustancias puras y mezclas .................................................................................... 10 Tipos de mezclas .................................................................................................... 18 Soluciones .............................................................................................................. 25 Métodos de separación física ................................................................................ 35 Fluidos en movimiento ........................................................................................... 48 Luz y colores ........................................................................................................... 56 Propiedades de los seres vivos............................................................................... 61 Tejidos animales ..................................................................................................... 69 Introducción a la ecología ...................................................................................... 78 Cambio Climático ................................................................................................... 86 Sismos y volcanes ................................................................................................... 95

Parte I ¿Por qué Innovación en Ciencias Naturales?

INTRODUCCIÓN Una idea comúnmente aceptada es que nuestra sociedad y el mundo en general es muy distinto al de hace algunos años atrás; uno de los factores que lo hacen distinto es el grado de desarrollo que ha alcanzado la ciencia y a pesar que el conocimiento humano en general ha avanzado en todas las áreas del saber, es innegable que el desarrollo de la ciencia y 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 todas las personas; 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 e innovación, es fortalecer las competencias 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 o amiga 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 de desarrollo de competencias. Existen diversas definiciones e interpretaciones sobre el concepto de competencia, aunque la mayoría plantea 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 estudiantado la comprensión de los sucesos, las consecuencias de las actividades humanas y la necesidad de preservar las condiciones de vida, tanto para la especie humana como para el resto de los seres vivos. Para esto se hace necesario alcanzar un pensamiento científico-racional que permita comprender la información que nos ofrecen las diversas fuentes, para la toma de acciones concretas. Pero para 1

Barraza, A., Dipp, A. J. “Competencias y Educación: miradas múltiples de una relación”. Instituto Universitario Anglo Español A.C., México, 2011.

desarrollar competencias científicas en el estudiantado es necesario que como docentes nos preocupemos por actualizar dichas competencias en nosotros. Al aumentar nuestras competencias docentes en cada área de las ciencias con ayuda de la autoformación, de la innovación y de la co-formación entre el equipo docente, podremos mejorar la forma en que enseñaremos al estudiantado 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 nadie, pues no las presenta como disciplinas atractivas para trabajar con ellas. El estudiantado vive curioso, maravillado, preocupado o en constante conjeturas del entorno que comienza a conocer, por lo que es indispensable encauzar sus ideas, ayudarle 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 de involucrar la experimentación, la investigación y, sobre todo, la satisfacción de la curiosidad que en el estudiantado es algo propio 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 del presente Material de Autoformación en 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 a cada docente que ahora lo lee, a no conformarse con lo aquí expuesto, y le invitamos a la búsqueda constante, la investigación e indagación sobre los temas aquí planteados y otros que sean de su interés dentro de las ciencias. En la búsqueda de 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; a dichos temas los hemos llamado contenidos pivotes, pues consideramos 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 docentes como estudiantes puedan desarrollar habilidades intelectuales propias del pensamiento y del quehacer científico. Es necesario aclarar que este Material de Autoformación en 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, se pretende enriquecer el material con el que cuenta cada docente, tanto para su propia formación, como para el desarrollo de clases de Ciencias Naturales pertinentes, efectivas y de calidad. 2

Colección Cipotas y Cipotes

D. Estructura de las lecciones Las lecciones se estructuran en trece 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. Pretendemos que cada docente que nos lee, pueda además transmitir curiosidad y entusiasmo por las Ciencias Naturales a los estudiantes. 3. Temas y subtemas Es la división de temas y subtemas que contiene la lección. 4. Objetivos específicos Son logros que el estudiantado puede alcanzar. La lección posibilita el desarrollo de un contexto propicio para ello. 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. Ilustración Es una imagen de fondo que ilustra y representa el tema de la lección. 7. Marco teórico Tras una breve introducción al tema, se abordan 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. 8. 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 contribuyen 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 que 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 de 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 de inquietudes propias, de cuestionamientos del estudiantado o de 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 el estudiantado, se presenta en secciones: iii

iv.

a. Materiales. Es el listado de las herramientas, materiales u objetos que se necesitarán 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 estudiantado solvente la situación con sus propias ideas para propiciar la maduración del pensamiento. 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.

9. Ideas complementarias. Se presentan como información adicional a la lección y complementaria de las actividades. Incluyen comentarios, datos útiles para nuevas actividades, temas de historia de la ciencia y la tecnología, así como aspectos destacados de Ciencia, Tecnología, Sociedad y Ambiente (CTSA). Todos acompañados de ilustraciones alusivas y pertinentes. Se le invita a que también en este caso pueda usted ampliar la sección, partiendo de la información que se proporciona. 10. 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. 11.Glosario En este apartado se encuentra un pequeño listado de conceptos básicos y adicionales del contenido de la lección. La selección 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. Cada docente puede y debe enriquecer dicho glosario, en función de sus necesidades de aprendizaje y de enseñanza. 12.Referencias. Bajo el título de “si desea enriquecer más su conocimiento, consulte”, se hace referencia tanto a textos, páginas en la red, videos y otros materiales, para que el docente pueda consultar y profundizar su conocimiento.

13.Actividad evaluadora. Este es un instrumento de aprendizaje y un medio por el cual tanto docentes como estudiantes pueden evaluar o autoevaluar sus conocimientos. Con los resultados de esta evaluación, cada 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. E. Cómo utilizar el Material de Autoformación e Innovación 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 autoformación permitirá adquirir un conocimiento y comprensión de los contenidos que se imparten, 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 autoformación 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 estudiantado, tiempo de clase, entre otros. La finalidad es que cada docente determine los mecanismos y actividades para avanzar con sus estudiantes con un ritmo de aprendizaje adecuado y de calidad. F. Relación de los Materiales de Autoformación con Cipotes y Cipotas Material de Autoformación

Lección 1 “Fluidos en reposo”

Relación con Cipotas y Cipotes

Unidad 1 “La salud y algunos movimientos de los cuerpos”. Lección 3: ¿Por qué flotan los cuerpos? Pág. 16

Unidad 2 “Nuestra amiga el agua” Lección 2 “Sustancias puras y mezclas”

Lección 2: ¡Cuidemos el agua! Pág. 29 -31. Unidad 5 “El mundo físico que nos rodea” Lección 1: Preparemos mezclas. Pág. 81 -83.

Descripción El conocimiento de los fluidos, sus principios estáticos y dinámicos, es un conocimiento fundamental para comprender fenómenos naturales, por ejemplo, cómo los peces se sumergen y emergen del agua, entre otros fenómenos de la vida cotidiana. El desarrollo del concepto de densidad y empuje permite enlazar con los temas de “Sustancias puras y mezclas”, de este material de autoformación. Toda la materia puede clasificarse según sea su comportamiento y la composición que presentan; por ello, es necesario estudiar las sustancias y su clasificación. En esta lección se busca que el estudiante diferencie las sustancias en sustancias puras y mezclas, así como su clasificación (elementos, compuestos, mezclas homogéneas y heterogéneas). Con estos contenidos se pretende completar la información que el estudiante necesita para comprender el término “sustancia”, ya que en los contenidos actuales esta temática no es tratada.

Material de Autoformación

Relación con Cipotas y Cipotes Unidad 3 “Alimentación, nutrición y transformación de la energía” Lección 1: Transformando los alimentos. Pág. 39.

Lección 3 “Tipos de mezclas”

Lección 3: ¡A comer rico y saludable! Pág. 48. Unidad 5 “El mundo físico que nos rodea” Lección 1: Preparemos mezclas. Pág. 81 -82. Unidad 2 “Nuestra amiga el agua” Lección 2: ¡Cuidemos el agua! Pág. 29 -31.

Lección 4 “Soluciones”

Unidad 5 “El mundo físico que nos rodea” Lección 2: Separemos mezclas. Pág. 86.

Lección 5 “Métodos de separación física”.

Unidad 2 “Nuestra amiga el agua” Lección 3: Los filtros de nuestro cuerpo. Pág. 34. Unidad 3 “Alimentación, nutrición y transformación de la energía” Lección 2: ¡A cuidar nuestra boca! Pág. 43. Lección 5: Los diseños de las hojas. Pág. 56. Unidad 5 “El mundo físico que nos rodea” Lección 2: Separemos mezclas. Pág. 84 -87.

Descripción

Toda la materia puede clasificarse según sea su comportamiento y la composición que presentan, por ello, es necesario estudiar las sustancias y su clasificación. En esta lección se busca que el estudiante diferencie las sustancias en sustancias puras y mezclas, así como su clasificación (elementos, compuestos, mezclas homogéneas y heterogéneas). Con estos contenidos se pretende completar la información que el estudiante necesita para comprender el término “sustancia”, ya que en los contenidos actuales, esta temática no es tratada.

Gran cantidad de reacciones químicas suceden a nivel de soluciones, por ello, es necesario estudiar la clasificación de las soluciones según la cantidad de soluto (solución diluida, concentrada, insaturada, saturada y sobresaturada). Con en esta lección se pretende que se complemente la información proporcionada en los tipos de mezclas; así como, comprender el fenómeno de la solubilidad y los factores que la afectan.

Para comprender el principio de los métodos de separación física y poder diferenciarlos, es idóneo clasificarlos de acuerdo al medio de procedimiento de separación que utiliza, ya sea un procedimiento físico o mecánico. En el contenido actual los métodos de separación física de las mezclas homogéneas y heterogéneas se combinan, pudiéndose interpretar que los métodos para separar dichas mezclas son los mismos y no es así. Esta lección busca que el estudiantado identifique el método de separación que utilizará según las propiedades físicas y químicas y los estados de agregación de los componentes que se deseen separar de la mezcla.

Material de Autoformación

Relación con Cipotas y Cipotes

Unidad 2 “Nuestra Amiga el Agua”. Lección 6 “Fluidos en movimiento”

Lección 1: ¡Que importante son los ríos! Pág. 24 Lección 2: ¡Cuidemos el agua!

Unidad 5 “El mundo físico que nos rodea” Lección 7 “Luz y Colores”

Lección 5: Claro y oscuro Página 96

Descripción Este tema es un complemento de la Lección 1 de este material de autoformación; el principio de Caudal y Bernoulli, son el fundamento que explica el flujo de los ríos, diferenciando entre flujos turbulentos e ideales, por lo que se sugiere como un tema previo al desarrollo de la lección 1 de la Unidad 2 de la colección “Cipotas y Cipotes”. Pretende además comprender el funcionamiento de tecnologías como el vuelo de aviones y el funcionamiento de los atomizadores, así como otros fenómenos de la vida cotidiana. La interacción de la luz con la materia, provoca los fenómenos como la reflexión y la refracción, y cuyo estudio, permite comprender fenómenos cotidianos como la existencia de la diversidad de colores. Se aborda el tema de colores a través de la composición de la luz por fotones que son absorbidos y emitidos por la materia, principio básico para poder comprender la Fotosíntesis. Este tema puede ser desarrollado después o como parte de la lección 5, Unidad 5 de la colección Cipotas y Cipotes.

Unidad 3 “Alimentación, nutrición y transformación de la energía.” Lección 1: Transformando los alimentos. Pág. 36. Unidad 6 “Previniendo enfermedades” Lección 8 “Propiedades de los seres vivos”

Lección 4. Intercambio de gases. Pág. 112. Lección 6. ¡A tomar la temperatura! Pág. 121. Unidad 7 “¿Cómo nos reproducimos los seres vivos?”

Estudiar las propiedades de los seres vivos permite comprender con base científica, múltiples procesos que ocurren en la naturaleza, así como situaciones de la vida cotidiana. Procesos y fenómenos tan diversos como la nutrición, la transformación energética, el mantenimiento de las condiciones corporales, la respuesta a estímulos y la reproducción, constituyen funciones que definen a los seres vivos como tales. Por tal motivo, estas temáticas se emplean como introducción al conocimiento de las ciencias biológicas.

Lección 1: Las plantas se multiplican. Pág. 126. Lección 3: Un nuevo ser. Pág. 136. Lección 9 “Tejidos animales”

Haciendo un énfasis en el cuerpo humano, la anatomía de nivel tisular sirve de fundamento para comprender cómo trabajan los distintos sistemas corporales, tales como el aparato digestivo y nervioso, estudiados en la Unidad 1. Ya que permiten comprender mejor los procesos vitales,

Unidad 1 “La salud y algunos movimientos de los cuerpos” Lección 1: ¿Qué es lo que nos

vii

Material de Autoformación

Relación con Cipotas y Cipotes

Descripción puede utilizarse para profundizar en las temáticas de intercambio gaseoso y el transporte de oxígeno hacia las células. Por otra parte, dentro de las temáticas de reproducción, la microanatomía permite profundizar en los cambios corporales que ocurren durante la pubertad y la manera en cómo se desarrollan los nuevos organismos.

sostiene? Pág. 8. Lección 2: Nuestro centro de control. Pág. 12. Unidad 6 “Previniendo enfermedades” Lección 3: Transportando oxígeno. Pág. 108. Lección 4: Intercambio de gases. Pág. 112. Unidad 7 “¿Cómo nos reproducimos los seres vivos?” Lección 3: Un nuevo ser. Pág. 136. Unidad 2 “Nuestra amiga el agua” Lección 1: ¡Qué importantes son los ríos! Pág. 24. Lección 2: ¡Cuidemos el agua! Pág. 28. Unidad 3 “Alimentación, nutrición y transformación de la energía.”

Lección 10 “Introducción a la ecología”

Lección 6: ¡También las plantas respiran y se alimentan! Pág. 58. Unidad 3 “Alimentación, nutrición y transformación de la energía” Unidad 8 “La tierra nuestro gran hogar” Lección 1: Aprovechemos la energía del sol. Pág. 150. Lección 2: La vida en nuestros bosques. Pág. 155. Lección 3: Protejamos las plantas. Pág. 160.

viii

La ecología es un área multidisciplinaria, por lo que tiene aplicaciones en temáticas diversas. Resulta de indispensable para fundamentar la importancia del agua para los organismos y sus asociaciones, así como el cuidado que se debe tener con los cuerpos de agua. Otro de los apartados fundamentales de la ecología se basa en el aprovechamiento y transformación de la energía dentro de los ecosistemas. Esto sirve de base para entender el concepto de eficiencia energética, la importancia de las energías renovables y de como los ecosistemas más diversos son más productivos. Toda la base científica ecológica brinda un mejor panorama del cómo es más adecuado utilizar los recursos naturales y de los fenómenos que desencadenan los problemas ambientales que seguramente se encuentran en la comunidad.

Material de Autoformación

Relación con Cipotas y Cipotes

Descripción

Unidad 2 “Nuestra amiga el agua” Lección 1: ¡Qué importantes son los ríos! Pág. 24. Lección 2: ¡Cuidemos el agua! Pág. 28. Unidad 5 “El mundo físico que nos rodea.” Lección 11 “Cambio Climático”

Lección 3: El suelo se está dañando. Pág. 88. Unidad 8 “La tierra nuestro gran hogar” Lección 1: Aprovechemos la energía del sol. Pág. 150.

El cambio climático es un fenómeno de alteración natural, pero cuyas principales consecuencias son tangibles sobre los sistemas sociales, por lo tanto se relaciona con múltiples temáticas. El cambio climático tiene sus principales efectos sobre los ciclos hidrológicos, como los que se observan en la Unidad 2. Estos procesos también resultan en una degradación de los suelos y por supuesto sobre la biodiversidad. Finalmente, las estrategias de adaptación al cambio climático son eminentemente energéticas e hidrológicas, por lo que se pueden integrar estos contenidos a las temáticas de la Unidad 8.

Lección 2: La vida en nuestros bosques. Pág. 155.

Lección 12 “Sismos y volcanes”

Lección 3: Protejamos las plantas. Pág. 160. Unidad 4 “Previniendo accidentes y riesgos” Lección 2: ¡Cuántos Volcanes! Pág. 68 Lección 3: La tierra se estremece Pág. 72 Lección 4 ¿Qué hacer para estar siempre listos? Pág. 76 Unidad 8 “La tierra, nuestro gran hogar”

El contenido del actual programa carece de la fundamentación geofísica de los fenómenos naturales que representan riesgos en nuestro país. En el enfoque de prevención de riesgos y desastres debe explicarse previamente las causas de fenómenos naturales como, el origen de los terremotos, tsunamis y erupciones volcánicas. La presente lección pretende que el estudiante conozca la estructura interna de la Tierra, sus capas, analice los tipos de movimiento de las placas tectónicas y los tipos de ondas sísmicas que se generan de manera cualitativa.

Lección 4: Un viaje al interior de la Tierra. Pág. 164

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 el estudiantado pueda motivarse a comprender, transformar y utilizar lo que aprende?

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. Existen estudios de diversa autoría 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) Planteamiento de preguntas. 2) Definición del problema a resolver e identificación de sus aspectos relevantes. 3) Recopilación de información como evidencia o apoyo a los planteamientos. 4) Formulación de explicaciones al problema planteado a partir de la evidencia. 5) 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 autoformación 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 cada 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 el estudiantado tienen definido el problema puede hacer uso tanto de la información de textos u otras fuentes, preguntas directas a su docente, 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, cada estudiante afianza, corrige o enriquece su conocimiento. Idealmente cada estudiante es quien 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, cada docente guía y ayuda a sus estudiantes al desarrollo de investigaciones indagatorias en el salón

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. 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.

de clases. Al final de la experiencia, se invita a cada estudiante a compartir con el grupo 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 cada estudiante tiene que utilizar todos los medios para perseguir, resolver intereses y ejercitar capacidades. Al hacer protagonista a cada estudiante en la resolución de un problema se genera interés y motivación, 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 estudiantado, es crucial para el aprendizaje. Estimada profesora o profesor, en la medida que nos actualizamos como profesionales de la educación, en esa medida podemos obtener mejores frutos en nuestra labor. Queda pues en sus manos este material de autoformación e innovación a la valiosa tarea que desempeñan, sirva 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.

Parte II Contenidos del programa trabajados con enfoque CTI

xii

Lección 1. FLUIDOS

EN REPOSO

CONTENIDOS 1. Materiales líquidos y gaseosos. 2. Presión. 3. Principio de Arquímedes. 4. Principio de Pascal.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Representar las formas en que los fluidos en

reposo poseen una fuerza de empuje. 2. Describir el movimiento del agua por la presión hidrostática.

HABILIDADES Y DESTREZAS CIENTÍFICAS 1. Explica las propiedades de los fluidos. 2. Experimenta la presión en materiales sólidos y fluidos. 3. Comprende y explica la fuerza de empuje de los fluidos que se hallan en reposo. 4. Relaciona el principio de Arquímedes con situaciones de la vida cotidiana. Figura 1. Un globo aerostático vuela utilizando el principio de Arquímedes para volar.

DESCRIPCIÓN En esta lección se presenta el fenómeno de los fluidos en reposo tomando como ejemplo el caso concreto del agua. Se estudia el concepto de la presión y sus manifestaciones en los materiales sólidos y en fluidos; se estudia también el principio de Arquímedes, el cual explica por qué determinados objetos flotan. Finaliza con la relación existente entre la presión, fuerza y volumen desplazado de los cuerpos sumergidos en un fluido ejemplificando el concepto con una aplicación tecnológica.

1. MATERIALES LÍQUIDOS Y GASEOSOS. l agua en sus distintas fases posee características propias; el agua en fase sólida (hielo) posee una forma geométrica definida; en la fase líquida toma la forma del recipiente que la contiene; en la forma gaseosa se expande y ocupa todo el espacio disponible (Fig.2). Las características anteriores son consecuencia de las interacciones de los átomos que constituyen la materia. Sólido

Líquido

comprimidos, tienden a disminuir su distancia intermolecular y aumentar de forma brusca las fuerzas de repulsión, soportando la compresión. Los líquidos y los gases poseen la propiedad de tomar la forma del recipiente que los contiene, debido a que sus estructuras moleculares poseen mucho más libertad de movimiento que los sólidos y por ende son menos estables en sus formas, razón por la cual se conocen como fluidos. Una característica importante que describe la materia es la densidad. La densidad establece qué tan concentrada está la materia que constituye un cuerpo, es decir, qué tan compactas se encuentran las moléculas o átomos que lo constituyen, (Fig.4).

Gaseoso

Figura 2. Estados de la materia: sólido, líquido y gaseoso.

El movimiento de los átomos y moléculas definen las características de la materia y su comportamiento, de acuerdo a la energía térmica que poseen. Así, a una presión constante se pueden establecer las diferentes fases, siendo las moléculas de los líquidos las que poseen una interacción intermedia entre el movimiento molecular de los sólidos y de los gases.

Figura 4. El hierro es más denso que el caucho debido a que sus átomos están más compactados que las moléculas de caucho en un mismo volumen.

Por ejemplo, al comparar el peso de dos cubos de igual volumen, uno de hierro y otro caucho, el cubo de hierro pesa más, debido a que la estructura molecular del hierro es mas compacta que la estructura molecular del caucho (Fig.4). Para que el caucho pese lo mismo que el hierro el caucho debe aumentar aproximadamente ocho veces más ese volumen, dado que el hierro es aproximadamente ocho veces más denso que el caucho. Entonces, la densidad se puede definir como la cantidad de masa que se encuentra en un volumen dado.

Figura 3. Dentro de un pistón: (A) un cubo de hielo no sufre deformación por que no es compresible, (B) el agua líquida se deforma solo un poco dado que es poco compresible; el vapor de agua (C) es el más deformable de los tres, debido a su alto grado de compresibilidad.

Los materiales más densos son en su mayoría los materiales sólidos; poseen mayor densidad que los líquidos, los líquidos poseen moléculas más compactas que los materiales en fase gaseosa; por lo general los materiales menos compactos se depositan por encima de los materiales más compactos (Fig.5).

Los sólidos y los líquidos poseen la característica de ser poco comprensibles y poseer un volumen definido (Fig. 3); debido a la mayor compactación molecular, se generan fuertes interacciones entre sus átomos o moléculas. Los líquidos al ser

Figura 5. Sopa de gallina india. Las partes amarillas en la superficie de la sopa es la grasa de la gallina que flota por la diferencia de densidad entre el aceite y el agua. El aceite es menos denso que el agua.

Existen ciertas excepciones a esta regla, como el caso del agua en fase líquida, que posee una mayor densidad que en fase sólida debido a su arreglo molecular; esta es la razón por la que flotan los cubos de hielo sobre el agua.

ACTIVIDAD 1. Lo medible de los fluidos. Esta actividad tiene como objetivo la observación y la cuantificación de algunas propiedades de los líquidos como la forma que toman los líquidos con volumen constante y la densidad. Formar grupos de cuatro. Materiales: Un marcador permanente, tres contenedores de diferentes formas (de preferencia transparente), agua, aceite y miel (cantidades necesarias), colorante natural, tres vasos de idénticas dimensiones transparentes, una taza de medidas; balanza. Procedimiento: 1. Dibujar en los tres contenedores de diferentes formas geométricas.

mecánicos, pero no disminuye ni aumenta su volumen. Demostrando que posee elasticidad de volumen pero sin elasticidad de forma, es por esto, que es engañosa la cantidad de agua existente en los diferentes contenedores. 4. Colocar en tres vasos transparentes de iguales

dimensiones un volumen igual de miel, agua y aceite de cocina. 5. Contestar: ¿variarán los volúmenes de los

líquidos? No, debido a que los tres contenedores son iguales. ¿Pesarán lo mismo? Comparar los pesos utilizando la blanza. ¿Cuál posee una mayor densidad? Establecer una hipótesis. Verter volúmenes iguales de miel, aceite y agua en un mismo recipiente ¿Qué sucede? ¿Por qué se forman las capas de líquidos? Permitir establecer la hipótesis (Fig. 7).

Figura 6. Recipientes de diferentes formas. 2.

Colocar un mismo volumen de agua línea. ¿Qué observaron? Los estudiantes notaran que según sea el recipiente, la altura varía, lo que al observar a primera vista pueden concluir de manera errónea quien posee mayor volumen de agua.

Contestar: ¿observaron como el agua cambió de forma? Adquiere la forma del recipiente ¿Cuál de los contenedores posee más agua? ¿Por qué? ¿Cómo comprobamos cual contiene más agua? Anotar las respuestas en el cuaderno.

El estudiantado debe concluir que el agua adquiere las distintas formas de los contenedores y vuelve a cambiar su forma cada vez que se halla sometida a movimientos

Figura 7. En un recipiente con agua, miel y aceite, se deposita en el fondo la miel, en medio el agua (colorada) y el aceite en la parte superior.

Contestar: ¿cuál tiene mayor densidad o concentración de materia? Esquematizar o dibujar en el cuaderno la concentración de las moléculas de cada sustancia y relacionarlo con sus densidades, respectivamente.

Integración con Geología. Las diferentes capas de la Tierra están ordenadas según la densidad de los materiales que las constituyen (Fig.8). En el centro de la Tierra (Núcleo interior) se halla un material pesado y sólido de níquel (Ni) y hierro (Fe), rodeado de un Núcleo externo de metal fundido; luego se encuentra una capa gruesa de líquido con alta densidad y viscosidad, denominada Manto, este fluido, al tener contacto con el aire u agua se enfría perdiendo calor convirtiéndose en rocas que forman la Corteza. La capa de donde se genera vida, es llamada Biosfera esta constituida por la corteza, el agua en los océanos y ríos, y de los gases de la atmósfera. Los gases menos densos se encuentran a mayor altura de la atmósfera. Figura 8. Ordenamiento de las diferentes capas terrestres.

2. PRESIÓN La presión es usualmente confundida con la fuerza pero estos son conceptos y aplicaciones distintas; para ejemplificar las diferencias respondamos ¿cómo es que un clavo logra penetrar una pared? Al aplicar una fuerza sobre la pequeña área de contacto del clavo, fácilmente penetra la pared (Fig.9); si el área fuera mayor los esfuerzos para penetrar una pared fueran mayores o casi imposible con un simple martillo.

Figura 10. Distribución del peso en diferentes posiciones; donde existe menos distribución de peso (A2 > A1) se ejerce mayor presión sobre el cuerpo (P2 < P1).

Existen muchas otras circunstancias de la vida real donde se observa la aplicación del fenómeno de la presión, como cuando se tiran los nadadores, (Fig.11), se busca la manera que el clavado sea de forma vertical y no horizontal. Figura 11. Ejemplo de un nadador tirándose de manera: A. vertical reduciendo el área de contacto al incidir sobre el agua, rompiendo la fuerza de tensión que se genera en la superficie del agua. B. horizontal aumenta el área de contacto con el agua, causando dolor.

Figura 9. Martillo ejerciendo una fuerza perpendicular sobre el clavo.

La presión es una fuerza aplicada de manera perpendicular a una superficie. Por ejemplo, el colchón de una cama se hunde más al pararse que al recostarse sobre él, (Fig.10), porque el cuerpo parado concentra su peso en una menor área (A1), que cuando está recostado, (A2) pues así, el peso se distribuye en una mayor área.

La presión en los fluidos dependen de la profundidad en que se encuentran sumergido los cuerpos, dado que nos encontramos inmersos en un mar de gases y los cambios de temperatura y humedad nos afectan; por esto es necesario conocer la presión que ejerce la atmósfera; su valor estándar es de 101,000 Pascales a nivel del mar. A profundidades abajo del nivel del mar la presión aumenta debido a que no solo se considera la presión atmosférica sino también la presión que ejerce el líquido en reposo. También a mayores alturas sobre el nivel del mar la presión atmosférica disminuye porque disminuye el peso de la columna de aire, (Fig.12).

Figura 12. La presión aumenta a medida se acerca al nivel del mar y debajo de ese nivel aumenta aun mas, debido a esto se observa como las moléculas se encuentran mas compactas a mayor profundidad.

Por eso nuestros oídos son afectados cuando se sumerge dentro de un rio o una piscina, el tímpano es sensible a los cambios de presión.

Actividad 2. Los fluidos también ejercen presión.

Esta actividad tiene el objetivo de evidenciar cómo los fluidos ejercen presión sobre los cuerpos, y cómo ésta aumenta a una mayor profundidad.

Materiales: Un embudo, globos, una manguera plástica translúcida de tres metros de longitud (con diámetro semejante al cuello del embudo), una cubeta, colorante natural, cinta adhesiva y suficiente agua.

Colocar un metro de manguera en forma de U pegada a la pared (Fig.13), utilizando cinta adhesiva; colocar el embudo en el extremo suelto. Añadir agua con colorante hasta que se observe un nivel en el brazo izquierdo de la “U”; marcar el nivel con plumón. Sellar la apertura ancha del embudo con el globo cortado y llenar la cubeta con agua. Sumergir el embudo sellado en la cubeta de agua ¿Qué sucede?

Procedimiento. En grupo de tres estudiantes: 1. Cortar un globo y colocarlo sobre la apertura ancha del embudo. 2. Succionar aire por el cuello del embudo ¿Qué sucede? ¿sucederá lo mismo si succionas colocando el embudo hacia arriba o hacia abajo? Explica lo ocurrido. Figura 13. Esquema del arreglo experimental, las reglas sirven para medir la profundidad a la cual cambia la altura del agua en el tubo en “U”. En la derecha esquema de la presión ejercida a diferentes profundidades de la cubeta.

Cuando se succiona el aire dentro del embudo el hule del globo se hunde porque el aire fuera del embudo ejerce presión, ya que el aire trata de ocupar el espacio que ha dejado de ocupar el aire succionado por nuestro cuerpo. Este fenómeno ocurre independientemente de la dirección que se coloque el embudo dado que no encontramos rodeados de moléculas en fase gaseosa que ejercen presión en cualquier dirección.

Se observa que el nivel del agua en el extremo izquierdo del tubo aumenta a medida que el embudo se sumerge; a mayor profundidad aumenta la presión. Esto demuestra que “Al sumergir un cuerpo en un fluido, a mayor profundidad experimenta una mayor presión”.

3. PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES ACTIVIDAD 3. FUERZA DE EMPUJE El que los objetos floten no solamente se debe a las densidades de los objetos, sino también a que los fluidos tienen una fuerza denominada empuje. Figura 14. Esquema de las fuerzas que ejerce el fluido sobre un cuerpo sumergido (izquierda); en la figura de la derecha, el empuje supera la fuerza del peso lo que obliga al cuerpo a flotar en la superficie del fluido.

Materiales: Un vaso lleno de agua y cartón o papel. Procedimiento: 1. Cortar una porción de cartón aproximadamente del tamaño de la boca del vaso. 2. Llenar el vaso de agua y colocar el cartón sobre la boca del vaso y presionarlo con el dedo ¿Qué sucederá si volteamos el vaso? 3. Invertir el vaso con agua presionando siempre el cartón, luego de un momento soltar el cartón. ¿Por qué no cae el agua?

Al sumar todas las direcciones de las fuerzas que se ejercen, se anulan, a excepción de la fuerza en sentido contrario al peso de los cuerpos a la que se denomina empuje; esta equivale al peso del volumen de agua que desplaza (Fig.16).

Figura 16. Un cuerpo pesa exactamente 5N en el aire (A). Al colocar el cuerpo dentro del agua pesa 3N, desplazando un volumen de agua que pesa (empuje) 2N (B).

Figura 14. Inversión de un vaso con agua cubierto con papel.

El aire es un fluido y genera presión en todas direcciones del vaso ejerciendo una fuerza de empuje que mantiene el cartón adherido a la boca del vaso, soportando el peso del agua (también influyen las fuerzas de cohesión del agua y las fuerzas de adhesión del agua con el papel).

Cuando la fuerza denominada empuje es menor que el peso del cuerpo, éste se hunde, como ocurre con los cuerpos que poseen una mayor densidad que la del fluido en el cual se sumerge, por ejemplo, las rocas en el fondo del océano, (Fig.17).

