6 libro de biologia volumen 2 by Didier

volumen 1 Desarrolla los temas: El universo, en el que comienza explicando la organización y el origen del universo y las condiciones que se dieron en el planeta para que se originara la vida.

volumen 2 Ciencias 6

Ciencias 6

Incluye:

Proyecto de investigación

Incluye:

Razonamiento matemático

volumen 2

Características de los seres vivos, el interior celular y niveles de organización celular, en los cuales se explica que las células son las unidades básicas de los seres vivos y que forman tejidos, órganos, sistemas y organismos. La clasificación de los seres vivos, que explica la gran diversidad biológica de nuestro planeta. Las funciones vitales, haciendo énfasis en la nutrición y, particularmente, en la nutrición humana. A medida que se desarrollan los temas, también se invita al estudiante a asumir compromisos personales y a utilizar los métodos experimentales que le permiten ser un científico natural.

volumen 2 Desarrolla los temas: Ecosistemas, en el que se explica la organización y los tipos de ecosistemas existentes, haciendo énfasis en los colombianos. Materia, en el que se explica la evolución histórica de la química, los estados de agregación de la materia y las clases de materia que encontramos en el universo. Movimiento, fuerza y energía, en el que se hace una breve aproximación al conocimiento de la ciencia y se explican los principios de la mecánica clásica, haciendo énfasis en las leyes de Newton.

CUB_CIEN_6_2_6mm.indd 1

A medida que se desarrollan los temas, también se invita al estudiante a asumir compromisos personales y a utilizar los métodos experimentales que le permiten ser un científico natural.

ra l l i ge

2/09/13 11:43

Ciencias 6 volumen 2

Nombre Curso:

Colegio

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 1

21/08/13 13:52

Ciencias 6

para educación básica primaria, es una obra colectiva concebida, diseñada y creada por el Departamento Editorial de Santillana S. A., bajo la dirección de Fabiola Nancy Ramírez Sarmiento.

Volumen 2

EQUIPO EDITORIAL Clara María Sánchez Sánchez. Editora ejecutiva Martín Eduardo Reyes Villamizar. Editor júnior Esperanza Ortiz Ardila, Diana Torres Rodríguez. Editoras TIC Adriana Marcela Rodríguez Villareal. Asistente editorial Isabel Hernández Ayala. Revisora de contenidos AUTORES Luz Stella Rodríguez Camacho Magíster en Bioquímica. Universidad Nacional. Ana María Gómez Villegas Magíster en Educación. Universidad de los Andes. Alba Nubia Muñoz Montilla Magíster en Gestión Ambiental Universidad Javeriana. Gabriela Navarrete Forero Bióloga. Universidad Nacional de Colombia. Diana Trinidad González Gutiérrez Licenciada en Química. Universidad Pedagógica.

Claudia Patricia Muñoz Meléndez Especialista en Educación ambiental. Universidad El Bosque. Luz Yadira Peña Gómez Licenciada en Química. Universidad Pedagógica. Jeinsson Giovanni Gamboa Sulvará Licenciado en Física. Universidad Distrital. Gloria Eliza Amézquita Ospina Lingüista. Universidad Nacional de Colombia.

Los especialistas encargados de avalar este texto desde el punto de vista de la disciplina específica y desde su pedagogía fueron Eliseo Ladino Coronado. Magíster en Biología. Pontificia Universidad Javeriana. Elvia Viarisio Ospina. Química. Universidad Nacional. Beatriz Bechara Cabrera. Física. Universidad Nacional. Science Instructor. Universidad de Londres. El especialista encargado de avalar este texto desde la equidad de género y de su adecuación a la diversidad cultural fue Evelio Castillo Pulido. Especialista en Ética y Pedagogía de Valores. Pontificia Universidad Javeriana. Se ha hecho el máximo esfuerzo por ubicar a los propietarios de los derechos de autor. Sin embargo, si es preciso efectuar alguna rectificación, la Editorial determinará los arreglos pertinentes. EQUIPO GRÁFICO Y TÉCNICO Catalina Schroeder Torres. Coordinadora de arte Iván Merchán Rodríguez. Diseñador del modelo gráfico Mauricio García Duque. Coordinador de contenidos digitales Martha Jeanet Pulido Delgado, Beatriz Román Campos. Correctoras de estilo Alveiro Javier Bueno Aguirre. Analista de soporte técnico Luis Nelson Colmenares Barragán. Documentalista y operador de escáner Lady Sánchez Yopazá, Anacelia Blanco Suárez. Asistentes de documentación Adrián Ricardo Quimbay Flórez, Omar Esteban Neira Valero, Juan Carlos López, Isabel Corredor, Alexander Castañeda. Diseñadores Jhon Barinas, Diomedes Guilombo. Ilustradores Fernando Arbeláez, Rodrigo Ospina. Fotógrafos Marcelo Regalado, Daniel Wichinson, Daniel Zilberberg, Archivo Editorial Santillana Perú, Digitalartis, A.G.E. Fotostock/Manfred Kage, Getty images, Sales spain/Visuals Unlimited/Dr. John D. Cunningham, Alademosca, Archivo Editorial Santillana Argentina, Lordon/Corbis/Lester V. Bergman – Alademosca, A.G.E. Fotostock/Biophoto Associates – Alademosca, A.G.E. Fotostock/Carolina Biological – Alademosca, C. Jimenez –, A.F.I – Alademosca, J.I. Medina – Alademosca, J.M. Barres – Alademosca. Repositorio Santillana Colombia, Archivo Santillana Colombia, Getty imágenes Latam, Corel Profesional Photo, Photo Disc, Thinkstock. Comité Olímpico Colombiano. Colaboración de ULACIT, Costa Rica. Fotografía Francisco Rey González. Director de producción Debido a la naturaleza dinámica de la Internet, las direcciones y los contenidos de los sitios web, a los que se hace referencia en este libro, pueden sufrir modificaciones o desaparecer. El uso de Internet debe ser supervisado por los padres de familia, tutores y docentes.

© 2014 EDITORIAL SANTILLANA S. A. Carrera 11A No. 98-50 Bogotá, Colombia ISBN 978-958-750-509-2 Obra completa ISBN 978-958-750-567-2 Edición para el alumno volumen 1 ISBN 978-958-750-568-9 Edición para el alumno volumen 2 ISBN 978-958-750-569-6 Edición para el docente

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 2

Este libro está elaborado de acuerdo con las normas ICONTEC NTC-4724 y NTC-4725 para textos escolares. Depósito legal en trámite. Impreso en Colombia por Prohibida la reproducción total o parcial, el registro o la transmisión por cualquier medio de recuperación de información, sin permiso previo por escrito de la Editorial.

21/08/13 13:52

Presentación del modelo

Es un programa de educación que te ofrece múltiples recursos, impresos y digitales, para que adquieras conocimientos y desarrolles habilidades que te permitan enfrentar los retos del futuro.

¿Qué te ofrece el programa para el área de Ciencias?

Dos volúmenes para el estudiante que responde a las exigencias planteadas por el MEN y promueve el desarrollo de tus competencias.

ra l l i ge

Un Libromedia que: Contiene una amplia variedad de recursos digitales. Es fácil de manejar y no requiere conectividad.

El LMS, una plataforma de gestión académica en línea, en donde tienes la posibilidad de acceder a los contenidos, las tareas y los mensajes de tus profesores, comunicarte con ellos y con tus compañeros de clase y, además, puedes monitorear tu proceso académico.

La herramienta de evaluación en línea, Test Factory para poner a prueba tus conocimientos con la orientación de tu profesor del área. Se vincula a tu salón de clases y a tu hogar como una oportunidad para aumentar tu eficacia en el aprendizaje.

Barra de contenidos Barra de herramientas

Barra de navegación

Botón de ayuda ©

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 3

21/08/13 13:52

Desarrollo de la autonomía

Mes:

Tarea para

la casa

Día

Presentar

prueba

Traer materiales

Actividad

multimedia

16 4

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 4

21/08/13 13:52

Mes:

Tarea para

la casa

Día

Presentar

prueba

Traer materiales

Actividad

multimedia

16 ©

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 5

21/08/13 13:52

Desarrollo de la autonomía

Mes:

Tarea para

la casa

Día

Presentar

prueba

Traer materiales

Actividad

multimedia

16 6

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 6

21/08/13 13:52

Mes:

Tarea para

la casa

Día

Presentar

prueba

Traer materiales

Actividad

multimedia

16 ©

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 7

21/08/13 13:52

Desarrollo de la autonomía

Mes:

Tarea para

la casa

Día

Presentar

prueba

Traer materiales

Actividad

multimedia

16 8

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 8

21/08/13 13:52

Observaciones

Mes: Día:

Día:

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 9

21/08/13 13:52

CONTENIDOS Proyecto de investigación

12 Entorno vivo

Unidad 1. Del universo a los seres vivos 1. El universo 24 1.1 El universo observable 24 1.2 El origen del universo 24 1.3 Componentes del universo 26 1.4 El origen de la vida 30 Actividades 32 2. Características de los seres vivos 34 2.1 El descubrimiento de la célula 36 2.2 Tipos de organización celular 37 2.3 Funciones de la membrana 39 2.4 Comunicación entre células 42 2.5 Extensiones de la superficie celular 43 Actividades 44 3. El interior celular 46 3.1 El citoplasma 46 3.2 Los organelos y sus funciones 47 3.3 El núcleo 48

49 3.4 Mitosis 3.5 Meiosis 50 3.6 Células animales y células vegetales 51 Actividades 52 4. Niveles de organización de los seres vivos 54 4.1 Concepto de organismo 55 Actividades 60 5. Tejidos 62 5.1 Origen de los tejidos 62 5.2 Organización tisular en plantas 62 5.3 Organización tisular en animales 66 5.4 Tejidos vegetales y animales 71 Actividades 72 6. Clasificación de los seres vivos 74

Unidad 2. Nutrición 1. Funciones vitales 1.1 Función de nutrición 1.2 Importancia de la nutrición 1.3 Tipos de nutrientes 1.4 La energía y los seres vivos 1.5 El flujo de energía y la nutrición en seres vivos Actividades 2. Procesos implicados en la nutrición 2.1 Nutrición de autótrofos

100 102 103 103 103 107 109 110 112 112

2.2 Nutrición de heterótrofos 2.3 Incorporación y transporte de nutrientes en bacterias 2.4 Incorporación y transporte de nutrientes en protistas 2.5 Incorporación y transporte de nutrientes en hongos 2.6 Incorporación y transporte de nutrientes en plantas Actividades

113 114 115 116 117 120

Unidad 3. Nutrición humana 1. Los alimentos 1.1 Las vitaminas 1.2 Los minerales 1.3 La nueva pirámide nutricional 1.4 Dieta equilibrada Laboratorio. Verifiquen qué alimentos contienen monosacáridos y almidones Actividades 2. Ingestión, digestión y absorción

74 6.1 Sistemática 6.2 Categorías taxonómicas 77 6.3 Sistemas de clasificación 79 Actividades 80 7. Explorando la diversidad biológica 82 7.1 Los dominios 82 7.2 Dominios Bacteria y Archaea 83 7.3 Dominio Eukarya 84 Actividades 88 8. Plantas y animales 90 8.1 Características de las plantas 90 8.2 Características de los animales 92 Actividades 96 Laboratorio. Observen cómo se forman las microesferas y comparen su apariencia con la de sus células 98

136 137 138 139 140 141 142 144

3. Incorporación y transporte de nutrientes en animales 122 3.1 Animales sin sistemas digestivos y circulatorios 122 3.2 Animales con sistemas digestivos y circulatorios 123 Actividades 130 Laboratorio. Expliquen cómo se realiza el transporte de sustancias en el interior de una planta 132

134 2.1 Ingestión 2.2 Digestión 2.3 Digestión bucal 2.4 Digestión gástrica 2.5 Digestión intestinal 2.6 Regulación hormonal de la digestión 2.7 Absorción 2.8 Egestión Actividades 3. Circulación 3.1 El sistema circulatorio

144 144 144 145 146 147 147 147 148 150 150

Actividades 154 4. Medio interno 156 4.1 La sangre 156 4.2 Contracción del corazón 159 4.3 La doble circulación 160 4.4 La frecuencia cardíaca 161 4.5 La presión sanguínea 161 4.6 El sistema circulatorio linfático 162 4.7 Enfermedades de los sistemas digestivo y circulatorio 163

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 10

21/08/13 13:52

Unidad 3. Nutrición humana Infografía. La nutrición: una función compleja que involucra muchos procesos 164 Actividades 166 Laboratorio. Elaboren un modelo para explicar el funcionamiento

del sistema circulatorio y las válvulas cardíacas 168 Laboratorio. Verifiquen si la realización de actividades físicas y la temperatura afectan el ritmo cardíaco 169

Ecología + Tecnología. ¡Probióticos, los aliados de nuestra buena salud!

170

Unidad 4. Ecosistemas 1. Generalidades de los ecosistemas 1.1 Factores bióticos 1.2 Factores abióticos Actividades 2. Biosfera 2.1 Biomas

32 34 35 36 42 44 44

2.2 Ecosistemas acuáticos Actividades 3. Ecosistemas colombianos 3.1 Ecosistemas terrestres colombianos 3.2 Ecosistemas acuáticos colombianos

49 52 54 55

Actividades Laboratorio. Observen cómo interactúan los factores ecológicos en un ecosistema Ecología + Tecnología. La arquitectura sustentable

62 64 66

59 Entorno físico

Unidad 5. Materia

1. La química como ciencia 72 1.1 Evolución histórica de la química 72 1.2 La materia y sus propiedades 76 Actividades 842.

Estados de agregación y clases de materia 2.1 Estados de agregación de la materia 2.2 Clases de materia

86 86 88

Tabla periódica de los elementos Actividades Laboratorio. Apliquen algunas técnicas para separar mezclas

Unidad 6. Movimiento, fuerza y energía 1. Una breve aproximación a la ciencia 1.1 El método científico 1.2 La física como ciencia fundamental 1.3 Medición 1.4 El movimiento 1.5 La posición 1.6 Trayectoria 1.7 Distancia recorrida 1.8 Desplazamiento 1.9 Las reglas del movimiento Actividades 2. Principios de mecánica 2.1 Primera ley de Newton o principio de inercia

102 102 102 105 106 106 107 107 107 107 110 112 112

Actividades 3. Segunda ley de Newton 3.1 La fuerza causa la aceleración 3.2 Fuerza de fricción o rozamiento, masa y peso 3.3 Resistencia de la masa 3.4 Caída libre 3.5 Caída no libre Actividades 4. Tercera ley de Newton o principio de acción y reacción 4.1 Fuerzas e interacciones 4.2 Acción y reacción sobre masas distintas

100 116 118 119 120 121 121 121 122 124 125

4.3 Definición de un sistema físico 4.4 Energía 4.5 Concepto de trabajo 4.6 Concepto de potencia Actividades Laboratorio. Midan las fuerzas con dinamómetro Ciencia + Tecnología. La ingeniería, una actividad que resuelve problemas Infografía. Ciencia sin fronteras: la medición

125 126 130 131 132 134 136 140

125

Glosario Bibliografía

142 144 ©

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 11

94 96

21/08/13 13:52

Proyecto de investigación Estrategia 1

¿Cómo plantear un problema de investigación? La percepción directa es aquella en la que no utilizas instrumentos o aparatos sino directamente tus sentidos. Como verás, la percepción siempre exige atención de parte tuya, y eso es lo que te va a permitir formular pre-

guntas científicas. Así que, para realizar las siguientes actividades, debes estar dispuesto a percibir con todos tus sentidos.

PONTE A

prueba

Para realizar observaciones en ciencias utilizamos todos nuestros sentidos. Elegimos objetos de nuestro interés y determinamos ciertos criterios que orientarán nuestra observación. Sin moverte de tu silla en el salón de clase, elige tres objetos cercanos y que se encuentren en diferente estado de la materia. ¿Cuáles objetos elegiste? ¿En qué estado se encuentran?

Reúne en tu casa o en tu colegio, objetos diferentes con las propiedades que se indican en la tabla y complétala con tus observaciones.

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 12

21/08/13 13:52

Propiedades

Nombre del objeto

Sentidos que utilizaste para percibir la característica

Propiedades sensoriales Brillante y duro Suave y blando Aromático y rugoso Aromático y granuloso Duro y que produzca sonidos agudos al ser golpeado con un metal Duro y que produzca sonidos graves al ser golpeado con un metal Propiedades mecánicas Que recupere su forma original después de ser deformado Que mantenga la forma adquirida luego de ser deformado Que se rompa o se quiebre con facilidad Muy resistente a las roturas Que pueda adquirir la forma de láminas o hilos por la acción de fuerzas externas como golpes o presión, pero que no se rompa con facilidad.

¿Es posible percibir la textura y la dureza con más de un sentido? Explica.

¿Qué apariencia tienen los objetos que producen sonidos agudos y graves?

¿Podrías predecir si un objeto que nunca has visto antes, produciría un sonido agudo o grave al ser golpeado con un metal? Explica

¿Conoces alguna característica o propiedad física que pueda ser percibida por la mayoría de tus sentidos?

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 13

21/08/13 13:52

Proyecto de investigación

P deUNTO partida Comparación Comparar es buscar semejanzas o diferencias entre dos o más objetos, procesos, etc. Para realizar una comparación, el primer paso consiste en determinar claramente los objetos que se estudiarán. Luego, se establecen criterios de comparación a partir de los cuales se determinan semejanzas y diferencias. Observa la siguiente tabla. Grupo

Alimentación

Respiración

Nacimiento y crecimiento

Lugares donde viven

Carnívoros, omnívoros y herbívoros.

Respiran, en el agua, por branquias.

Son ovíparos.

Son animales acuáticos. Viven en ríos, mares, lagos, etc.

Son ovíparos y sufren metamorfosis.

Viven en charcas y bosques húmedos.

Peces

Anfibios Carnívoros (se alimentan Las crías, por branquias. sobre todo de insectos). Los adultos, por pulmones.

Reptiles Carnívoros.

Respiran aire, por pulmones.

Son ovíparos.

Son terrestres, excepto las tortugas marinas.

Carnívoros, omnívoros y herbívoros.

Respiran aire, por pulmones.

Son ovíparos. Los padres cuidan a sus crías.

Son terrestres.

Carnívoros, omnívoros y herbívoros.

Respiran aire, por pulmones.

Son vivíparos. Los padres cuidan a sus crías.

Terrestres y acuáticos.

Aves

Mamíferos

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 14

21/08/13 13:52

Con base en la información de la tabla completa los siguientes recuadros. Aves y mamíferos Semejanzas

Diferencias

Aves y mamíferos Semejanzas

Diferencias

Responde: ¿Qué criterios de comparación utilizaste para determinar las semejanzas y las diferencias entre las aves y los mamíferos, y entre los reptiles y los anfibios?

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 15

21/08/13 13:52

Proyecto de investigación

P deUNTO partida Clasificación Una vez comparado y medido lo que has observado procedes a clasificarlo. Clasificar es organizar información, objetos, ideas, etc. de acuerdo con un criterio particular. Por supuesto, si cambia el criterio, cambia la clasificación. Diariamente utilizas clasificaciones que hacen que tu vida sea más fácil: las rutas del transporte para ir a diferentes destinos, el vestuario apropiado para diferentes situaciones, etc.

Un tipo de clasificación utilizada por los científicos, es la clasificación artificial. De acuerdo con esta, es posible agrupar a los seres vivos teniendo en cuenta su apariencia física, pero sin basarse en conocimientos científicos claros sobre su origen y parentesco evolutivo. Las hojas de las plantas, por ejemplo, se pueden clasificar artificialmente de varias formas, atendiendo a diversos criterios.

Clasificación según la nervadura

Clasificación por la forma

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 16

21/08/13 13:52

Clasificación por las hendiduras

Clasificación por el borde

Posición en la planta

Hojas compuestas

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 17

21/08/13 13:52

Proyecto de investigación PONTE A

prueba

1 Consigue hojas caídas de diferentes árboles y una

lupa. Extiende sobre la mesa las hojas que conseguiste. Clasifícalas según su borde y dibújalas en una hoja blanca; escribe el nombre de los tipos de borde que tienen.

2 Clasifícalas ahora por la forma que presentan; escribe cuántos y cuáles grupos formaste.

3 Pon nuevamente las hojas sobre la mesa y agrú-

palas de acuerdo con su nervadura. Observa con la lupa la superficie de las hojas y clasifícalas en grupos, considerando el hecho de que presenten o no pelillos.

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 18

21/08/13 13:52

4 Forma otro grupo de hojas que presenten otras características diferen-

tes de las mencionadas. Escribe la característica que seleccionaste y el número de grupos que formaste.

5 ¿Esta clasificación artificial nos brinda un conocimiento científico sobre las plantas? ¿Por qué?

6 Señala la respuesta correcta para cada enunciado. El proceso que nos permite agrupar los objetos según ciertos criterios se denomina: diferenciación clasificación comparación determinación En una clasificación artificial de organismos no se tiene en cuenta su: relación evolutiva tamaño forma color Son otro ejemplo de grupos de clasificación artificial: las briófitas como los musgos. las cactáceas como los cactus. las gimnospermas como los pinos. las plantas que producen semillas de color rojo.

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 19

21/08/13 13:53

Proyecto de investigación Estrategia 2

¿Cómo buscar y organizar la información? A veces, para las preguntas que te formulas no tienes explicaciones posibles o hipótesis; otras veces tienes varias explicaciones y no sabes cuál escoger. Debes, entonces, buscar información adicional con tu profesor, en los li-

P deUNTO partida

bros, en la internet, y, a veces, cuando las preguntas son novedosas y originales, es necesario realizar experimentos y observaciones de la naturaleza.

Fuentes de información A continuación, te contamos cómo puedes buscar la información que necesites, ya sea en un lugar tradicional, como la biblioteca, y en uno más reciente, la internet.