Cuidado: antes de invertir el vaso con agua es necesario que el cartón esté un poco húmedo y que sus dimensiones sean levemente más grandes que la boca del vaso. Figura 17. Rocas andesitas en el fondo del océano.

Cuando nos sumergimos en el agua hemos notado que los objetos pesan menos ¿por qué sucede este fenómeno? Un cuerpo sumergido en un fluido, este fluido ejerce una presión de manera uniforme sobre el cuerpo, (Fig.15); esto implica que también existen fuerzas que se ejercen sobre la superficie de los cuerpos sumergidos.

Lo que ocurre a nivel molecular, es que los cuerpos con mayor compactación concentran más materia en el mismo volumen que desalojan de las moléculas menos compactas del fluido, esto implica una mayor concentración de masa y por ende, mayor peso que del fluido desplazado. Los cuerpos que flotan son en los que la fuerza de

empuje supera la fuerza del peso del cuerpo, debido a que la densidad del cuerpo es menor que la del fluido en el cual flotan (Fig.18).

Figura 20. Al colocar plastilina en forma esférica sobre el agua, se hunde; en forma de semiesfera, flota. Figura 18. Los globos con helio se elevan porque el empuje que genera el aire es mayor que el peso de estos.

La forma geométrica de la plastilina distribuye la materia de manera que esa misma masa ocupa más volumen, disminuyendo así su densidad promedio a tal grado que se hace menor que la del agua.

En los cuerpos que no se sumergen ni flotan son en los que la fuerza de su peso es igual al del empuje, ambos poseen una misma densidad (Fig. 19).

¿Por qué los barcos hechos de metal flotan sobre el agua?

Figura 19. Tilapias (Oreochromis niloticus) nadando en agua; ejemplo de cuerpos que ni se hunden ni flotan. Regulan su densidad con su vejiga natatoria para desplazarse a diferentes profundidades del agua.

El metal es más denso que el agua, pero debido a su estructura interna y su forma geométrica permite la existencia de espacios de aire, provocan que la densidad promedio de todo el barco sea menor que la densidad del agua.

Lo anteriormente expuesto confirma una relación directa entre la densidad y la fuerza de empuje de los fluidos: “a mayor densidad, mayor fuerza de empuje”, lo que permite concluir en el enunciado del principio de Arquímedes que establece: “Los cuerpos al ser sumergidos total o parcialmente en los fluidos, experimentan una fuerza de empuje en sentido contrario de su peso, esta fuerza equivale al peso del fluido que es desplazado por el cuerpo”. Existen diferentes maneras de hacer objetos flotar, al dejar caer una esfera de plastilina en agua, ésta se sumerge; pero si con la misma cantidad de plastilina se forma una semiesfera hueca, ésta flotará (Fig. 20).

Actividad 4: La vejiga natatoria. Esta actividad permitirá al estudiante aplicar el principio de Arquímedes para la simulación del funcionamiento de la vejiga natatoria de un pez. Trabajar en grupos de tres personas. Materiales: Un recipiente de agua grande, una botella plástica vacía de aproximadamente de 500mL, una tenaza, un clavo, una vela, varias tuercas metálicas y una manguera delgada. Procedimiento: 1. Utilizar una tenaza para calentar el clavo en una llama y hacer luego tres agujeros grandes: en uno de los lados de la botella, y el otro en la parte superior de la tapa (de aproximadamente el diámetro de la manguera). 2. Adherir las tuercas con cinta adhesiva en el mismo lado de los agujeros en la botella, con cuidado de no tapar los agujeros; luego, coloca la manguera en el orificio superior de la tapa sellándolo con plastilina. 3. Al colocar la botella sobre el agua preguntar ¿qué sucederá si sacamos el aire a través de la manguera? ¿Cómo sacar a flote la botella?

Glosario. Fluidos Es la materia donde los átomos o las moléculas poseen libertad de movimiento, tal como los líquidos y los gases. Densidad La relación entre la cantidad de masa por unidad de volumen. La densidad está expresada en unidades de 3 kg/m : ⁄ . Presión La relación entre la fuerza que se aplica de manera perpendicular al área de un objeto. Fuerza de empuje La fuerza que ejerce un líquido sobre un objeto sumergido o que flota en el líquido.

Figura 18. Esquema del experimento.

El aire dentro de la botella es desplazado permitiendo que el agua ocupe un mayor espacio dentro de la botella aumentando la densidad hasta sumergirse en el fondo del recipiente. Al soplar aire dentro de la botella éste desplaza el agua dentro de la botella disminuyendo su densidad hasta que logra flotar sobre el agua en el recipiente. 4. Discute con tus compañeros de equipo lo sucedido y cuales principios físicos se manifestaron en el fenómeno.

. Principio de Arquímedes Todo objeto que se encuentra total o parcialmente sumergido en un fluido, experimentará una fuerza de empuje que será igual a la magnitud del peso desplazado por el objeto. Si desea enriquecer su conocimiento consulte. va

1. Hewit, P. (2010) Física Conceptual. 11 edición, Editorial Addison Wesley Pearson. Estados Unidos. Recuperado en: http://goo.gl/0M6YE. 2. Perelman, Y. (1975) Física recreativa. 1ª Edición, Editorial Mir, Moscú. 3. Mandel, M. (1959) Physics Experiments for a Children. 1 edición, Dover Publications, lnc. New York. Recuperado en: http://goo.gl/DOIWM. 4. Yavorski B. (1985) Prontuario de Física. 2ª edición, Editorial Mir, Moscú.

Hoja de Ejercicios • Cuarto Grado FLUIDOS ESTÁTICOS

Nombre:

Grado:

PROBLEMA: En vacaciones, Luisa y María hacen un viaje al puerto de La Libertad, para almorzar algunos mariscos. Antes de tomar sus ricos alimentos decidieron ir a dar un paseo en lancha por la zona. Como en el puerto hay muchas personas que se dedican a la pesca, quisieron hacer algunas pruebas. Primero, se subieron en una báscula para conocer su masa (Luisa = 140kg y María = 155kg). Se dieron cuenta luego, que cuando María se subió a la lancha ésta se hundía más que cuando se subió Luisa; también observaron que cuando ambas están sobre la lancha, se hunde más que cuando solo hay una de ellas. Antes de dar su paseo necesitaban aclarar algunas dudas y necesitan de tu ayuda para responderlas. 1. ¿Cuál de las dos recibió un mayor empuje?

2. ¿Si se suben las dos a la lancha, el empuje será mayor o menor que si solo hay una de ellas en la lancha?

3. ¿Qué otros medios de transporte aparte de las lanchas utilizan el principio del empuje?

4. ¿Puede hundirse en algún momento la lancha, si tiene demasiada carga? ¿Por qué sucede esto?

Lección 2. SUSTANCIAS PURAS Y MEZCLAS CONTENIDOS 1. Sustancias. 2. Sustancias puras: elementos y compuestos. 3. Mezclas: homogéneas y heterogéneas.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Identificar las características de las sustancias puras y de las mezclas. 2. Diferenciar entre una mezcla homogénea y heterogénea; así como entre un elemento y compuesto químico. 3. Identificar los elementos que forman el compuesto: agua. 4. Reconocer que la temperatura influye en la disolución de las sustancias.

HABILIDADES Y DESTREZAS CIENTÍFICAS 1. Define con sus palabras qué es una mezcla heterogénea, una mezcla homogénea, un elemento y un compuesto. 2. Diferencia entre elemento y compuesto químico, así como entre mezcla homogénea y mezcla heterogénea.

Figura 1. La sangre es un ejemplo de mezcla homogénea, pues no se distinguen sus componentes; si se le dejase reposar durante unos minutos, se observarían que se separan dos capas (el plasma, glóbulos blancos y glóbulos rojos), pasando a ser una mezcla heterogénea.

DESCRIPCIÓN Los alimentos que consumimos a diario, los materiales que se utilizan, y en general toda la materia, puede clasificarse de acuerdo a la composición y comportamiento que presentan. La lección inicia con la definición de sustancia y su clasificación en sustancias puras y mezclas. Las sustancias puras se clasifican en elementos y compuestos, y las mezclas en homogéneas y heterogéneas.

1. Sustancias egún se ha estudiado en lecciones anteriores, todo lo que nos rodea e incluso nosotros mismos somos materia. Las sustancias son una forma de materia con una composición constante o definida y con propiedades distintivas. La forma más general de clasificar a la materia es de acuerdo a su composición. En la naturaleza podemos encontrar a la materia en forma de sustancias puras (formada de un solo tipo de materia) o mezclas (varios tipos de materia, Fig. 2).

2. Sustancias puras: elementos y compuestos Una sustancia pura es aquella formada por un solo tipo de materia o partículas y que no se puede separar por medios físicos, sino sólo por métodos químicos, si fuese posible. Una sustancia pura posee las mismas propiedades a través de toda su composición. Estas se clasifican en dos tipos: elementos y compuestos. Los elementos son nombrados sustancias simples formadas por un solo tipo de átomos (partícula más pequeña de un elemento que posee las características de ese elemento). Todas las sustancias que se encuentran en la Tabla periódica son simples, es decir, que son elementos. Muestre a sus estudiantes una Tabla periódica mostrándoles el uso adecuado de la información que nos proporciona la tabla periódica:

Figura 2. A. El jugo de naranja es una mezcla. B. Los detergentes se anuncian como productos puros, pero desde el punto de vista de la química, no son compuestos puros, son una mezcla de sustancias. Número del elemento en la Tabla periódica

Nombre del elemento

Símbolo del elemento

Figura 3. Simbología utilizada en la Tabla periódica que indica la información que nos proporciona.

ACTIVIDAD 1. Propiedades de los elementos

Procedimiento 1. Observar el color de cada uno de los materiales que tiene y anotar. 2. Pedirles que intenten doblar cada uno de los materiales con excepción del bombillo, el cual solo deben de observar la parte del centro como se ve en la figura.

Con esta actividad se busca que el estudiante reconozca las sustancias simples con las que convive. Efectuar grupos de 3 ó 4 estudiantes y repartirles los materiales. Preguntar: ¿Es el aluminio un elemento? ¿Por qué? ¿Qué sucedería si lo dividiéramos en varias partes? ¿Conservaría cada parte las mismas propiedades? Materiales: un trozo de papel aluminio (10 cm x 10 cm), un pedazo de carbón, 15 cm de alambre de cobre esmaltado para embobinar, 2 clavos de hierro de 1 ½ pulgadas y un bombillo 25 W transparente.

Tungsteno

3. Tomar un pedazo de papel aluminio, carbón, alambre de cobre y un clavo de hierro, ponerlos sobre un pedazo de papel y sacarlos al sol. Comprobar si hay transferencia de calor.

estudiantes ¿con qué otro elemento se combinó el carbono? ¿Qué es la nueva sustancia que se obtiene una sustancia simple o compuesta? ¿Cómo evidencia la aparición de la nueva sustancia? Permita que intenten responder y luego de unos minutos ayúdeles: el carbono (C) se combinó con el oxígeno (O2) del aire, la nueva sustancia formada es una sustancia compuesta, el dióxido de carbono (CO2) y se evidencia su formación por la aparición de un gas.

¿Qué sucedió? El aluminio, cobre, hierro y tungsteno al ser metales poseen un brillo, el carbono, al ser un no metal es opaco. Por otro lado, el aluminio, el cobre y el tungsteno poseen la propiedad de ser más maleables que el hierro y se doblan. El carbón al ser un no metal, es quebradizo y transfiere poco calor.

Otro ejemplo es la obtención de agua a partir del hidrógeno y el oxígeno existen como gases incoloros y separados (Fig. 4), que es diferente de los gases que la integran. Los compuestos son llamados también sustancias compuestas y están unidas mediante enlaces químicos.

Al unirse dos o más elementos diferentes, constituyen compuestos. Utilizando como ejemplo el trozo de carbón de la actividad 1, realice una actividad demostrativa en la cual, con un cerillo, prenda el carbón y pregunte después a sus

Figura 4. Los elementos químicos: hidrógeno (H), en gris y oxígeno (O) en rojo; al unirse forman el compuesto agua (H2O).

3. Mezclas: homogénea y heterogéneas Cuando dos o más sustancias (elementos o compuestos) se unen pero sin combinarse o sin alterar su composición química, se crea una mezcla. A diferencia de los compuestos, las proporciones de las sustancias en una mezcla pueden alterarse sin modificar la identidad de la mezcla. Por ejemplo, si se coloca arena en un vaso con agua, se obtiene una mezcla de agua con arena. Si se adiciona más agua o más arena, sigue siendo una mezcla de agua y arena. Su identidad no ha cambiado, sólo su proporción.

Una mezcla homogénea también se llama solución, que se estudiará en la lección 4.

Las mezclas se pueden elaborar de dos o más sustancias sin reaccionar entre sí. Las mezclas pueden clasificarse como: homogéneas y heterogéneas. Homogéneo significa “igual en todas partes”. En este tipo de mezcla, no se pueden ver sus partes. No es siempre posible saber la composición de las mezclas homogéneas, porque no se puede conocer a simple vista (Fig. 4).

Heterogéneo significa “diferente”. Una mezcla heterogénea contiene partes más grandes que son diferentes entre sí, por eso pueden observarse a simple vista. Los componentes de la mezcla que existen como regiones distintas se llaman fases (Fig. 5). La Tabla 1, lista las diferencias entre las sustancias puras y mezclas.

Figura 4. Ejemplos de mezclas homogéneas: A. Mezcla de agua y azúcar; B. Acero inoxidables y C. Aceite de cocina.

Por otro lado, se puede encontrar en un solo objeto ambos tipos de mezclas. Por ejemplo, un pan con pollo parecería que es sólo una mezcla heterogénea pues todos los ingredientes con los que se preparan (pan, pollo, salsa, lechuga, tomate, mayonesa, rábanos, pepinos) son visibles a simple vista (Fig. 6). Sin embargo, hay varios ingredientes que son mezclas homogéneas por sí solos, pues fueron elaborados a partir de otros ingredientes que no podemos ver como el pan, hecho a partir de leche, harina, agua y levadura; mostaza, preparada a partir de la semilla de mostaza, agua y sal, etc.

Figura 5. Ejemplos de mezclas heterogéneas: A. Jugo de naranja con pulpa; B. Ensalada y C. Barra de granola.

Tabla 1. Diferencias entre compuesto y mezcla. Compuesto  Los elementos están presentes en una proporción única.  La combinación usualmente ocurre con la emisión de luz y/o calor.  El cambio fundamental ocurre a nivel atómico cuando el compuesto se forma.  Las propiedades del compuesto son muy diferentes a las de los elementos de los que proviene.

Mezcla

 Los elementos no están presentes en una proporción fija.  Mezclar no produce evidencia de ese cambio.  No hay un cambio fundamental a nivel atómico.  Las propiedades de la mezcla son un promedio de los componentes que la conforman.

Figura 6. Pan con pollo migueleño.

ACTIVIDAD 2. Mezclas homogéneas y heterogéneas. Con este experimento se efectuarán mezclas para clasificarlas después. Existen diferentes materiales que se mezclan bien con el agua, algunos se disuelven y otros no. Esto favorecerá la aproximación a las nociones de disolución y de mezcla. Para el desarrollo de esta actividad dividir el curso en grupos de tres o cuatro estudiantes y entregar a cada grupo los materiales necesarios. Preguntar: ¿qué pasaría si al agua que está en un vaso le añadiéramos azúcar? ¿Si le añadimos tiza en polvo? ¿Por qué al introducir frijoles o arroz al agua, estos no se disuelven? ¿Por qué razón las distintas sustancias reaccionan de manera diferente? Materiales 1 cucharada de detergente en polvo. 2 cucharadas de azúcar blanca refinada. 2 cucharadas de jugo en polvo. 2 cucharadas de arroz. 2 cucharadas de frijoles. 1 cucharada de café soluble. 6 tenedores de plástico.

8 vasos de plástico transparente. 3 tazas de agua. Procedimiento 1. Enumerar cada vaso del uno al seis. Verter en el vaso 1 el jabón líquido, en el vaso 2, azúcar; en el vaso 3, jugo en polvo, en el vaso 4, arroz; en el vaso 5, frijoles; en el vaso 6, café soluble; en el vaso 7 azúcar y jugo en polvo y en el vaso 8 arroz y frijoles. 2. Añadir ½ taza de agua en cada vaso. 3. Mezclar cada sustancia con el agua. ¿Qué sucedió? Si la sustancia tiende a disolverse, desaparecerá y dejará el agua transparente, aunque le proporcione cierto color al agua. El detergente, el café, el jugo en polvo y el azúcar, se disolverán; en cambio, los frijoles y el arroz no lo harán. Las sustancias que desaparecen crean con el agua una mezcla homogénea, puesto que no se pueden distinguir las sustancias. En cambio, los que no se disolvieron (frijoles y arroz) crean capas o fases en el agua, que son visiblemente notorias, por ello, se consideran como mezclas heterogéneas. Preguntas de evaluación 1. ¿Cuáles sustancias se disolvieron en el agua? 2. ¿Cuáles sustancias no se disolvieron en el agua? 3. ¿Qué sustancias formaron mezclas homogéneas con agua? 4. ¿Qué sustancias formaron mezclas heterogéneas con agua? ACTIVIDAD INTEGRADORA CON… Medio Ambiente Los suelos de nuestro país, están clasificados de acuerdo a diferentes características como su origen, su tipo de cultivo, color, etc. ¿sabías que se dividen en ocho tipos de suelo? El suelo es uno de los recursos naturales que presenta gran diversidad de sustancias; por ello, se puede considerar un buen ejemplo de mezcla. Recoger de diferentes áreas del patio del centro escolar o la casa, muestras de suelo. Las áreas seleccionadas deben estar alejadas unas de otras, para que las muestras varíen en propiedades fisicoquímicas. Deberá examinar con atención cada muestra de suelo y anotar en el cuaderno un listado de materiales que distingas, por ejemplo: arcilla, vegetación, piedras, trazas de abono, semillas, cenizas, etc. Luego, responder las siguientes preguntas:  ¿Qué características te hacen confirmar que el suelo es una mezcla?  El suelo ¿es una mezcla homogénea o heterogénea?  Investiga los ocho tipos de suelo en los que se clasifican los suelos de nuestro país ¿cuáles son las diferencias que existen entre ellas? ¿Será debido a su composición?  Si la composición del suelo cambia ¿seguiría denominándose suelo o sería una sustancia nueva?

Sabías qué… Los óleos o las pinturas de óleos se conforman mezclando polvo de color (pigmentos), muy fino, con aceite. El óleo ofrece el color más intenso y brillante, y la posibilidad de pintar sobre muchas superficies (tela y madera por ejemplo). Es por esto de las pinturas más elegidas por muchos artistas para aplicar sus técnicas. Las técnicas de pintura con óleos requieren de un pincel, un trapo, una paleta donde mezclar los colores, y aceite de linaza con el cual se limpia el pincel y se hace más aguada la pintura. Dependiendo de los colores que se mezclen son los colores que se obtienen. Así, si mezclamos rojo con amarillo, nos queda un color naranja. De acuerdo con la cantidad de rojo y de amarillo que pongamos, nos quedará un color más o menos oscuro. Si mezclamos rojo con azul, nos queda un color violeta. Nuevamente, la intensidad del violeta la daremos por la cantidad que usemos de cada uno. Por ejemplo si queremos que nos quede un color un poco lavanda, tendremos que agregar un poco de amarillo a la mezcla. Si mezclamos azul con amarillo, nos queda un color verde. La tonalidad del verde se la iremos dando con las cantidades. También puede ir agregando rojo para realizar otros colores.Se tiene que tener en cuenta, que se puede ir jugando y probando qué colores deseamos poner para que se formen unos nuevos.

GLOSARIO

Si desea enriquecer su conocimiento, consulte:

Elemento: Sustancia pura que cuando se combina con otros elementos crea compuestos. Cada elemento se conforma de un solo tipo de átomos.

1. Biggs, A., L. Daniel, R. Feather, E. Ortleb, P. Riller, S. Snyder, D. Zike [2002] Ciencias de Glencoe. Programa de Ciencias para Texas, Grado 7. Estados Unidos: Glencoe /Mc Graw Hill.

Compuesto: Sustancia pura constituida por dos o más elementos en proporciones ya definidas.

2. IES la Zafra de Motril [s.f.] Mezclas y Sustancias Puras. Física y Química IES La Zafra. Extraído en octubre de 2010 desde http://sites.google.com/site/fisicayquimicaieslazafra /mezclas-y-sustancias-puras

Mezcla: Es la combinación de dos o más sustancias que no están unidas químicamente. Lo materiales se encuentran unidos para formar la mezcla, sin reaccionar para formar un compuesto.

3. Phillips, J., V. Strozak, C. Williams [2004] Química. Conceptos y Aplicaciones. Colombia: Editorial Mc Graw Hill Interamericana S.A. de C.V

Sustancia: Es cualquier materia que tiene composición ya determinada. Se clasifica en mezcla y sustancia pura. Sustancia pura: La materia que posee la misma composición fija e invariable y sus propiedades fisicoquímicas son las mismas.

4. RENa. Red Escolar Nacional [2008] Clasificación de la materia: Mezclas y sustancias puras. Separación de mezclas. CENT. Centro Nacional de Tecnología. Ministerio del Poder Popular para Ciencia, Tecnología e Industrias Intermedias. Gobierno Bolivariano de Venezuela. Extraído en octubre de 2010 desde http://www.rena.edu.ve/TerceraEtapa/Quimica/Clas MateriaI.html. 5. Rotker, M. [2010] Composición de la sangre. Photo Researchers, Inc. Sciencie Source. Extraído en enero de 2011 desde http://html.rincondelvago.com/sangre_2.html

ACTIVIDAD EVALUADORA SUSTANCIAS PURAS Y MEZCLAS Nombre:

Grado:

1. Recordando que las mezclas están formadas por dos o más sustancias puras, señala las imágenes que indica que son mezclas:

2. Incorpora la palabra del vocabulario en la parte subrayada, de tal forma que se complete la frase correctamente: Vocabulario de palabras: a. Compuesto b. Sustancia pura e. Elementos f. Homogéneas

c. Mezcla

d. Heterogénea

1. 2. 3. 4. 5.

Las mezclas están constituidas de partes individuales que no pueden distinguirse. Un es una sustancia nueva que se crea cuando los elementos se unen químicamente. A las combinaciones de compuestos y elementos que no forman nuevas sustancias, se les llama Si se pueden distinguir a simple vistas las partes individuales en una mezcla, se trata d e una mezcla El agua está compuesto de hidrógeno y oxígeno. El aire está compuesto, a la vez, de nitrógeno, hidrógeno y otros gases. Estos compuestos están formados por 6. El tipo de sustancia que está constituido por un solo tipo de materia y se caracteriza porque no se puede separar por medio de métodos físicos, se denomina

3. Indica qué tipo de ejemplo es una mezcla, un elemento o un compuesto.

4. Selecciona la palabra o frase que responda mejor a cada pregunta:

1. ¿Cuál es un ejemplo de solución? a. Elemento b. Mezcla heterogénea c. Compuesto d. Mezcla homogénea 2. ¿Qué es un compuesto? a. Una mezcla de sustancias químicas y elementos. b. Una combinación de dos o más elementos. c. Cualquier cosa que tiene masa y ocupa espacio. d. Es la clasificación general de la materia. 3. ¿Qué es una mezcla? a. Es aquella donde sus componentes no mantienen la identidad y propiedades químicas. b. Cuando dos o más sustancias (elementos o compuestos) se unen, pero no se combinan químicamente para crear una nueva sustancia.

c. Un material compuesto por un solo compuesto o elementos. d. Son las bandas de sonido que acompañan el montaje de una película. 5. Relaciona los siguientes términos: Elemento Mezcla homogénea Mezcla heterogénea Compuesto

Gasolina Agua Oro Agua con arena

6. Indica cuál de los siguientes sistemas es heterogéneo y homogéneo:

Sustancia

Sustancia pura Elemento

Mezcla

Compuesto

Agua Clavo de hierro Mercurio Agua con tierra Vino Ensalada de frutas Sal Sopa de verduras Café Té Limaduras de Hierro

Homogénea

Heterogénea

Lección 3. TIPOS

DE MEZCLAS

CONTENIDOS 1. Soluciones. 2. Coloides 3. Suspensiones y mezclas groseras.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Clasificar los tipos de mezclas en homogéneas y heterogéneas. 2. Reconocer las propiedades de las mezclas. 3. Explicar qué es una solución y las partes que la integran. 4. Diferenciar las soluciones de los coloides y las suspensiones de las mezclas groseras.

HABILIDADES Y DESTREZAS CIENTÍFICAS 1. Define con sus palabras qué es una solución, un coloide, una mezcla grosera y una suspensión. 2. Brinda ejemplos de su entorno sobre mezclas homogéneas y heterogéneas. 3. Ofrece explicaciones a los fenómenos que están sucediendo.

Figura 1. Solución de gas en agua. Los animales marinos y plantas acuáticas dependen del oxígeno disuelto (OD) en el agua.

DESCRIPCIÓN La finalidad de esta lección es estudiar las diferencias que existen entre los distintos tipos de mezclas, la importancia de su diferenciación, el por qué se confunden ciertas mezclas y de qué manera se puede transformar una mezcla en otra. Conocer las características y las propiedades de las mezclas, los materiales y sus cambios es fundamental para toda actividad humana. La lección inicia definiendo la mezcla homogénea, seguida de la explicación las soluciones, parte de este tipo de mezcla. Se sigue con la mezcla heterogénea, clasificándola en suspensión, coloide y mezcla grosera.

1. Soluciones as mezclas homogéneas son aquellas en las cuales sus componentes no son distinguibles por el ojo humano ni por un microscopio convencional. Un tipo de mezcla homogénea es la solución, también llamada disolución, formada por una fase dispersa denominada soluto y un medio dispersante denominado solvente o disolvente. Es decir, la solución está formada de dos partes:

Fase dispersante o continúa: Es el medio en el cual las partículas se hallan dispersas. El medio puede ser líquido, sólido o gaseoso. Figura 2. Fases de un coloide Fase dispersa Fase dispersante

Solución = Solvente + Soluto ACTIVIDAD 1. Formemos coloides

El solvente es el componente que está presente en mayor cantidad o que determina el estado de la materia en a que existe la solución. El otro o los otros componentes son los solutos, que están en menor proporción con respecto al solvente.

Con esta actividad podrá identificar con sus estudiantes las diferentes fases de los coloides. Materiales: 1 bote de plástico con tapón (tipo champú pequeño). 1 recipiente medidor de volúmenes. 1 gotero. 100 mL de aceite de cocina. 5 mL jabón líquido incoloro.

El disolvente y el soluto son sustancias que se mezclan y presentan distintos estados de agregación: líquido, gaseoso y sólido (Tabla 1). Tabla 1. Clasificación de las soluciones Solución

Soluto

Solvente

Gaseoso Líquido Líquido

Gaseoso Gaseoso Líquido

Gaseoso Líquido Líquido

Líquido

Sólido

Líquido

Sólido

Gaseoso

Sólido

Líquido

Sólido

Procedimiento 1. Medir los 100 mL de aceite y ponerlos dentro del bote con tapón. 2. Agregar los 5 mL de jabón líquido con el gotero, cerrar el bote y agitar bien por 1 minuto. 3. Observar.

Ejemplo Aire Soda, cerveza Alcohol en agua Sal en agua (salmuera) Hidrógeno en Paladio Mercurio en plata Aleación: latón, acero

¿Qué sucedió? Al mezclar el aceite con el jabón y agitarlos se puede observar cómo las partículas incoloras del jabón se hallan dispersas en el aceite amarillo, formando coloides.

1. Coloides El coloide también es denominado dispersión coloidal. Es una mezcla homogénea conformada por partículas finas con un tamaño entre 1 y 500 nm, distribuyéndose o dispersándose en la mezcla, sin que lleguen a sedimentarse. Los coloides a veces son sustancias intermedias entre las soluciones y las mezclas heterogéneas. Forman dos fases (Fig. 2): Fase dispersa: Es la fase conformada por las partículas; puede ser líquida, gaseosa o sólida.

Los coloides pueden ser caracterizados de acuerdo a las distintas mezclas (Tabla 2): Tabla 2. Clasificación de los coloides Fase dispersa

Medio dispersante

Sólido

Gas

Líquido

Gas

Geles

Sólido

Líquido

Emulsión

Líquido

Nombre Aerosol sólido Aerosol líquido

Ejemplo Polvo en el aire, hollín Fijador para el cabello, niebla Gelatina, tinta, clara de huevo Mayonesa, leche, crema

puede observarse que su homogeneidad no es tan cierta. Se pueden separar sus componentes con técnicas mecánicas de laboratorio.

Barra de margarina, pintura Nube, crema batida y para afeitar

Emulsión sólida

Líquido

Sólido

Espuma

Líquido

Gas

Espuma sólida

Gas

Líquido

Piedra pómez

Pasta

Sólido

Líquido

Barro, pasta para dientes y zapato

Sabías que… Los jabones se obtienen a partir de grasas y álcalis (bases) y sus propiedades derivan de las características de sus moléculas, las cuales contienen dos partes diferenciadas: una cola hidrófoba (repelente al agua) apolar y una o más grupos o cabezas polares o hidrófilas (afines al agua). Las partes no polares de tales moléculas se disuelven en las grasas o aceites y las porciones polares son solubles en agua. Pero, ¿cómo limpia el jabón? El agua sola no es capaz de disolver la grasa que compone y contiene la suciedad. Un jabón limpia debido a la capacidad que tiene para formar emulsiones con los materiales solubles en grasas; las moléculas de jabón rodean a la suciedad hasta incluirla en una envoltura denominada micela, la parte apolar de la molécula de jabón se disuelve en la gotita de grasa mientras que los grupos polares se orientan hacia la capa de agua que los rodea. La repulsión entre cargas iguales evita que las gotas de grasa se unan de nuevo. Se forma así una emulsión que se puede separar de la superficie que se está lavando.

El efecto Tyndall es un fenómeno de difracción y difusión de la luz que se produce al incidir un rayo luminoso con las partículas coloidales. Si un rayo de luz atraviesa un coloide, la luz se dispersa parcialmente y se refleja a razón de las partículas coloidales, por lo que se hace visible (Fig. 3).

Moléculas de agua Aceite

Región hidrofóbica: afín al aceite Región hidrofílica: afín a al agua Representación de una micela

Figura 3. Efecto Tyndall: Las partículas de la fécula de maíz poseen el tamaño suficiente como para dispersar la luz de rayo que emite el láser (imagen inferior) en comparación con una solución (refresco de limón, imagen superior), en el cual el rayo lo atraviesa perfectamente. El vaso de la derecha contiene agua en ambos casos, a modo de comparación.

3. Suspensiones y mezclas groseras Las mezclas heterogéneas se clasifican de la siguiente forma: a. La suspensión es una mezcla heterogénea conformada por partículas finas suspendidas en un medio líquido o gaseoso, que luego se sedimentan con el tiempo. Cuando uno de los componentes es el agua y los otros son sólidos suspendidos en la mezcla, son conocidas como suspensiones mecánicas. Algunos ejemplos son el agua con almidón, agua con arena y agua con arcilla. Otros ejemplos son algunas medicinas inyectables o incluso medicamentos para la tos en los cuales el paciente prepara su suspensión agregando el polvo al líquido y agitando para poder ingerirlo.

Se reconoce el fenómeno, en la trayectoria de los rayos del Sol en el polvo del aire o la niebla (Fig. 4).

Figura 4. Rayos de Sol atravesando un techo dañado.

Debido a su tamaño, las partículas no se observan a simple vista, pero cuando se aplica el efecto Tyndall

Las suspensiones presentan las siguientes características:  Las partículas son mayores que las de las soluciones y coloides, lo que permite observarlas a simple vista: mayores a 500 nm.  Las partículas se sedimentan si la suspensión se deja en reposo y vuelve a estar en suspensión si la mezcla se agita.  Son mezclas de sólido con líquido.

tamaño y son distinguibles a simple vista. Por ejemplo: el granito, la mortadela, la ensalada de vegetales, etc. (Fig. 5).

Figura 5. Ejemplo de mezclas groseras que están presentes en nuestro diario vivir: el granito, mineral que al pulirse es utilizado para mueblería; la mortadela, que es un tipo de jamón que se come frito o crudo y la ensalada de vegetales.

b. La mezcla grosera, es denominada así porque posee componentes diferenciables por su gran

ACTIVIDAD 2. Tipos de mezclas y efecto Tyndall La siguiente actividad ayudará a lo estudiantes a clasificar a las mezclas de acuerdo al tamaño de partícula usando como herramienta no sólo la vista sino también un fenómeno óptico: el efecto Tyndall. Preguntar a sus estudiantes a simple vista ¿qué tipo de mezcla es un refresco? ¿Y un atol? ¿Qué hay del agua marina? Materiales: 4 vasos plásticos transparentes, 2 cucharadas de refresco en polvo, una cucharada de polvo de fécula de maíz (Maizena), una cucharada de una mezcla de arena y sal, 3 agitadores de café, marcadores, un puntero láser y agua en cantidad suficiente. Procedimiento 1. Rotular cada vaso como refresco, fécula de maíz y agua de mar. 2. Verter en el primer vaso 4 oz. de agua y dos cucharadas de refresco en polvo. 3. Verter en el segundo vaso 4 oz. de agua y una cucharada de maicena. 4. Verter en el tercer vaso 4 oz. de agua y la mezcla de sal y la arena para simular el agua de mar. 5. Dejar el cuarto vaso con 5 oz. de agua. 6. Agitar las 3 mezclas e iluminar con el puntero láser cada una de ellas, comparándolas con el vaso de agua (Fig. 3) y clasifica si es un coloide o una mezcla grosera o una suspensión. ¿Qué sucedió? En el vaso del refresco se observa una mezcla homogénea (una solución). Al pasar el láser la atraviesa normalmente pues sus partículas son pequeñas. La sal se disolvió, ya que es soluble en el agua, todo lo contrario a lo que aconteció con la mezcla de arena y agua. La mezcla de sal y agua formó una mezcla homogénea, específicamente, una solución por lo que no son visibles con el láser. En cambio, al unir la arena con el agua se distinguieron notablemente sus partículas como una suspensión. Al dejarse la mezcla en reposo, la arena se sedimentó, siendo la heterogeneidad de la mezcla muy evidente. Por otro lado, la fécula de maíz no se disuelve completamente en agua por lo que sus partículas se sedimentan. Al agitar y atravesar el láser se puede observar el efecto Tyndall. Preguntarles: ¿Para qué tipo de mezclas es útil el efecto Tyndall? ¿En la vida cotidiana dónde lo han observado?

ACTIVIDAD INTEGRADORA CON…Sociedad En la siguiente actividad prepararán un tipo de mezcla, específicamente un coloide y que es un dulce (espumilla) muy producido en nuestro país. Materiales: 5 claras de huevo. 1 lb de azúcar. 5 gotitas de limón. Canela en polvo o dulces de colores para decorar. Colorante (opcional). Procedimiento 1. Batir las claras con un cuarto de libra de azúcar y las gotas de limón hasta que tomen punto de nieve. 2. Aparte colocar el resto de azúcar en una sartén y llevarla al fuego hasta que tome punto de hilo; cuando se haya formado un almíbar añadir en forma de chorro al turrón de claras y batir vigorosamente y dejar que se enfríe la mezcla. En este momento pude agregar el colorante si lo desea. 3. Colocar la mezcla en una manga pastelera con duya (utensilio de tela de forma cónica, que se utiliza para añadir nata o crema a algunos pasteles, decorar tartas, etc.). 4. Preparar y engrasar un molde para hornear o colocarle papel encerado, dándole forma a las espumillas y añadirles canela en polvo o los dulces. Colocar al horno a 100° C durante 2 horas; cuando culmine el tiempo retirarlas del horno y dejar que enfriar, para verificar que estén listas pincharlas con un palillo y observar si presentan consistencia dura o si se despegan del papel encerado. Si desea enriquecer su conocimiento, consulte: 1. Brulee, C. [2009] Coloides –importancia –uso – clasificación –propiedades. Extraído en octubre de 2010 desde http://new.taringa.net/posts/info/2415336/Coloides -importancia-uso-clasificacionpropiedades_Megapost.html 2. Educared [s.f.] Sólido líquido. Zona de Experimentos. Extraído en octubre de 2010 desde http://www.educared.edu.pe/estudiantes/experime ntos/inicio.asp?id=8 3. Estefanía, L. [2004] Magia Ciencia. Trucos con Física y Química. 1ra Edición. Argentina: Editorial Albatros, SACI. 4. Phillips, J., V. Strozak, C. Williams [2004] Química. Conceptos y Aplicaciones. Colombia: Ediciones Mc Graw Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. 5. RENa. Red Escolar Nacional [2008] Clasificación de la materia: Mezclas y sustancias puras. Separación de mezclas. Centro Nacional de Tecnología (CENT). Ministerio del Poder Popular para Ciencia, Tecnología e Industrias Intermedias. Gobierno Bolivariano de Venezuela. Venezuela. Extraído en octubre de 2010 desde [http://www.rena.edu.ve/TerceraEtapa/Quimica/Cla sMateriaI.html.

GLOSARIO Solución o disolución: Es una mezcla homogénea constituida por un soluto y un solvente, combinados en proporciones variables. Polo hidrofóbico: Es el polo de una partícula de detergente que repele el agua pero se combina a las grasas. Polo hidrofílico: Es el polo de una partícula de detergente afín al agua.

ACTIVIDAD EVALUADORA TIPOS DE MEZCLAS

Nombre:

Grado:

1. Indica cuál de las siguientes imágenes es una mezcla heterogénea y homogénea:

2. Subraya de color rojo los que representen tipos de mezclas homogéneas y con azul, los tipos de mezclas heterogéneas:

a. b. c. d. e. f. g. h.

Refrescos elaborados con zumos de frutas Crema humectante para la piel Agua con arena Alcohol en agua Vaso con leche Espuma de una jarra de cerveza Mayonesa Pasta para cepillarse los dientes

3. Lee el texto y complétalo con las palabras que hacen falta acerca de las soluciones: En Química, una (del latín disolutio) es una mezcla , a nivel molecular de una o más especies que no reacción entre sí, cuyos componentes se encuentran en proporción que varía entre ciertos límites. Toda disolución está formada por una fase dispersa llamada y un medio dispersante denominado . También se define disolvente como la sustancia que existe en mayor cantidad que el soluto en la . Si ambos, y existen en igual cantidad (como un 50% de etanol y 50% de agua de una disolución), la sustancia que es más frecuentemente utilizada como disolvente es la que se designa como tal (en este caso, el agua). Una disolución puede estar formada por uno o más solutos y un disolvente. La cantidad de soluto y la cantidad de disolvente se encuentran en proporciones que varían entre ciertos límites. Normalmente el disolvente se encuentra en proporción que el soluto, aunque no siempre es así. 4. Proporciona un ejemplo de las siguientes soluciones: Solución

Soluto

Solvente

Gaseoso

Líquido

Gaseoso

Líquido

Sólido

Líquido

Ejemplo

5. Une el tipo de mezcla con la imagen correcta. ESPUMA

MEZCLA GROSERA

SUSPENSIÓN

GEL

SOLUCIÓN

AEROSOL

Lección 4. SOLUCIONES

CONTENIDOS 1. Clasificación de las soluciones. 2. Solubilidad y factores la que afectan.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Distinguir entre solución diluida, concentrada, saturada, insaturada y no saturada. 2. Detallar los factores que afectan la solubilidad de un soluto en un determinado solvente.

HABILIDADES Y DESTREZAS CIENTÍFICAS 1. Define con sus palabras los tipos de solución de acuerdo a la cantidad de soluto. 2. Proporciona ejemplos de solución concentrada y diluida retomados de su entorno. 3. Diferencia el comportamiento de los factores que afectan la solubilidad en las soluciones líquidas, sólidas y gaseosas.

Figura 1. Se puede preparar una taza de café de la manera que más guste, ya sea concentrado o diluido. Es decir con más o menos cantidad de café en agua, respectivamente.

DESCRIPCIÓN Gran cantidad de reacciones químicas suceden a nivel de soluciones. Se describe en esta lección la clasificación de las soluciones según la cantidad de soluto presente, en: solución diluida, concentrada, sobresaturada, insaturada y saturada. Define la solubilidad y explica los factores que la afectan: la temperatura, la naturaleza del soluto y del solvente, el tamaño de las partículas, el efecto de la agitación y la presión.

1. CLASIFICACIÓN DE LAS SOLUCIONES n la vida diaria, la mayoría de los materiales con los que se interactúan son soluciones. El agua de mar es una solución de sal común (cloruro de sodio, NaCl) y muchas otras sustancias en agua. La bebida de malta es una solución formada en su mayor parte de agua, junto con azúcar, extractos de plantas y otros aditivos. En la cocina cuando se le adiciona el caldo al agua para preparar una sopa se está realizando una solución, así como, una simple taza de café.

¿Cuál es la diferencia entre los medicamentos para niños y adultos? No todos los medicamentos están indicados para un recién nacido o un niño. Los medicamentos de la misma marca se pueden vender en varios grados distintos de concentración, como es el caso en las fórmulas de los recién nacidos, niños y adultos. Las dosis y las instrucciones también son distintas para niños de diferentes edades y pesos. Por eso, debe leer las instrucciones al pie de la letra y nunca utilizar una dosis que sea mayor que la indicada, aunque el niño parezca estar gravemente enfermo. ¡Los niños no son adultos pequeños!

Hoy en día, las formas de preparar una taza de café son diversas y en definitiva varía normalmente según la cantidad de café utilizado, haciendo que el sabor en cada taza sea completamente diferente (Fig. 1). Así, dependiendo de cómo guste beberlo se puede consumir café muy diluido o café más concentrado, y para ello, basta efectuar la correcta proporción entre el café y agua. Al hacerlo se está constituyendo una solución de café en agua que al mezclarse origina un líquido homogéneo.

De acuerdo a este último criterio, las soluciones se clasifican en: diluidas y concentradas; es decir que se distinguen atendiendo a la mayor o menor cantidad de soluto presente.

Se denomina solución (disolución) a la mezcla donde su composición y apariencia son uniformes. Cuando se usa el término disolver, está indicando el proceso de la producción de una solución. Generalmente, el componente de la solución que se halla en mayor cantidad es el solvente y las sustancias disueltas son el soluto. En química, el término concentración, se utiliza para designar la cantidad de soluto que está disuelta en una cantidad determinada de solvente o solución y es una de las principales características de una solución. Aunque el concepto de concentración es intuitivo: cuanto más soluto esté disuelto en una cantidad dada de solvente, más concentrada será la solución y viceversa.

Una solución diluida es aquella donde la cantidad de soluto disuelta es pequeña en relación a la cantidad que el solvente pudiera disolver a una temperatura y presión dadas. Por ejemplo, cuando se disuelve una cucharada de sal (aproximadamente 15 g) en un litro de agua, resulta una solución diluida de sal, ya que el agua puede aceptar hasta dieciocho cucharadas de sal y sólo se está agregando una cucharada (Fig. 2).

Las soluciones pueden clasificarse atendiendo varios criterios diferentes, tales como el estado físico de la fase resultante del proceso de disolución (gaseoso, líquido y sólido, Lección 2) o según la proporción de los componentes.

Figura 2. Representación microscópica de la formación de una solución diluida. Las esferas verdes representan el solvente y las esferas rojas, el soluto.

Cuando se refiere a una solución concentrada lo que se desea expresar es que la cantidad de soluto es considerablemente mayor que la que se utiliza para hacer una solución diluida. Siguiendo con el ejemplo anterior, si se disolvieran unas diecisiete cucharadas de sal en un litro de agua será entonces una solución concentrada de sal.

Suponga por un instante que a una temperatura de 25°C pueden disolverse dieciocho cucharadas de sal en un litro de agua. Si la temperatura se aumenta a 50°C se podrá disolver mayor cantidad de sal. Si se pausa el calentamiento y se deja enfriar la solución, lograría no una solución saturada, sino una solución sobresaturada.

Definiendo formalmente una solución concentrada, es aquella donde la cantidad de soluto es próxima a la máxima cantidad que el solvente puede disolver en las mismas condiciones de temperatura y presión. Esta solución está dividida en tres clases: solución saturada, insaturada y sobresaturada (Fig. 3).

Entonces una solución sobresaturada es aquella en la que hay mayor cantidad de soluto respecto a la que tiene la solución saturada. El solvente posee mayor cantidad de soluto del que a una temperatura dada pueda disolver (Fig. 4). ¿Cuál es la diferencia entre la solución no saturada y la solución diluida? Ambas soluciones se hallan por debajo de la concentración aceptada de soluto, pero la solución diluida está muy por debajo, es decir, la solución no saturada (insaturada) contiene bastante cantidad de soluto disuelto pero sin que se llegue a la saturación, o sea está menos concentrada que una solución saturada. Por ejemplo, si se añaden nueve cucharadas de sal en un litro de agua, a pesar de que la cantidad de soluto es menor que la que disuelve el agua (dieciocho cucharadas de sal), se obtiene una solución insaturada. Si se adiciona una cucharada de sal en agua, resultaría una solución diluida (mucho menos de la cantidad máxima a disolver).

Figura 3. Representación microscópica de la formación de una solución concentrada, adonde las esferas verdes representan el solvente y las esferas rojas, el soluto.

Según sea la naturaleza del soluto y el solvente, la temperatura y la presión a la que se lleve a cabo la solución, puede llegar a un momento en el que luego de añadir una cantidad considerable de soluto ya no es posible disolver más. Entonces se estaría tratando con una solución saturada y se define como aquella solución que ha alcanzado la máxima concentración, es decir, todo el soluto que puede disolverse en una cantidad de solvente a una temperatura dada.

Figura 4. Ejemplo de solución no saturada (insaturada), saturada y sobresaturada, respectivamente. Las concentraciones de tinta son diferentes en el disolvente, evidenciado por las coloraciones de las soluciones.

Cuando se añade sal lentamente a un vaso con agua y se agita constantemente, al inicio se notará que el soluto se disuelve completamente. Si se incrementa la cantidad de sal, se llegará al punto en el cual el agua ya no estará en la capacidad de disolver más; por lo tanto, se depositará en el fondo del vaso unos granos sin disolver; se dice entonces que la solución está saturada.

2. SOLUBILIDAD Y FACTORES QUE LA AFECTAN El agua y el aceite son el ejemplo clásico de que no todas las sustancias son solubles en otras sustancias.

La solubilidad es una propiedad característica de las sustancias, puesto que cada sustancia presenta una solubilidad determinada en un solvente. Así, existen sustancias muy solubles en un solvente pero existen otras que no son solubles en ese mismo solvente y entre estos dos casos límite hay toda una variedad, por ejemplo, las grasas son insolubles en agua pero son solubles en alcohol. Por tal razón, para limpiar las manchas de grasa en las prendas de vestir suele funcionar utilizar alcohol. ¿Cómo se preparan los almíbares? El almíbar es una solución sobresaturada de azúcar en agua, calentada hasta que comienza a espesar. La consistencia, que va desde un líquido apenas viscoso hasta un caramelo duro, depende de la saturación de azúcar en agua y tiempo de cocción. El almíbar se emplea en conservas de frutas, cubrir pasteles, elaborar distintos tipos de caramelos y para formar la base de algunos postres, como los sorbetes y el merengue.

La solubilidad es la cantidad de soluto que se puede disolver en una cantidad determinada de solvente, a una temperatura dada, hasta producir una solución saturada. La solubilidad de un soluto en un solvente depende de varios factores: la naturaleza del soluto y el solvente, la temperatura y la presión.

ACTIVIDAD 1. Clasificación de soluciones químicas Mediante esta actividad se diferenciará entre solución diluida y concentrada, así como entre solución sobresaturada, saturada y no saturada por medio de la preparación de diferentes soluciones con jugo en polvo. Para el desarrollo de esta actividad formar grupos de tres o cuatro estudiantes y entregarles los materiales necesarios. Pregúnteles: el jugo en polvo que se disuelve en agua ¿es una solución? ¿Cuál es el soluto y el solvente? ¿Qué harían para preparar el jugo de forma que les quede más concentrado? ¿Qué harían para que el café les resulte más diluido? ¿Está bien decir “mi leche está rala”? Materiales 1 sobre de jugo en polvo de frutas (de su elección). 4 vasos plástico transparente de 6 onzas.

1 cucharita plástica o agitador. Agua (cantidad necesaria).

Procedimiento 1. Numerar cada vaso y agregar agua hasta la mitad de su capacidad. 2. En el vaso 1 añadir unos granos del jugo en polvo (la punta de una cucharita) y mezclar hasta disolver. En el vaso 2 añadir media cucharita de jugo en polvo y mezclar hasta disolver. En el vaso 3 agregar una cucharita de jugo en polvo, mezclar hasta disolver. Al último vaso agregar cinco cucharitas de jugo en polvo hasta que quede jugo sin disolver en el fondo del vaso. 3. Observar cada vaso por separado y compararlos entre sí. Registrar cada observación en el cuaderno. 4. Con base a las observaciones realizadas anotar las diferencias entre las soluciones. ¿Qué sucedió? En el vaso 1, se preparó una solución diluida; en los vasos 2 al 4, se prepararon soluciones concentradas. En el vaso 2 se disolvió jugo en polvo por debajo de la cantidad máxima que puede disolver el agua, por ello se considera una solución insaturada. Esta solución debió tener el color del jugo, pero muy pálido. En el vaso 3 se preparó la solución saturada. Su color debió ser intermedio entre la solución insaturada y sobresaturada. En el vaso 4 se encuentra la solución sobresaturada. Es necesario que en este vaso se note jugo en polvo aún sin disolver. Esta es la característica de una solución sobresaturada, puesto que el agua no puede disolver una gran cantidad de soluto, a menos que sea calentada. Si se compara el vaso 1 con el vaso 3 reconocemos que la solución que contiene el primer vaso está bien diluida.

Pregúnteles: ¿cuál vaso tiene una solución de mayor concentración? ¿Y una solución de menor concentración? ¿Alguno de los vasos tiene una solución sobresaturada? ¿Cuál de ellos? Dibujar en el cuaderno los resultados e indicar la solución que presentan. ¿Se puede modificar la solución sobresaturada de manera que se convierta en una solución saturada? ¿Cómo? Enfatizar: En química, nunca se usan las terminologías: fuerte, débil, espeso o ralo, para describir la concentración de las soluciones. Los términos que se utilizan son: concentrado y diluido.

Efecto de la temperatura. La solubilidad de las sustancias aumenta con la temperatura, pero hay excepciones. En general, la solubilidad aumenta con el incremento de la temperatura. Esto es notable al preparar refrescos en el hogar, el azúcar se disuelve más fácilmente en agua tibia que en agua helada.

También es de observar que cuando se le retira la tapadera a la botella o a la lata de soda, el gas sale de forma precipitada, por lo que debe de advertirse que la presión en una botella o lata de soda cerrada es alta. Cuando se le quita la tapadera, se reduce la presión y el gas deja de ser soluble, pues está claro que el gas es más soluble cuando la presión es alta. Debido a que se nota más espuma cuando la soda está a mayor temperatura, el gas es más soluble cuando la temperatura es baja. Esto permite que se compruebe cómo afecta la presión en la solubilidad de los gases en un líquido.

¿Cuáles son las excepciones a la regla de solubilidad? La solubilidad de diversos compuestos de calcio, como el hidróxido de calcio (Ca(OH)2), carbonato de calcio (CaCO3), sulfato de calcio (CaSO4) disminuye en la medida que la temperatura se eleva, como excepción a la regla. También, la solubilidad del oxígeno en agua se reduce al aumentar la temperatura. Esto último tiene consecuencias por la menor capacidad de las aguas naturales para suministrar oxígeno a la vida acuática a elevadas temperaturas y para oxidar los contaminantes orgánicos en la época de calor. Figura 5. Al destaparse una bebida gaseosa disminuye el CO2 disuelto en ella, así como la solubilidad, escapando en forma de pequeñas burbujas.

La solubilidad de los gases es contraria a la de los sólidos. Si disminuye la temperatura, la solubilidad del gas se incrementa. En una bebida gaseosa las moléculas de dióxido de carbono (CO2) se hallan disueltas en la solución y son invisibles mientras la botella permanece cerrada pero cuando se le quita la tapadera, el líquido comienza a arrojar espuma con la liberación de burbujas de CO2. Es de reparar que la espuma es más abundante a medida que la gaseosa está a mayor temperatura (Fig. 5).

Efecto de la presión. La solubilidad en soluciones de líquidos y sólidos no se ve afectada por la presión. Sin embargo, es importante para los gases, ya que la solubilidad de un gas en un líquido puede variar grandemente si se somete la solución a presiones diferentes. Tal es el caso de la botella gaseosa que se mencionó anteriormente, que al abrirse produce burbujeo debido al escape de las moléculas de CO2,

esto ocurre porque la bebida está sometida a una presión mayor que la atmosférica. Ese exceso de presión ejercido por el gas produce el sonido que caracteriza al abrir este tipo de botellas.

Lo que ocurre con el CO2 sucede con todos los gases y esta propiedad fue descubierta por William Henry en 1803, quien demostró que la solubilidad de los gases aumenta con el aumento de la presión.

ACTIVIDAD 2. Efecto de la temperatura en la solubilidad Con esta actividad se comprobará que la temperatura puede modificar la solubilidad de un soluto en un determinado solvente; se efectuará mediante dos muestras de agua a diferente temperatura para fundir una tableta de chocolate artesanal. Formar equipos de tres o cuatro estudiantes y repartirles los materiales que necesitarán. Pregúnteles: ¿por qué la leche en polvo se disuelve mejor en el agua tibia que en el agua fría? Si se agrega azúcar a un vaso con agua helada ¿se puede disolver fácilmente el azúcar? Cuando se coloca sal en una olla que contiene agua hirviendo ¿qué sucede? Materiales 1 tableta pequeña de chocolate artesanal (tablillas). 2 vasos plásticos transparentes.

1 cuchillo plástico. Agua caliente y fría (cantidad necesaria).

Procedimiento 1. Partir la tableta de chocolate en cuatro partes. 2. Verter en un vaso agua caliente hasta la mista de su capacidad y en el otro vaso, agua fría, en igual medida. 3. Colocar ¼ de la tableta en el agua caliente y otro ¼ en el agua fría. 4. Observar con atención la fundición de las tabletas en ambos vasos y registrar. ¿Qué sucedió? El chocolate se funde fácilmente en agua caliente, ya que al incrementar la temperatura se aumenta la solubilidad, es decir que al calentar el agua, se puede disolver más soluto. Entonces el agua caliente disuelve más chocolate que el agua fría. Cuando el agua está fría y se agrega el chocolate, esta no puede disolver parte de ese chocolate y la parte que no logra disolver se ve como grumos. Al calentar el agua aumentamos la energía cinética de todas las moléculas, es decir que se mueven y chocan más rápido aumentando la solubilidad. Pregúnteles: ¿qué ocurrió con el chocolate en las dos muestras de agua a diferente temperatura? ¿Qué ocurrió con la solubilidad del chocolate? ¿Cuáles son tus conclusiones? Lista ejemplos de casos en los que influye la temperatura en la solubilidad de sólidos en líquidos.

Naturaleza del soluto y el solvente. ¿Ha escuchado el refrán “cada oveja con su pareja”? Este es un refrán popular en nuestro país y según sea su interpretación así es su significado. Se retomará el que se refiere a que cada cual debe tratar con sus iguales o en otras palabras, nos dice que las personas deben de unirse o relacionarse con otras de su misma clase. En química este refrán resulta análogo al principio “Lo semejante disuelve a lo semejante”, el cual significa que cuánto mayores sean las atracciones entre las moléculas del solvente y el soluto, mayor será la solubilidad.

¿Se puede mezclar el aceite y el agua? Se sabe que el agua y el aceite son no miscibles y es debido a que son estructuralmente (químicamente) distintos. Una mancha de aceite en la ropa se elimina con gasolina, mientras que la sal común (cloruro de sodio, NaCl) se disuelve fácilmente en agua, pero no en gasolina. Enseguida se presenta una comparación resumida de los factores que afectan la solubilidad para los tipos de sustancias (Tabla 1).

Tabla 1. Cuadro comparativo de los factores que afectan la solubilidad Temperatura

Presión

Naturaleza del soluto y del solvente

Sólido

Líquido

Gases

Sustancia

+ = Aumenta ‫ = ־‬Disminuye N = No se afecta considerablemente A = Aumenta la solubilidad Z = Lo semejante disuelve a lo semejante

¿Se puede mezclar el aceite y el agua? En la cocina muchas veces se necesita mezclar una serie de ingredientes que naturalmente no se mezclan, tal como el aceite y el agua. Por ello se usan sustancias para unirlas. En la industria, se usan sustancias compuestas como la goma Xantana, descubierta en 1945, el cual permite que el agua y las grasas contenidas en una salsa no se separen al abrirse la lata o es recalentada, siendo las famosas vinagretas.

ACTIVIDAD 3. Lo semejante puede disolver lo semejante Esta actividad permite comprobar que una solución se produce cuando existen afinidades entre el soluto y el solvente, con el clásico ejemplo de dos sustancias que no se mezclan (no forman solución; es decir, son inmiscibles): el aceite y el agua. Formar grupos de tres o cuatro estudiantes y repartir los materiales que necesitarán. Pregúnteles: ¿podría mezclarse completamente el agua y el aceite? Si poseen dos clases distintas de aceite ¿se mezclarían? ¿La naturaleza del soluto y el solvente influyen en la solubilidad entre las sustancias? ¿Por qué? Materiales ½ taza de aceite para bebé y aceite de cocina. 1 cuchara de plástico. 2 vasos de plástico transparente. ½ taza de jugo en polvo (con color) disuelto en agua. Procedimiento 1. Enumerar cada vaso y en cada uno agregar cinco cucharadas de aceite para bebé. 2. Al vaso 1 agregar cinco cucharadas de jugo en polvo disuelto en agua y mezclar. 3. Al vaso 2 añadir cinco cucharadas de aceite de cocina y mezclar. ¿Qué sucedió? Al agitar el vaso 1 que contiene la mezcla de aceite para bebé (incoloro) y el jugo, el aceite y el jugo parecen mezclarse al principio. Al reposar la mezcla, las sustancias se separan en dos capas, puesto que entre el aceite y el agua no existe afinidad y sus partículas no interaccionan. Por el contrario, el aceite para bebé y el de aceite de cocina, se mezclan rápidamente y permanecen así, ya que son afines. Pregúnteles: ¿qué sucedió al combinarse el aceite para bebé y agua? ¿Se formó una mezcla homogénea o heterogénea? ¿Qué pasó al mezclarse los dos tipos de aceites? ¿Se formó una mezcla homogénea o heterogénea? ¿Consideras que las mezclas formadas son a causa de la naturaleza del solvente y el soluto? ¿Cómo identificas el soluto y el solvente, si ambas partes han sido equivalentemente mezcladas?

ACTIVIDAD INTEGRADORA CON… INDUSTRIA Hay distintos productos de la leche. Así tenemos la leche condensada y la leche evaporada, las cuales se diferencian en el contenido de agua, por lo tanto se consideran leches concentradas. Pero hay una gran diferencia entre ellas. La cantidad de agua que se les ha extraído genera una diferencia entre ellas, ya que la leche evaporada se obtiene mediante la eliminación de cerca el 60% del agua de la leche y en el caso de la leche condensada, el contenido de agua extraída es menor y además se les adiciona sacarosa y dextrosa, en otras palabras, azúcar. Para la industria, la producción de leche evaporada ofrece mayores beneficios que la producción de leche normal, puesto que además de ser un producto de larga conservación, pesa y ocupa menos, por lo que los gastos de almacenaje y de transporte también se reducen. En la actualidad, hay diferentes variedades de leche condesada. Según el contenido graso de la leche de partida, se distingue entre leche condensada entera, semidesnatada y desnatada. A estas se unen las semidescremadas, descremadas y deslactosadas. Investiga: ¿En qué consiste la leche condensada desnatada y semidesnatada? ¿Cómo resulta la leche deslactosada? De los tipos de leche antes mencionados ¿cuál de ellos es más diluido y más concentrada? ¿Si se desea disolver cocoa en polvo en la leche, será conveniente calentar la leche o no? ¿Por qué?

GLOSARIO

Temperatura: Es una magnitud física que expresa la energía cinética promedio de las moléculas del que se conforma el material.

Concentración: Es la proporción que existe entre la cantidad de soluto (la sustancia que se disuelve) y la cantidad de disolvente (la sustancia que disuelve el soluto) en una disolución.

Si desea enriquecer más su conocimiento, consulte: 1. Castillo, F. (1995) Química General II. El Salvador. 2. Educared (s/f) Canalizando agua. Absorbiendo agua. Zona de Experimentos. Extraído en octubre de 2010 desde: http://goo.gl/easwY 3. Estefanía, L. (2004) Magia Ciencia: trucos con física y química. 1ra Edición. Argentina: Albatros 4. Manco, F. (1994) Química 10. Segunda Edición. Colombia: Migema Ediciones Ltda. 5. Phillips, J., V. Strozak, C. Williams (2004) Química. Conceptos y Aplicaciones. Colombia: Ediciones Mc Graw -Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. 6. RENa (2008) Clasificación de la materia: Mezclas y sustancias puras. Separación de mezclas. CENT. Centro Nacional de Tecnología. Ministerio del Poder Popular para Ciencia, Tecnología e Industrias Intermedias. Gobierno Bolivariano de Venezuela. Venezuela. Extraído en octubre de 2010 desde http://goo.gl/Cqbq6

Solubilidad: Es la cualidad de soluble (lo que puede disolverse). Es una medida de la capacidad que tiene una sustancia para disolverse en otra. Solución o disolución: Es una mezcla homogénea de dos o más sustancias. La sustancia que suele estar en menor cantidad y que se disuelve en la mezcla se le conoce como soluto; la sustancia donde se disuelve el soluto, se denomina solvente. Soluto: Es la sustancia que se disuelve en la solución o solvente. Solvente o disolvente: Es una sustancia que permite la dispersión de otra sustancia en esta a nivel iónico o molecular. Es el medio dispersante de la solución.

ACTIVIDAD EVALUADORA Soluciones

Nombre:

Grado:

1. Encuentra ocho términos relacionados con las soluciones: B

2. Analiza bien la imagen, lee el texto de la derecha y contesta las preguntas que siguen, seleccionando las opciones correctas con color rojo y escribiéndolas en el recuadro: Si tiene un sobre con polvo de jugo de fresa que trae suficiente para preparar un litro de refresco y lo agregamos por completo en medio vaso con agua, se podrá notar que en el fondo del vaso quedará demasiado polvo sin disolver y la coloración que presente será fuerte. Además, si lo probamos estará muy dulce al paladar. Si cogemos el vaso, lo ponemos en un recipiente de mayor tamaño y le agregamos agua hasta completar un litro, veremos como el color rosa se aclara y el sabor es agradable. Ahora llevamos ese refresco a un volumen de dos litros, tendrá una coloración muy clara y casi no presentará sabor. 1. ¿Inicialmente teníamos una solución saturada o sobresaturada? 2. ¿Adónde existe la cantidad de refresco exacta de la que puede disolver el volumen de agua, en la solución insaturada o saturada? 3. ¿En el segundo caso teníamos una solución diluida o concentrada? 4. ¿El último caso se tenía una solución diluida o sobresaturada? 3. Selecciona la opción que considera como la correcta: 1. Si se deja una solución de sal en agua en un frasco, que por estar mal cerrado, al cabo de unas semanas produce un precipitado. La solución que hay sobre el precipitado es: Saturada. Sobresaturada. Insaturada.