Búsqueda bibliográfica Las bibliotecas albergan gran cantidad de información y si conoces el nombre del autor o de los autores, o el título del libro que necesitas tendrás datos suficientes para localizarlo en el computador, en caso de que la biblioteca tenga archivo digital. Pero si la biblioteca no posee este sistema, tendrás que recurrir a los ficheros, que están ordenados alfabéticamente, en este caso, al de autores o al de títulos. Por ejemplo: Ahora bien, si tuvieras que investigar sobre un tema en particular, puedes recurrir a un tercer fichero, el de materias, donde cada ficha contiene el tema con la lista de títulos y autores de los libros que puedes consultar. Siguiendo con nuestro ejemplo anterior, podemos busFicha de autor 808.8015

S21a

Scamander, Newt Animales fantásticos y dónde encontrarlos Barcelona: Salamandra, 2001 59 p

Ficha de título 808.8015

S21a

Animales fantásticos y dónde encontrarlos Scamander, Newt Barcelona: Salamandra, 2001 59 p

car entonces por “animales fantásticos”, “animales en la mitología” o “bestiarios”. Una vez que tienes el libro en tus manos, puedes consultar el índice general, que suele ubicarse en las primeras páginas. Si lo tuviera, también puedes recurrir al índice alfabético o analítico, donde se señalan, palabra por palabra, ordenadas alfabéticamente, los principales conceptos desarrollados en la obra. Las bibliotecas también cuentan con hemerotecas para las revistas y otras publicaciones periódicas, que cuentan con sus propios catálogos y ficheros.

PONTE A

prueba

Visita una biblioteca y consulta sobre: Teoría del Big–Bang. Duración de los estadios de la mitosis, en un libro de biología de Helena Curtis. Historia del carbunco, una enfermedad infecciosa, en Investigación y Ciencia. No. 306 de marzo de 2002.

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 20

21/08/13 13:53

Búsqueda de información en internet Existen dos modos de buscar información en internet, cuando se tiene acceso a un computador habilitado para tal fin: mediante la dirección particular de fuentes de información útiles o mediante un buscador como Yahoo!, Altavista o Google. A partir de la dirección particular de internet. En general, todas las direcciones comienzan con www. Por ejemplo, www.colsubsidio.com.co, donde www significa “world wide web”; colsubsidio es el nombre del dueño del dominio; com es el conjunto de dominios comerciales y co, el conjunto de dominios de Colombia. Existen otros dominios como edu (educación), gov (gobierno), org (organizaciones) y dominios de otros países como br (Brasil) o uk (Reino Unido). Una vez que está abierto el explorador se escribe el nombre del sitio en la barra de dirección, por ejemplo, www. maloka.org.co y se presiona la tecla “enter”. Aparece la página principal del sitio y desde allí se busca la información. A través del uso de buscadores. Como la cantidad de páginas en la web es enorme, muchas veces hay que recurrir a los buscadores, que son programas encargados de rastrear la web y construir un gigantesco índice con todas las páginas que encuentra junto a su contenido. Algunos buscadores son: www.altavista.com; www.google.com.co y www.yahoo.com. Para buscar puedes escribir palabras como “botanica” (se recomienda no usar tildes ni mayúsculas), frases como “plantas medicinales” o realizar una búsqueda más específica como “plantas medicinales de Colombia”.

PONTE A

prueba

Realiza las siguientes búsquedas en internet. Clases de alimentos utilizados por los astronautas. Tabla periódica de los elementos interactiva, que incluya datos curiosos de los elementos químicos. Datos biográficos sobre Charles Darwin. En cada caso, especifica cómo realizaste la búsqueda, qué palabras o frases usaste, cuánto tiempo te llevó, etc.

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 21

21/08/13 13:53

Proyecto de investigación

P deUNTO partida Organización de la información Tablas Una vez has recogido la información que te puede ayudar a resolver el problema, debes organizarla. La organización en tablas es de gran utilidad pues facilita la lectura, la comparación y la comprensión de los datos recogidos. Observa la siguiente tabla y la denominación que recibe cada una de las partes que la componen: Título

Encabezado

Récords animales de longitud Animal

Longitud máxima (en m)

Armadillo gigante

1,5

Anaconda

Cocodrilo

Tiburón ballena

Calamar del Atlántico

Ballena azul

Al analizar la tabla, se observa que los datos pueden encontrarse rápida y fácilmente. Por ejemplo: ¿Cuál es el animal marino que alcanza el récord de longitud? La respuesta es la ballena azul; ¿cuánto puede llegar a medir la anaconda? 6 m; etc.

Fila

Columna

Las tablas, entonces, nos permiten ver los datos de una manera clara y ordenada, lo cual favorece su análisis y comparación. Si tuvieras que leer esa misma información de corrido, en un párrafo, no podrías analizarla ni interpretarla tan fácilmente.

Gráficos Cuando realizas un experimento puedes obtener datos numéricos que debes registrar y organizar, de forma que te permita la interpretación y el análisis. Los gráficos sirven para lograr este objetivo. Existen varios tipos de gráficos: cartesianos, circulares o de torta y de barras. Los gráficos cartesianos o de línea se utilizan para mostrar la relación existente entre dos variables, que se representan en los ejes X y Y de un plano cartesiano. La variable independiente es aquella que es causa de un efecto, por ejemplo el tiempo transcurrido por un móvil, se representa en el eje horizontal X; la variable dependiente es la consecuencia producida por la

variable independiente, por ejemplo la distancia que recorre dicho móvil, y se ubica en el eje vertical Y. 35 30 25 20 15 10 5 0

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 22

21/08/13 13:53

Los gráficos de tortas o circulares son apropiados para representar la proporción de determinados valores y la relación que guardan entre sí.

Los gráficos de barras se utilizan cuando se comparan datos que no cambian continuamente.

Gráfico de torta que muestra la distribución porcentual de los sistemas utilizados para la obtención de energía

Gráfico de barras que muestra la relación que existe entre el tiempo de disolución de una sustancia y la temperatura

Combustibles radiactivos 5%

Gas natural 19%

Petróleo 32%

Carbón 26%

25 Tiempo disolución (s)

Saltos de agua 6% Otros 12%

20 15 10 5 0

PONTE A

prueba

1 Se ha comprobado, de acuerdo con mediciones experimentales, que a 10°C, el azúcar tarda 25 segundos en disolverse en el agua; a medida que sube la temperatura cada 10°C y, hasta llegar a los 60°C, los tiempos de disolución, en segundos son: 18, 13, 10, 5 y 3, respectivamente. Organiza estos datos en una tabla.

¿Qué puedes concluir acerca de la relación entre la temperatura y la velocidad de disolución del azúcar?

2 Elabora una tabla sobre las características de los vertebrados, teniendo en cuenta los siguientes aspectos:

¿Qué cubre su cuerpo? ¿Cómo son las extremidades? ¿Tienen cola?

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 23

21/08/13 13:53

Proyecto de investigación Estrategia 3

¿Cómo interpretar y analizar la información? Luego de que los datos estén registrados y organizados correctamente debes interpretarlos.

P deUNTO partida Interpretar no es describir los datos, sino dar sentido a ellos de acuerdo con tu conocimiento y experiencia. Para interpretar debes buscar patrones, comparar grupos de datos y reorganizar la información que posees cuantas veces sea necesario.

Las siguientes actividades te permitirán aprender a interpretar tablas con mucha facilidad. Observa la siguiente tabla y la denominación que recibe cada una de las partes que la componen:

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 24

21/08/13 13:53

PONTE A

prueba

Interpretación de tablas En la siguiente tabla, se mencionan algunas de las propiedades que se pueden encontrar en diferentes sustancias. Observa la tabla y responde las preguntas que aparecen a continuación. Sustancia

Fórmula

Conduce la electricidad

Densidad a 20°C (g/cm3)

Plata

Sí

10,5

Agua

H2O

Yoduro potásico

Sólo fundido o en disolución

3,13

Oxígeno

0,00143

Hierro

Sí

7,86

Bromuro de sodio

NaBr

Sólo fundido o en disolución

3,2

Responde: ¿Cuáles son las sustancias que tienen la capacidad de conducir la corriente eléctrica?

¿Cuál de las sustancias es la más densa? ¿Cuál es la menos densa?

¿Todas las sustancias de la tabla son compuestos químicos? Explica tu respuesta.

Elabora un párrafo de conclusión con los resultados del análisis de la tabla.

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 25

21/08/13 13:53

Proyecto de investigación PONTE A

prueba

Carrera de observación en un supermercado 1 Reúnete con cuatro compañeras o compañeros. 2 Hagan una lista de las cinco secciones de un supermercado, en las que crean que es posible encontrar más productos derivados de los seres vivos, y cada uno escoja una.

3 Bajo la coordinación del profesor o profesora, organicen una salida a un supermercado. En el su-

permercado, cada integrante del grupo debe dirigirse hacia la sección que eligió y hacer una lista de los productos en cuya preparación esté involucrado algún ser vivo.

4 Reúnanse con los otros miembros del grupo y con ayuda del libro y de otras fuentes, clasifiquen los organismos que encontraron en alguno de los cinco reinos de los seres vivos. Con esta información, completen una tabla como la que se muestra a continuación. Mónera

Protista

Fungi

Vegetal

Animal

No. de especies encontradas No. de productos en los que fueron encontrados

Análisis y conclusiones 1. Según los datos obtenidos, ¿cuáles crees que son los reinos que tienen mayor importancia para los seres humanos? Explica tu respuesta. 2. ¿Todos los reinos tienen la misma importancia en cada unade las secciones que visitaron? ¿Por qué? 3. Si visitaras otra región de Colombia o del mundo, y entraras a una plaza de mercado, ¿crees que encontrarías organismos pertenecientes a los mismos reinos? ¿Y a las mismas especies? Justifica tu respuesta.

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 26

21/08/13 13:53

1 Analiza los datos de los cuadros y responde: Cantidades (en mg) por 100 g de alimento

Requerimiento diario de sales minerales

Alimento

Calcio

Hierro

Sodio

1.000 a 2.000 mg

Pan

1,4

Calcio

800 mg

Arroz

1,1

Hierro

13 a 20 mg

Huevo

3,0

Yogur

240

0,2

Leche

120

0,1

Queso fresco

400

1,9

Lentejas

7,0

Azúcar

a) ¿Cuál de los tres minerales necesitamos en mayor cantidad? ¿En qué procesos vitales crees que interviene? b) ¿Por qué crees que el queso y el yogur tienen más calcio que la leche, si provienen de ella? c) ¿Qué tiene más valor nutritivo: las lentejas o el arroz?

2 Al hacer un estudio de la incidencia de la úlcera gástrica causada por la bacteria Helicobacter

pylori en países en vía de desarrollo y en países desarrollados, se obtuvieron los resultados que se muestran en el siguiente gráfico.

Prevalencia (%)

100 Países en vía de desarrollo 50 Países desarrollados

10 20 30 40 50 60 70 80 Edad (años)

a) ¿Qué segmento de la población se ve más afectado por la enfermedad en los países en vía de desarrollo? b) ¿Qué segmento de la población se ve menos afectado por la enfermedad en los países desarrollados? c) ¿En qué clase de países es mayor la aparición de la úlcera gástrica por Helicobacter pylori? d) ¿Cuál crees que es la causa de esto? ¿Qué condiciones de vida crees que estimulan el desarrollo de la bacteria?

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 27

21/08/13 13:53

Proyecto de investigación PONTE A

prueba

1 Observa el siguiente gráfico que representa el proceso de invasión a una fruta por parte de cinco

especies de bacterias (A, B, C, D, E), desde el momento en que la fruta queda expuesta al medio ambiente. Número de individuos

40.000 A B

20.000

D E

Días Responde: a) ¿Cuántas especies se pueden encontrar en el día 6?

b) ¿Es posible encontrar en algún momento todas las especies de bacterias sobre la fruta? c) ¿Qué componentes de la fruta crees que pueden ser útiles para las bacterias? d) ¿Crees que cada uno de estos componentes tiene la misma importancia para las cinco especies?

e) ¿Cuál crees que sea la causa por la cual todas las especies de bacterias no invadan la fruta al mismo tiempo?