2. Se afirma lo siguiente: La solubilidad de los sólidos en agua generalmente aumenta con la temperatura. La solubilidad del oxígeno en agua aumenta con la temperatura. Al disolver azúcar en agua, no ejercen ninguna interacción las moléculas del soluto con las del disolvente.

3. Un ejemplo de la siguiente lista se refiere a una solución diluida: 1 gramo de azúcar disuelta en un pichel lleno con agua. 1 gramo de azúcar disuelta en 1 taza con agua. 1 gramo de azúcar disuelta en 1 una cucharada de agua.

4. A qué se refiere la siguiente frase “Lo semejante disuelve a lo semejante”: Cuando no existen afinidades entre el soluto y el solvente. Si el soluto y el solvente son semejantes pueden disolverse fácilmente. A la clasificación en mezcla homogénea y heterogénea.

4. ¿Verdadero o falso? Señala la respuesta correcta: 1. Las soluciones concentradas se clasifican en: soluciones no saturadas o insaturadas, saturadas y sobresaturadas. 2. El efecto de la temperatura en la solubilidad es importante en sólidos en líquidos. 3. La clasificación general de las soluciones según la cantidad de soluto es concentrada y diluida.

Lección 5. MÉTODOS

DE SEPARACIÓN FÍSICA

CONTENIDOS 1. Métodos de separación física. 2. Procedimientos mecánicos y físicos.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Explicar el principio de los métodos físicos de separación de los componentes de una mezcla homogénea y heterogénea. 2. Reconocer los instrumentos usados en los métodos físicos de separación. 3. Proporcionar criterios para la selección de un método físico de separación según las propiedades físicas y químicas que posean los componentes de la mezcla.

HABILIDADES Y DESTREZAS CIENTÍFICAS 1. Diferencia un procedimiento mecánico de un procedimiento físico para separar los componentes de una mezcla. 2. Relaciona el principio de los métodos físicos de separación con las actividades que hace cotidianamente. 3. Aplica los conceptos de mezcla heterogénea y homogénea, propiedad física y química, y disolución. 4. Realiza observaciones y busca explicaciones de las actividades experimentales.

Figura 1. La filtración es un método de separación física que se utiliza frecuentemente en la cocina.

DESCRIPCIÓN Esta lección trata los métodos físicos de separación de los componentes de una mezcla heterogénea y homogénea. Se describen los métodos físicos de separación realizados por medio de procedimientos físicos y mecánicos. Esta lección ayudará a reforzar el conocimiento de los tipos de mezcla, los cambios de estado de la materia y las propiedades químicas y físicas de las sustancias.

1. MÉTODOS DE SEPARACIÓN FÍSICA aramente se encuentran sustancias puras en la naturaleza, ya que se hallan en forma de mezclas. Por ejemplo, el aire aunque parezca homogéneo porque no se notan a simple vista sus componentes y presentarse en una sola fase, tiende a relacionarse erróneamente con la definición de sustancia pura (Lección 2), siendo en realidad una mezcla de gases de nitrógeno (N2, 78%), oxígeno (O2, 21%) y otros elementos. El aire no se observa, pero puede sentirse y es indispensable, por lo que es una mezcla fundamental para la vida. Otra mezcla básica para la vida es la sangre, la cual cuando se observa al microscopio puede percatarse que es una mezcla de distintos componentes tanto sólidos (glóbulos rojos, glóbulos blancos y plaquetas) como líquidos (plasma sanguíneo). A partir de estos ejemplos podría surgir la siguiente inquietud: ¿cómo podrían separarse los componentes de una mezcla?

cambios físicos de la materia. Ninguno de los tipos de este método afecta la constitución y propiedades de los componentes de la mezcla; por eso reciben el nombre de métodos físicos. Entre estos se hallan: el tamizado, la evaporación, la filtración y otros. 2. PROCEDIMIENTOS MECÁNICOS Y FÍSICOS Los métodos físicos usados para separar las mezclas heterogéneas y disoluciones utilizan como base las propiedades físicas y químicas de los componentes de las mismas, empleando procedimientos físicos o mecánicos, pero ¿cuál es la diferencia entre ambos? Procedimientos mecánicos La separación mecánica es aplicada para las mezclas heterogéneas. Las técnicas se basan en diferencias físicas entre las partículas, tales como el tamaño, la forma o la densidad. Entre las técnicas para separar los componentes en este tipo de mezclas, se tienen: filtración, imantación, decantación, centrifugación y tamizado.

Toda la materia se puede separar de distintas formas hasta llegar a sus componentes más simples. Separar una mezcla puede ser fácil o difícil dependiendo de las sustancias a separar y qué es lo que se espera obtener. Los métodos se clasifican de acuerdo a sus características en: métodos de separación química y métodos de separación física.

La filtración consiste en separar los componentes de una mezcla en dos fases: sólida y líquida, utilizando una membrana permeable llamada medio filtrante o filtro. En este medio se hace pasar la mezcla. La fase líquida pasa a través de la membrana y la fase sólida queda retenida en ella. Por ejemplo, cuando se hace un jugo de naranja es conveniente utilizar un colador para separar la pulpa del jugo (Fig. 2).

Métodos de separación química. La gravimetría, la electrólisis y la termólisis (descomposición térmica) son algunos ejemplos de métodos de separación que se basan en los cambios químicos de la materia, ya que se caracterizan por ser procesos que requieren efectuar una reacción química previa a la separación de los compuestos para obtener sus elementos más sencillos, por ello, es que implica la descomposición de las sustancias originales. Este tipo de métodos se estudiarán en grados superiores. Métodos de separación física. El caso contrario de los métodos de separación química son los métodos de separación física que no descomponen o destruyen a las sustancias originales, puesto que se basan en los

Figura 2. La filtración puede efectuarse por medio de un colador o papel filtro para separar la fase sólida de la líquida.

ACTIVIDAD 1. Filtración En nuestra vida diaria y en la industria se manipulan mezclas heterogéneas, con las cuales, en ocasiones, surge la necesidad de separar sus componentes. Así, con este experimento se aplica el procedimiento mecánico de separar lo sólido de lo líquido. Formar grupos de tres o cuatro estudiantes y repartirles los materiales que necesitarán. Pregúnteles: si desean preparar un jugo de naranja ¿qué utensilios utilizarían para separar las semillas del resto del jugo? ¿Cuál es la fase sólida del jugo de naranja que descartarían? ¿El jugo de naranja y la pulpa forman una mezcla homogénea o heterogénea? Materiales 3 naranjas lavadas. 1 colador pequeño. 1 cuchillo (manipulado por el docente).

1 recipiente de plástico o metálico. 1 vaso de plástico transparente.

Procedimiento 1. Cortar las naranjas a la mitad y exprimir con las manos las naranjas dentro del recipiente. 2. Vaciar el jugo sobre el vaso el cual debe tener colocado sobre su abertura el colador. 3. En el vaso sólo quedará el líquido (jugo), mientras que en el colador se mantendrán los sólidos (semillas y pulpa). ¿Qué sucedió? La fase líquida (jugo de naranja) fue separada de la fase sólida (semillas, fibras de la naranja y pulpa) mediante el colador. Pregúnteles: ¿cuáles fases se presentan en la mezcla? ¿Es una mezcla heterogénea u homogénea? ¿Por qué? ¿Qué método de separación se ha usado para separar ambas fases? Explica el principio. ¿Qué procesos de filtración realizas en tu hogar? Dibujar en el cuaderno el principio de la filtración.

En la industria se utilizan diferentes métodos de separación mecánica. Por ejemplo, en nuestro país se cuentan con varias industrias que se encargan de la fabricación del pan y productos de panadería y pastelería, por lo tanto el proceso de elaboración de harina es ineludible, porque es una materia prima primordial en estos rubros. La harina se obtiene del trigo por molienda por medio del uso de modernos molinos cuya capacidad y rapidez es muy notable, en comparación de las técnicas que se empleaban antiguamente.

de los granos de cereal. Al pasar a través del imán, las partículas metálicas quedan adheridas al mismo. La separación con un imán de los componentes de una mezcla que tienen un material magnético y otro que no lo es, se nombra imantación, debido a que el material magnético queda adherido a él (Fig. 3).

El primer paso para la obtención de la harina es el lavado del cereal, el cual es un proceso de limpieza en que se van intercalando distintos equipos donde se incluyen los separadores magnéticos. Consiste en establecer un campo magnético alrededor del paso

Figura 3. El imán de placa y el tambor magnético son ejemplos de separadores magnéticos que se utilizan en el procesamiento de alimentos, agentes químicos, minerales y otros productos, con la finalidad de eliminar contaminantes ferrosos.

Una vez adecuado el grano se sigue a la molienda, donde se separan las partes anatómicas del grano y algunos constituyentes como el almidón, proteínas o la fibra. En el proceso de la molienda se separa el salvado (afrecho), quedando la harina de trigo más digerible, aunque más pobre en fibra. En las harinas integrales se mantiene el salvado. El proceso que se ha mencionado de separar la harina del salvado se efectúa mediante el tamizado.

La decantación constituye uno de los tratamientos para la depuración de las aguas residuales, el cual consiste en que las partículas cuyas densidades son mayores al agua, quedan sedimentadas en el fondo del decantador por efecto de la gravedad y luego, permiten ser eliminadas. Este es el principio de la decantación, es decir, separar dos o más sustancias con diferentes densidades. Si se tiene una mezcla de un sólido con un líquido, se deja en reposo la mezcla y el sólido se va al fondo del recipiente. Si es una mezcla de dos líquidos, se pone en un embudo de decantación, se deja reposar y la sustancia más densa queda en la parte inferior (Fig. 5).

El tamizado consiste en separar partículas sólidas de diferentes tamaños usando un tamiz, zarandas o cernidores. En la repostería tamizar la harina ayuda a conseguir postres más esponjosos, ya que separar las pequeñas partículas de harina permite que entre más aire en la mezcla y se formen menos grumos, por lo que es más cómoda para trabajar y hace que se obtengan mejores resultados (Fig. 4).

Figura 5. La decantación se utiliza para separar las mezclas que están formadas por capas. El procedimiento consiste en separar una de las capas, la superior o la inferior, intentando que las demás capas queden en el recipiente que contiene la mezcla.

La centrifugación es una técnica que consiste en la separación de partículas con diferentes densidades o tamaños en un medio acuoso, haciendo girar la mezcla rápidamente. Para esto se coloca la mezcla dentro de un aparato llamado centrífuga.

Figura 4. Tamizar es una técnica utilizada con elementos sólidos como la harina, el cacao, la azúcar glas, el pan rallado, etc., los cuales son ingredientes que fácilmente se aglutinan en grumos.

ACTIVIDAD 2. Imantación Esta actividad permite separar dos sustancias químicas por medio de la imantación. Para el desarrollo de esta actividad dividir el curso en grupos de tres o cuatro estudiantes y proporcionarles los materiales que necesitarán. Pregúnteles: ¿cómo podrían separar una mezcla de arena y limaduras de hierro (Fe)? La mezcla de estas tres sustancias ¿será heterogénea u homogénea? ¿Qué material podría ser atraído por un imán? Materiales 2 cucharadas de arena. 2 vaso plástico.

2 cucharadas de limaduras de hierro. 1 hoja de papel bond e imán.

Procedimiento 1. Mezclar la arena y las limaduras de hierro sobre la hoja de papel. 2. Pasar el imán sobre la mezcla para atraer las limaduras de hierro y depositarlos en el vaso plástico.

¿Qué sucedió? La separación de la arena de las limaduras de hierro está basada en las propiedades físicas y químicas de cada sustancia. Las partículas de hierro son magnéticas, así que al pasar el imán sobre la mezcla, el hierro se adhiere a él, quedando sólo la arena. Pregúnteles: ¿cuál método de separación se ha utilizado? ¿Por qué para separar las limaduras de hierro de la arena se usó un imán? Si las partículas de arena son más finas que las limaduras ¿sería conveniente utilizar el tamizado para separar ambas sustancias? ¿Cuál quedaría por encima del tamiz? Dibujar en el cuaderno el proceso del tamizado. ACTIVIDAD 3.DECANTACIÓN Esta actividad permite conocer el principio de la decantación, por medio de la separación de dos líquidos no mezclables (inmiscibles) de diferente densidad: aceite y agua. En esta experiencia se va a representar un embudo de decantación. Para esta actividad formar grupos de cuatro estudiantes y entregar a cada grupo los materiales necesarios. Pregúnteles: ¿el agua y el aceite se mezclan? ¿Éstas forman una mezcla homogénea o heterogénea? ¿Qué harían para separar una mezcla de aceite y agua? Materiales: dos cucharadas de agua, dos cucharadas de aceite y dos vasos plásticos transparentes. Procedimiento 1.Hacer en un vaso la mezcla de aceite y agua. Agitarlo. 2.Dejar reposar la mezcla por un corto lapso de tiempo, hasta que las dos partes se separen. 3.Verter el aceite, en el segundo vaso, decantándolo. ¿Qué sucedió? Transcurrido el tiempo se observó cómo el agua se separó del aceite y al ser este, más liviano que el agua (menos denso), se posicionó arriba del agua, debido a que el agua y el aceite son sustancias cuyas partículas no interaccionan, son inmiscibles. Se nota que se pudieron recuperar los componentes originales de la mezcla. Pregúnteles: ¿qué ocurrió al combinarse el agua y aceite? Luego de transcurrido un lapso de tiempo ¿Cuál fue la posición del aceite respecto al agua? ¿Qué indica este comportamiento? De acuerdo a la experimentación, ¿qué entiendes por “decantar” una sustancia? Con la decantación ¿se pueden separar sólo una mezcla de líquidos o una mezcla de un líquido y de un sólido? Dibujar en el cuaderno el principio de la decantación.

La centrífuga mantiene un movimiento de rotación constante y rápida, provocando que las partículas de la mezcla que poseen densidad mayor se vayan al fondo del recipiente y las más livianas queden en la parte superior (Fig. 6). Procedimientos físicos La separación por procedimientos físicos se utiliza para la obtención de los componentes de mezclas homogéneas. Entre las técnicas que integran a este tipo de procedimiento, se mencionan: evaporación, cristalización, destilación y cromatografía.

Figura 6. La centrifugadora pone en rotación las muestras para acelerarla sedimentación de sus componentes o fases.

La evaporación es utilizada para separar soluciones formadas por un sólido disuelto en un líquido, como la sal común (cloruro de sodio, NaCl) y agua.

sólido. Si no se desea esperar demasiado tiempo para obtener el sólido, basta con calentar la mezcla y el procedimiento será más rápido.

¿Qué es la decantación del vino? La tendencia común de los expertos en vino es decantarlos. Este proceso consiste en trasladar el vino de una botella a otro recipiente con el objetivo de retirar las cristalizaciones naturales procedentes de la uva, las cuales se han formado con el paso de los años. Por tal razón, es que los vinos que se decantan son los vinos viejos, y que llevan mucho tiempo en las botellas. Asimismo, contribuye a mejorar su aspecto tanto visual como olfativo, porque se le da más oxigenación (maduración), lo que permite la floración de los aromas.

Esta técnica se emplea para la concentración de un producto al reducir el volumen del solvente, como en el proceso de fabricación de la panela (Fig. 7) y para la recuperación del soluto, como la obtención de la sal en las salineras.

Figura 7. La evaporación se utiliza en el proceso de fabricación de la panela. Consiste en evaporar la mayor cantidad del agua contenida en el jugo de caña.

Si al método de la evaporación se añade el proceso de la condensación, entonces se estaría realizando una destilación. Este método de separación consiste en apartar los componentes líquidos de una mezcla basándose en los distintos puntos de ebullición de dichos componentes. El procedimiento que conlleva es: hervir la muestra, obtener del vapor y después, condensarlo con un condensador (o refrigerante).

¿Por qué es conveniente el centrifugado de la sangre? Está técnica es utilizada en los laboratorios clínicos para la separación de los componentes de la sangre, puesto que permite su conservación en condiciones óptimas, los cuales son muy diferentes entre ellos. Se ha descubierto que en la mayoría de los casos sólo un constituyente de la sangre es necesario para tratar una determinada enfermedad. Por ejemplo, en la mayoría de las situaciones el tratamiento de una anemia con glóbulos rojos no precisa ir asociado con la administración de plaquetas o plasma, las cuales pueden transferirse a las personas que cuentan con bajo número de plaquetas en la sangre y de esta manera beneficiar a un mayor grupo de pacientes a la vez con solo una muestra.

De esta manera, se irá calentando la mezcla hasta alcanzar el punto de ebullición del primer líquido, se mantendrá la temperatura hasta que ya no se noten vapores, se incrementa la temperatura al punto de ebullición del segundo líquido y los vapores que se producen pasan por un condensador, de tal forma que los vapores se irán recuperando. Esta operación será repetitiva según el número de líquidos que se encuentren en la mezcla (Fig. 8). Este método puede apreciarse al recuperar el agua de la solución salina que se mencionó en el método de la evaporación. Basta con calentar el recipiente que contiene la solución salina, de manera que el agua se evapore, y al llegar hasta la superficie de la tapadera, que está puesta de forma inclinada hacia

Si se vierte la solución salina en un recipiente poco profundo y ancho, pasado un tiempo, el líquido se evaporará y en el fondo del recipiente quedará el

el borde del recipiente, se condensará. A causa de la inclinación de la tapadera, las gotas de agua se precipitarán, y de esta forma se obtendrá el agua, y en el recipiente se recuperará la sal que en un inicio se utilizó para la mezcla.

que consisten en dejar en reposo recipientes llenos con soluciones calientes y concentradas, hasta con procesos rigurosamente controlados que implican muchos pasos o etapas diseñados para generar un producto uniforme en forma, pureza, tamaño de la partícula y contenido de humedad. La cristalización es una técnica de separación que consiste en la formación de partículas sólidas en el seno de una mezcla homogénea, a fin de purificar el componente sólido. Su importancia en la industria se encuentra en la gran pureza y la forma atractiva del producto que se obtiene de soluciones impuras, así como, que requiere menos tiempo para que se efectúe la separación entre los componentes de la mezcla que lo que necesita la destilación.

Figura 8. El aparato de destilación consta de un recipiente en el que se guarda la muestra y se le aplica calor, y un condensador donde se enfrían los vapores generados, llevándolos al estado líquido y un recipiente donde se almacena dicho líquido.

La purificación de un sólido es un proceso que se puede efectuar en dos pasos: primero, disolver en agua caliente (alta temperatura) el sólido para que se produzca una solución sobresaturada y filtrar (en caliente) las impurezas insolubles en agua. Segundo, enfriar el filtrado o dejarlo en reposo hasta que se enfríe a la temperatura ambiente, de forma que se cristalice el sólido de la disolución y las impurezas solubles en agua permanezcan en disolución, para después filtrar el sólido purificado.

Entre las tradiciones de nuestras fiestas patronales se hallan los dulces artesanales. El dulce de naranja, jengibre, papaya, camote, entre otros, forman parte de nuestra cultura y son procesados bajo la forma de cristales, a partir del método de la cristalización. Los cristales pueden producirse por varios métodos de cristalización, que van desde los más sencillos, ACTIVIDAD 4. Destilación

Esta actividad permitirá apreciar una situación similar al proceso de la destilación, para separar el agua de la sal común, en una solución salina. Formar grupos de tres o cuatro estudiantes y repartirles los materiales que necesitarán. Pregúnteles: ¿alguna vez han evaporado agua? ¿Han escuchado acerca de la destilación de alcohol? ¿Cuál es la diferencia entre evaporación y destilación? ¿Qué diferencia al agua destilada del agua “normal”? Materiales 1 olla pequeña. 1 hornilla eléctrica. 2 vasos plásticos transparente.

4 cucharaditas de sal común (cloruro de sodio, NaCl). 1 olla pequeña con su tapadera. Agua (cantidad necesaria).

Procedimiento 1. Mezclar las cuatro cucharaditas de sal en un vaso que contenga agua hasta la mitad de su capacidad. 2. Verter la solución salina en la olla y colocarla sobre la hornilla con la tapadera inclinada en el borde de su superficie. Encender la hornilla para calentar la muestra. 3. Colocar el otro vaso debajo de la tapadera inclinada, de manera que recolecte el agua que se vaya condensando.

¿Qué sucedió? El proceso consiste en que el agua hierve, es decir tiene una temperatura de ebullición mucho menor que la sal; por lo tanto, comienza a evaporarse y llega hasta la tapadera, donde se condensa. Como la tapadera está inclinada, el vapor entra en contacto con la temperatura ambiente, de forma que lo enfría y crea las gotas que caen en el vaso. Obteniéndose así el agua, y en la olla, la sal que se había usado en la mezcla. Pregúnteles: la mezcla inicial ¿es heterogénea u homogénea? ¿Qué principio se ha usado para separar la sal de la mezcla? ¿Por qué? ¿Qué etapa del proceso se denomina “evaporación”? ¿Cuál etapa debe agregarse al método la evaporación para que sea una destilación? ¿Qué es el punto de ebullición? ¿Cuál sustancia química posee el menor punto de ebullición? ¿Por qué? Enfatizar: La sal es soluble en el agua. La evaporación forma parte de la destilación, por lo tanto, para precisarse como “destilación”, debe de existir un sistema refrigerante luego del proceso de evaporación. La función del sistema refrigerante es la de condensar lo que se ha evaporado, pudiéndose recuperar la sustancia evaporada.

Otro método de separación de los componentes de una mezcla homogénea es la cromatografía. Este es un método de análisis ampliamente extendido y se aplica para diversos estudios biológicos, químicos, toxicológicos, etc., tal como en el análisis de varias medicinas, productos que se derivan del petróleo, sangre, etc. Etimológicamente significa escritura con color y de alguna manera indica la característica más impactante de este tipo de método, al mostrar por medio de bandas de colores los componentes que integran la mezcla en cuestión (Fig. 9).

entre los componentes de la muestra y el material. Este método ayuda para la detección de diferentes sustancias en fluidos biológicos, como en la saliva, la sangre y la orina. Si las muestras son cantidades pequeñas, puede ser necesario usar el instrumento llamado cromatógrafo.

¿Qué sustancias puede detectar la cromatografía? La cromatografía es una técnica que se puede realizar en un laboratorio para detectar en la orina drogas, tal como heroína, metadona, barbitúricos, marihuana, anfetaminas, codeína, morfina y fenotiacinas. Asimismo, puede utilizarse en la prueba casera de embarazo para detectar en la orina la hormona Gonadotropina Coriónica Humana (HCG, por sus siglas en inglés). A nivel técnico, los test de embarazo se basan en esta hormona, en la cual en una lámina de textura parecida al papel, la orina asciende por capilaridad en la lámina que contiene anticuerpos que reconocen esta hormona específicamente y que no se unen a ninguna otra proteína.

Figura 9. Separación de los componentes que forman dos tipos diferentes de marcadores fluorescentes izquierda: marcador verde y derecha: marcador anaranjado).

La cromatografía es una técnica que se utiliza para separar sustancias puras de mezclas complejas. El principio radica en pasar una muestra de mezcla en una corriente de disolvente (fase móvil) a través de un material (fase estacionaria) que hace resistencia en virtud de la afinidad entre las dos fases, es decir

En el deporte se usa la cromatografía para detectar fácilmente hemoglobinas modificadas que se llevan a cabo en los análisis antidopaje. Un deportista que practica disciplinas de resistencia con el objetivo de

aumentar la hemoglobina y el número de glóbulos rojos por unidad de volumen de sangre, y aumentar la cantidad de oxígeno transportando por la sangre, utilizada por los músculos, se administran distintas transfusiones de sangre. Así, desde el año 2004 la

Agencia Mundial Antidopaje tiene un método oficial reconocido para detectar el dopaje sanguíneo por transfusión de sangre homóloga, que consiste en la cromatografía para detectar estas y otras sustancias tanto en la sangre como en el aire respirado.

ACTIVID ADruso 5. Cromatografía El botánico Mikhail Tswett inventó la cromatografía a principios de 1900, pero fue establecida como técnica hasta 1930 en la química orgánica. Tswett demostró que los pigmentos de las plantas podían separarse en bandas de diferentes colores, con el simple de hacer un la parte de de una columna de separar material los absorbente, empaquetado untinta tubo comercial. de vidrio y En estaacto experiencia se lavado aplica de la técnica de abajo la cromatografía para pigmentos usados en en una utilizando un material orgánico, tal como el petróleo. Este método es usado para separar sustancias a partir de la diferencia de velocidades con que se mueve cada una de ellas a través de un medio poroso arrastradas por un disolvente en movimiento. Formar grupos de tres o cuatro estudiantes y repartirles los materiales que necesitarán. Pregúnteles: ¿las tintas de los marcadores son mezclas de un grupo de tintas coloreadas o sólo poseen un tipo de tinta? ¿Qué colores creen que revelaría la tinta?

Materiales 1 tira de papel poroso (papel filtro de una cafetera). 1 vaso de plástico transparente.

Marcadores fluorescentes. 1 vaso con agua.

Procedimiento 1. Recortar una tira de papel poroso que tenga 2 cm de ancho y que sea aproximadamente igual a la altura del vaso. 2. Enrollar un extremo del papel en un bolígrafo (puede sujetarse con cinta adhesiva) de tal forma que el otro extremo se acerque al fondo del vaso. 3. Dibujar un punto con un marcador (del color que se desee) en el extremo inferior de la tira, a unos 2 cm del borde. Procurar que sea intensa y que no ocupe mucho espacio. 4. Poner agua en el fondo del vaso, hasta una profundidad de 1 cm aproximadamente. 5. Situar la tira dentro del vaso de forma que el extremo quede sumergido en el agua, pero no la mancha. 6. Observar lo que ocurre. Realizar la experiencia usando diferentes tintas. ¿Qué sucedió? A medida que el agua va ascendiendo a lo largo de la tira, arrastra consigo los diversos pigmentos que tiene la mancha de tinta según su afinidad. Como no todos son arrastrados con la misma velocidad, al cabo de un rato se ven franjas de colores y se debe a que algunas tintas son más afines al papel y otras a la fase líquida (Fig. 9). Pregúnteles: ¿qué sucedió al introducir la tira de papel en el agua? ¿Las tintas del marcador tienen un solo color o son una mezcla? La mezcla de pigmentos ¿es homogénea o heterogénea? ¿Las franjas de colores aparecieron al mismo tiempo? ¿Por qué? Dibujar los pasos seguidos en la experimentación. Enfatizar: Los componentes de la mezcla fluyen a diferentes velocidades por la fase estacionaria según sea su afinidad; por ello, unos compuestos están más tiempo retenidos al sólido y otros son más afines químicamente al solvente. ACTIVIDAD INTEGRADORA CON… BIOLOGÍA Cada semana, los camiones de basura se llevan nuestros desechos y los entierran en un agujero enorme, llamado relleno sanitario o los queman en un horno enorme llamado incinerador. Los lugares de relleno pueden tener filtraciones de líquido. En caso de que un líquido venenoso se escapara de la basura que se está descomponiendo, se filtrará a través del suelo y contaminará los ríos cercanos. También se produce metano (CH4). Si se incinera la basura, queda solamente ceniza, que es mucho más fácil de descartar, pero los humos que se generan son muy venenosos. El reciclaje reduce la contaminación, ahorra energía, dinero y preserva el medio ambiente.

 Periódicos: Se divide el papel en: papel de computadora y de oficina, rollos de papel de cocina, papelería de alto grado, cartón corrugado y el cartón donde viene enroscado el papel higiénico, periódico.  Aluminio: Con aluminio reciclado se generan nuevas latas y papel de aluminio.  Acero: Las latas deben ser lavadas, aplastadas y embolsadas.  Plástico: Debe ser limpiado y seleccionado. Con plástico reciclado se hacen bolsas para la basura, cintas de video o casetes, cercos y mesas de campo.  Telas: La ropa vieja debe ser limpiada, embolsada y llevada a una tienda de caridad o a una venta de ropa vieja. Una vez que hayas recolectado y clasificado todos los desechos de la lista podrías venderlo a empresas o talleres que necesitan de dichos materiales puedan ser reutilizados; por ejemplo, en nuestro país, El Salvador, Inversiones REPACESA® se encarga de reciclar desperdicios de papel a escala nacional.

GLOSARIO

del líquido, ya que algunas de las moléculas con mayor energía cinética escapan a la fase gaseosa.

Centrifugación: Proceso de separación que se utiliza cuando se tienen partículas de distintos tamaños en un medio acuoso, las cuales sedimentan al fondo a una velocidad que depende de su peso.

Filtración: Proceso de separar las partículas sólidas de las líquidas utilizando un filtro. Tamizado: Proceso de separar partículas sólidos de diferente tamaño por medio de un tamiz o cedazo. Las partículas de menor tamaño pasan a través de los poros del tamiz y las grandes quedan retenidas.

Decantación: Proceso de separación de un líquido de otro líquido inmiscible más pesado o un sólido depositado en el fondo del recipiente, vertiéndolo con cuidado en un recipiente diferente.

Si desea enriquecer más su conocimiento, consulte: 1. Bernal, Y. (2008) Experimentos con mezclas y disoluciones. Reacciones Químicas. Experiencia Número 5. Cromatografía. Sesión 3 de Abril. Curso de la Ciencia Divertida. CEP. Extraído en octubre de 2010 desde http://goo.gl/8BskA 2. Christian. (2010) El mayor imán del mundo. Categorías: Curiosidad.org. Extraído en octubre de 2010 desde http://goo.gl/hcDgh 3. CPSBRZAR (2007) La Materia. Área: Conocimiento del Medio. Tema 1. Extraído en octubre de 2010 desde http://goo.gl/yKphb 4. Duckworht, S. (1996) Cómo ser un experto en reciclaje. Argentina: Editorial Lumen. 5. Educared.net [s.f.] Métodos físicos de separación. La Red de la Educación 2.0. Extraído en octubre de 2010 desde http://goo.gl/H35P6 6. Parker, S. (1995) Química Elemental. Jugando con la Ciencia. Brasil. Editorial Sigmar S.A.

Cristalización: Proceso de formación de cristales a partir de un líquido o de un gas donde se encuentra disuelto. Cromatografía: Técnica usada para la separación de mezclas de gases, líquidos o sustancias disueltas. Involucra dos fases diferentes: la fase estacionaria (material absorbente) y la fase móvil (disolución). La separación obedece la afinidad de los componentes de la mezcla, ya sea por la fase estacionaria o la fase móvil. Destilación: Proceso de separación de una mezcla de líquidos basada en la diferencia en los puntos de ebullición de cada componente de la mezcla. Evaporación: Cambio de estado de líquido a vapor a una temperatura inferior al punto de ebullición del líquido. La evaporación tiene lugar en la superficie

7. Pozo, J. (s.f.) Separación de sustancias. El rincón de la Ciencia. Extraído en octubre de 2010 desde http://goo.gl/4vKHt 8. RENa (2008) Clasificación de la materia: Mezclas y sustancias puras. Separación de mezclas I. CENT. Centro Nacional de Tecnología. Ministerio

del Poder Popular para Ciencia, Tecnología e Industrias Intermedias. Gobierno Bolivariano de Venezuela. Venezuela. Extraído en octubre de 2010 desde http://goo.gl/yyM0x

ACTIVIDAD EVALUADORA Métodos de separación física

Lección 4. MÉTODOS DE SEPARACIÓN FÍSICA Nombre:

Grado:

1. Escoja la opción correcta de la lista de palabras para cada uno de los procedimientos descritos: Filtración

Evaporación

Destilación

Imantación

Decantación

1. La se basa en separar con un imán los componentes de una mezcla de un material magnético y otro que no lo es. 2. La se basa en la separación de los componentes de una mezcla haciéndola pasar por una membrana permeable llamada medio filtrante o filtro. 3. La se basa en la diferencia de densidades entre los componentes de una mezcla o en la participación de sustancias no miscibles. 4. La se basa en separar dos líquidos con distintos puntos de ebullición por medio del calentamiento y condensación de las sustancias. 5. La consiste en separar los componentes de una mezcla de un sólido disuelto en un líquido, convirtiendo gradualmente en gas el líquido. 2. Resuelve las siguientes problemáticas: a. Han donado un árbol de Maquilishuat para colocarlo en la entrada de tu centro escolar. Al hacer el hoyo para plantarlo, se observa que la tierra en este lugar tiene demasiadas piedras ¿cómo podrías separar las piedras de la tierra más fina?

b. Francisco, al limpiar, se da cuenta que en su caja se han juntado clips de plástico con tachuelas de acero ¿cómo podrías ayudar a Francisco a separar los clips de plástico de las tachuelas?

c. Jugando en el patio de su casa, Melissa accidentalmente tiró arena a un recipiente con agua que tenía reservado para lavar, ¿cómo podrías ayudar a Melissa recuperar el agua limpia para que la use en su lavado?

3. Observa las imágenes, lea el texto y responda las preguntas; anota el método de separación que aparece debajo de las fotografías:

Evaporación

Cromatografía

Destilación

Cristalización

1. La técnica consiste en separar un componente de una solución líquida haciendo cristalizando el soluto disuelto. 2. Trata del cambio de estado de líquido a gaseoso para separar un sólido disuelto en un líquido. 3. Radica en separar dos líquidos con diferentes puntos de ebullición, por medio de la evaporación y la condensación. 4. Se basa en las distintas velocidades con que se mueve cada una de las sustancias a través de un medio poroso arrastradas por un disolvente en movimiento. 4. Relaciona cada método de separación por procedimientos mecánicos con la propiedad en la que se basa (las propiedades señalarse a distintos métodos):

Filtración

Tamizado

Tamaño

Centrifugación

Solubilidad

Decantación

Densidad

5. Encaja cada mezcla con el método de separación que parezca más idóneo para separar sus componentes: Alcohol + Agua

Filtración

Sal común + Agua

Destilación

Arroz + Agua

Decantación

Vinagre + Aceite

Cristalización

Lección 6. FLUIDOS

EN MOVIMIENTO

CONTENIDOS 1. Fluidos en Movimiento. 2. Caudal. 3. Principio de Bernoulli.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Comprender

la diferencia entre fluidos turbulentos y fluidos ideales. 2. Establecer la relación existente entre la velocidad y el área por donde viaja un fluido. 3. Explicar el principio de Bernoulli.

HABILIDADES Y DESTREZAS CIENTÍFICAS 1. Describe las características de un fluido y la

presión. 2. Describe la relación entre la velocidad y el área por donde viaja un fluido. 3. Descubre la relación entre el movimiento de un fluido y la presión de éste. 4. Identifica los principios de los fluidos en movimiento en fenómenos de su vida cotidiana. Figura 1. Los Chorros de la Calera es una caída de agua de unos veinte metros de altura que se ubica en Juayúa, departamento de Sonsonate.

DESCRIPCIÓN Esta lección aborda las leyes básicas que permitirán entender el comportamiento de los fluidos en movimiento. El movimiento de los fluidos es afectado por varios factores como la energía potencial (la altura a la que se halla el fluido), la energía cinética (la velocidad del fluido), el área que traspasa y la presión. Cada estudiante podrá identificar estos factores y por ende los principios de los fenómenos que le circundan.

e conoce que los fenómenos de los fluidos en reposo son explicados a través de diferentes variables como la presión, la hidrostática y el empuje.

1. FLUIDOS EN MOVIMIENTO. Al tomar una ducha o dejar caer el agua en un grifo, observamos diferencias en el movimiento del agua; se observa la fuerza con que se sale el fluido, la velocidad y las líneas de movimiento que pueden modelarse como líneas de flujo.

Este último es la fuerza resultante de la presión que ejercen los fluidos en sentido contrario al peso de los cuerpos sumergidos dentro de un fluido, tanto en fase liquida como gaseosa. Entonces ¿cómo se comporta esta fuerza cuando los cuerpos sumergidos se encuentran en movimiento? ¿Cómo se comporta la presión? Desde los aportes de Arquímedes y mil años después, Pascal y los estudios de Daniel Bernoulli de los fluidos en movimiento, han permitido al ser humano comprender el desarrollo de muchos organismos como también desarrollar tecnologías para volar y flotar en los diferentes cuerpos fluidos. ACTIVIDAD 1. LOS ATOMIZADORES El objetivo de la actividad es demostrar los efectos que pueden ejercer los fluidos en movimiento, Materiales: Un vaso de agua, una pajilla delgada. Procedimiento: 1. Hacer una ranura aproximadamente a un tercio de la distancia total de esta. 2. Luego doblar la pajilla donde se hizo el corte y asegurar de colocar la pajilla aproximadamente a medio centímetro del nivel del agua. 3. Soplar por la pajilla y anotar lo ocurrido ¿Por qué sucede esto? Al soplar a través de la pajilla, el agua subirá de nivel y se esparcirá como espray. Esto ocurre debido a que al soplar, la corriente de aire dentro de la pajilla genera una diferencia de presión, donde la presión atmosférica es mayor obligando que el agua suba y la misma corriente de aire esparce el agua en forma de gotas.

Figura 3. Ejemplo de las diferencias entre el flujo laminar y turbulento.

Los fluidos pueden viajar de manera ideal o de manera turbulenta (Fig. 3). El flujo es ideal cuando no posee fricción interna, tiene poca viscosidad, es incompresible (no se puede comprimir), viaja de manera lineal y no es alterado (como los flujos turbulentos).

Figura 2. Soplando aire para expulsar agua. Figura 4. Esquema de las líneas movimiento de un fluido cuando es: A. Fluido ideal B. Flujo turbulento.

En el flujo turbulento (Fig.4B) se presentan trayectorias de movimientos circulares erráticos y desordenados, provocadas por las altas velocidades que alcanzan los fluidos, por la fricción generada con las paredes por donde viaja o porque posee capas que viajan a diferentes velocidades.

¿Cómo funciona el ventilador?

El movimiento de las aspas traslada el aire de la parte trasera del ventilador hacia adelante, generando una corriente de aire de manera lineal. Cuando interactúa con ciertos objetos, la corriente de aire se hace turbulenta.

Figura 5. Una cortina siendo halada hacia el chorro de agua de la ducha y una pelota de pin-pon siendo atraída por el chorro de agua del grifo.

Al reducir el área por donde sale un fluido, no se reduce la cantidad de fluido que sale, pero sí aumenta la velocidad con que sale, alcanzando así mayores distancias, tal como se demuestra al tapar la mitad del orificio de una manguera para regar el jardín (Fig.6). Esa mayor velocidad de los fluidos indica un aumento de la energía cinética, que es lo que permite un mayor desplazamiento.

Cuando el flujo viaja de manera ideal podremos observar ciertos fenómenos como al acercar un péndulo hecho con una bola de pin pon, al chorro de agua: éste es atraído hacia la corriente de agua (Fig. 5A). Igualmente sucede con la cortina en la ducha; cuando se deja el agua caer, éste atrae la cortina (Fig.5B), pero ¿por qué sucede este fenómeno? ¿Qué tipo de fuerzas están involucradas? Este fenómeno también ocurre con los fluidos en fase gaseosa, por ejemplo, el funcionamiento del ventilador. 2.

CAUDAL.

Hemos notado que para silbar se encojen los labios, reduciendo el área por donde sale el fluido gaseoso que emite sonido; esto se debe a que todo el fluido (el aire) viaja a través de un espacio menor, lo que provoca que viaje a mayor velocidad, generando también una mayor cantidad de vibración al pasar por los labios.

Figura 6. Una manguera que emite agua a mayor velocidad es debido a la reducción del área por donde sale el fluido.

La cantidad constante de fluido (volumen) que se desplaza en un lapso de tiempo determinado es lo que se conoce como caudal, y cuando éste es constante, su velocidad varía según el área por donde fluye (Fig.7).

Los fluidos en general no suelen acumularse y viajan de manera continua, debido a la elasticidad en su estructura molecular.

ACTIVIDAD 2. Calculando el caudal. El objetivo es que en grupo de cuatro estudiantes identificar la relación existente entre la velocidad con que se mueve un fluido y el área por el cual circula.

Figura 7. Las líneas del flujo se unen más en el área menor de la tubería aumentando la velocidad en este punto.

Materiales: Una botella plástica vacía, un recipiente plástico grande, una regla con la escala en centímetros, un cronómetro o reloj, marcador, cinta adhesiva, agua (cantidad necesaria).

¿Cuál es la causa de los ataques cardiacos? La enfermedad denomina aterosclerosis, es la causante de ataques cardíacos y accidentes cerebrovasculares. Esta enfermedad se debe al estrechamiento de las arterias por donde circula la sangre oxigenada limitando la circulación de la sangre a diferentes órganos, (Fig.8).

Procedimiento: 1. Señalar con un marcador aproximadamente la mitad de la botella; luego llenarla con agua hasta ese límite. 2. Luego verter la botella (invertida) sobre el recipiente grande y tomar el tiempo que tarda en vaciarse.

Figura 9. La botella plástica invertida.

¿Qué pasará si se tapa la mitad del orificio de la botella? Volver a llenar la botella hasta la línea y sellar la mitad del orificio de salida de agua con cinta adhesiva. 4. ¿Tomará menos tiempo vaciar la botella? Verter y tomar el tiempo que tarda en vaciarse, llenar la tabla. 5. Anotar la diferencia observada cuando se vierte el agua con la mitad de área cubierta. ¿Cambió el tiempo en que se vació? ¿en cual de los casos el agua viajó más rápido? ¿Qué podemos concluir de los resultados obtenidos?

Figura 8. A. Esquema de una arteria con flujo normal de sangre B. y una arteria con flujo anormal debido a la invasión de la placa al área donde fluye la sangre. Las placas que son consecuencia de la acumulación de ciertos tipos de grasa en la pared arterial reducen el área por donde fluye la sangre oxigenada, aumentando su velocidad, disminuyendo la presión de la sangre pero aumentando la presión que ejercen las paredes de la arteria sobre ésta y en consecuencia se da un mayor esfuerzo por parte del órgano que bombea la sangre, el corazón. Daniel Bernoulli desarrolló el principio de la hidrodinámica y su descripción matemática a partir de lo que observó de la relación entre la velocidad con que fluye la sangre en las arterias y la presión que ejerce ésta en las arterias. Debido a este descubrimiento muchos doctores del siglo XVIII median la presión sanguínea de sus pacientes inyectando una pipa fina directamente en las arterias.

¿Qué sucedió? Al disminuir el área del orificio de la botella aumenta la velocidad con que sale el fluido, pero el caudal, es decir la cantidad de fluido (volumen) cae en la misma cantidad de tiempo.

PRINIPIO DE BERNOULLI.

Esto es debido a que el aire soplado encima de la hoja posee mayor velocidad que el aire que lo circunda; la corriente de aire con mayor velocidad posee una menor presión que el aire que lo circunda, provocando que la presión del aire circundante empuje el papel en dirección opuesta a la gravedad.

ACTIVIDAD 3. Los efectos de los fluidos en movimiento. El objetivo de la actividad es demostrar como las diferencias de presión en los fluidos generan movimiento.

“Cuando un fluido viaja de manera ideal, éste aumenta su velocidad pero disminuye su presión”; a esto es lo que se conoce como el principio de Bernoulli.

Materiales: Dos latas de aluminio vacías, una pajilla y opcionalmente un embudo.

Al colocar un objeto rectangular de manera perpendicular a la dirección de un flujo de aire (Fig.11A), el flujo se dispersa de manera turbulenta. Lo contrario ocurre al colocar el objeto de manera paralela (menor área posible) a la dirección del aire soplado (Fig. 11B); el flujo viaja de manera lineal, adaptándose a la forma del objeto.

Figura . agregar fotos del experimento. Procedimiento: 1. Colocar dos latas vacías en una superficie plana a dos centímetros aproximadamente de distancia entre ellos. 2. Soplar fuertemente a través de una pajilla colocada entre las latas ¿qué sucede? Explica lo ocurrido elaborando un esquema. La corriente de aire en medio de las latas genera una diferencia de presión dado que la presión de la corriente de aire es menor que la presión del aire que lo circunda, este empuja las latas hasta que chocan entre sí. 3.

Figura 11. Esquemas de como el aire se comporta ante un cuerpo rectangular A. colocado perpendicular al flujo B. colocado paralelo al flujo.

Esto demuestra las diferentes interacciones del flujo con la forma geométrica de los objetos para aprovechar el fenómeno de los fluidos en movimiento, (Fig.12), el siguiente esquema presenta la resistencia al flujo de aire que presentan los objetos de diferentes formas.

¿En que otras situaciones has observado o vivido este fenómeno?

Soplando encima de una hoja de papel bond, observamos que este se eleva en vez de caerse ¿Por qué sucede esto?

Figura 12. Esquemas de flujo alrededor de piezas de diferentes formas geométricas, el tamaño de la flecha se refiere a la cantidad de turbulencia que se genera. Figura 10. Fotos de cómo el papel se eleva debido a la corriente de aire.

Éstas son altas para aprovechar las constantes corrientes de aire que viajan con mayor velocidad, porque cuanto entre mas rápido sopla el viento sobre la boca de la chimenea crea una mayor diferencia de presión extrayendo los gases de mejor manera. Figura 13. Esquemas de un flujo alrededor de una forma conocida como aerodinámica porque permite la menor cantidad de turbulencia, estas son la forma de las alas.

En las carreteras cuando un furgón a alta velocidad (Fig. 16) pasa cerca de un cuerpo (papeles, animales, arboles, plantas, etc.), los cuerpos que se encuentran suficientemente cerca, se desestabilizan y son atraídos hacia el camión en movimiento debido a la diferencia de presión, esto puede causar accidentes si no se tiene el suficiente cuidado.

Los fenómenos de vuelo en las aves y aviones se deben al aprovechamiento de las corrientes de aire, así como también en el agua, la forma que los denominados animales microscópicos rotíferos (Rotífera, del latín rota “rueda” y “fera “los que llevan”), (Fig.14), se alimentan.

Figura 16. Un camión viajando por la carretera a alta velocidad.

De igual manera ocurre al nadar en los ríos; las corrientes que se generan en regiones donde el agua viaja a mayor velocidad con presión más baja halan a las personas y las transportan en su corriente.

Figura 14. Los rotíferos se adhieren a una planta y rotan los cilios para generar turbulencia y atraer sus alimentos.

Estos poseen cerca de su boca bandas ciliadas que parecen vellos denominadas cilios; éstos rotan generando turbulencia en el medio acuoso donde se encuentran provocando diferencias de presión para atraer a sus alimentos. Otras formas que se aplica este principio son en la construcción de chimeneas en las fábricas, (Fig.15).

Figura 17. Un muchacho pasando su bicicleta por una corriente de agua del rio Lempa. Estas situaciones son muy frecuentes en temporales que afectan la zona del bajo Lempa en el país.

Conclusión. Los fluidos en movimiento viajan de manera ideal o con turbulencia, lo que determina esto es la

Figura 15. Chimeneas de la planta energética Nejapa Power.

velocidad con que viaja y la forma o geometría de los cuerpos con que interactúa.

cuando se genera una diferencia de presión los cuerpos alrededor de los fluidos experimentan movimientos.

Se comprobó que los fluidos aumentan su velocidad cuando se disminuye el área por donde viaja y disminuye cuando se aumenta el área pro donde viaja. El principio de Bernoulli demuestra que al aumentar la velocidad del fluido, éste disminuye su presión,

Este principio permite explicar como las aves y aviones vuelan, diferentes aplicaciones tecnológicas, e identificar el principio en fenómenos de la vida diaria.

GLOSARIO. Ley de Bernoulli. Es la ley que rige el movimiento de los fluidos relacionando la velocidad de éstos con la presión: “cuando la velocidad de un fluido aumenta la presión de este disminuye”.

Fluidos. Es la materia donde las partículas poseen mayor grado de libertad de movimiento (líquidos y gases) que los cuerpos sólidos. Fluido ideal. Se denomina a los fluidos que se comportan y viajan de manera uniforme, lineal e incompresible.

Caudal. Es el volumen de fluido que pasa por un área determinada en una unidad de tiempo.

Hewit, P. (2010) Física Conceptual. 11va edición, Editorial Addison Wesley Pearson. Estados Unidos. Recuperado en: http://goo.gl/0M6YE.

Perelman, Y. (1975) Física recreativa. 1ª Edición, Editorial Mir, Moscú.

Mandel, M. (1959) Physics Experiments for Children. 1a edición, Dover Publications, lnc. New York. Recuperado en: http://goo.gl/DOIWM.

Soriano Tomas, (2008), Hidrodinámica, Universidad de El Salvador. El Salvador.

Si desea enriquecer su conocimiento consulte.

La segunda manera de definirla y que es equivalente, es que el caudal es la relación entre la rapidez con que los fluidos atraviesan un área determinada.

Actividad Evaluadora FLUIDOS EN MOVIMIENTO Nombre:

Grado:

Parte I. Describe el tipo de movimiento que generan los fluidos al interaccionar con cada una de las siguientes figuras. ¿En cuál de estas figuras podría generarse mayor turbulencia?

Parte II. En la siguiente imagen del rio explica el comportamiento en las diferentes regiones.

Parte III. Ejecuta el siguiente experimento. Procedimiento: 1. Corta un trozo de papel con 5 cm de ancho y 18 cm de largo, luego en el lado largo hacer 12 dobleces de aproximadamente de 0.5 cm de ancho. 2. Cortar en el otro extremo una apertura de 7.6 cm de largo y doblar cada hoja hacia lados opuestos. 3. Al dejarlo caer de preferencia desde una mayor altura, observa lo sucedido. 4. Describe lo ocurrido y explica los principios que permiten a este helicóptero de papel caer sobre el mismo punto desde donde se deja caer.

Lección 7. LUZ

Y COLORES

CONTENIDOS 1. Emisión y absorción de fotones. 2. Reflexión y refracción de fotones. 3. Colores.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Entender sobre la absorción y emisión de la luz. 2. Interpretar el fenómeno de la reflexión de la luz.

HABILIDADES Y DESTREZAS CIENTÍFICAS 1. Comprende el significado de emisión y absorción de luz. 2. Realiza experimentaciones con fenómenos de la luz. Figura 1. Un prisma es un objeto que puede refractar, reflejar y descomponer la luz en los colores del arco iris. Generalmente estos objetos tienen la forma de un prisma triangular de ahí su nombre.

DESCRIPCIÓN A veces hemos percibido que algunos objetos los podemos observar de cierto color por la luz que reflejan, ejemplo de ello son las hojas de los árboles cuando la luz del Sol incide en ellas o al encender una lámpara, notamos su color debido a la emisión que presenta. Asimismo, en ciertas ocasiones hemos notado los colores que transmite el papel celofán, así como la formación un arcoíris. Los fenómenos mencionados tienen un fundamento físico y es lo que estudiaremos en esta lección.

1. EMISIÓN Y ABSORCIÓN DE FOTONES a luz de varios colores puede ser selectivamente absorbida por una sustancia, de acuerdo con su estructura molecular. La absorción de luz ocurre cuando un fotón incidente promueve la transición de un electrón de un estado de menor a mayor energía.

2. REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN DE FOTONES Cuando la luz incide en una interfaz lisa que separa dos materiales transparentes (por ejemplo, aire y vidrio), parte de la luz se refleja y parte se refracta (transmite) en el segundo material (Fig. 3). En general, la reflexión es el retorno de la luz por el mismo medio en el cual se propaga, al llegar a la superficie de separación en donde se encuentran dos sustancias diferentes. La refracción es el cambio de velocidad que experimenta la luz al pasar de un medio a otro.

Los electrones excitados eventualmente pierden esta energía ganada y por un proceso de radiación regresan a su estado inicial (emisión). La radiación emitida por una molécula o un átomo, después que ha absorbido energía para colocarse en un estado excitado, es definida como luminiscencia o emisión para nuestro caso.

Rayos refractados

Rayos incidentes

Rayos reflejados Figura 3. La luz se refleja en parte, y en parte se refracta si en la frontera entre dos medios, la luz que alcanza el interior del restaurante se refracta dos veces: una al entrar en el vidrio y otra al sale de este.

La luz viaja en los diversos medios materiales con distinta velocidad (v), siempre menor con la que lo hace en el vacío (c). Ópticamente se caracterizan los medios transparentes por un escalar (n) definido así: ⁄ que es nombrado índice de refracción y es propio para cada material. Este escalar es muy utilizado en microscopios cuando se usa un aceite de inmersión adecuado.

Figura 2. El color de las hojas es debido a la luz reflejada del Sol.

Hay muchos objetos que observamos por el color que emiten o por el que reflejan, en el caso que reflejan luz de un color determinado, la demás luz es absorbida por los objetos y solo reflejan la que no necesitan. Una hoja (Fig. 2) necesita energía para poder realizar el proceso de fotosíntesis, y la energía que necesita la suministran los otros colores de luz, pero no el verde. Para la emisión de luz, muchas veces observamos un foco, cuando está encendido el filamento es expuesto a un diferencia potencial que le permite elevar la temperatura del filamento y esto hace que el filamento, emita.

3. COLORES

Se le atribuye al color la sensación que se recibe cuando el sentido de la vista es excitado por una radiación luminosa no blanca, el cual existe en la mente y no en la realidad material, siendo, por tanto, en gran parte una sensación subjetiva. Se considera que la luz blanca es incolora, no produce sensación de color, siendo los órganos visuales incapaces de hacer un análisis espectral de ella. El

color de la luz emitida por un cuerpo en la oscuridad depende de la longitud de onda de la radiación que a su vez, es una función de la temperatura.

La pureza o el grado de saturación. Supongamos que se dispone de un disco. La mitad de este es blanco y la otra mitad es gris. Enviamos sobre las dos mitades el mismo flujo de energía de luz roja monocromática y las dos mitades parecerán rojas del mimo tono, pero una más clara que la otra. Disminuyendo el flujo de luz roja que se envía a la mitad que inicialmente era de color blanco (la parte blanca absorbe menos energía incidente que la de color gris), o sea la menos oscura, podemos llegar a igualar las claridad de ambas partes, en este caso también tendrán igual tono y aún presentan un aspecto diferente.

Un cuerpo emite radiaciones de diferentes colores, pero para cada temperatura predomina una radiación de máxima energía (radiación por emisión). Por otro lado, se discurre que un objeto tiene un color cuando, con preferencia, refleja o transmite las radiaciones que le corresponden a tal color. Un cuerpo es rojo por transparencia o por reflexión cuando absorbe en casi su totalidad todas las radiaciones menos las de color rojo, las cuales se reflejan o se dejan atravesar por ellas. Si tal cuerpo rojo, situado en la oscuridad, se ilumina con luz verde, da al ojo la sensación de ser negro.

Esta diferencia es la que llamamos saturación, que es inversa a la proporción de blanco. Si se mezclan dos pinturas, una gris con color rojo espectral puro, obtendremos una serie de colores rojos que se diferencian en su saturación. Al color correspondiente a las luces monocromáticas, lo llamaremos saturado.

En consecuencia podemos decir que, en general que el color de los cuerpos no es una propiedad intrínseca de ellos, sino que va ligado con la naturaleza de la luz que reciben. Las características que atribuimos al color son tres: claridad, matiz o tono y pureza o grado de saturación. Las dos últimas, en conjunto, constituyen la cromaticidad de la luz. La claridad indica la cantidad de luz.

VELOCIDAD DE LA LUZ Galileo (1564 -1642) realizó un experimento para determinar la velocidad de la luz, el cual consistía en hacer señales con linternas desde dos colinas que se localizaban a un kilómetro de distancia. Su idea consistía en medir el tiempo que tardaba la luz en transcurrir dos veces la distancia donde se hallaban los experimentadores situados en las colinas. Uno de los experimentadores destapaba su linterna y cuando el otro veía la luz, destapaba la suya. El tiempo que transitaba desde que el experimentador A destapaba su linterna hasta que veía la luz procedente de B era el tiempo que tardaba la luz en recorrer ida y vuelta la distancia entre ambos. Aunque el método es correcto, la velocidad de la luz es muy alta y el tiempo por medir era incluso más pequeño que las fluctuaciones de la respuesta humana. Sin embargo, Galileo no pudo poseer un valor tanto razonable para la velocidad de la luz. En la actualidad, aceptamos el valor 299,792.458 km/s para la velocidad de la luz en el vacío.

Un mismo objeto puesto al Sol o a la sombra en específicas condiciones se diferencia por su claridad. La mitad de un disco blanco puesto a la luz del Sol y su otra mitad, a la sombra, diremos al compararlas que una mitad es gris. El gris es el color de los cuerpos que presentan ningún otro atributo más que la claridad (acromáticos). Físicamente, la claridad podemos asociarla con el flujo luminoso de la fuente de luz u otras magnitudes fotométricas. El matiz o el tono es el atributo por el cual podemos decir que se trata de un color verde, amarillo, azul, rojo, etc. Físicamente lo relacionamos con la longitud de onda de una luz (longitud de onda dominante).

coinciden dos primarios se observan los tres colores complementarios (amarillo, cian y magenta).

Actividad 1. Combinación de colores primarios Esta actividad se recomienda efectuarla en grupos de tres o cuatro estudiantes.

Enfatizar: El color rojo, verde y azul, se denominan colores primarios puesto que a partir de ellos, jugando con sus intensidades, se puede obtener cualquier otro color. La suma de los tres colores primarios con intensidades iguales da como resulta el color blanco. Se debe de reconocer que se está haciendo una combinación de colores y puede observarse por transmisión, emisión y reflexión.

Materiales 3 lámparas de bolsillo. 3 pedazos 10 cm x 10 cm de papel celofán de distinto color: azul, verde y rojo. 2 páginas de papel bond. Caja de temperas. Procedimiento 1. Forrar las tres lámparas con distinto color de papel celofán, directamente por donde sale la luz. Realizar estas combinaciones y comparar con la Figura 4:

Actividad 2. Reflexión de la luz. El estudiantado debe pintar pedazos de papel bond (tarjetas) con un solo color, luego deberán ubicar los pedazos de papel sobre la mesa de la siguiente manera (Fig. 5):

Discutir el color que se obtiene. 2. Iluminar las combinaciones de colores con los focos. Observar lo que ocurre. Formacion del amarillo Formación del Magenta

Figura 5. Esquema de los pedazos de papel coloreados.

Sus estudiantes deben apuntar el color reflejado, para el caso de luz monocromática (un solo color). Pueden hacer uso de las lámparas forradas con papel celofán. Preguntar: ¿qué se observa cuando la luz blanca incide sobre la tarjeta verde? ¿De qué color se observa una tarjeta pintada de amarillo, cuando se incide luz azul sobre ella? ¿Por qué las tarjetas monocromáticas no pueden observarse en un cuarto oscuro? ¿Qué color nota cuando a una tarjeta de color rojo se le hace incidir luz azul?

Formación del Cian

Al contestar estas preguntas, cada estudiante, se dará cuenta de los fenómenos que está observando y aplicará la teoría con la práctica. Podrán discutir acerca de la reflexión y la absorción de la luz. Figura 4. Mezcla de colores primarios y formación de colores secundarios.

ACTIVIDAD INTEGRADORA Integración con… Biología

¿Qué sucedió? Al iluminar con los tres focos se observa una sombra central oscura. Otras zonas están iluminadas por los tres colores primarios (rojo, verde y azul) y aquellas en donde

El estudiantado debe llevar hojas (si es posible de distintos colores) al salón de clases y deberán discutir acerca de los colores que absorbe y refleja una hoja.

Preguntar: ¿Por qué las hojas absorben ciertos colores? ¿Qué pasa con las hojas que no reflejan el color verde? ¿Las hojas pueden transmitir algún color? ¿Cuál sería y por qué? ACTIVIDAD DE REFUERZO. Explotando globos de colores Para realizar esta experiencia se necesitan varios globos de colores (procurar que exista uno de color blanco), lupa de relojero y luz solar (Fig. 6).

Figura 7. Para que se pueda apreciar el color blanco, todos los colores deben de ser reflejados dado que el blanco es la combinación de todos los colores, por eso nuestra sensación de frescura al utilizar ropa blanca.

Figura 6. Globos de colores.

Procedimiento 1. Llenar los globos con aire y con la lupa concentrar la luz del Sol sobre su superficie. Preguntarles: ¿qué sucedió con los globos de colores? ¿Con el globo de color blanco?

Emisión Es la luz emitida por un cuerpo cuando a este se le incrementa su energía, esta energía se le puede brindar aumentando la temperatura o con luz (Fig. 8).

¿Qué sucedió? El globo blanco se comportó distintamente a los globos de colores y se debe a que el globo blanco refleja toda la luz que recibe, mientras que si el globo es de color rojo refleja la luz roja y absorbe los demás componentes de la luz blanca. La luz que absorbe el globo rojo genera un aumento de temperatura en esa región, lo suficiente para poder romper el globo y producir la explosión.

Figura 8. La luminaria de un bombillo es un ejemplo de emisión de fotones.

GLOSARIO Fotón Una partícula que compone la luz, que se propaga en forma de ondas electromagnéticas.

Si desea enriquecer su conocimiento, consulte: 1. Crowell, B. [2008] Conceptual Physics. Canadá: Creative Commons. 2. Muriel, M. [1993] Physics Experiments for Children. Estados Unidos: Dover publications. 3. Sears, F., M. Zemansky, H. Young [2009] Física Universitaria.11a Edición. Estados Unidos.

Absorción Es la energía que no es reflejada ni emitida al incidir la luz sobre un objeto (Fig. 7).

Lección 8. PROPIEDADES DE LOS SERES VIVOS CONTENIDOS 1. Organización. 2. Homeostasis. 3. Respuesta a estímulos. 4. Adaptación. 5. Uso de energía. 6. Crecimiento y Desarrollo. 7. Movimiento. 8. Reproducción. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Identificar las propiedades que poseen los seres vivos. 2. Diferenciar por medio de sus propiedades a la materia viva de la materia inerte. HABILIDADES Y DESTREZAS CIENTÍFICAS 1. Identifica las características del crecimiento en los seres vivos. 2. Diferencia los distintos tipos de respuesta a estímulos que posee el cuerpo a través de la piel.

Figura 1. Una de las características de los seres vivos, es la capacidad de reproducirse. En la fotografía, se observan pulgones que se caracterizan por reproducirse en gran número.

DESCRIPCIÓN. En el universo y en el planeta Tierra existe materia inerte y materia viva, ambos tipos de materia están conformadas por átomos y moléculas, sin embargo, existen grandes diferencias entre sí, las cuales se enumeran para poder diferenciar a la materia viva del resto. Como se desenvuelven aquellos organismos a los que se les considera vivos y que clase de energía necesitan para poder mantener sus funciones vitales.

odos los organismos, tanto microscópicos como de gran tamaño, se consideran sistemas abiertos que consumen recursos del medio externo que los rodea, con la finalidad de sostener sus funciones vitales, tales como la nutrición, el desarrollo, la reproducción y la evolución; estos recursos los adquieren por medio del intercambio de materia que realizan a una escala molecular sin perder su nivel estructural definido (Fig. 2).