2 Observa la imagen que representa un experimento relacionado con el proceso fotosintético y

Situación B

Situación A

contesta las preguntas.

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 28

21/08/13 13:53

a) ¿Por qué mueren los ratones en la situación A? b) ¿De qué dependerá el tiempo que permanecen vivos los animales? c) ¿Qué ocurre en la situación B? d) Formula una hipótesis que permita explicar lo que ocurrió en el experimento.

3 Observa los siguientes gráficos que muestran cómo afectan diferentes variables el proceso de la fotosíntesis.

Con intensidad luminosa baja Menor Temperatura (oC) MAyor

A 30oC Tasa fotosintética

Tasa fotosintética

Con intensidad luminosa alta

A 20oC

Menor Concentración de CO2 Mayor

De acuerdo con los gráficos, indica en cuál de las dos situaciones descritas en cada punto, debe haber más actividad fotosintética. a) Suponiendo que la temperatura en los dos días es igual, ¿a las 7:30 de la mañana de un día despejado o a las 8 de la mañana de un día gris? b) Si hablamos de plantas que habitan un desierto, con días despejados, ¿a las 9 de la mañana con temperaturas alrededor de los 20°C o a las 3 de la tarde cuando se pueden alcanzar los 50°C? c) ¿A 20°C con concentraciones altas de CO2 o a 30°C con concentraciones mínimas de CO2? d) ¿A 30°C con concentraciones medias de CO2 o con concentraciones muy altas de CO2?

4 Lee el siguiente párrafo y responde las preguntas que aparecen a continuación. Las plantas carnívoras viven en suelos muy pobres, allí capturan insectos y otros pequeños invertebrados para completar su dieta. Sin embargo, son verdes y realizan la fotosíntesis; luego no necesitan la materia orgánica de los animales. a) ¿Para qué capturan insectos entonces?

b) Todas las plantas del planeta se alimentan, básicamente, de lo mismo. ¿Podrías imaginar qué sucedería si todos los animales se alimentaran de lo mismo?

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 29

21/08/13 13:53

Proyecto de investigación

Proyectos científicos Ahora te invitamos a elaborar un proyecto de investigación para resolver preguntas que sean de tu interés. Como ayuda para que puedas desarrollar tu investigación vamos a presentarte algunas situaciones cotidianas, preguntas que estimularán tu percepción y te generarán nuevos interrogantes. Además, te sugerimos algunos conceptos y palabras claves que te pueden servir para buscar información útil en las bibliotecas y en internet.

La publicidad y el consumo de alimentos

¿De qué manera se anuncian los alimentos en los comerciales de televisión y radio, o en las vallas publicitarias? ¿Qué clase de personas busca atraer esta publicidad? ¿Qué tanto influye la publicidad en ti y en tu grupo de amigos? Palabras claves: anorexia, obesidad, belleza física y moda, comida ligera o light.

El ejercicio físico, la circulación y la respiración.

¿Cómo se alteran tu respiración, tus latidos cardiacos y tu sangre con el ejercicio? ¿Qué diferencias existen entre el estado corporal de los deportistas y las personas sedentarias? Palabras claves: ritmo y tasa respiratoria, sistema cardiovascular, pulso y presión sanguíneas, actividad física, pH sanguíneo, capacidad pulmonar.

Diversidad y clasificación de los seres vivos de tu entorno.

¿Qué tan rico en especies es el lugar que habitas? ¿Qué grupos taxonómicos predominan en tu región? ¿Son causa de este predominio las características climáticas y ecológicas del lugar? ¿Qué criterios son útiles para clasificar estos organismos? Palabras claves: diversidad, clasificación taxonómica, claves dicotómicas.

El tamaño aparente de la Luna.

¿Por qué la Luna parece más grande en ciertas posiciones y a ciertas horas? ¿Cuál es el tamaño aparente de la Luna y qué instrumento sencillo podrías diseñar para estimarlo? ¿En qué posiciones parece más grande o más pequeña? Palabras claves: tamaño aparente de la Luna, traslación de la Luna, movimiento de la Luna alrededor de la Tierra, ilusiones ópticas.

Recorrido del Sol en el firmamento.

¿Cómo cambian las sombras de objetos inmóviles en diferentes épocas del año? ¿El Sol describe siempre el mismo recorrido en el cielo? Palabras claves: recorrido del Sol en el firmamento, órbita de traslación de la Tierra, diadema solar.

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 30

21/08/13 13:53

Uso de productos químicos en el hogar.

¿Ha aumentado el uso de productos como detergentes, disolventes, etc., en tu hogar? ¿Qué situaciones domésticas requieren el uso de sustancias químicas? ¿Qué clase de sustancias químicas son comunes a los productos utilizados en tu hogar? Palabras claves:detergentes, disolventes, productos de uso doméstico, productos biodegradables.

Productos químicos de uso doméstico y medio ambiente.

¿Qué clase de sustancias contienen las aguas residuales y las basuras que produces? ¿A dónde van a parar? ¿Pueden alterar tu entorno? ¿Es posible disminuir la cantidad de sustancias químicas contaminantes cambiando hábitos y comportamientos cotidianos? Palabras claves: uso racional de productos químicos, productos químicos de uso doméstico, desechos y basuras domésticos, productos biodegradables.

Consumo casero de energía.

¿Qué estrategias deberías seguir en tu casa para disminuir el consumo de energía? ¿Qué actividades y objetos requieren de un elevado consumo de energía? ¿Existen fuentes alternativas de energía para los aparatos eléctricos o que utilicen combustible? Palabras claves: consumo de energía eléctrica en los hogares, electrodomésticos y consumo de energía, fuentes de energías alternativas.

Elaboración de máquinas simples para realizar trabajos diarios.

¿Qué clase de tareas o trabajos diarios tuyos podrían ser realizados por una máquina? ¿Cómo elaborarías una máquina simple para facilitar el trabajo en tu casa o colegio? Palabras claves: máquinas simples, inventos e inventores, robots y máquinas para trabajos domésticos.

Física en los parques de diversiones.

¿Qué clase de mecanismos hacen parte de las máquinas de los parques de diversiones? ¿Cómo se aplican las fuerzas en las máquinas de los parques de diversiones? Palabras claves: máquinas simples, máquinas de parques de diversiones, fuerzas y palancas en las máquinas.

El cuerpo humano como una máquina.

¿Cómo diseñarías un cuerpo humano empleando palancas, poleas y otras máquinas simples? Palabras claves: articulaciones, movimiento de músculos y huesos, palancas y fuerzas en músculos y huesos, movimiento en vértebras.

CN_6_PRELIMINARES(1-31)_V2.indd 31

21/08/13 13:53

Oso hormiguero

Mono aullador

Iguana

Cangrejo Camarón

Ecosistemas El contexto

Entorno vivo

Tu plan de trabajo... Conocer las generalidades de los ecosistemas Explicar cómo son los biomas y ecosistemas terrestres Explicar cómo son los ecosistemas acuáticos Identificar cuáles son los ecosistemas terrestres y acuáticos más representativos de nuestro país

Encuentra en tu Evaluaciones: 3 De desempeño

3 Por competencias

4 Multimedia

1 Audio

1 Galería

5 Imprimibles

5 Actividades

5 Enlaces web

CN_6-1(32-51).indd 32

Los manglares son bosques que crecen en zonas costeras, donde se mezclan agua dulce y agua salada. Los árboles que los forman se llaman mangles, y en sus raíces se refugian poblaciones juveniles de diferentes animales, como langostas, camarones y peces. Las copas de estos árboles se convierten en lugar obligado de paso de aves migratorias.

La situación actual La construcción de vías costeras y la adecuación de muelles han deteriorado estos ecosistemas. Así ocurrió en el sector de la troncal del Caribe entre las ciudades de Barranquilla y Ciénaga donde los manglares de la isla de Salamanca y los seres vivos asociados a ellos han desaparecido.

21/08/13 14:11

Fragata Audio

Espátula Rosada

Garza imperial

Manatí del caribe

Flamenco rosado

Ubica en el tiempo el estudio de la ecología Pregunta problematizadora ¿Cómo podemos contribuir a conservar los manglares y demás ecosistemas de nuestro país? Conociendo los ecosistemas. Por ello comprenderás qué es un ecosis-

tema y aprenderás a diferenciar ecosistemas terrestres y acuáticos.

Desarrollando hábitos encaminados a proteger nuestros ecosiste-

mas. Por ello conocerás en detalle cómo son los ecosistemas colombianos y cómo contribuir a protegerlos. Realizando acciones encaminadas a que las personas con las que compartimos también desarrollen hábitos de cuidado y protección del ambiente natural. Por ello asumirás compromisos personales y sociales encaminados a lograr que entre todos cuidemos los ecosistemas naturales.

CN_6-1(32-51).indd 33

Aristóteles Es considerado el padre de la Ecología. Charles Darwin Su teoría de la evolución por selección natural sienta las bases de la ecología. Alfred Russel Wallace Propone el término “distribución geográfica de las especies” para referirse a la íntima relación entre los seres vivos y el medio ambiente. Organización de las Naciones Unidas Cumbre Mundial de la Tierra. Río de Janeiro, Brasil.

344 a. C. 1809 1859 1869

1876 1972 1992

2009

Jean Baptiste Lamarck Sus ideas sobre evolución destacan la importancia del medio ambiente para los organismos. Ernst Haeckel Propone el término “ecología” para definir la ciencia que estudia las relaciones de los seres vivos con el ambiente. Organización de Naciones Unidas Conferencia Mundial sobre Medio Ambiente. Estocolmo, Suecia. Organización de las Naciones Unidas Protocolo de Kioto sobre cambio climático. Kyoto, Japón.

21/08/13 14:11

Entorno vivo

Generalidades de los ecosistemas

1. Ampliación multimedia

Actividad

Enlace web

Lexicón Abiótico: palabra compuesta por dos raíces griegas: a, que significa “sin” y bios, que significa “vida”. Abiótico significa que no tiene vida. Biótico: palabra derivada de la raíz griega bios, que significa “vida”. Biótico significa que tiene vida.

Todos los seres vivos de un ecosistema conforman los factores bióticos, mientras que los factores abióticos son condiciones o elementos del ambiente que no tienen vida.