Los límites de la Vida La separación entre lo que está vivo y lo que no, se halla a nivel molecular. Los virus si bien cumplen varias características de organismo vivo, no pueden reproducirse por sí solos, por ello no se les considera vivos; al igual que otras moléculas grandes en estructura, están en los límites de la vida y lo inerte.

Se considera que la célula es la unidad fisiológica y anatómica básica de todos los seres vivos, sin embargo, todos los organismos deben cumplir con características comunes que se mencionan a continuación: 1. ORGANIZACIÓN. Los seres vivos poseen una organización compleja a partir del nivel celular; como ya se dijo que la célula es la unidad básica de la vida; a partir de esta se agrupan diferentes niveles cada uno superior al anterior, funcionando como pauta para clasificar a los organismos. Estos van desde la célula, tejidos, órganos, sistemas de órganos y organismos (Fig. 4).

Figura 2. Un “Cangrejo fantasma” (Ocypode pallidula) se distingue del resto materia que lo rodea gracias a sus características estructurales y funcionales que lo hacen un organismo vivo.

Sea cual sea el tipo de organismo que se observe, este siempre se diferencia de la demás materia inerte. Los seres considerados vivos, son aquellos que cumplen con las características de lo que se conoce como vida, que se define en base a las características de los seres que son sistemas integrados por átomos y moléculas bajo las leyes de la física y la química que sobrepasan las características de los demás objetos en función de su actividad, desarrollo, reproducción y muerte, así como su evolución (Fig. 3).

Figura 4. Ilustración de una sección de la piel (el órgano más grande del cuerpo humano) mostrando sus distintos componentes. En el círculo se observan las células que conforman la primera capa de la piel.

2. HOMEOSTASIS. Capacidad que tiene un ser vivo para mantener una temperatura constante en el interior de su organismo. Esta capacidad tiene relación con una serie de reacciones físico químicas que suceden al interior de las células, dando como resultado la liberación de

Figura 3. Las hojas contienen moléculas de clorofila (derecha) que son los pigmentos que le dan el color verde y también absorben energía solar para mantener su metabolismo.

calor lo que funciona como un regulador de temperatura.

Metabolismo y alimentación. Los organismos heterótrofos consumen a otros organismos o productos derivados de ellos. Por lo que necesitan descomponer sus moléculas para poder asimilarlas e incorporarlas a su cuerpo. La alimentación no es más que la manera en como asimilamos a los demás organismos para que nos provean energía química a través de sus nutrientes.

3. RESPUESTA A ESTÍMULOS. Los organismos reaccionan y responden cuando llegan estímulos externos en distintas formas, desde un escalofrío por una corriente de aire frío, una contracción muscular, hasta vivir en grupos grandes con otros de su misma especie (Fig. 5).

6. CRECIMIENTO Y DESARROLLO. Todos los organismos crecen y se desarrollan en ciertos estados de su vida, lo que implica el uso de energía y el incremento de tamaño, seguido de cambios que pueden ser parciales o afectar toda su morfología, de manera general. Por ejemplo, en anfibios y en insectos se da la metamorfosis.

Figura 5. La respuesta a un mismo estímulo puede ser muy diferente en los seres vivos. La luz contrae el iris de los ojos de la “Aurorita” (Glaucidium brasilianum); a su vez, activa los cloroplastos de una planta para la fotosíntesis.

El término Metamorfosis, se origina de dos raíces griegas: meta “alteración” o “cambio” y de la raíz morphe “forma”. Lo que implica un proceso de cambios graduales hasta la etapa adulta, donde ocurren grandes cambios estructurales y fisiológicos en el individuo que se generan desde el nivel celular.

4. ADAPTACIÓN. Facultad de poder cambiar su forma de respuesta del medio externo con el paso del tiempo; todos los estímulos o los niveles de estrés a los que se vea sometido el organismo, involucran el desarrollar capacidades vitales en este para poder sobrevivir a los cambios; es la base de la evolución.

7. MOVIMIENTO. Contrario a lo que se cree, aún en organismos que parecen inmóviles a simple vista, poseen movimiento. Las plantas, por ejemplo, realizan movimientos en etapas de desarrollo al germinar, además de moverse siguiendo la trayectoria del sol (Fig. 6).

5. USO DE ENERGÍA. Los seres vivos necesitan energía para realizar su organización, homeostasis, sus respuestas a estímulos, así como usarla en su metabolismo y las demás propiedades que como ser vivo posee. El metabolismo es anabólico cuando se toman moléculas pequeñas y simples y se transforman en moléculas grandes y complejas usadas para la nutrición y la formación estructural a nivel celular del organismo. Es catabólico al tomar moléculas grandes del medio externo como alimento o nutriente desdoblando su estructura en secciones más pequeñas liberando energía para el organismo. También requieren de energía para poder llevarlos a cabo.

Figura 6. La “Dormilona” (Mimosa púdica) posee la característica de cerrar sus hojas ante una variación de la presión ejercida en ellas. Lo hace gracias a un cambio del tamaño de sus células al llenarlas o vaciar el agua en su interior.

Los organismos reaccionan con movimientos involuntarios o voluntarios que dependerán de la clase de estímulo o el tipo de estrés que reciban. Por ejemplo, escalofríos, la sensación de quemadura o la presión, son estímulos que se detectan por medio de la piel y el tacto que liberan una reacción o respuesta por parte del organismo. Estas respuestas son muy diversas como el movimiento muscular conocido como “temblar”; reflejos rápidos e involuntarios de retroceder ante la sensación de dolor en cualquier parte del cuerpo.

macho y el óvulo en la hembra. Combinando así sus características genéticas.

Figura 7. Huevos de rana. Cada individuo está desarrollándose de acuerdo al material genético que aportaron sus progenitores mediante el ADN de cada uno. Han heredado características que le serán útiles para sobrevivir en su ambiente.

Piel de Gallina. Esta reacción de la piel ante el frío se da con la finalidad de crear una capa aislante entre la piel y el aire externo, para ello los vellos se contraen y se elevan por encima de la piel, atrapando el calor que emana nuestro cuerpo.

La reproducción asexual ocurre en un solo individuo al fragmentarse o dividirse en dos células iguales que poseen las mismas características que su predecesor. ACTIVIDAD 1. IDENTIFICACIÓN DE ALGUNAS PROPIEDADES DE LOS SERES VIVOS (CRECIMIENTO) Una semana de anticipación, asigne la tarea a tres o cuatro estudiantes de sembrar semillas de frijol en recipientes, como botellas plásticas, por ejemplo. Esas personas deberán quedar de acuerdo para plantar las semillas con dos días de diferencia entre cada siembra con el objetivo de observar el crecimiento o desarrollo gradual de las plantas.

Pasar de mayor intensidad de luz a menor y viceversa; los olores fuertes, los sonidos estridentes, y otra clase de estrés producen movimientos en los organismos como respuestas a estas perturbaciones. Otros tipos de materia también pueden reaccionar a las variaciones de temperatura, luz, o presión, sin embargo, hay que recordar que aunque presenten alguna clase de movimiento no son considerados seres vivos.

Preguntas de evaluación  ¿Por qué crecieron las plantas?  ¿Las células se expandieron o aumentaron en número? ¿Cómo puede comprobar su respuesta?  ¿Dónde surgieron los nutrientes que alimentaron a las plantas?  ¿Qué órganos trabajan en la absorción y producción de los nutrientes? Enfatizar: Las plantas son seres vivos que crecen durante toda su vida; mientras que, los animales crecen en determinados periodos, pero se desarrollan a lo largo de su existencia

8. REPRODUCCIÓN. El medio utilizado para producir nuevos individuos a partir de la fusión del material genético de sus progenitores. Conlleva también la herencia al pasar las características a las nuevas generaciones, tales características le son útiles para desarrollarse en un ambiente determinado y adaptarse a este. La descendencia puede ser idéntica o semejante al progenitor o progenitores (Fig. 7). La reproducción sexual, necesita de la participación de dos progenitores que aporten cada uno su gameto (célula sexual), siendo el espermatozoide en el

Reproducción Asexual

Reproducción Sexual

Se da en organismos unicelulares, pueden ser algas, hongos, protozoos e invertebrados. También se da en plantas. Ocurre en plantas, hongos, invertebrados y vertebrados.

Todo lo que se considere vivo, debe cumplir todas estas características mencionadas. Existen diversos objetos y estructuras en la naturaleza que poseen una o varias de estas características, sin embargo, se consideran como inertes al no cumplirlas todas.

La herencia transmitida a generaciones nuevas de individuos, con el paso del tiempo implica las adaptaciones que le serán útiles en un ambiente que cambia constantemente. Impacto Ambiental. Las actividades humanas cambian los ecosistemas del planeta. Los organismos deben luchar contra el tiempo y la falta de recursos que trae como consecuencia el impacto ambiental. Tales cambios obligan a las especies a adaptarse a ecosistemas reducidos y pocos alimentos disponibles; todo esto conlleva a la extinción de gran cantidad de animales y plantas que no pueden adaptarse a esta competencia desigual.

Existen, además, diversas clasificaciones que se han dado a los seres vivos a lo largo de la historia. Muchas de ellas basadas en la utilidad que tienen determinados organismos para el ser humano. Un ejemplo de esto sería la clasificación que hacen las personas de las plantas en medicinales y ornamentales; otro ejemplo es considerar los animales como de granja, domésticos y silvestres. Los ejemplos mencionados son clasificaciones subjetivas, basadas en las características visibles de cada ser vivo y que pueden variar en diversas regiones del planeta (Fig. 8).

Este proceso lleva a la evolución en las especies, donde todas estas características útiles son copiadas en el material genético que dará origen a generaciones mejor preparadas para sobrevivir y llegar a ser las dominantes. ACTIVIDAD 2. RESPUESTA A ESTÍMULOS. Con esta actividad se comprueba la contracción y dilatación de la retina con una lámpara de mano. Materiales 1 lámpara de mano. Cuaderno. Lápiz o lapicero. Procedimiento: Solicite tres o cuatro estudiantes voluntarios/as y pídales que se mantengan alertas, firmes y en silencio, pero no detalle el por qué de esa petición; porque una vez que se hallen desprevenidos, les alumbrará el rostro con la lámpara repentinamente. Repita la actividad y mencióneles que les dará otra oportunidad para que se mantenga alertas. Estos estudiantes le explicarán la sensación que percibieron al ser alumbrados de nuevo. Discuta junto a la clase, que esta sensación es una propiedad (respuesta a estímulos) de los seres vivos, el cual permite que sean sensibles a la luz.

Figura 8. Ejemplo de clasificación que se acostumbra usar en nuestro país. A la izquierda animales domésticos como el gallo y gallina. A la derecha un animal silvestre, el gavilán.

Cuando se habla de las características genéticas de un organismo, se hace referencia a las características derivadas del ADN de cada ser. Si bien es cierto estas permanecen fijas durante toda la vida del organismo; son también las responsables de la herencia o transmisión de características específicas a otros individuos de la misma especie mediante la reproducción sexual y asexual.

Enfatizar: Todos los seres vivos responden a estímulos, y por tal razón, algunos huyen de la luz y otros son atraídos hacia ella. Solicíteles que enumeren ejemplos de seres vivos que son atraídos o que repelen la luz.

El ADN (Ácido Desoxirribonucleico) fue descubierto en primer lugar por la física inglesa Rosalind Franklin a través de investigaciones con rayos X en 1952; este trabajo sirvió de base para que los ingleses James Watson y Francis Crick propusieran en 1953 el modelo de doble hélice para el ADN que luego de más experimentos realizados por diversos científicos, fue aceptado.

RECUERDE: esta actividad puede variar, realizando experimentos con hielo, agua caliente o alfileres para variar los tipos de estimulo. Tenga mucho cuidado si decide trabajar con estos materiales para que no ocurra ningún accidente en la clase.

En consecuencia, todos los seres vivos comparten características que los hacen diferentes a toda la demás materia que existe en el universo.

GLOSARIO Célula. Es la unidad fisiológica, estructural y anatómica básica de todos los seres vivos.

Tales características se deben al proceso evolutivo que ha llevado miles de millones de años en la Tierra y que ahora coloca al ser humano como especie dominante por el momento. Consecuencia de ese dominio son la gran contaminación y el cambio climático que han traído las actividades humanas en todo el planeta.

Organismo. Es un sistema abierto, conformado por moléculas complejas que se interrelacionan entre sí y con el exterior para realizar un intercambio de energía a través del metabolismo del sistema. Metabolismo. Es una serie de complejas reacciones bioquímicas que se dan a escala celular, dichas reacciones constituyen las funciones vitales que le permiten crecer y desarrollarse al organismo.

Todo ser vivo tiene el derecho a vivir y desarrollarse, es por ello que debe cambiarse la actitud y la forma de ver a las demás especies, para crear un verdadero respeto hacia toda forma de vida que existe.

Morfología. Es la forma y composición estructural de los organismos vivos, que es dada según sus diversos rasgos genéticos y la disposición espacial de sus sistemas de órganos. Estímulo. Es un factor externo o interno capaz de provocar una respuesta en las células o en el organismo.

RESUMEN.

Estrés. Respuesta fisiológica del organismo ante una situación que considera amenazante o que demanda más gasto de energía para afrontar dicha situación alterante.

Materia

ADN. Ácido Desoxirribonucleico. Proteína con estructura helicoidal que posee la información genética de las células en todos los organismos vivos, es responsable de transmitir las características genéticas a las siguientes generaciones de individuos.

Se divide en

Materia inerte

Posee una o varias características, no todas.

Constituyen

Organismo vivo

Materia viva

Herencia. Transmisión de características fisiológicas, morfológicas y evolutivas de una generación a otra, a través del ADN, en condiciones ambientales variables.

 Organización.  Homeostasis.  Respuesta a estímulos.  Adaptación.  Uso de energía.  Crecimiento y desarrollo.  Movimiento.  Reproducción.

Si desea enriquecer más su conocimiento, consulte: 1.

Nuestro Planeta Tierra [s.f.] Características de los seres vivos. Extraído en noviembre de 2010 desde: http://goo.gl/EaP4

Raisman, J. y A. González. [2008] Seres Vivos Celulares. Hipertextos del área de la Biología. Extraído en noviembre de 2010 desde: http://goo.gl/rrxHK

Recursos Educativos [2006] Características de los seres vivos. Extraído en noviembre de 2010 desde: http://goo.gl/rrxHK

Son producto

Evolución

Mundo Biológico [2006] Seres vivos, propiedades. Extraído en noviembre de 2010 desde:

Campbell, R. [2007]. Biología. 7ª Edición, Editorial Médica Panamericana. Madrid, España.

6. Ville, C. [1998] Biología. Séptima edición. México: Nueva Editorial Interamericana, S.A. de C. V. 7. Salomón, E. [2001] Biología. 5ª Edición. México: Editorial McGraw-Hill. 8. Zoo Koki (2008). Clasificación de los seres vivos. Extraído en noviembre de 2010 desde: http://goo.gl/VgHyP

ACTIVIDAD EVALUADORA −Propiedades de los Seres Vivos−

A. Completa el siguiente cuadro. 1. Características de los seres vivos similares a la materia inerte. Seres Vivos Materia Inerte

B. Completa correctamente los siguientes enunciados. 1. Los organismos vivos mantienen constante su temperatura interna 2. Característica de los seres vivos que les da la capacidad de transmitir a sus crías las habilidades y aptitudes para poder sobrevivir en un ambiente en cambio constante 3. Es el proceso bioquímico que utilizan los seres vivos para obtener la energía necesaria para realizar todas las demás características propias de un organismo 4. Es un tipo de crecimiento y desarrollo que se da en los insectos 5. Es la capacidad de un organismo de desplazarse de un punto a otro o de responder a cierto estimulo del exterior C. Contesta correctamente las siguientes preguntas. 1. ¿Qué característica brinda a los organismos la capacidad de poder resistir los cambios ambientales en períodos de tiempo? 2. ¿Cuál es la importancia del anabolismo y el metabolismo? 3. ¿En qué consiste la metamorfosis? 4. Menciona dos ejemplos de respuesta a estímulos que poseen las plantas a. b. 5. Menciona tres importantes aspectos en los que la actividad humana ha alterado los ecosistemas.

Lección 9. TEJIDOS

ANIMALES

CONTENIDOS 1. Tejido epitelial. 2. Tejido conectivo. 3. Tejido nervioso. 4. Tejido muscular.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Conocer los elementos básicos de la anatomía animal. 2. Analizar las semejanzas anatómicas entre los organismos animales. 3. Brindar fundamentos para la futura comprensión de procesos fisiológicos.

HABILIDADES Y DESTREZAS CIENTÍFICAS 1. Manejo de conceptos biológicos básicos. 2. Reconocimiento de estructuras anatómicas fundamentales.

Figura 1. Conexiones entre neuronas. El tejido nervioso está conformado por estas células especializadas en transmitir y almacenar información.

DESCRIPCIÓN Se abordan los elementos anatómicos comunes entre los animales, especialmente aquellos que ocurren a nivel tisular, haciendo un énfasis en la anatomía humana como ejemplo inmediato y base para la integración con temáticas de salud. Se describen las características y funciones de los tejidos fundamentales, así como los tejidos que de ellos se derivan, haciendo uso de ilustraciones.

os animales son criaturas muy diversas, pero como grupo, comparten características básicas. Desde la perspectiva anatómica, se observan dos importantes: las células carecen de pared celular y estas células forman agregaciones con funciones diferenciadas. Salvo unas pocas excepciones, como en las esponjas, las células animales se encuentran altamente organizadas en estructuras llamadas tejidos, adquiriendo propiedades únicas entre los seres vivos, las cuales se estudian a continuación.

2. TEJIDO EPITELIAL También llamado epitelio, está formado por una serie de células muy compactas, casi sin espacio intercelular, dispuestas en una o varias capas sucesivas que se encuentran en la superficie externa e interna del animal. También conforman las glándulas, por lo que sus funciones principales son protección y secreción. El tejido epitelial usualmente presenta una capa inferior de tejido conectivo llamada membrana basal, que le delimita y nutre (Fig. 3).

1. LOS TEJIDOS FUNDAMENTALES ANIMALES En los eumetazoos (animales con alta organización celular y simetría), la estructura anatómica básica comienza en los tejidos; éstos se definen como unidades funcionales continuas, conformadas por agregaciones de células similares, inmersas en la llamada “sustancia intercelular”, una solución o material que es secretado por las células y que las envuelve. Existen tan solo cuatro tipos de tejidos fundamentales animales; a partir de ellos, se constituyen todos los órganos y sistemas (Fig. 2): 1. 2. 3. 4.

Figura 3. Corte de un epitelio interno. Células epiteliales (violeta) muy juntas y membrana basal (verde) subyacente.

Tejido epitelial. Tejido conectivo o conjuntivo. Tejido nervioso. Tejido muscular.

Para clasificar los epitelios se utilizan dos criterios básicos: La forma y número de las células en contacto con la membrana basal y, la geometría de estas células. De esta forma, los epitelios pueden ser:  Simples, si presentan una sola capa celular o estratificados, cuando tienen más de una.  Planos, cilíndricos o cúbicos, dependiendo de la forma de sus células (Fig. 4).

Figura 2. Composición de los organismos animales a partir de las células y los tejidos fundamentales. Figura 4. Tipos de epitelio de acuerdo con su anatomía.

En el epitelio plano estratificado la capa superficial se encuentra en constante renovación; o bien, al destruirse, las células producen la proteína queratina, que le brinda mayor firmeza. En tal caso se denomina epitelio queratinizado, un buen ejemplo lo constituyen las callosidades como las de los pies.

Figura 6. A: Esquema mostrando la disposición de las células. B: corte de una glándula. Obsérvese la compactación de las células epiteliales. Núcleos en violeta y citoplasma en rosa. El recuadro marca la secreción glandular.

Dependiendo de su ubicación dentro del organismo animal, los epitelios pueden ser internos o externos.

2.2. Epitelio interno Como su nombre lo indica, el epitelio interno se encuentra tapizando diversas cámaras internas del organismo, especialmente el tracto digestivo (Fig. 7A y B) y el sistema respiratorio (en la mucosa). El tejido epitelial recubre asimismo los vasos capilares en el sistema circulatorio y las vías urinarias.

2.1. Epitelio externo El epitelio externo se encuentra distribuido casi exclusivamente en la superficie del órgano más grande del cuerpo humano: la piel. Como parte de ella, recubre ininterrumpidamente toda la superficie externa en los mamíferos (Fig. 5), encontrándose en la epidermis y en parte de la dermis como glándulas:

Figura 7. A: Células epiteliales que recubren la boca. B: Epitelio que recubre el intestino delgado (células marrones).

2.3. Funciones de los epitelios Aunque las principales funciones de los epitelios son proteger y secretar, algunos poseen modificaciones en su superficie para cumplir funciones específicas; por ejemplo, pueden presentar cilios para impulsar partículas, como ocurre en el tracto respiratorio; otros poseen prolongaciones celulares que incrementan su superficie de contacto, como en el intestino delgado (Fig. 7B).

Figura 5. Células epiteliales planas de la epidermis.

Glándulas. Son formaciones de células. Estas están especializadas en la secreción o excreción. 



Secretar, es la liberación celular de una sustancia sintetizada por ella, la cual normalmente afecta a otras células en distintas partes del cuerpo La excreción, es la expulsión de sustancias de desecho inútiles al organismo.

En general, las funciones epiteliales se resumen en:

En las glándulas, las células epiteliales se disponen usualmente formando las paredes de un “saco” que contiene la secreción o excreción (Fig. 6).

 Protección: contra daño mecánico, entrada de patógenos y pérdida excesiva de agua.

 Secreción y excreción: Ocurre en las glándulas.  Absorción de sustancias: En el epitelio intestinal.  Recepción sensorial: Albergan los nervios de los sentidos como en los ojos, piel y lengua.  Transporte: A través de cilios que impulsan distintos elementos. 3. TEJIDOS CONECTIVOS Son tejidos fibrosos distribuidos por todas partes del cuerpo. A diferencia de los epitelios, las células se rodean de la sustancia intercelular o matriz. Se componen de tres elementos básicos (Fig. 8):

Figura 9. Detalle de las fibras del tejido conectivo.

3.1. Tejidos conectivos laxos Son aquellos que poseen menos fibras, abundante matriz y una buena cantidad de células. Como consecuencia son un poco “aguados”. Las fibras están hechas de proteínas como la elastina y el colágeno. La sustancia fundamental se observa como un material translúcido de consistencia acuosa o gelatinosa (Fig. 10).

 Las células especializadas,  Una matriz intracelular (sustancia fundamental), y  Las fibras. Los tejidos conectivos se llaman así porque sirven de “conexión” entre diversas estructuras del cuerpo, dándoles forma, resistencia, y nutrientes a otros tejidos.

Figura 10. Corte de tejido conectivo laxo. No existe patrón en las fibras y células. En el recuadro, un acercamiento a la célula. Figura 8. Corte de un tejido conectivo. Se observan las células muy separadas (gránulos violetas) y muchas fibras (líneas violeta y rosa), todas inmersas en la matriz (espacio blanco).

3.2. Tejidos conectivos densos. Son los que presentan abundantes fibras compactas, distinguiéndose dos tipos básicos:

Los tejidos conectivos son muy diversos y altamente especializados; forman una gran variedad de estructuras incluyendo tendones, huesos, cartílagos y sangre, de esta manera, aportan ¡hasta el 70% del peso corporal de los animales!

Regulares, si sus fibras colágenas se ordenan paralelas unas a otras (Fig. 11A), lo que les brinda fortaleza, pero a la vez flexibilidad, como ocurre en los tendones y ligamentos.

Existen distintas clasificaciones para los tejidos conectivos. El criterio más básico prioriza su estructura fibrosa (Fig. 9), distinguiéndose dos tipos de tejidos conectivos: laxos y densos. Asimismo, los tejidos pueden clasificarse más específicamente de acuerdo a su especialización.

Irregulares, si las fibras de colágeno se disponen en forma aleatoria, o sea en aparente desorden, pero siempre con muy poca sustancia fundamental (Fig. 11B). Se encuentra rodeando algunos órganos.

el hueso esponjoso las fibras se disponen en forma de una red porosa (Fig. 13). El hueso compacto se dispone en estructuras laminares bien definidas llamadas osteones.

Figura 11. A: Tejido conectivo regular. Fibras (rosa) en aparente orden. B: Tejido conectivo irregular. Las fibras presentan disposición aleatoria (rosa) y abundante matriz (blanco).

3.3. Tejidos conectivos especializados. Los tejidos de tipo denso pueden alcanzar un alto grado de especialización. Los tejidos así formados y sus células reciben nombres especiales, siendo los más importantes:

Adiposo o graso. Es el tejido especializado en la acumulación de grasas para reserva energética del organismo. Sus células, los adipocitos, contienen una “enorme” gota de grasa (Fig. 12). Otras funciones del tejido incluyen la protección mecánica de órganos y el aislamiento térmico (conservar calor).

Figura 13. Ubicación y estructura del tejido óseo. A: Localización de los tejidos en un hueso humano. B: Micrografía de la red porosa, hueso esponjoso. C: Micrografía del hueso compacto. D: acercamiento al hueso compacto mostrando los osteones.

Cartilaginoso. Es una variedad especial del tejido conectivo que no alcanza la dureza del óseo. El cartílago está formado por células llamadas condrocitos, fibras colágenas y elásticas, más la matriz extracelular (Fig. 14).

Figura 12. Micrografía electrónica del tejido adiposo. Los adipocitos (naranja) se distribuyen entre las fibras (gris).

Óseo. Es un tejido muy denso que constituye los huesos. Las células que lo conforman, llamadas osteocitos, son las “constructoras de hueso”. Ellas secretan una sustancia que se endurece (o calcifica), dándole la estructura sólida a los huesos (Fig. 13).

Figura 14. Cartílago. A: Corte al microscopio óptico. El recuadro muestra los condrocitos. B: Acercamiento al condrocito.

A partir de los osteocitos se forman dos tipos de hueso: esponjoso y compacto, ambos contiguos. En

La sangre. Es el único tejido fluido en los animales. Se considera una especialización de tejido conectivo

debido al su origen común (se forma en los huesos). Las células que lo conforman, llamadas eritrocitos o glóbulos rojos (Fig. 15), se encuentran inmersas en una matriz coloidal denominada plasma sanguíneo.

Figura 16. Esquema de las células nerviosas. Las neuroglias (amarillo), sostienen y aíslan a las neuronas (azules). Las células epiteliales (rosa) brindan protección.

Figura 15. Sangre humana formada por glóbulos rojos (en rojo), glóbulos blancos (amarillo) y plaquetas (rosa).

3.4. Funciones de los tejidos conectivos Dadas su diversidad y abundancia, los tejidos conectivos poseen múltiples funciones como:

Las células que se encuentran en el tejido nervioso son muy especializadas, distinguiéndose en dos categorías básicas:

 Sostén y relleno. Soporta y rellena los espacios entre las células del epitelio y músculos.  Protección de órganos. Envuelven a los órganos y forman los huesos.  Almacenamiento. Por ejemplo el tejido adiposo.  Defensa: Los tejidos conectivos contienen células de defensa.  Reparación. El tejido conectivo reconstruye zonas dañadas.  Transporte de sustancias.  Conexión y nutrición. Forman una interfaz entre distintos tejidos y les proveen de nutrientes.

4.1. Células de la neuroglia Son células variadas que integran el “cuerpo” de las estructuras nerviosas y tienen diversas funciones; entre ellas, brindar sostén, nutrición, defensa y aislamiento a las neuronas (Fig. 17). 4.2. Neuronas Son células grandes, cuyo cuerpo (soma) puede alcanzar un diámetro de hasta 0.1 mm Están altamente especializadas en la percepción y conducción rápida de estímulos, al punto que es prácticamente la única función que realizan. Una neurona consta de las siguientes partes (Fig. 17):

4. TEJIDO NERVIOSO Se compone de células nerviosas o neuronas y por células de la glía (Fig. 16). Aún sin formar tejidos, las neuronas se encuentran presentes en todos los eumetazoos y su función principal es la percepción y coordinación corporal.

 Cuerpo celular. Es el protoplasma de la célula que contiene distintivas prolongaciones.  Prolongaciones del cuerpo. Son de distintos tipos:  Dendritas. Pequeños filamentos que permiten el contacto entre neuronas, a estos contactos se les denomina sinapsis.  Axones. Son largas prolongaciones parecidas a “colas” que sirven como transmisores de los impulsos o “mensajes” nerviosos y pueden conectar a las neuronas con distintos órganos para transmitirles su “mensaje”.

En los vertebrados, el tejido nervioso es el principal componente del Sistema Nervioso (SN), una red de conexiones especializada en la conducción de impulsos bioeléctricos, formada por el cerebro, la espina dorsal y los nervios.

músculos. Estos tienen como función principal, el movimiento corporal. Dependiendo de cómo se dispongan las fibras y si del movimiento “voluntario” o “involuntario”, el músculo se clasifica en: 5.1. Músculo estriado esquelético Típicamente son de color rojo y presentan bandas (estrías) transversales visibles sólo al microscopio (Fig. 18). Su nombre se debe a que en la mayoría de ocasiones se encuentra en contacto directo o indirecto con el esqueleto, de manera que pueden mover todo el cuerpo.

Figura 17. Esquema de una neurona mostrando sus partes.

Los movimientos del músculo esquelético son voluntarios, así que los organismos deciden “cuando y cómo usarlos”.

4.3. Los impulsos nerviosos Son señales eléctricas que se generan y transmiten a través de las neuronas y por todo el cuerpo. Constituyen mensajes para el funcionamiento del organismo. Cuando una neurona receptora capta un estímulo, por ejemplo olor a comida, ésta manda una señal al cerebro que le indica “hay comida”. Entonces las neuronas del cerebro “analizan” en conjunto la señal y, luego de unas décimas de segundo, emiten una respuesta; por ejemplo, “debemos de comer”. El nuevo mensaje es “codificado” en otro impulso eléctrico y transmitido por las neuronas que conectan con el sistema digestivo, una vez ahí la neurona transmite la señal al estómago y comienza una “sensación” de hambre.

Figura 18. Micrografía del músculo esquelético. Las estrías se deben al patrón donde se enlazan las proteínas.

Los músculos son fuertes debido a que las células que conforman las fibras, presentan dentro de su citoplasma varios haces de proteínas llamados miofibrillas (Fig. 19); también por esta razón, las carnes (hechas de músculo) son muy nutritivas.

Las neuronas del cerebro tienen además la capacidad de almacenar información, así que recuerdan eventos tan diversos como la última vez que comió algo, o el significado de las frases escritas en estas líneas. 5. TEJIDO MUSCULAR Es el tejido fundamental formado por unas células alargadas y de alto contenido proteico, que están altamente especializadas en la contracción y en la conducción de estímulos. Estas son llamadas miocitos.

Figura 19. El músculo está formado por fascículos que son grupos de fibras. Cada fibra está hecha por células que contienen miofibrillas. La contracción se produce en una parte de la miofibrilla: el sarcómero.