Jirafa

Los ecosistemas son sistemas conformados por seres vivos o factores bióticos, el medio que los rodea o factores abióticos y sus interacciones. Estas generan un flujo de energía que es utilizada por los organismos para transformar la materia y permitir su funcionamiento. Gracias a las interacciones que se dan entre los distintos elementos del ecosistema la energía y los nutrientes circulan permanentemente. Organismos como las plantas y las algas son fundamentales para el funcionamiento y permanencia de los ecosistemas. A estos organismos se les denomina productores ya que mediante el proceso de fotosíntesis obtienen energía del Sol y la transforman en compuestos orgánicos a partir de materia prima inorgánica que toman del medio. Parte de estos compuestos orgánicos que sintetizan los productores son utilizados por ellos mismos, y los demás son almacenados, lo cual permite que estén disponibles para el resto de organismos del ecosistema. Esta circulación de energía y materia orgánica se lleva a cabo por medio de relaciones alimentarias entre los seres vivos de los ecosistemas. Todos los demás organismos del ecosistema son consumidores los cuales se caracterizan porque se alimentan de otros seres vivos o de partes de ellos, de sus restos, o de sus desechos. Existen varias clases de consumidores: herbívoros, carnívoros, omnívoros, carroñeros y descomponedores. Los herbívoros, como conejos, ardillas y abejas, entre muchos otros, son animales que se alimentan únicamente de material vegetal: hojas, frutos, tallos, raíces y néctar de las flores y, al hacerlo, obtienen la energía y los nutrientes que necesitan para su supervivencia. A su vez los herbívoros son consumidos por otros animales, los carnívoros, como leopardos, arañas y lobos, los cuales obtienen la energía y los nutrientes necesarios de sus presas. Algunos animales pueden alimentarse tanto de plantas como de otros animales, como los ratones de campo que comen tanto granos y frutos, como insectos y lombrices. A estos organismos se les llama omnívoros. Los restos de animales muertos son devorados por carroñeros, como buitres y hienas. Eventualmente los restos de cualquier ser vivo serán digeridos por bacterias y hongos, quienes son denominados descomponedores en un ecosistema. Ellos aprovechan la poca energía que queda en los restos, y regresan los nutrientes al suelo o a la atmósfera. De esta manera la energía fluye entre los seres vivos del ecosistema, mientras que los nutrientes circulan entre los seres vivos y el ambiente.

Impala Ñu

34 Acción de pensamiento: explico claramente factores bióticos y abióticos de los ecosistemas.

CN_6-1(32-51).indd 34

21/08/13 14:11

Componente Procesos biológicos

1.1

Factores bióticos

Los factores bióticos son todos los seres vivos que hacen parte de un ecosistema. Para estudiar los seres vivos dentro del ecosistema se consideran tres niveles de organización: individuos, poblaciones y comunidades. 1.1.1 Individuos Cada uno de los seres vivos que hacen parte de un ecosistema es un individuo. Los individuos tienen características que los hacen diferentes de los otros, aun cuando sean de la misma especie. En los animales, por ejemplo, rasgos como el tamaño, el olor o los patrones de manchas y colores del pelaje y piel permiten diferenciar a unos de otros. En las plantas, por ejemplo, las sustancias químicas presentes y sus concentraciones pueden variar, así como la tonalidad en el color de las flores o de los frutos. 1.1.2 Poblaciones Una población es un grupo de individuos pertenecientes a la misma especie que viven en una misma área geográfica al mismo tiempo. Una especie es un grupo de organismos capaces de entrecruzarse y producir descendencia fértil.

Un chigüiro es un individuo de la especie Hydrochoerus hydrochaeris.

El número de individuos en una población puede variar enormemente, dependiendo de las características de la especie y de factores externos. Una población de mariposas monarcas puede estar conformada por cientos de miles de individuos, mientras que una población de elefantes puede tener tan solo algunos cientos. Poblaciones de una misma especie pueden ocupar áreas cercanas, pero estar separadas por una barrera física, como un río, una montaña o una gran autopista, que impide que se encuentren y formen una sola población. 1.1.3 Comunidades Las comunidades se forman cuando hay varias poblaciones relacionándose o interactuando en una misma área geográfica al mismo tiempo. Estas relaciones pueden ser de dos tipos: intraespecíficas e interespecíficas.

Los chigüiros viven juntos en un lugar y tiempo determinados conformando una población.

Las relaciones intraespecíficas ocurren entre individuos de una misma especie. Como ejemplo de ello tenemos las relaciones de crianza, competencia, reproducción, entre otras. Las relaciones interespecíficas, son asociaciones cercanas entre individuos de dos o más especies durante todo o parte de su ciclo de vida. En algunas de estas relaciones el individuo asociado puede promover o evitar el crecimiento de la población de las especies participantes. Como ejemplo tenemos, entre otras, las relaciones de tipo alimentario, que ocurren cuando los individuos de una población se alimentan de los individuos de otra, y las relaciones de competencia, cuando ambas poblaciones necesitan un mismo recurso para su supervivencia. Las relaciones simbióticas también se dan entre individuos representantes de diferentes reinos. Por ejemplo, entre animales y plantas, como en el caso de abejas y plantas con flores; entre bacterias y animales, como el caso de la bacteria Escherichia coli y los seres humanos; o entre hongos y algas, como en el caso de los líquenes.

Una población de chigüiros, junto con poblaciones de peces, plantas acuáticas, pastos y de otros seres vivos, conforman una comunidad. ©

CN_6-1(32-51).indd 35

21/08/13 14:11

Factores abióticos

1.2

Actividad

Los factores abióticos son aspectos del medio ambiente que no están vivos, pero que son determinantes en la vida de los individuos en un ecosistema. La combinación de diferentes factores abióticos determinará que en un ecosistema puedan vivir ciertas especies, mientras que otras no. Algunos de los factores abióticos que más influyen en los ecosistemas son: luz solar, agua, aire, suelo, clima, proximidad al mar y altitud. Los búhos son de hábitos nocturnos y están adaptados a pocas cantidades de luz. Por lo general, su plumaje es poco colorido y su sentido de la vista está muy desarrollado.

Las guacamayas son de hábitos diurnos y habitan las partes altas de los árboles. Su plumaje es colorido.

Recurso imprimible

1.2.1 Luz solar La Tierra cuenta con una enorme fuente de energía: el Sol. Esta energía llega a nosotros en forma de luz y calor. Una pequeña parte de la luz solar que llega a la superficie es absorbida por las plantas y las algas para realizar la fotosíntesis. Así transforman y almacenan esa energía en forma de azúcares. Posteriormente, esta energía pasará a otros organismos a medida que los herbívoros y los carnívoros se alimentan. Esto significa que toda la energía que está presente en los organismos proviene directa o indirectamente de la luz solar. La luz solar también determina patrones de comportamiento en los animales. Algunos como los búhos son nocturnos, esto significa que presentan una mayor actividad en horas de la noche, mientras que otros, como la guacamaya son diurnos, es decir, desarrollan sus actividades en presencia de la luz solar y, en las noches, disminuyen su actividad. La cantidad de luz solar que llega al planeta no es uniforme sobre su superficie a lo largo del año debido al efecto de la latitud y la inclinación del eje de rotación de la Tierra. La zona intertropical es la que recibe la mayor cantidad de luz, mientras que los polos reciben muy poca. Las zonas templadas de la Tierra que están delimitadas por los trópicos de Cáncer y Capricornio y por los círculos polares, reciben una cantidad variable de luz, lo cual se evidencia en el fenómeno de estaciones claramente diferenciadas: primavera, verano, otoño e invierno. 1.2.2 Agua El agua es un compuesto que se encuentra presente en nuestro planeta en tres estados: sólido, líquido y gaseoso. El agua es de gran importancia para los seres vivos ya que por ser el solvente universal, puede transportar una gran diversidad de sustancias necesarias para los organismos, como nutrientes y oxígeno. También sirve de hábitat para las especies acuáticas y, por sus propiedades físicas, puede actuar como regulador térmico. Podemos encontrar agua en estado sólido, formando la nieve y los casquetes polares; en estado líquido formando la lluvia, los cuerpos de agua, en el interior del cuerpo de los seres vivos, y en estado gaseoso haciendo parte de las nubes y de lo que exhalamos durante la respiración.

CN_6-1(32-51).indd 36

21/08/13 14:12

Componente Procesos biológicos 1.2.3 Aire El aire es la mezcla de gases que cubre toda la superficie terrestre. Algunos de los gases presentes en esta mezcla son el oxígeno, el dióxido de carbono y el nitrógeno, todos ellos fundamentales para la vida. Los seres vivos necesitamos oxígeno para llevar a cabo la respiración. Las plantas y las algas usan el dióxido de carbono para realizar el proceso de fotosíntesis. La cantidad de oxígeno y dióxido de carbono se ha mantenido relativamente constante en los últimos 200 millones de años debido a la fotosíntesis y la respiración. La interacción entre estas funciones hace que cada componente del aire consumido retorne a la atmósfera en igual cantidad.

En la fotosíntesis, las plantas utilizan dióxido de carbono y agua para producir glucosa. En este proceso liberan oxígeno a la atmósfera.

El nitrógeno lo usamos todos los seres vivos para construir nuestras proteínas, aunque no podemos tomarlo directamente del aire que respiramos, sino de los nutrientes que consumimos. En el aire también puede haber otras sustancias, como los gases contaminantes que producen automóviles y fábricas y que son arrojados a la atmósfera. La composición del aire no es homogénea ya que puede variar dependiendo de la altitud, de la cobertura vegetal, de las actividades humanas o, incluso, de la hora del día. Por ejemplo, el aire de las ciudades es mucho más contaminado o en las noches puede disminuir la concentración de oxígeno, ya que las plantas no están haciendo fotosíntesis. El aire también puede actuar como un medio de transporte. Los gases, como el vapor de agua, pueden ser arrastrados a zonas lejanas por los vientos. Incluso el polen de las plantas, pequeñas semillas como las del diente de león, esporas de hongos, bacterias y hasta diminutas arañas pueden ser transportadas por el aire de un sitio a otro. Animales como las aves, los murciélagos y los insectos se han adaptado para desplazarse por el aire. 1.2.4 Suelo El suelo es una mezcla de partículas minerales de tamaño variable y de material orgánico en descomposición. Normalmente, en la superficie del suelo se encuentra una capa de color negro que es la que tiene mayor contenido de materia orgánica y que recibe el nombre de humus. A medida que profundizamos en él podemos encontrar otras capas en las que predomina roca fragmentada y roca sólida, de la cual se origina la materia prima para las capas superiores. Una característica importante del suelo es la porosidad que es el sistema de espacios vacíos entre las partículas que lo constituyen y que le confiere su capacidad de absorber y retener agua y gases, y permitir o impedir su circulación. Estos componentes son fundamentales para los organismos que viven en el suelo, como gusanos, lombrices, hongos, bacterias, termitas y hasta topos, así como para las raíces de las plantas, que obtienen agua y nutrientes del suelo. Suelos de distintos lugares pueden tener diferentes composiciones dependiendo del tipo de roca del cual se hayan originado, de condiciones ambientales como la lluvia, la temperatura, de los seres vivos que estén vinculados a él y de la actividad humana. Todas estas particularidades hacen que el suelo pueda variar su contenido de minerales y agua, entre otras características, lo cual determinará qué tipo de seres vivos pueden vivir en él o sobre él.

En la respiración aerobia, los seres vivos utilizan el oxígeno y la glucosa para obtener energía. En este proceso liberan dióxido de carbono a la atmósfera.

Haces parte de la Mis compromisos solución personales y sociales El problema: diariamente una enorme cantidad de contaminantes son liberados al aire que nos rodea por el uso de combustibles en los vehículos automotores. Estos contaminantes afectan nuestra salud. La solución: camina o usa bicicleta para trasladarte de un sitio a otro. Si viajas a un lugar lejano, usa formas de transporte masivo, como buses o metro, en lugar de carros particulares o taxis. Ponte de acuerdo con tus amigos para que, cuando vayan a salir en grupo, uno de sus padres los recoja a todos y no se usen tantos carros. ©

CN_6-1(32-51).indd 37

21/08/13 14:12

1.2.5 Clima El clima es el conjunto de condiciones atmosféricas predominantes en una determinada región durante un período de tiempo representativo. Está constituido por un conjunto de elementos que se ven afectados por factores. 1.2.5.1 Elementos del clima Los elementos del clima son los fenómenos atmosféricos predominantes que caracterizan a una región. Estos incluyen: temperatura, precipitación, presión atmosférica, viento y humedad. Temperatura La temperatura es la medida de la energía cinética de las partículas que conforman una sustancia. Los cambios de temperatura inciden en la densidad del agua y del aire, así como en la evaporación y condensación del agua, por lo que afectan directamente las precipitaciones y la formación de vientos y corrientes marinas.