Los miocitos típicamente se disponen en estructuras denominadas fibras, las cuales conforman los

5.2. Músculo estriado cardíaco Como su nombre lo indica está presente en el corazón. Difiere del músculo esquelético en que las células se agrupan en forma de red (Fig. 20A), también algunas se parten en dos.

cuello y columna; muscular en la carne. ¿Cuáles tejidos especializados encontraron? Óseo, cartilaginoso, adiposo, sanguíneo, etc. ¿qué características usaron para identificar? Otra serie de interrogantes puede surgir de la actividad, para ello es importante leer el material recomendado.

Entre las diferencias funcionales, el músculo cardíaco es completamente independiente de otros músculos y su funcionamiento es involuntario.

RESUMEN ORGANISMO ANIMAL

5.3. Músculo liso Es también llamado visceral, debido a que se encuentra en los órganos internos. Las fibras son más simples, menos fuertes, no presentan estrías (Fig. 20B) y su movimiento es involuntario.

Formado por

Tejidos fundamentales Epitelial

Conectivos Nervioso

Muscular

Constituyen

Órganos y sistemas

Realizan

Funciones vitales

Si desea enriquecer más su conocimiento, consulte: 1. Ferreyra, E. y M. Blanco (2005). Tejido conectivo. Extraído en septiembre de 2011, de http:// goo.gl/YEO6O 2. Fisiología muscular, componentes del músculo (2007). Extraído en septiembre de 2011, de http://goo.gl/ jIXnS 3. Gómez, C. (2008). El tejido epitelial. Extraído en septiembre de 2011, de http://goo.gl/FZtYF 4. Moreno, M.; J. Martínez (s.f.). El tejido adiposo: Órgano de almacenamiento y órgano secretor. Universidad de Navarra. Extraído en septiembre de 2011, de http://goo.gl/eHk7s 5. Newworldencyclopedia.org (2011). Tissue. Extraído en septiembre de 2011, de http://goo.gl/TIfy0 6. Tejido óseo 1. (s.f.) Universidad Nacional de Lomas de Zamora UNLZ. Extraído en septiembre de 2011, de http://goo.gl/3EJVc 7. Urroz, C. (1991). Elementos de anatomía y fisiología Animal. San José, Costa Rica: UNED. Extraído en septiembre de 2011, de http://goo.gl/ouufL 8. Webvision. (s.f.). Tema 28: Histología animal. Extraído en septiembre de 2011, de http://goo.gl/t48Kn

Figura 20. A: Corte de músculo cardíaco humano. B: Corte de músculo liso. Nótese como las fibras cardíacas se parten. ACTIVIDAD 1. Identificación macroscópica de tejidos Esta actividad sirve para practicar conocimientos de anatomía y puede ser demostrativa o en grupos de hasta cinco integrantes. Materiales: 1 Lb de pollo (crudo), cuchillo o navaja y pinza. Procedimiento Distribuya el material animal con sus estudiantes y pídales que identifiquen los cuatro tejidos fundamentales presentes en la muestra. Deberán argumentar sus hallazgos, por lo que será necesario cortar ciertas estructuras. Indique que anoten sus observaciones y las comparen con lo visto en clase. Al finalizar interrogue: ¿Cuántos tejidos fundamentales encontraron? Deben ser al menos 3. ¿Dónde están? Epitelio en el pellejo; conectivo, debajo de este; nervioso, dentro del

ACTIVIDAD EVALUADORA  Tejidos Animales  Nombre: _______________________________________________________ Grado: _________ Fecha: _______________ 1.

Las siguientes células pertenecen a cada uno de los cuatro tejidos fundamentales. Identifíquelo.

a) _______________ b) ______________ 2. a)

c)_______________

d) _______________

En cuál de los tejidos especializados pertenecen las siguientes células: Miocito: _____________________________

b) Eritrocito: ___________________________ c)

Adipocito: ___________________________

d) Condrocito: __________________________ 3.

Coloque la letra correspondiente a cada función tisular, con los tejidos que la realizan (PUEDEN REPETIRSE). a) Protección f) Secreción b) Nutrición g) Recepción sensitiva c) Transporte h) Almacenamiento de sustancias d) Comunicación i) Soporte estructural e) Transmisión de impulsos j) Movimiento Epitelio: ___________________

Conectivo: ___________________

Muscular: __________________

Nervioso: ___________________

Escriba (F) si el enunciado es “falso” y (V), si el enunciado es “verdadero” a) Los músculos lisos son voluntarios ____________ b) Las neuronas tienen la capacidad de almacenar datos ____________ c) Las neuroglias forman parte del tejido conectivo ____________ d) Los axones son prolongaciones celulares ____________ e) Los músculos se disponen en fibras ____________ f) El músculo estriado esquelético es voluntario ____________ g) Las neuroglias transmiten impulsos nerviosos ____________

Lección 10. INTRODUCCIÓN

A LA ECOLOGÍA

CONTENIDOS 1. Introducción a la Ecología. 2. Conceptos básicos de Ecología. 3. Relaciones

interespecíficas en los

organismos vivos. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Comprender qué es la ecología. 2. Identificar los principales conceptos de ecología. 3. Entender la importancia de las especies en los ecosistemas. HABILIDADES Y DESTREZAS CIENTÍFICAS 1. Comprende los principales conceptos

sobre ecología. 2. Identifica y nomina cadenas alimenticias. 3. Aplica conceptos científicos a los fenómenos de su entorno. Figura 1. Imagen conceptual sobre la intrínseca relación que hay entre la materia inerte y la viva, es por eso que una gota de agua contiene una planta en su interior

DESCRIPCIÓN En esta lección se introducen los términos y conceptos básicos de la ecología. Se abarcan los factores que están involucrados en la ecología que a su vez, son su objeto de estudio. Se presentan las relaciones donde interactúan los organismos y se plantea lo necesario que es conocer las bases de la ecología para la mejor comprensión de problemas ambientales actuales.

1. INTRODUCCIÓN A LA ECOLOGÍA

también existe un flujo de materia y energía que lo determinan los factores abióticos (Fig. 2).

Todos los seres vivos poseen una forma de vivir particular que depende de su fisiología y de los factores del ambiente que habitan; los factores físico químicos y biológicos se combinan para formar una gran variedad de ambientes en distintos lugares del mundo. La vida de un ser vivo está ajustada a estas condiciones bióticas y abióticas, es decir, a la relación con otros organismos y de toda la demás materia que integra a un ecosistema dado. Los seres vivos han desarrollado muchas adaptaciones a través del tiempo para poder sobrevivir en ambientes donde lo único constante es el cambio. Estas adaptaciones los han llevado a evolucionar continuamente para adaptarse a tales condiciones variables.

Figura 2. Escena de una selva en Centro América. Para este ecosistema, existen factores bióticos que determinan la clase de organismos que viven en la zona y limitan su población y distribución.

La ecología describe la distribución de las grandes aglomeraciones de organismos de una misma especie y las grandes masas que contienen diversos grupos de organismos de variadas especies que interactúan.

Cada especie animal o vegetal conocidas, presentan adaptaciones al viento, la temperatura, la humedad, al Sol, la salinidad y otros factores conocidos como abióticos; así como adaptaciones para poder mantener interrelaciones con los demás organismos de su lugar.

Describe su densidad y como se ve afectada por las grandes regiones donde dominan ciertos factores abióticos principalmente climáticos, que marcan extensiones bastas del planeta (Fig. 3).

Estudiando el hogar El término Ecología proviene de dos raíces griegas. La primera es Oikos que significa “hogar” o “casa”. La segunda raíz es Logos que significa “tratado” o “estudio”. Por tanto, etimológicamente, el significado para ecología es “el estudio de los hogares”. Esta palabra fue descrita por primera vez en 1869 por el biólogo alemán Ernst Haeckel, quien lo definió como el estudio de los seres vivos y su entorno. Más tarde se amplió y se incluyó el estudio de las características del ambiente y el flujo de materia y energía que se da en el.

La ecología, es una rama de la Biología, que estudia a los organismos en su propio hábitat y las relaciones que mantienen los seres vivos (factores bióticos) con su entorno (factores abióticos).

Figura 3. Un bosque salado o manglar en la Bahía de Jiquilisco. En esta región del país domina el clima cálido y el agua salada del mar que se mezcla con el agua de ríos.

Los factores abióticos son los que determinan realmente el tipo de ecosistema que se forma en determinadas regiones. La luz, el agua, la temperatura, la salinidad, los niveles de oxígeno disuelto, son algunos de los factores con los cuales los seres vivos deben adaptarse. No olvidando que

2. CONCEPTOS BÁSICOS DE ECOLOGÍA

Para comprender la ecología es necesario conocer y detallar algunos de sus componentes más importantes, que a su vez, son los objetos de estudio de esta ciencia, así se logrará una mejor visión de

todo lo que se ha mencionado hasta este punto. Entre estos componentes se pueden distinguir los siguientes:

plantas, hongos, etc. que viven en cierto rio o lago, montaña o chaparral o quizás puedan encontrarse en una zona verde o parque.

Especie: conjunto de individuos con características genéticas comunes, capaces de reproducirse en condiciones naturales, originando una descendencia fértil, es decir, que sus crías o hijos también tengan la facultad de reproducirse (Fig. 4).

Figura 6. Panorámica del lago de Coatepeque. Las diversas poblaciones que viven y se desarrollan en esta masa de agua, conforman diversas comunidades que interactúan en esta zona específica. Figura 4. Ejemplares de Aratinga canicularis, conocidos como “chocoyos”. La herencia genética es transmitida a las siguientes generaciones mediante la reproducción sexual.

Ecosistema: son los conjuntos de comunidades de especies que se interrelacionan con los factores bióticos y abióticos.

Población: Conjunto de individuos de una misma especie que habita en un lugar y tiempo específicos simultáneamente. Por ejemplo, la población de sapos que vive cerca de algún charco o un conjunto de aves de la misma especie que vive cerca de alguna casa o parque (Fig. 5).

Los ecosistemas pueden variar en tamaño. Desde un charco hasta los océanos, son ecosistemas. Además, pueden ser naturales y artificiales, estos últimos son por ejemplo, los embalses producidos por represas hidroeléctricas, cafetales. No existen fronteras entre ellos, ya que no están aislados unos de otros (Fig. 7).

Figura 5. Un grupo de “garrobos” (Ctenosauria similis) tomando el sol sobre las rocas. Este grupo de individuos de la misma especie forma una población.

Figura 7. Arrecife de coral en playa Los Cóbanos. Los arrecifes marinos son ecosistemas muy importantes ya que en ellos hay gran diversidad de comunidades de la cuales muchas son útiles al ser humano.

Comunidad: Reúne a distintas poblaciones que viven en un lugar y tiempo determinado; por ello, son diferentes especies dentro de un mismo sitio, siendo inevitable la interacción entre las distintas comunidades que habitan la misma región (Fig. 6). Por ejemplo, la comunidad de aves, mamíferos,

La Biosfera: son todos los ecosistemas del planeta juntos, la sumatoria de las interacciones de todos alrededor del planeta conforman este nivel que es el máximo en la jerarquía ecológica (Fig. 8).

llamados autótrofos porque producen su propio alimento para consumirlo (Fig. 10).

Figura 8. El globo terráqueo mostrando las diversas regiones ecológicas. Todo el planeta en sí, conforma la biosfera, que es la zona donde se desarrolla la vida.

Nicho ecológico El nicho tiene que ver con el papel o rol que desempeña un organismo con relación al lugar espacial que ocupa en el ecosistema, donde comparte dicho espacio con otras especies que interactúan con este organismo.

Figura 10. Micrografía electrónica de una Diatomea, un alga unicelular. Este tipo de organismo autótrofo se encuentra en las costas de El Salvador. ACTIVIDAD 1. Identificación de organismos en cadenas alimenticias y sus Funciones Procedimiento: Forme grupos de tres estudiantes y asígneles traer recortes, fotografías o dibujos de varios organismos. Ya sea el periódico, revista o cualquier otro tipo de medio impreso. Materiales: Recortes de organismos vivos. Pliegos de cartulina o papel bond Marcadores Regla Libreta de notas Deberán crear cadenas o redes alimenticias, especificando la función que están desempeñando (consumidor, productor o descomponedor) en un pliego de papel bond o puede ser la mitad. Trazar las líneas de las cadenas alimenticias con los marcadores y etiquetar cada ser vivo según su categoría. Al finalizar este paso, intercambiarán sus trabajos con otros equipos e identificarán la función que representan las otras redes o cadenas alimenticias que se armen. Para finalizar puede indagar con ellos preguntando: ¿Cuál de las cadenas se podría decir que se da en nuestra localidad? ¿Qué importancia tienen las cadenas alimenticias? ¿Cómo impacta la actividad humana a estas cadenas?

Cadena alimenticia o trófica: Es la sucesión alimentaria estratificada en niveles, que ocurre entre organismos llamados productores, consumidores y descomponedores o detritívoros que habitan un ecosistema. La representación gráfica de una cadena alimentaria se realiza con flechas que indican que animal se come al otro (Fig. 9).

Generalmente son aquellos que tienen la capacidad de realizar la fotosíntesis, sin embargo no son los únicos productores en el planeta, ya que existen también organismos autótrofos que no necesitan la energía lumínica para fabricar su alimento, estos se llaman quimiosintéticos ya que lo producen a partir de elementos inorgánicos como sulfuros, metales y otras sustancias que podrían ser toxicas para otros organismos.

Figura 9. Esquema de una representación de cadena alimenticia o trófica. Los organismos que son carnívoros son los que poseen ventaja sobre los demás consumidores y productores.

Productores: Constituyen el primer nivel trófico de una cadena o red alimenticia; estos organismos son

Los ecosistemas terrestres están representados en general por plantas y bacterias pardas y en los ecosistemas acuáticos, las algas y cianobacterias. Los productores constituyen el 99% de toda la materia orgánica del mundo vivo.

tenemos a las bacterias, los hongos, muchas clases de insectos y gusanos (Fig. 13).

Consumidores: Figuran el segundo nivel trófico y son los organismos heterótrofos debido a que se alimentan de otros organismos, ya sea productores, otros consumidores, también de descomponedores. Los consumidores pueden ser omnívoros, herbívoros, carnívoros, siendo estos últimos los que muchas veces dominan las cadenas tróficas. En esta categoría se encuentra el ser humano (Fig. 11).

Figura 13. Hongos de la especie Agaricus bisporus conocidos como “champiñones” son organismos descomponedores, alimentándose de detritus. Además de ser consumidos por los

De acuerdo con su dieta alimenticia los consumidores se les ordenan muchas ocasiones como herbívoros y carnívoros u omnívoros. Los primarios son los que comen hierbas, los secundarios son los que comen a los herbívoros.

humanos.

3. RELACIONES INTERESPECÍFICAS EN LOS ORGANISMOS VIVOS Las interacciones de los seres en los ecosistemas pueden darse de diversas maneras, teniendo en cuenta que todo organismo funciona bajo la lógica de la máxima economía. Entre estas interacciones simbióticas tenemos: Mutualista: Cuando dos o más organismos se benefician de su relación mutuamente. Por ejemplo, la mayoría de las flores polinizadas ofrecen néctar, polen o ambos, como recompensa a sus visitantes. Los polinizadores por excelencia son los insectos aunque puede haber mamíferos y aves que polinizan (Fig. 14).

Figura 11. Ejemplares de vaca (Bos primigenius Taurus); estos son organismos son ejemplos de consumidores conocidos como herbívoros. Otros consumidores, se alimentan de estos, produciendo un flujo de materia y energía en el ecosistema.

Descomponedores o Detritívoros: Representan a los organismos que se encargan de transformar la materia muerta y de su descomposición en nutrientes que vuelven al suelo. Se les llama detritívoros porque consumen el detritus o la materia orgánica en proceso de descomposición. Poseen adaptaciones fisiológicas para asimilar esta materia orgánica que otros organismos no consumen por su alto nivel de toxicidad o contaminación. Ejemplos de estos

Figura 14. Un colibrí volando sobre las flores de una Ixora. Estas aves juegan un papel importante en la reproducción de muchas especies de plantas con flor.

Parasitismo: Cuando un organismo se beneficia de la relación obteniendo su alimento directamente de otro organismo causándole algún daño a este. Por ejemplo, las plantas parásitas que matan a otras plantas, las pulgas y los piojos (Fig. 15).

superficie del tronco. No causan ningún daño a la planta ni se alimentan de esta. Las orquídeas se nutren del agua lluvia y la luz solar (Fig. 16).

Figura 16. Una orquídea del género Cattleya sp. Es comensal con una palmera. Se observa como las raíces de la planta se fijan a la superficie del tronco.

Figura 15. Una garrapata del género Ixodes sp. Sobre la piel de un humano. Este organismo es un parásito de mamíferos y aves especialmente. Son los ácaros de mayor tamaño que existen.

El abordaje de temas como el cambio climático, calentamiento global, los problemas ambientales de El Salvador, debe realizarse de una manera profunda y crítica. Este enfoque debe estar alimentado con conocimientos previos de ecología. Por tal motivo, el conocer los componentes claves de esta ciencia, servirá como herramienta de trabajo al momento del análisis sobre la problemática ecológica mundial y local.

ACTIVIDAD 2 Identificación de Ecosistemas Procedimiento: Salir durante un momento del salón de clases y realizar un recorrido por el patio o la zona verde, tal como un jardín o un lugar abierto que se tenga a los alrededores. Incluso revisar las macetas, debajo de las piedras. Buscar un espacio natural que les llame la atención, que tenga varios factores bióticos y abióticos como: piedras, zacate, plantas y dibujarlos en el cuaderno Manteniendo los grupos formados para la Actividad 1, exponer acerca de la importancia de todos los elementos dentro de los ecosistemas que observaron u otro que conozcan (ya sea biótico o abiótico) ¿cuántos ecosistemas pudieron identificar? El maestro deberá guiarlos, explicando claramente el concepto de ecosistema. Indague con los grupos preguntando ¿de qué tamaño debe ser un ecosistema? ¿una gota de agua de mar, puede considerarse un ecosistema? ¿existe relación entre los ecosistemas que lograron identificar en la escuela? ¿Qué tipo de relaciones logran identificar? Pídales que observen en sus casas que tipos de organismos hay y que interacciones pueden observar entre estos. En clase se puede debatir sobre los tipos de interacciones que hay en las casas. De ejemplos como las arañas, los mosquitos, los gekos trepadores, etc.

Ciencia amplia A través del tiempo la ecología como ciencia ha cambiado mucho. En sus principios era básicamente contemplativa. En la actualidad requiere de muchos conocimientos de biología para poder generar hipótesis, manejar variables cuantitativas e interpretar los resultados

Conocer las causas que modifican los factores abióticos y como estos cambios alteran e impactan profundo en los factores bióticos, es la base sobre la que se debe de abordar temas más profundos de índole ecológicos. Por tal motivo, el dominio de los conceptos y términos básicos debe ser imprescindible para un análisis objetivo y

Comensalismo: Sucede cuando uno de los organismos se beneficia de la relación, mientras la otra no sufre ningún daño ni beneficio. Por ejemplo, el caso de algunas orquídeas que se hospedan en las ramas de los árboles anclando sus raíces en la

directo existen consecuencias para uno o ambos organismos.

comprender que, las problemáticas ambientales, básicamente se fundamentan en el alcance económico del ser humano.

Bioma. Es cualquier región del planeta o ecosistema que posee características físicas y climáticas propias, así también cuenta con vegetación predominante.

ACTIVIDAD INTEGRADORA…impacto ambiental. Procedimiento: Orientar al estudiantado para integrar grupos de cuatro integrantes e indicarles que seleccionen un ambiente o ecosistema acuático, en caso de vivir en una zona costera o ambiente terrestre que esté cerca de su vivienda.

Niveles Tróficos. La organización de los individuos o seres vivos, de acuerdo al tipo de alimentación o el tipo de nutrición que poseen en un ecosistema.

Posteriormente, en compañía de algún familiar deberán entrevistar a dos o tres personas mayores que vivan cerca de algún río, cuerpo de agua o terreno donde haya existido o exista vegetación. Formule preguntas como por ejemplo: ¿Qué cambios ha notado a través de los años en el lugar del cual estamos hablando? ¿desde cuándo recuerda que los animales o plantas han venido desapareciendo? ¿Qué seres vivos tenían más presencia en la zona? ¿la pérdida de estos organismos, siente que ha impactado de alguna forma a esta zona? ¿Qué se podría hacer, según usted, para recuperar la zona y sus organismos?

Si desea enriquecer más su conocimiento, consulte: 1. Ecologistas en acción (2006) Biodiversidad: ¿qué es, donde se halla y por qué es importante? Recuperado en diciembre de 2010 desde: http://goo.gl/aOBlG 2. Monografías.com (1996) La Ecología. Atlas de la Ecología. España: Editorial Cultural S.A. de C.V. Recuperado en diciembre de 2010 desde: http://goo.gl/s9CJj

Por ejemplo, podrían mencionar que antes habitaba algún tipo de culebra, como la “masacuata”, y que ahora ya no se observa, pero que han notado un aumento en la población de ratas. Relacionar la información recaudada con importancia de no alterar las cadenas alimenticias, ya que estas permiten que exista un equilibrio en los ecosistemas.

3. Nahle, N. (1999) Definición de Ecología. Recuperado en diciembre de 2010 desde: http://goo.gl/FTyz1 4. Villee, C. (1995) Biología. México: McGraw -Hill Interamericana. 5. Wikipedia (2010) Interacción biológica. Fundación Wikimedia Inc®. Wikipedia: La enciclopedia libre. Recuperado en diciembre de 2010 desde: http://goo.gl/jpDp4

GLOSARIO. Hábitat. Es el espacio que reúne los factores abióticos y bióticos necesarios y críticos para que una especie o comunidad pueda crecer, reproducirse y desarrollarse en él.

6. Wikipedia [2010] Cadena trófica. Fundación Wikimedia Inc®. Wikipedia: La enciclopedia libre. Recuperado en diciembre de 2010 desde: http://goo.gl/lkdMK

Simbiosis. Relación muy estrecha e intima que se da en individuos de diferente especie, que al estar en contacto

ACTIVIDAD EVALUADORA INTRODUCCIÓN A LA ECOLOGÍA

Nombre: ____________________________________________________ Fecha:______________ 1. Traslada al paréntesis de la derecha al número que corresponde: 1. Conjunto de individuos de la misma especie.

( )

Comunidad 2. Relación o secuencia alimentaria. ( ) Ecosistema 3. Unidad de estudio de la ecología. ( ) Productores 4. Organismos que transforman la materia muerta en nutrientes. ( ) Parasitismo 5. Estudia a los organismos en su propio hábitat, y las relaciones que mantienen. ( ) Población 6. Un organismo se beneficia de la relación y el otro se ve afectado. ( ) Consumidores 7. Organismos que se alimentan de otros organismos. ( ) Especie 8. Organismos encargados de introducir energía al ecosistema. ( ) Ecología 9. Reúne a diferentes poblaciones en un lugar y tiempo determinado. ( ) Descomponedores 10. Conjunto de individuos capaces de reproducirse naturalmente. ( ) Cadena alimenticia 2. Dibuja una cadena o red alimentaria con al menos cuatro organismos. Nombra a cada organismo y

menciona la función que representa en el ecosistema, por ejemplo, si es consumidor, productor o descomponedor:

Lección 11. CAMBIO CLIMÁTICO

CONTENIDOS 1. Clima y tiempo atmosférico. 2. Efecto invernadero. 3. Cambio climático global. 4. Efectos del cambio climático. 5. ¿Qué se puede hacer?

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Analizar las variables que intervienen en el clima y sus repercusiones. 2. Aclarar los conceptos relacionados al cambio climático. 3. Explicar los procesos naturales, sociales y económicos que repercuten en el cambio climático. 4. Analizar las causas y efectos del cambio climático. 5. Brindar medidas para combatir el cambio climático.

HABILIDADES Y DESTREZAS CIENTÍFICAS 1. Manejo de conceptos básicos de las ciencias naturales. 2. Explicación multidisciplinaria de fenómenos complejos. 3. Análisis integrado de procesos naturales y socioeconómicos.

Figura 1.Representación del huracán Mitch que azotó el territorio nacional en el año de 1998.

DESCRIPCIÓN Se introducen los elementos del clima, su concepto y cómo se relaciona con los seres vivos. Se explican las variables que inciden en los distintos climas del planeta, haciendo énfasis en la regulación de la temperatura por el efecto invernadero. Se analiza cómo la acción humana influencia el efecto invernadero para generar calentamiento global que deriva luego en cambio climático. De este último se exploran sus impactos y se proponen recomendaciones sencillas para paliarlos.

a vida en la Tierra se desarrolla únicamente sobre la superficie del planeta, en ella, los seres vivos ocupan los dos medios dominantes: el acuático y el terrestre. En términos de las condiciones ambientales, podría decirse que las propiedades del agua hacen al medio acuático muy estable; mientras que el medio terrestre, presenta grandes variaciones que vienen dadas por la naturaleza voluble de la atmósfera.

simplemente que todas estas condiciones y eventos se desarrollan en la atmósfera; es decir, con “clima” nunca se refiere a lo que ocurre en el agua o suelo, sino en el aire.

Pero sistemas de apariencia tan distinta como la hidrósfera (el agua) y la atmósfera (el aire), así como la litósfera (la tierra), se encuentran íntimamente ligados, funcionando como un todo, a la vez fluctuante y armónico. La más notable de estas interacciones es quizá el clima, aquel que delimita la distribución de los seres vivos.

El tiempo atmosférico se define como el estado de la atmósfera en un lugar y momento determinado, incluyendo variables diversas como la precipitación (lluvias), nubosidad, temperatura, humedad, viento, presión barométrica, entre otras.

A pesar que la diferencia de medio es apreciable, en realidad, las condiciones actuales o presentes de la atmósfera (como las del día) no constituyen el clima en sí. Esto se conoce como tiempo atmosférico.

El clima es en realidad la condición promedio del tiempo atmosférico en una región específica, durante un largo período de tiempo (por lo general es de treinta años).

Si bien existe una gran variedad de climas en las distintas regiones del planeta, en general todos presentan condiciones apropiadas de estabilidad como para albergar vida, la cual, se ha adaptado durante millones de años a todas sus variantes. Sin embargo, las interacciones entre sistemas naturales no estarían completas sin un factor igualmente influyente: la acción humana. Así como los ecosistemas no están limitados por fronteras políticas, en la actualidad el efecto transformador de las sociedades humanas se extienden por todo el globo. Los modernos sistemas de producción y el modelo económico imperante, permiten la utilización de todos los recursos del planeta. La enorme capacidad modificadora que esto representa conlleva riesgos y responsabilidades importantes como la ahora llamada internacionalización de los problemas ambientales. Este fenómeno tiene su principal representante en el cambio climático.

Figura 2. Tormenta eléctrica sobre San Salvador. Este evento es parte del tiempo atmosférico, el clima sería la frecuencia promedio con que ocurren este tipo de eventos

Variables del clima No se puede hablar de un clima global sino que, como puede notarse al viajar de un sitio a otro, distintas regiones poseen climas particulares, así llamados climas locales o zonales. Ahora bien, si absolutamente todos los climas surgen del comportamiento y composición de las masas de aire, entonces ¿porqué hay distintos climas? Bueno, esto se debe a que el comportamiento del aire se ve influenciado por diversos factores que no son exclusivos de la atmósfera, pero que repercuten en ella.

CLIMA Y TIEMPO ATMOSFÉRICO Usualmente en el lenguaje cotidiano se habla del clima como un “estado en que se encuentra el día”, es decir si hace calor o frío, si está nublado, o soleado, si llueve, etc. Pero ¿qué tienen en común toda esa variedad de situaciones? Bueno,

Para el clima, la variable más influyente de todas es la temperatura, cuya fuente depende en gran medida de la energía que representa la radiación solar. La forma de cómo el sol calienta el aire a escala global se analizará más adelante, pero en la escala de los climas zonales, la temperatura difiere por la presencia de ciertos elementos propios de cada región, tales como la altitud, latitud, la presencia de cuerpos de agua, zonas montañosas, etc. (Fig. 3).

vientos, etc. Estos a su vez se combinan para producir fenómenos ya conocidos como la precipitación, sequías, formaciones nubosas y todo otro tipo de eventos propio de la atmósfera. Por esta razón, los climas suelen clasificarse de acuerdo a tales parámetros; siendo los más importantes, la temperatura y las precipitaciones, así como la vegetación. EFECTO INVERNADERO Se ha mencionado antes que el clima terrestre es “apto” para la vida en prácticamente todos los rincones del planeta, pero ¿por qué esto es así? La “hospitalidad” del clima terrestre se debe a que la dinámica de la atmósfera y las masas oceánicas distribuyen en forma de calor el incremento de temperatura superficial producida por la incidencia de radiación solar sobre la superficie terrestre, tal y como se muestra en la Figura 4.

Figura 3. Mapa de la temperatura en la superficie del agua. Nótese cómo concuerda con los climas cálidos del trópico y de ciertas zonas desérticas.

En primer lugar, cuando la radiación solar llega al planeta, una parte es reflejada hacia el espacio por la atmósfera y las superficies claras del planeta, a esto se le llama albedo. Entre mayor cantidad se refleje, menos se calentará la atmósfera.

La interacción de los elementos anteriores varía los parámetros atmosféricos, o sea aquellos elementos que la describen, tales como la humedad, presión,

Figura 4. Curso de la radiación solar y efecto invernadero.

No obstante, la gran mayoría de radiación atraviesa la atmósfera para ser absorbida por los océanos, bosques y todas las superficies oscuras, donde se convierte en energía calórica, que en realidad es otro tipo de radiación no visible llamada infrarrojo.

presentes en ella (Fig. 6). Asimismo, las fluctuaciones naturales de los gases son procesos muy lentos que permiten mantener la temperatura atmosférica promedio casi invariable incluso durante miles de años. El aumento eventual de esta temperatura promedio es llamado calentamiento global y su proceso contrario es el enfriamiento global. Ambos fenómenos han ocurrido naturalmente en repetidas ocasiones durante la historia del planeta, trayendo consigo cambios climáticos y de la estacionalidad global; no obstante, la lentitud del proceso posibilita la adaptación de las especies.

Gran parte de la energía calórica absorbida es distribuida a través de las corrientes oceánicas hacia los lugares más fríos, hasta que eventualmente es liberada a la atmósfera y así regresar al espacio exterior. Pero parte de la radiación es retenida en la atmósfera y a esto se le llama efecto Invernadero. Efecto invernadero. El efecto invernadero es un fenómeno natural que se debe a la composición química de la atmósfera y ocurre en todos los planetas que la poseen. De hecho, la vida en la tierra es posible gracias al efecto invernadero que suaviza los cambios de temperatura en la superficie del planeta.

Separación de gases

En la atmósfera terrestre, el aire contiene gases como el vapor de agua (H2O), dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) y óxido nitroso (N2O), también conocidos como gases de efecto invernadero (Fig. 5). Las moléculas de estos gases son especiales porque absorben la energía contenida en los fotones que componen a la radiación infrarroja, lo que incrementa su velocidad de rotación y vibración. La energía adquirida se transfiere a otras moléculas cuando estas colisionan entre sí, incrementando la temperatura del aire.

Figura 6. Vista del lago de Coatepeque desde el volcán Ilamatepec. Nótese cómo los gases atmosféricos forman una capa que filtra la luz y retiene el calor.

CAMBIO CLIMÁTICO GLOBAL El cambio climático es una variación significativa y duradera en la distribución de los patrones del tiempo atmosférico, pudiendo incluir cambios en las condiciones de este y en la intensidad de los fenómenos atmosféricos. En la escala de tiempo humano, la ocurrencia de cambios climáticos es tan inusual que puede expresarse en millones de años. Causas de los cambios climáticos Las causas de un cambio climático pueden ser muy variables y en su mayoría obedecen a eventos naturales extremos o de ocurrencia prolongada, tales como un cambio en el eje de inclinación de la tierra (Fig. 6); fuerte actividad volcánica; el impacto de un meteorito; el surgimiento o movimiento de diversas formaciones geológicas como continentes, archipiélagos o cadenas montañosas elevadas.