Cada copo de nieve que cae es único, no hay dos copos iguales. Sin embargo, cada uno es de una belleza infinita visto a través del microscopio.

El viento sacude las palmeras y forma olas en el mar, en este ecosistema cercano a la costa.

Precipitación La precipitación es agua que cae desde la atmósfera en forma de lluvia, nieve o granizo. El agua de la superficie terrestre se evapora y llega al aire. A medida que asciende el vapor de agua se enfría, hasta que se condensa, formando pequeñas gotas de agua. Cuando muchas gotas se acumulan, forman las nubes y, eventualmente, caen en la superficie terrestre en forma de lluvia. Presión atmosférica La presión atmosférica es el peso que ejerce la columna de aire sobre un punto determinado de la Tierra. Las zonas de altitud baja, como las costas, tienen una mayor presión atmosférica porque la columna de aire es mayor, mientras que en altitudes elevadas la presión atmosférica es más baja. Viento El viento es el movimiento de masas de aire en la atmósfera. Se forma por las diferencias de temperatura entre masas de aire y el movimiento de rotación de la Tierra. Las diferencias de temperaturas sobre la superficie terrestre hacen que el aire más cálido sea menos denso y se mueva hacia arriba de la atmósfera, por lo que el aire más frío y denso se desplaza para ocupar el espacio dejado por el aire cálido. El aire que se eleva se va enfriando y se hace más denso que el aire por debajo de él generando un nuevo movimiento de aire. Por otro lado, la rotación de la Tierra hace que se generen movimientos de grandes masas de aire. Humedad La humedad es una medida de la cantidad de vapor de agua presente en el aire. Está directamente determinada por la cantidad de precipitación que hay en una zona, la temperatura, los vientos y la cobertura vegetal. A su vez, la humedad también afecta la absorción y retención de calor en una zona y el nivel de precipitación que se produzca.

CN_6-1(32-51).indd 38

21/08/13 14:12

Componente Procesos biológicos 1.2.5.2 Factores del clima Los factores del clima son los que alteran los elementos del clima y ocasionan sus cambios. Estos son: latitud, relieve y corrientes marinas. Latitud La latitud es la distancia desde un punto del planeta hasta el paralelo o línea del Ecuador y se expresa en medidas angulares. Los meridianos, junto con los paralelos, son coordenadas geográficas que se utilizan como referencia para ubicar espacialmente diferentes zonas de la Tierra. Los meridianos son líneas imaginarias que atraviesan la Tierra del Polo Norte al Polo Sur. A partir de ellos se establecieron las zonas horarias.

Meridianos Círc u

lo p

Tró pi

olar

Árti

Cá nc

Lín

ea d

Tró pi

Los paralelos son líneas imaginarias que se trazan de Este a Oeste y el principal es el paralelo del Ecuador que corresponde a la latitud 0° y divide a la Tierra en dos mitades iguales: el hemisferio norte y el hemisferio sur. El trópico de Cáncer al Norte y el trópico de Capricornio al Sur son otros dos paralelos que delimitan la zona intertropical. Entre los trópicos de Cáncer y Capricornio y los paralelos que corresponden a los círculos polares Ártico y Antártico se encuentran las zonas templadas, en donde las estaciones son más marcadas. Finalmente, los círculos polares delimitan las zonas polares, en ambos extremos del planeta. La medida angular de los paralelos aumenta según nos alejamos de la línea ecuatorial tanto hacia el Norte como hacia el Sur. La latitud es importante en la determinación del clima, ya que afecta la cantidad de luz solar que recibe la Tierra. Además, la inclinación del eje de rotación del planeta con respecto a su plano de traslación hace que la luz solar no llegue a todas las zonas de igual manera. La zona intertropical recibe una gran cantidad de luz solar durante todo el año, mientras que las zonas templadas, a medida que la Tierra gira alrededor del Sol, presentan épocas en las que reciben poca cantidad de luz y otras en las que recibe más, marcando el paso de las estaciones: invierno, primavera, verano y otoño en los países que ocupan las zonas templadas. Por último, en los polos la cantidad de luz solar que llega es poca durante todo el año y varía drásticamente en invierno y verano.

el E cua

dor

co d

eC apr

icor nio

Círc u

lo p

olar

Ant

árti

Paralelos Los trópicos de Cáncer y de Capricornio y los círculos polares son líneas imaginarias que dividen a la Tierra en cinco franjas: la zona intertropical, dos zonas templadas y dos zonas polares.

Relieve El relieve hace referencia a las formas que adquiere la corteza terrestre debido al movimiento de placas tectónicas, los efectos del agua, el viento, los seres vivos, los glaciares y la intervención humana, entre otros. Los resultados de estas interacciones pueden ser grandes cadenas montañosas o pequeñas colinas, valles profundos entre ellas, y todos los demás rasgos de un paisaje. El relieve afecta la altitud, obstruye o permite el paso de los vientos y afecta la dinámica del ciclo del agua. Corrientes marinas Las corrientes marinas son masas de agua que se desplazan en los océanos a diferentes profundidades y direcciones. Tienen distintas causas: la rotación de la Tierra, las diferencias de temperatura y de salinidad entre masas de agua y el viento. Las corrientes marinas influyen ampliamente en el clima de las zonas costeras haciéndolo variar desde muy húmedo hasta árido según la cantidad de calor latente, es decir, la cantidad de calor liberado o absorbido y por el intercambio de calor entre el mar y la atmósfera debido a diferencias en la temperatura que transportan sus aguas. ©

CN_6-1(32-51).indd 39

21/08/13 14:12

Olas extremas Los tsunamis son grandes olas causadas por un terremoto en el fondo del mar, y pueden llegar a medir hasta 40 metros de altura. ¡Son del tamaño de un edificio de 13 pisos!

1.2.6 Proximidad al mar La distancia a la que los ecosistemas están del mar afecta diversas condiciones. Por ser el mar un enorme cuerpo de agua, constantemente hay agua que se está evaporando y pasando a estado gaseoso a la atmósfera. De allí el agua puede ser transportada a otras zonas, en donde caerá en forma de lluvia. Por esta razón las zonas cercanas al mar tendrán mayor humedad y más precipitaciones que las zonas que se encuentran lejos. El agua también actúa como un regulador térmico, ya que almacena grandes cantidades de calor y las libera lentamente hacia el ambiente. Por esto en áreas cercanas al mar los cambios de temperatura son menos bruscos que en zonas que se encuentran lejos del mar. Enlace web 1.2.7 Altitud La altitud es una medida longitudinal de la elevación de un punto con relación al nivel del mar. Se mide en metros sobre el nivel del mar (msnm). Las altitudes en la corteza terrestre van desde 0 msnm, hasta la cima del Everest, la montaña más alta del mundo, que tiene una altitud de 8.848 msnm. Incluso hay algunas zonas de la corteza terrestre que están por debajo del nivel del mar, por lo que tienen una altitud negativa.

Cuanto mayor es la altitud sobre el nivel del mar, menor es la temperatura. La temperatura disminuye a razón de 0,6 °C cada 100 metros, dando lugar en nuestro país a diversos pisos térmicos, como: nieves perpetuas, páramo, frío, templado y cálido. La altitud también afecta la composición del aire, a bajas altitudes hay mayor cantidad de oxígeno, y también una mayor presión atmosférica. A medida que aumenta la altitud disminuyen tanto la cantidad de oxígeno como la presión.

Pisos térmicos en nuestro país Nieves perpetuas: se ubica a partir de 4.500 msnm y tiene una temperatura de 5 °C o menos.

Páramo: se ubica entre los 3.000 y 4.500 msnm y tiene una temperatura que oscila entre 5 y 12 °C.

Frío: se ubica entre los 2.000 y 3.000 msnm y tiene una temperatura que oscila entre 12 y 17 °C.

Templado: se ubica entre los 1.000 y 2.000 msnm y tiene una temperatura que oscila entre 17 y 24 °C.

Cálido: se ubica entre los 0 y 1.000 msnm y tiene una temperatura superior a los 24 °C.

CN_6-1(32-51).indd 40

21/08/13 14:12

Componente Procesos biológicos

1.2.8 Patrones climáticos globales El clima está determinado por muchos factores, lo que hace que su predicción sea poco confiable. Sin embargo, algunos patrones se repiten a lo largo de muchos años, como la circulación atmosférica, el efecto invernadero y el fenómeno de El Niño, entre otros. 1.2.8.1 Circulación atmosférica La circulación atmosférica es el movimiento del aire sobre la superficie de nuestro planeta que determina la forma en que el calor se distribuye sobre su superficie. La zona intertropical, alrededor de la línea del Ecuador, recibe la mayor cantidad de energía solar en el planeta y esta se transforma en calor y hace que el aire de esta zona se eleve, formando áreas de baja presión atmosférica y vientos. También causa una gran cantidad de evaporación en mares y océanos. El aire caliente y cargado de humedad se eleva y se desplaza hacia las zonas templadas. Cuando se ha enfriado desciende, formando una zona de presiones altas en la zona subtropical. El movimiento de rotación de la Tierra hace que el flujo de los vientos se desplace, fenómeno conocido como efecto Coriolis.

Los cambios climáticos globales, como el fenómeno de El Niño, pueden causar inundaciones debido a cambios en los patrones de precipitación.

1.2.8.2 Efecto invernadero y calentamiento global El efecto invernadero es un fenómeno en el que gases de la atmósfera, especialmente el dióxido de carbono, retienen el calor en la superficie terrestre y no permiten que se disperse en el espacio. Es un proceso natural, sin el cual la Tierra sería demasiado fría para nuestra existencia. Sin embargo, el aumento en la concentración de dióxido de carbono en los últimos años, debido en gran parte al uso de combustibles fósiles y la deforestación, ha llevado a una intensificación del efecto lo que ha causado un incremento en las temperaturas medias globales, conocido como calentamiento global. 1.2.8.3 Fenómeno de El Niño El fenómeno de El Niño ocurre por los cambios en los patrones de las corrientes marinas de la zona tropical del Pacífico, lo que ocasiona desórdenes en el clima en intervalos de dos a siete años. Como las corrientes marinas pueden ser cálidas o frías y juegan un papel muy importante en la regulación de la temperatura global, un cambio en ellas también afecta el clima a gran escala. Algunas de las consecuencias del fenómeno de El Niño incluyen un aumento en las precipitaciones en América del Sur mientras que en algunas zonas de Asia hay poca precipitación y se producen sequías.

Interpreto 1. Construye un mapa conceptual con los siguientes términos: Clima Relieve Elementos Temperatura Altitud Latitud Viento Proximidad al mar Humedad Presión atmosférica Precipitaciones Corrientes marinas Factores

2. Completa la tabla de datos de temperatura de acuerdo con la información contenida en la imagen de la página anterior. Altitud en msnm 1.500 2.500 2.800 3.500 4.600

Temperatura

CN_6-1(32-51).indd 41

21/08/13 14:12

Competencias científicas

INTERPRETO A F I A N Z O

1 Escribe F, si son falsas o V, si son verdaderas las siguientes afirmaciones.

En un ecosistema siempre se observan las interacciones entre diferentes individuos y de estos con el medio ambiente. Los factores abióticos son los seres vivos presentes en un ecosistema. Una población es un grupo de individuos pertenecientes a diferentes especies, que viven en una misma área geográfica al mismo tiempo. Las comunidades se forman cuando hay varias poblaciones interactuando en una misma área geográfica.