Figura 5. Gases de efecto invernadero.

No obstante, desde mediados del s. XX diversos estudios han documentado un “acelerado” proceso de cambio climático, que no concuerda con los

La retención de calor atmosférica es proporcional a la cantidad de gases de efecto invernadero

eventos antes mencionados, sino que es generado aparentemente por la intensificación antrópica del efecto invernadero, y el subsecuente aumento de temperatura global.

El calentamiento global se acrecienta conforme las emanaciones de CO2, procedentes en mayor medida de los países industrializados, continúan acumulándose en la atmósfera. Al mismo tiempo, la superficie boscosa capaz de fijarla, desaparece a un ritmo alarmante en los considerados países en vías de desarrollo. A medida incrementa la temperatura, las implicaciones climáticas son cada vez más severas.

Es de hacer notar que tanto el CO2 como el CH4 y el vapor de agua son moléculas de presencia habitual, natural y necesaria en la atmósfera. En condiciones normales, los distintos componentes del ecosistema, como los bosques y las masas de agua, se encargan de regular sus concentraciones; sin embargo, las exorbitantes cantidades generadas por la producción humana y el estilo de vida moderno, así como la degradación que sufren los ecosistemas, exceden la capacidad natural de controlar los gases. Es en este momento donde se vuelven un problema.

Figura 6. La inclinación de la tierra cambia la manera de cómo la radiación solar incide en su superficie.

La alteración del efecto invernadero se produce cuando las emanaciones antrópicas incrementan la concentración atmosférica de los gases responsables, especialmente el CO2 que se libera como residuo en la quema de combustible fósil (petróleo) y sus derivados, así como el CH4 liberado por diversas actividades agropecuarias y procesos industriales (Fig. 7). Otros compuestos derivados de la actividad vehicular y del uso de aerosoles contribuyen en menor medida al fenómeno.

EFECTOS DEL CAMBIO CLIMÁTICO El cambio climático afecta mucho más que sólo el tiempo atmosférico. Además de redistribuir y variar la intensidad de los eventos atmosféricos, impulsa cambios estacionales que juegan un papel crucial en los ecosistemas. En adición, dado que múltiples sistemas naturales de donde se extraen recursos están ligados al clima, un cambio en sus patrones repercute directamente en la economía y cultura de las naciones. El clima influye directa e indirectamente en la distribución de ecosistemas y la construcción de asentamientos humanos, provocando: – Redistribución y alteración de intensidad de las lluvias (Fig. 8). La lluvia determina la cobertura vegetal y con ello la estructura y formación de los ecosistemas. La producción de alimentos se basa en las lluvias que también dictaminan la disponibilidad de agua para las comunidades. La intensidad de las precipitaciones puede constituir una seria amenaza

Figura 7. Los países industrializados, especialmente China y los Estados Unidos, producen una gran cantidad de CO2.

para comunidades vulnerables ante inundaciones y deslizamientos. Figura 8. Centroamérica ya sufre las consecuencias de la alteración climática en cuanto a lluvias y vientos.

– Pérdida de biodiversidad. Muchas especies desaparecen al no poder adaptarse a los cambios ambientales, mientras que otras migran en busca de condiciones más adecuadas. En los nuevos territorios, las especies que amplían su distribución compiten por recursos con las especies nativas.

repercute en una serie de eventos biológicos sincronizados de importancia ecosistémica y antrópica como la polinización, las migraciones, los desoves de peces y más. Asimismo, los niveles de CO2 afectan otros factores como la velocidad de regeneración de los bosques, el crecimiento de insectos y la calcificación de los arrecifes. Se debe recordar que estos efectos ocurren a escala global y muchos de ellos son irreversibles. De continuar las tendencias actuales, a mediano plazo se prevén eventos aún más serios como la redistribución de los desiertos, el derretimiento de los polos y la pérdida masiva de biodiversidad, con todas las posibles repercusiones negativas que esto representa para la sociedad. ¿QUÉ SE PUEDE HACER? Dado que la variable principal que incide en el calentamiento global son las emisiones de CO2, las medidas realizadas a cualquier nivel de acción, deben estar encaminadas a reducir la concentración de este gas en la atmósfera; así como a la restauración de los ecosistemas, quienes proveen los servicios de “regular cualquier anomalía” como los efectos del cambio climático.

– El aumento de temperatura promueve el deshielo en los polos que a gran escala provoca un incremento en los niveles oceánicos y disminución de la salinidad. Esto constituye una enorme amenaza considerando que el 66% de la población mundial vive en áreas costeras (Fig. 9).

Aunque reducir CO2 como objetivo único parece muy simple, en la práctica resulta increíblemente complejo que cada sector productor, desde las grandes fábricas hasta los ciudadanos promedio, acaten las recomendaciones. Esto se debe a que la economía mundial se basa en el consumo de combustible fósil (petróleo). El combustible se utiliza no sólo para impulsar motores, sino para producir distintos materiales como el plástico y para procesos básicos como la generación de energía eléctrica.

Figura 9. Las zonas costeras de El Salvador se encuentran densamente pobladas.

– Sequías. Al redistribuir las lluvias, algunas zonas tendrán menos precipitación de lo habitual, al mismo tiempo que el aumento de temperatura fomenta una rápida evaporación (Fig. 14). Ambos eventos tienden a agudizar las sequías.

En otras palabras, ¿dejar de consumir combustible implica detener la economía?; o sea, ¿“detener el progreso”? Por supuesto que no, el verdadero desarrollo no es el crecimiento económico, sino el bienestar de las personas, que comienza por brindarles un ambiente adecuado que garantice su seguridad y la de su hogar: el planeta.

– Alteración de ciclos bióticos. El cambio en patrones de lluvia y temperatura afecta el florecimiento de las plantas y su fructificación, la eclosión de huevos y las corrientes marinas. Esto

 Preferir fuentes de energía renovable como la

Pero no se debe asumir que toda la responsabilidad de acción contra el cambio climático recae en los gobiernos y las empresas. ¿Qué medidas se pueden hacer desde el hogar u escuela? Bueno, toda medida encaminada a la reducción del consumo de energía y de la degradación ambiental es válida. Aquí unos pequeños consejos prácticos:

    

 Reducir el consumo de energía y de agua en

general. o No encender la luz en el día, no dormir con el ventilador encendido, no dejar el TV o radio “para que haga bulla”, preferir las baterías recargables, etc. o No dejar el chorro cayendo, no regar las aceras, reparar las fugas, etc.



energía solar o eólica (del viento). No usar el vehículo o autobús si puede caminar. Reducir el uso de materiales plásticos y desechables. Reutilizar los materiales que pueda. Pintar el exterior de la casa con colores claros. Comprar preferiblemente productos con funciones varias (2 ó 3 en 1). Plantar árboles en la casa, colonia, escuela y en todos lados donde puedan desarrollarse.

La economía y el ambiente no tienen por qué estar en conflicto. Como se puede observar, las medidas propuestas son las que muchas veces se escriben en la etiquetas de distintos productos como “consejos para mejorar su economía”.

ACTIVIDAD 1. Piensa como los científicos ante el cambio climático Con esta actividad el estudiantado aprenderá a relacionar conceptos en el contexto de un problema, haciendo referencia a la temática del cambio climático. Procedimiento: 1. Dibuje en la pizarra o muestre a sus estudiantes el siguiente esquema.

3. HM Treasury (2007). Stern review: La economía del cambio climático. United Kingdom. Extraído en diciembre de 2011, de http://goo.gl/5JS0o

2. Explíqueles que hasta 11 signos o elementos que

influyen en el cambio climático pueden ser encontrados en el esquema. 3. Pídales que busquen las pistas y razonen sobre

4. Instituto Nacional de Ecología de México (2007). Cambio climático para niños. Extraído en agosto de 2012, desde http://goo.gl/GO5gQ

ellas. Cuando crean haber encontrado uno de los signos que lo señalen o lo marquen en el esquema. NOTA: Recuerde que el CO2 es un elemento natural que también es producido por los seres vivos y capturado por los vegetales.

5. Global Warming Kids .Net (s.f.) Kids Games. Taking on Global Warming and Climate Change Solutions Serious Fun! Extraído en agosto de 2012, desde http://goo.gl/vvVa6

GLOSARIO

6. Windows2universe (2011). Albedo. Extraído diciembre de 2011, de http://goo.gl/7B7sr

Ángulo: Matemáticamente es la parte del plano comprendida entre dos semirrectas que tienen el mismo punto de origen o vértice. Biodiversidad: Es el conjunto formado por toda la variedad de especies, sus genes y los ecosistemas que ellas forman. Estacionalidad: Fluctuaciones en periodos menores a un año que se suelen repetir año tras año, tales como la época lluviosa o seca. Fotón: Partícula elemental carente de masa, que se encuentra en el espectro electromagnético. Latitud: Distancia angular entre la línea ecuatorial (el ecuador), y un punto determinado del planeta. Molécula: Conjunto de al menos dos átomos enlazados que forman un sistema estable y eléctricamente neutro. Parámetro: Dato orientativo e imprescindible para evaluar una situación específica. Precipitación: Cualquier forma acuosa que cae del cielo y llega a la superficie terrestre, incluye lloviznas, lluvia, granizo y nieve. Si desea enriquecer más su conocimiento, consulte: 1. Bindé, J. (Dir.) (2007). Firmemos la paz con la tierra. Coloquios del siglo XXI (UNESCO). Guatemala: Oscar de León Palacios. 2. Desonie, D. (2007) Climate, causes and effects of climate change. New York: Chelsea House. Extraído en diciembre de 2011, de http://goo.gl/ENPdl

ACTIVIDAD EVALUADORA  Cambio Climático  Nombre: ___________________________________________________ Grado: _______ Fecha: ___________ I. Pregunta directa. ¿Cuál es la diferencia entre el tiempo atmosférico y el clima?

¿Cuál es la principal variable que determina el clima?

Explique con sus palabras en qué consiste el efecto invernadero.

Escriba tres medidas que pueden realizarse en casa para contrarrestar el calentamiento global.

II. Falso o verdadero. El CO2, CH4 y vapor de agua son gases naturales de la atmósfera La radiación solar es la fuente secundaria de temperatura en la Tierra El principal gas causante de incrementar el efecto invernadero es el CH4 El cambio climático es un proceso que ocurre naturalmente en largos periodos de tiempo No se sabe con certeza si los seres humanos tienen influencia en el clima III. Selección múltiple. Subraye la respuesta correcta. 1. El albedo es: a) La capa superficial de la atmósfera b) La radiación reflejada por el planeta c) La capa de hielo en los polos d) La energía calórica del infrarrojo 2. NO es un efecto del cambio climático: a) El incremento del nivel de los océanos b) La pérdida de biodiversidad c) El incremento de los precios del petróleo d) Alteración de la estacionalidad 3. Son TODOS parámetros de la atmósfera a) La humedad, el viento y la presión b) La densidad, cobertura vegetal y albedo c) La temperatura, el albedo y el clima d) El CO2, CH4 y el uso de combustibles fósiles.

__________ __________ __________ __________ __________

Lección 12. SISMOS

Y VOLCANES

CONTENIDOS 1. Placas tectónicas. 2. Sismos. 3. Tsunamis. 4. Volcanes.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Definir el concepto de placas tectónicas, sus

movimientos y los efectos que producen en la tierra. 2. Describir el tipo de ondas sísmicas que se producen por el movimiento de las placas tectónicas. 3. Analizar las causas que generan los procesos volcánicos.

HABILIDADES Y DESTREZAS CIENTÍFICAS 1. Percibe la relación existente entre fuerza y

energía elástica. 2. Ejemplifica el comportamiento de las ondas tipo S y P en el interior de la Tierra. 3. Simula el comportamiento de los volcanes submarinos.

Figura 1. Foto aérea del volcán Chichontepeq, mejor conocido como San Vicente, y del valle Jiboa al oriente de sus faldas, este es parte de una cadena volcánica activa resultado de la subducción de las placas tectónicas del caribe y los cocos, presentando una amenaza a las poblaciones que habitan por la zona, dado que presenta riesgos de fenómenos naturales como erupciones volcánicas y sismos.

DESCRIPCIÓN Esta lección identifica los diferentes movimientos de las placas tectónicas y como estos tipos de movimientos ocasionan efectos tales como erupciones volcánicas y sismos. Por lo que es de suma importancia exponer las características y formas de los volcanes, así como el comportamiento de los sismos.

1. PLACAS TECTÓNICAS

volcánicas donde florece el magma proveniente del manto terrestre en forma de erupciones, se ubican principalmente en los alrededores de los límites de las placas tectónicas.

La Tierra esta compuesta por diferentes capas de materiales, (Fig.2), y sus movimientos al interior son constantes y lentos, muestra de ello, son los movimientos de las placas tectónicas.

ACTIVIDAD 1. Las proporciones de capas Esta actividad ayudará a modelar las principales capas internas terrestres, se sugiere que se trabaje de manera individual.

Figura 2. Modelo de distribución de las capas que componen la Tierra: 1. Núcleo interior, hecho de Hierro (Fe) y Níquel (Ni) en fase solida. 2. Núcleo exterior, metales pesados pero en fase liquida. 3. Manto. 4. Corteza Terrestre.

Materiales: Compás, lápiz, diversos lápices de colores, regla y hojas de papel bond. Procedimiento: 1) Dibujar las capas de la Tierra estableciendo una escala. Por ejemplo: 0.5 centímetros sea equivalente a 100 kilómetros. Asimismo, deberán dibujar los límites de los círculos de cada capa de la Tierra (Tabla 1). 2) Usar el compás para trazar los círculos, con las respectivas proporciones del núcleo interior y exterior, manto y corteza. Colorear cada capa. 3) Contestar: ¿de qué material se conforma cada capa? ¿Cómo crees que se genera el movimiento interno terrestre? Permitir que establezcan su hipótesis para luego explicar mas a detalle lo que ocurre en el interior de la Tierra.

Tabla 1. Espesor de las capas de la Tierra Nombre de las capas de la Tierra

Espesor

Composición

4. Corteza

100 km

Material de distintos minerales Material rígido de distintos minerales. Material plástico en su mayoría de silicio. Metales pesados en fase liquida. Hierro y Níquel en fase solida.

Manto:

Litosfera Astenósfera

125 km

2,800 km

2. Núcleo Externo

2,200 km

1. Núcleo Interno

1,250 km

Las placas tectónicas se ubican en la litosfera y se divide en varias placas y experimentan movimiento unas con respecto a otras debido a las corrientes de convección que suceden en el manto y que causan el deslizamiento sobre la plástica astenósfera, (Fig.3).

Figura 3. Esquema de las celdas de convección que se generan en el manto terrestre, moviendo masas de magma caliente hacia la corteza y subsumiendo el material de la litosfera para convertirlo en magma.

En este proceso, existen puntos donde las placas acumulan energía en la corteza terrestre y oceánica, como al comprimir o estirar un resorte, que cuando acumulan suficiente energía lo liberan en forma de sismos, tsunamis y actividad volcánica. La actividad volcánica ocurre en las cadenas

Estas evidencias de movimientos del material terrestre fundamenta la teoría del geólogo Alfred Wegener, que en 1912 propuso que hace 225 millones de años la Tierra era un solo continente denominado Pangea, (Fig.5).

Figura 4. Imagen que describe los límites de las placas tectónicas y las direcciones de los movimientos de las placas límites, así como la velocidad de cada placa tectónica.

Los límites de placas tienen principalmente tres tipos de movimientos: de divergencia, de convergencia y de cizalla. Los movimientos divergentes (Fig.6), son la separación de placas resultando de la ascensión de magma a través de volcanes submarinos formando nuevo material geológico al enfriarse.

Figura 5. Esquema de la evolución de la corteza terrestre desde el período pérmico hasta el modelo actual. Figura 6. Esquema de placas divergentes, las celdas de convección de magma ascienden de la astenósfera separando las placas generando material terrestre al enfriarse.

Esta teoría es propuesta a partir de las pruebas geográficas, geológicas, paleontológicas y el estudio de los climas pasados (paleo climatología); no fue hasta 1960 que hubo pruebas del movimiento placas tectónicas a partir de estudios sísmicos.

Los de convergencia (Fig.7), son debido a choques de placas o la subducción de una placa hacia otra, en

estos se genera material para la corteza terrestre con cadenas de volcanes terrestres.

ACTIVIDAD 2. Volcanes submarinos. Esta actividad tiene como objetivo modelar los volcanes que existen en las cortezas oceánicas, como también la evidencia de las celdas de convección. En grupos de tres integrantes obtén los siguientes materiales. Materiales: Plastilina, un vaso plástico pequeño o frasco de vidrio pequeño, una taza de agua caliente teñida con colorante natural, un vaso traslucido con dimensiones mas profundas que Figura 8. Esquema del el frasco conteniendo agua fría. experimento.

Figura 7. Esquema de placas convergentes, la placa de subducción alimenta la astenósfera convirtiendo el material terrestre en magma. El choque entre las placas genera presión elevando el material terrestre formando montanas y volcanes.

Procedimiento: 1) Agregar agua caliente teñida al frasco de vidrio y construir un volcán con la plastilina, asegurándose que cubra perfectamente la apertura del frasco. 2) Sumergir dentro del recipiente traslucido el volcán Cuidar que el agua fría que contiene el recipiente cubra completamente el volcán ¿qué sucedió? Este es un modelo de erupciones de volcanes dentro de los océanos, el agua cálida se eleva al enfriarse se vuelve mas densa y vuelve a depositarse en el fondo del recipiente, fenómeno similar a las corrientes de convección del manto.

Los de cizalla son movimientos de rozamiento de constante fricción en sentidos opuestos entre las placas. Estos movimientos han definido los límites de placas que se hallan en constante y lento movimiento de aproximadamente un par de centímetros por año, pueden identificarse en el mapa, (Fig.4). Las flechas indican las direcciones de movimiento, lo que permite diferenciar el movimiento convergente en dos tipos, el de subducción llamada fosa oceánica y colisión de placas. El Salvador se encuentra en el límite de placas en subducción, específicamente la placa de Cocos se hunde debajo de la placa tectónica del Caribe. Estos estudios son hechos a partir del procesamiento de las energías liberadas en las actividades sísmicas y por el monitoreo geodésico, la Geodesia se define como la ciencia que estudia la forma y las dimensiones de la Tierra.

Existen movimientos que no son lo suficientemente energéticos para la sensibilidad del ser humano y debido al peligro que representan por lo impredecible que son, es necesario monitorearlos con sismógrafos (Fig.9) con la sensibilidad adecuada para prevenir los riesgos.

2. SISMOS Los sismos son energía liberada en forma de ondas mecánicas, resultado de la energía acumulada en las rocas de la litosfera u corteza por el constante cambio y movimiento de las placas tectónicas; si estas liberaciones son suficientemente energéticas para la percepción humana, el resultado es lo que se conoce como terremoto. Figura 9. Un sismógrafo, registrando las vibraciones del suelo.

ACTIVIDAD 3. Generando Sismos El propósito de esta actividad es que el estudiantado pueda modelar el carácter impredecible de los sismos y como se generan a partir de la acumulación de la energía potencial elástica. Es recomendable desarrollar esta experiencia en parejas. Materiales: Revistas viejas, una lija pequeña, un hule, lápiz o bolígrafo, regla, un peso que sea menor que una libra. Procedimiento 1) Buscar una superficie plana para colocar la revista. Sobre la revista poner la lija y sobre esta, el peso. 2) Amarrar el hule a la lija. Enrollar el hule con el lápiz o el bolígrafo, logrando tensar el hule con la fuerza de fricción de la lija con la revista ¿qué sucedió? el hule logra mover la lija y el peso. ¿Qué fuerzas estaban involucradas ahí? La fricción de la lija con la revista y la tensión del lápiz con el peso. 3) Elabora un esquema representando las fuerzas involucradas en el experimento. 4) Medir la distancia que se desplazó el peso con la lija y anotarlo en el cuaderno. 5) Repetir el proceso diez veces más, registrando las mediciones de los desplazamientos. Observar los datos y compararlos. 6) Pregúnteles: ¿por qué los datos no coinciden? Depende de la cantidad de energía elástica acumulada y la fricción de la lija con la revista como también se desgasta la superficie de la revista cambiando su coeficiente de fricción, ¿Con qué fenómeno geológico podríamos asociar la actividad realizada?

Al golpear con la yema de los dedos el agua dentro de un recipiente con cierta profundidad, se observan líneas circulares que se propagan en forma de ondas en todo el recipiente, pero ¿Qué sucedería si colocamos un vaso con agua dentro del recipiente? ¿Se propagaran igualmente las ondas? Por efectos didácticos se puede agregar colorante al agua dentro del vaso para observar mejor el efecto.

Figura 10. Enrollando el hule con el lápiz se acumula energía potencial elástica necesaria para desplazar el peso. ¿Qué representa la lija? Una placa tectónica ¿El peso? La masa de la corteza ¿Y el hule? las fuerzas y energías elásticas ¿Qué se percibió cuando la masa se movió? En el caso de estar sobre una mesa o pupitre sería una vibración que representa energía liberada en el proceso, las ondas mecánicas viajan también por las profundidades terrestre. ¿son impredecibles los terremotos? si lo son ¿Cómo viajarán las ondas en el interior?

pesados del núcleo externo que se encuentra en fase liquida, pues es sabido que en el interior de la Tierra existen cierto tipo de ondas que no pueden traspasarlo. Estas se han comprobado midiendo las diferentes velocidades de llegadas de las ondas rebotadas del núcleo externo a estaciones que se encuentran en la superficie terrestre, las velocidades de las ondas mecánicas dependen de la densidad del medio por el cual se propagan.

Se observa que las ondas son rebotadas de las paredes del vaso por lo que no pueden transmitirse a través de él, esta experiencia simula como viajan las ondas mecánicas en el interior de la Tierra. El agua dentro del recipiente grande simula el material sólido y semisólido del interior de la Tierra mientras que la pared del vaso simula los metales

Los tipos de movimientos generados por sismos son una variedad de tipos de ondas mecánicas, su comportamiento depende de la energía liberada como el medio por donde se transporta:

Figura 11. Representación de las ondas P.

Figura 12. Representación de las ondas tipo S.

Ondas P (primarias, longitudinales o de presión) son las que viajan mas rápido por eso se llaman ondas primarias, generan un movimiento de empujar y jalar, estas ondas de compresión hacen que las rocas se expandan o se compriman en la misma dirección de la onda o de la energía transportada, (Fig.11), es por eso que pueden viajar tanto en sólidos como en líquidos.

Ondas S (secundarias y transversales) generan un movimiento perpendicular a la dirección de la onda y solamente viaja a través de los sólidos ya que solo cuando existe elasticidad de forma en el medio puede la onda generar cortes transversales en el y siempre, viajan después de las ondas P (Fig.12).

Figura 13. Representación de las ondas tipo R.

Figura 14. Representación de las ondas tipo L.

Las ondas Rayleigh (lenta y superficial), una de las ondas superficiales que provoca que sus partículas se muevan en forma elíptica levógira, es decir elipse en sentidos anti horario reflejándose como un movimiento de onda en la superficie libre, (Fig. 13).

Ondas superficiales (ondas Love, largas y superficiales), viajan por la superficie exterior y son las ondas más destructivas debido a la combinación de movimientos que deforman la superficie, pueden moverse de manera lenta y ondulante por varias horas después del sismo (Fig.14). Figura 15. Esquema del viaje de las ondas sísmicas en el interior de la Tierra.

Los principales datos aportados por la Geofísica al conocimiento del interior de la Tierra están cimentados en estudios sismológicos, más concretamente en el estudio de las trayectorias de las ondas sísmicas (ondas P y S) en el interior del planeta. Las ondas S también conocidas como secundarias viajan aproximadamente al 58% de la velocidad de las ondas P, y poseen la propiedad de hacer esfuerzos de cortes, fuerzas en sentido paralelo al área al cual se ejerce y los fluidos no oponen resistencia a estos esfuerzos.

100

Las ondas S se han registrado desde los 20° hasta los 103°, comprobando que el núcleo exterior terrestre se halla en estado líquido; mientras que, las ondas P viajan en todo el rango excepto en la zona de sombra que es el rango de 103º hasta los 140°, esto es debido a que la onda al insertarse en el medio líquido se refracta, cambiando de dirección y velocidad con la cual se propaga, siendo reflejadas del núcleo sólido y volviendo a reflejarse hacia la corteza. 3. TSUNAMIS Los tsunamis, palabra proveniente del japonés que significa “olas en el puerto”, estos son terremotos generados en los suelos oceánicos que producen enormes olas de mar. Se crean por fallas, erupciones volcánicas dentro del mar y movimientos de la corteza tipo deslaves. Poseen longitudes de onda de 150 a 1,000 kilómetros en promedio y alcanzan alturas de 30 metros o más sobre el nivel del mar. En general pasa a causa de los movimientos de las placas tectónicas de la Tierra, las cuales hacen que el agua de la superficie ascienda o descienda. Las olas de un tsunami se producen en la medida que el agua se desplaza, la cual se mueve debido a la gravedad, que intenta regresar a una posición estable, ver secuencia de formación de Tsunamis, (Fig.16). Parte A. Existe una falla en el fondo oceánico capaz de romper la superficie. Parte B. Cuando se produce un terremoto por el movimiento de la falla, uno de los bloques cae y el agua tiende a llenar ese vacío, mientras tanto en la costa el nivel del agua tiende a disminuir. Parte C. La inestabilidad generada en el fondo marino y acumulación súbita de agua provoca una ola de gran tamaño. Parte D. Al acercarse a la orilla, el tamaño de la ola incrementa alcanzando decenas de metros de altura. Parte E. La destrucción que crean los tsunamis puede ser de parcial a total.

Figura 16. Secuencia de formación de un Tsunami.

4. VOLCANES Los movimientos de placas, además, generan la liberación de energía a través de las erupciones de volcanes. Existen tres tipos de volcanes que se clasifican por el tipo de erupción, gases emitidos, y el tipo de magma que contienen (Fig. 17, Tabla 2).

101

Figura 11. A. El volcán Rangitoto, Nueva Zelanda (volcán basáltico); B. Volcán Ceniza, Bolivia; C. Volcán Kilauea, Hawái (volcán domo); y D. El volcán de Izalco, El Salvador (estratovolcán). Tabla 2. Tipos de volcanes Nombre

Forma

Tamaño

Tipo de magma

Comportamiento

Basáltico

Son planos.

Tienen de 1 km-3 km Basáltica, rica en de espesor, pero con hierro. una vasta área.

Erupción lenta y apacible.

Escudo

Tienen inclinaciones pequeñas, es el rango de 6° a 12°.

Tienen hasta 9,000 m de altura.

Basáltica, rica en hierro.

Erupción lenta y apacible con fuentes de fuego.

Ceniza

Pendientes moderadas.

De 100 a 400 m de altura.

Basalto y Andesita, tienen hierro y silicio.

Expulsión de material piroclástico violento.

Estratovolcanes

Capas compuestas de diferentes materiales.

De 100 a 3,500 m de altura.

Variedad de magmas y cenizas.

Son frecuentemente violentos.

102

Glosario.

Integración con… Geografía

Sismo: Movimiento vibratorio que es originado en el interior de la Tierra y se propaga en todas las direcciones en forma de ondas mecánicas.

PREDICIENDO EL FUTURO TERRESTRE

Conociendo sobre la teoría de Pangea, cuando todos los continentes estaban unidos, y desde hace millones de años se ha dado a conocer la Tierra con sus diversos continentes y respectivas placas (Figura 2), seguir los pasos que se describen a continuación:

Ondas Sísmicas: Ondas de propagación que transmiten la fuerza y energía que se genera en el foco sísmico hasta el epicentro, en proporción a la intensidad y magnitud de cada sismo. Ondas vibratorias entre las que se distinguen las ondas P, luego las ondas S a las que sigue una ráfaga de oscilaciones irregulares, ondas Richter y Love.

Procedimiento 1. Usar papel bond de 30 x 40 cm para trazar la figura del mapamundi con sus fronteras tectónicas. 2. Pegar la figura sobre una cartulina y recortar las fronteras de las placas tectónicas. 3. Identificar los movimientos divergentes, convergentes de subducción, convergentes de choque y cizalla; y modelar cómo será la Tierra después de un par de millones de años. 4. Discutir ¿qué factores de cambio observan los científicos para predecir el tipo de movimientos de las placas tectónicas en sus fronteras?

Si desea enriquecer su conocimiento consulte. 1. Callister, J. (2005) Earth Science: The Physical Setting. Primera edición, editorial Pearson Hall New York. 2. Gardine, L. (2008) ¿Cómo se forman los tsunamis? Ventanas al Universo. Recuperado en: http://goo.gl/97Jt3 3. Thompson, T. (2008) Introduction to Physical Geology. Saunders Gold Sunburst Series Estados Unidos. 4. Barros, P. (1975) Formación de la Tierra. Capítulo 4: Estructura de la Tierra. Recuperado: http://goo.gl/pyWJI 5. Domínguez, P. [s.f.] Volcán Submarino. Recuperado: http://www.youtube.com

103

ACTIVIDAD EVALUADORA SISMOS Y VOLCANES

Nombre:

Grado

Parte I. Construyendo un Estetoscopio. Utiliza: dos embudos de iguales dimensiones, dos cintas elásticas, dos globos, un tubo plástico (50 cm de largo y diámetro similar a la apertura menor de los embudos).

PROBLEMA. Daniel es un niño que cursa cuarto grado de educación básica; vive en El departamento de San Vicente, cerca de las faldas del volcán Chinchontepec. Un día Daniel comienza a sentir pequeños sismos en la tierra y decide escuchar las noticias de la radio del pueblo. El locutor Memo Pata Loca comenta lo siguiente: Geofísicos de la Universidad de El Salvador y el SNET, han determinado que los diferentes movimientos en la tierra se deben a una posible actividad del volcán Chinchontepec, ellos dicen que se espera una erupción volcánica, la cual según la forma del volcán puede haber muchos magmas y ceniza, será una erupción posiblemente violenta. Los geofísicos han comentado que los movimientos han sido de arriba hacia abajo y de lado a lado. Al escuchar esto Daniel se hace una variedad de interrogantes y necesita de tu ayuda para responderlas.

Analicen y conversen sobre lo descrito, anoten en su cuaderno sus respuestas. 

¿Qué tipo de volcán es?



¿Qué medidas de seguridad debe tomar Daniel en caso de erupción?



¿Qué tipo de propagación ondas han sido las que se han generado en los sismos?



¿Qué lugares son los más seguros en caso de sismos?



¿Qué instrumento utilizaron los Geofísicos para determinar la magnitud de los sismos?

104

CREDITOS DE FOTOGRAFIA

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

Wikimediacommons.org, imágenes bajo licencia CC BY-SA 3.0 http://goo.gl/GXli0 Corbisimages.com, imágenes bajo términos Royalty Free http://goo.gl/WhXgC Inmagine.com, imágenes bajo términos Royalty Free http://goo.gl/d3jEa Public-domain-image.com, imágenes de dominio publico bajo licencia CC0 1.0 http://goo.gl/BaLIH Openclipart.org, imágenes de dominio publico bajo licencia CC0 1.0 http://goo.gl/BaLIH Recursostic.educacion.es, imágenes bajo licencia CC BY-NC-SA 3.0 ES http://goo.gl/X4Ya8 Sciencephotolibrary.com, imágenes bajo términos Royalty Free http://goo.gl/tYNKa

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

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).