C O M P E T E N C I A S

2 Observa la imagen y, con base en ella, completa en tu cuaderno el siguiente párrafo.

En la imagen se observan integrantes de una de leones. . Cada uno de ellos es un Como tienen la capacidad de reproducirse entre ellos generando nuevos leones que, a su vez, también se pueden reproducir, pertene. La imagen muestra que cen a la misma un factor abiótico fundamental para la vida de porque los leones es . Los leones habitan generalmente en lugares y cálidos y abiertos, por tanto, son también dos factores abióticos fundamentales para la vida de los leones.

3 Escribe un concepto en cada recuadro, de

manera que los escritos en la base abarquen o contengan a los escritos en la punta.

Conceptos: población, comunidad, individuo.

4 Lee el siguiente caso. Felipe quiso saber si la cantidad de agua que se le suministra a una planta influye en su crecimiento. Por ello sembró cinco plantas de arveja en cinco materas diferentes. Marcó cada matera como 1, 2, 3, 4 y 5 y a cada una le suministró una cantidad específica de agua diariamente. La siguiente tabla muestra el volumen diario de agua con el que regó las plantas. Matera

Cantidad de agua diaria en mL

350 (1 botella)

700 (2 botellas)

1.050 (3 botellas)

1.400 (4 botellas)

1.750 (5 botellas)

Transcurridas cuatro semanas, Felipe midió la altura de las plantas. Este diagrama de barras muestra los resultados. Altura de las plantas Crecimiento cm/mes 6,0 6,0 5,0 4,0 3,0

2,5

2,0

1,5 0,5

1,0 0

Matera 1

CN_6-1(32-51).indd 42

21/08/13 14:12

Identificar •

Indagar •

5 Responde con base en los resultados que obtuvo Felipe.

¿Cuál es la cantidad ideal de agua para regar las plantas de arveja?

ARGUMENTO 6 Lee el siguiente texto. Con base en él realiza las actividades 7 y 8.

Explicar •

Comunicar •

Trabajar en equipo

¿Por qué el riego excesivo impide que la planta de arveja crezca? ¿La cantidad de agua que se suministra influye en el crecimiento? Justifica tu respuesta. Desarrollo compromisos personales y sociales Son consecuencias del calentamiento global y por las siguientes razones: 1. 2.

8 Señala con una 7 los recuadros de las actividades relacionadas con las causas del calentamiento global y con un 3 las consecuencias.

El calentamiento global es inminente Las emisiones de CO2 fueron alarmantes durante el año 2010. La industria energética vertió un gran volumen de este gas contaminante . El 36% de las emisiones de CO2 están vinculadas al sector del petróleo y el 20% al del gas natural. La cifra llegó a treinta mil seiscientos millones de toneladas (30,6 gigatoneladas), mostrando un incremento del 5% con respecto al año 2008 (29,3 Gt). La AIE (Agencia Internacional de Energía), que es la organización internacional que vela por políticas de manejo de energía limpia y confiable para sus miembros adscritos, calcula que para cumplir el objetivo de limitar el calentamiento global a unos dos grados centígrados, las emisiones anuales no deberían exceder las 32 Gt en el año 2020, por tanto, es inminente tomar medidas encaminadas a disminuir emisiones de CO2 para evitar el calentamiento global.

7 Completa. Son causas del calentamiento global y por las siguientes razones: 1. 2.

PROPONGO 9 Piensa en tres hábitos que empezarás a desarrollar, junto con tu familia, para no incrementar los niveles de dióxido de carbono. Periódicamente evalúa el proceso de afianzamiento de estos hábitos y crea estrategias para premiar a los miembros de tu familia que mejor lo hagan.

CN_6-1(32-51).indd 43

21/08/13 14:12

Entorno vivo

Bacterias extremas

Biosfera

Nuestro planeta consta de distintas capas: la litosfera, constituida por rocas y piedras; la hidrosfera, por todos los cuerpos de agua; la atmósfera, por la capa de gases que envuelve al planeta, y por la biosfera, que es la capa formada por todos los organismos y su ambiente. Observamos diversos tipos de ambientes. Para estudiarlos, los dividiremos en dos grandes grupos de acuerdo con el medio en el que se desarrollan: biomas y ecosistemas acuáticos.

La mayoría de las especies de seres vivos que existen actualmente tienen una baja tolerancia a temperaturas extremas, ya sean muy frías o muy calientes. Sin embargo, hay un grupo de bacterias, las más antiguas que existen, que viven en ambientes tan calientes como los géiseres, a más de 100 °C de temperatura. ¡Más calientes que el agua hirviendo!

Ampliación multimedia

Biomas

2.1

Enlace web

Los biomas son grandes regiones del planeta que comparten características similares en cuanto a precipitación y temperatura. Ambos factores son determinantes para el crecimiento de ciertos grupos de plantas. Los animales, debido a que son consumidores que dependen directa o indirectamente de las plantas para obtener energía, se adaptan a la vegetación disponible en un área. Temperaturas y precipitaciones similares permiten el crecimiento de tipos de vegetaciones determinadas, las cuales a su vez están asociadas a faunas específicas, generando las características propias de un bioma. De esta manera, en los lugares de la Tierra que son muy secos y calientes se desarrollan desiertos, no importa si esto ocurre en Suramérica, África u otro lugar. Igualmente, en los lugares que son cálidos y lluviosos durante todo el año, se desarrollan exuberantes selvas. Así, al conjunto de todos los desiertos del mundo se les conoce como el bioma de desierto y al conjunto de todas las selvas, como el bioma de bosque húmedo tropical. Cuando hablamos de un ejemplo específico de este bioma, con especies de plantas y animales definidos, hablamos de un ecosistema. El bosque húmedo tropical en el Amazonas colombiano es un ecosistema, al igual que el bosque húmedo tropical del Congo, en África. Los dos, a su vez, hacen parte del bioma de bosque húmedo tropical. Los principales biomas son las praderas, el bosque caducifolio, el bosque de coníferas o taiga, el bosque húmedo tropical, la tundra y el desierto.

Distribución de biomas en el mundo 160° 140° 120° 100°

80°

60°

40°

20°

OCÉANO

0°

20°

40°

GLACIAL

60°

80°

100°

ÁRTICO

120°

160°

180°

80°

r Ártic Círculo Pola

60°

Los biomas se distribuyen alrededor del mundo de acuerdo con las características de temperatura y precipitación. Aquí se presentan las regiones originales de los biomas naturales, aunque actualmente muchos han sido afectados por las actividades humanas.

140°

60°

40°

Trópico de Cánc

20°

OCÉANO PAC ÍFI CO ECUADOR 0°

0°

OCÉANO

PACÍFICO

ATLÁNTICO

ÍNDICO

20°

Trópico de Capricornio

20°

DISTRIBUCIÓN DE LOS BIOMAS TERRESTRES 40° húmedo tropical Bosque Sabana Desierto Polos y nevados Praderas 60° Bosque caducifolio Bosque de coníferas Tundra

40°

OCÉANO

GLACIAL

ANTÁRTICO 60°

Círculo Polar Antártico

ESCALA GRÁFICA 80°

160°

140° 120° 100°

80°

60°

40°

20°

0°

20°

40°

60°

80°

100° 120°

140°

160° 180°

80°

0 km

2.500

4 4 Acción de pensamiento: identifico características diferenciadoras de los biomas y de los ecosistemas acuáticos.

CN_6-1(32-51).indd 44

21/08/13 14:12

Componente Procesos biológicos 2.1.1 Pradera Las praderas son biomas en donde la vegetación predominante es herbácea y hay muy pocos árboles, si es que llega a haberlos. Las praderas se encuentran en zonas bastante planas, y los ecosistemas que hacen parte de este bioma han evolucionado en condiciones muy particulares: en el transcurso del año están sometidos a temporadas de lluvia y temporadas de sequía. La época de escasez de agua hace que los árboles grandes no puedan crecer y mantenerse en ellas. Ya que la condición determinante en la formación de una pradera son las estaciones de lluvia y sequía, se pueden encontrar praderas en zonas del mundo con temperaturas muy variadas. Con respecto a la fauna, en la mayoría de las praderas se pueden encontrar grandes herbívoros, que aprovechan los brotes tiernos de los pastos para alimentarse. Al hacerlo evitan que se desarrolle otro tipo de vegetación que incluya más arbustos y árboles, como podría ser el chaparral, una forma de bosque semiárido. Durante las épocas de lluvia las hierbas crecen, por lo que hay abundancia de alimento, pero en épocas de sequía muchos animales, como los ñus africanos, migran hacia zonas con una mejor oferta de alimento. Hay diversos tipos de praderas, tales como las sabanas, las praderas templadas y los potreros. Las sabanas son praderas tropicales que reciben gran cantidad de luz solar y mantienen un promedio de temperatura alto. Uno de los ecosistemas de sabana más reconocidos es la sabana africana, en donde habitan peculiares y grandes herbívoros como jirafas, elefantes, cebras, gacelas y ñus, que pueden ser cazados por felinos, como los leones y los guepardos. Las praderas templadas son praderas que reciben distintos nombres de acuerdo con la región en donde se encuentren. En Argentina y Uruguay les llaman pampas, en Rusia, estepas, y en Suráfrica, veldt. Algunas poseen suelos muy ricos en nutrientes. Entre los animales que las habitan están los canguros (en Australia), los bisontes y coyotes (en Norteamérica), y los lobos y conejos en distintas partes del mundo. Los potreros para ganadería y las zonas de cultivos son praderas artificiales, hechas por el ser humano. En los potreros se cría ganado para el consumo humano, mientras que en los cultivos se producen tanto alimentos como flores para comercializar. Debido a las épocas de sequía algunas praderas han evolucionado para adaptarse a incendios periódicos. Las hierbas secas se encienden con facilidad y el fuego consume la vegetación superficial. Sin embargo, las plantas han desarrollado estrategias para sobrevivir al fuego: algunas lo logran manteniendo profundas raíces en la tierra, que después del incendio pueden volver a crecer y producir nuevas plantas. Otras producen semillas que permanecen en el suelo y, al pasar el fuego y llegar la época de lluvias, germinan para dar origen a nuevas plantas. A

En las sabanas africanas, existen grandes depredadores como las hienas (A) y abundantes poblaciones de mamíferos herbívoros como las cebras (B) y las jirafas (C).

CN_6-1(32-51).indd 45

21/08/13 14:12

Recurso

Lexicón Caducifolio: palabra compuesta por dos raíces latinas: caducus, que significa “caído”, y folium, que significa “hoja”, es decir, hoja caduca o caída.

imprimible 2.1.2 Bosque caducifolio Los bosques caducifolios son aquellos en los que las hojas se caen durante el invierno. Se encuentran en la zona del hemisferio norte en donde hay estaciones, por lo que las temperaturas varían enormemente a lo largo del año: muy bajas en invierno y altas en verano, mientras que la precipitación está relativamente distribuida a lo largo del año. Durante el otoño, los árboles pierden sus hojas y soportan las duras condiciones del invierno pero, al llegar la primavera, rápidamente producen nuevas hojas para poder realizar la fotosíntesis. Al igual que las plantas, algunos animales han desarrollado estrategias para defenderse del crudo invierno. La hibernación y la migración son dos de ellas.

En la hibernación los animales acumulan grasa durante el verano y el otoño y, al llegar el invierno, se refugian en sus madrigueras y permanecen en un estado de letargo viviendo de la energía almacenada. Los grandes árboles, los osos (A) y los alces (B) son algunos de los organismos más representativos de la taiga.

En la migración grandes grupos de animales, como las aves, se desplazan a lugares más cálidos durante el invierno. En este bioma se pueden encontrar osos pardos, zorros, venados, ardillas, roedores y conejos. Además de los árboles que dominan el bosque, también crecen otras plantas en el suelo, como hierbas con flores, helechos y epífitas, que son plantas que crecen sobre otras plantas, como ocurre con los musgos y el muérdago. La biodiversidad en estos bosques es mayor que la de la taiga, pero no tan alta como la de los bosques húmedos tropicales o arrecifes de coral.

Bosque de coníferas o taiga

2.1.3 Los bosques de coníferas, también conocidos como taigas o bosques boreales, forman parte de un bioma de condiciones extremas: presentan bajas temperaturas y bajas precipitaciones, y parte del agua allí presente se encuentra en estado sólido en forma de nieve. El verano es corto, y las temperaturas no suben mucho, mientras que el invierno es largo. En la taiga predominan grandes árboles perennes, que son aquellos que nunca pierden sus hojas, y se mantienen siempre verdes. Estos árboles, pertenecientes al grupo de las coníferas, desarrollan sus semillas en conos, como las piñas de los adornos navideños. Las hojas son largas y delgadas, tienen forma de aguja y están endurecidas. Esta adaptación les permite evitar la pérdida de agua y soportar las frías temperaturas. El suelo es ácido, pobre en nutrientes, y suele estar cubierto por una capa de hojas que tardan en descomponerse, lo que evita que otras especies de árboles puedan crecer allí. Por este motivo la biodiversidad es baja. De estos bosques se extrae madera para el comercio.

Los bosques de coníferas se encuentran en el norte de América, Europa y Asia, y es el bioma más extenso que hay actualmente: cubre aproximadamente el 11% de la superficie terrestre. Curiosamente este bioma existe únicamente en el hemisferio norte, ya que las latitudes equivalentes en el hemisferio sur están cubiertas por agua. Algunos de los animales que se pueden encontrar allí son caribúes, alces y liebres que se alimentan de hojas; predadores como los linces y las águilas, roedores, aves e insectos, aunque las aves pueden migrar hacia zonas más cálidas durante el invierno. B

CN_6-1(32-51).indd 46

21/08/13 14:13

Componente Procesos biológicos

Bosque húmedo tropical

Actividad

2.1.4 Los bosques húmedos tropicales se encuentran cercanos a la línea del Ecuador, por lo que cuentan con abundante luz y altas temperaturas durante todo el año. Las precipitaciones también son altas, lo que permite el crecimiento de una vegetación abundante, predominantemente arbórea, pero también se encuentra una gran variedad de plantas herbáceas, y epífitas, como orquídeas, quiches y enredaderas. En estos bosques se forman diferentes estratos con condiciones particulares.

El estrato emergente lo forman árboles con alturas superiores a los 35 metros, muy espaciados unos de otros. Allí se encuentran principalmente águilas. El dosel está formado por las copas de los árboles que alcanzan una altura de 15 a 25 metros. Este estrato cuenta con abundante luz. Los animales que lo habitan incluyen variadas especies de monos y aves, osos perezosos, ranas, serpientes, lagartijas, y una gran diversidad de especies de insectos. El subdosel está formado por árboles de 10 a 20 metros de altura. En esta zona hay muy poca corriente de aire y, por ello, la humedad es alta y permanente, pero la intensidad de luz que llega allí es menor. En este estrato encontramos mamíferos como el mono tití, el mono capuchino, el oso perezoso y el tucán.

El estrato arbustivo o sotobosque está formado por arbustos y hierbas con alturas entre los 0,5 y 10 metros de altura. En esta zona la humedad es alta y permanente y apenas llega un 3% de la luz, por ello las plantas crecen lentamente. En este estrato encontramos invertebrados como hormigas y escarabajos, reptiles como la anaconda, anfibios como la rana venenosa y mamíferos como el jaguar. El estrato rasante, rastrero o basal está formado por hierbas y plántulas que no superan los 0,5 metros de altura. La humedad es alta y permanente y llega menos del 1% de la luz. En este estrato encontramos insectos como hormigas, termitas y mantis y mamíferos como dantas y perros de monte. Debido a la poca luz, las plantas poseen diversas formas de crecimiento. El cuadro resume algunas de las más importantes. Lianas A medida que crecen, trepan sosteniéndose de los troncos de los árboles que tienen cerca, hasta alcanzar el dosel del bosque.

Epífitas Crecen en las ramas altas de los árboles, los cuales utilizan como apoyo para tener fácilmente acceso a la luz y a la humedad.

Hemiepífitas Inician su crecimiento como epífitas, pero al pasar el tiempo, sus raíces envuelven a la planta sobre la que han crecido hasta matarla.

Los bosques húmedos tropicales cuentan con la mayor biodiversidad de especies entre los biomas. Aún después de muchos años de estudios, los científicos siguen encontrando nuevas especies de organismos y quizás muchas especies desconocidas se extingan antes de que las conozcamos.

Vegetación exuberante y animales como ranas (A), serpientes (B), mariposas (C), guacaríes (D), perezosos (E) y tucanes (F) son algunos de los organismos más representativos del bosque húmedo tropical. C

CN_6-1(32-51).indd 47

21/08/13 14:13

2.1.5 Tundra La tundra es un bioma que se encuentra en zonas con muy bajas temperaturas. Hay dos tipos de tundra: la tundra ártica, en el extremo norte del planeta, y la tundra de alta montaña, que se encuentra en las montañas, a grandes altitudes. La tundra ártica pasa la mayor parte del año cubierta de nieve, pero durante el corto verano esta se derrite y permite el crecimiento de hierbas y líquenes. Sin embargo, en el suelo persiste una capa congelada que nunca se derrite, el permafrost. El permafrost impide el paso de las raíces de las plantas, por lo que los árboles no pueden crecer allí. El permafrost también afecta el drenaje del suelo cuando hay deshielo, porque hace que el agua se acumule en la superficie y forme lagos poco profundos y turberas. Las turberas son capas formadas por residuos vegetales que se descomponen muy lentamente. Son de color pardo oscuro, de aspecto terroso y muy livianas. Algunos animales que se pueden encontrar allí son: caribúes, osos polares, zorros árticos, liebres, lemmings y diversas especies de aves, entre ellas búhos. La tundra de alta montaña se encuentra en altas montañas del mundo, en la línea fronteriza con las nieves perpetuas. La vegetación y la fauna que se encuentran en ella dependen en gran parte de los ecosistemas que estén presentes en cada montaña particular. Actividad

Ampliación multimedia

Los cactus (A), las serpientes (B) y lagartos (C) son algunos de los organismos más representativos del desierto. A

2.1.6 Desierto El desierto es un bioma en el que el rasgo más característico es la escasez de agua debido a bajas precipitaciones. La vegetación es muy escasa y presenta adaptaciones como las de los cactus: la suculencia, que consiste en almacenar agua en los tejidos del tallo, y hojas transformadas en espinas, para reducir la pérdida de agua. Otras plantas tienen vellosidades blancas en las hojas para reflejar la luz del sol, e incluso algunas especies solo germinan después de la lluvia, y pasan la mayor parte del año en forma de semilla. Generalmente los desiertos son calientes durante el día y fríos durante la noche, aunque puede haber desiertos fríos. Este fenómeno se debe a que por la escasez de plantas no se absorbe y retiene el calor durante el día. En cuanto a la fauna, se pueden encontrar reptiles, como serpientes y lagartos, escorpiones, y pequeños mamíferos como roedores. Los animales también han desarrollado adaptaciones para sobrevivir a la escasez de agua, tales como no producir sudor, producir orina muy concentrada y heces secas, absorber agua de los alimentos, y almacenar grasa para después obtener agua de su metabolismo. Algunos insectos levantan su abdomen durante el amanecer para que el vapor de agua se condense en ellos, y luego puedan beber las pequeñas gotas de agua que se forman. Para protegerse del calor los pequeños roedores son activos durante la noche y pasan el día refugiados en sus madrigueras, escapando del calor.

CN_6-1(32-51).indd 48

21/08/13 14:13

Componente Procesos biológicos

2.2

Ecosistemas acuáticos

Actividad

Los ecosistemas acuáticos se pueden encontrar alrededor de todo el mundo, en donde hay acumulación de agua. Aproximadamente el 70% de la superficie terrestre está cubierta por agua, entre océanos y aguas continentales. En el agua hay muchos factores que varían, como la temperatura, la concentración de sales y la penetración de la luz y determinan diversos ecosistemas. Para la mayoría de biólogos no es posible generalizar las características de los ecosistemas acuáticos, por lo que no se habla de biomas acuáticos. Los ecosistemas acuáticos se encuentran dentro de una gran diversidad de cuerpos de agua, como ríos, lagos y océanos. La principal característica para clasificar los ecosistemas acuáticos es la salinidad del agua. De acuerdo con la concentración de sales se puede hablar de ecosistemas de agua dulce y ecosistemas marinos. Los ecosistemas acuáticos desempeñan un papel muy importante a nivel global, ya que el agua actúa como regulador térmico. A partir de las diferencias de temperatura y presión en los mares se generan vientos y huracanes, y las algas producen oxígeno mientras que disminuyen la cantidad de dióxido de carbono de la atmósfera, que es el principal gas causante del efecto invernadero. 2.2.1 Ecosistemas de agua dulce Los ecosistemas de agua dulce son aquellos en los que la concentración de sales es inferior al 1%. Se encuentran separados del mar, en los continentes. Cuando el agua está en movimiento, como en un río, hablamos de ecosistemas lóticos. Por el contrario, si el agua está aparentemente quieta, hablamos de ecosistemas lénticos, como los lagos. 2.2.1.1 Ecosistemas lóticos Los ecosistemas lóticos son aquellos en los cuales el agua está en movimiento, como ríos y quebradas. Uno de los factores más importantes en la caracterización de estos ecosistemas es la velocidad de la corriente, ya que determina la posibilidad que tienen los organismos de establecerse en un sitio específico de acuerdo con las adaptaciones que hayan desarrollado para lograrlo. Las corrientes fuertes podrían arrastrar a los organismos, mientras que corrientes muy débiles permiten el desarrollo de comunidades más similares a las de ecosistemas lénticos. El movimiento de las aguas también favorece la oxigenación, lo cual es vital para la fauna presente. Otro factor importante es la cantidad de sedimentos que arrastra el agua, ya que estos pueden impedir el paso de la luz, afectando la presencia de organismos fotosintetizadores. A

Interpreto Lee la información, observa la imagen en esta ventana y escribe el número según el nombre de cada planta: 1. Elodea 3. Sagitaria 2. Lenteja de agua 4. Nenúfar En los ecosistemas de agua dulce encontramos estos tipos de plantas: Sumergidas, como la elodea, están cubiertas totalmente por agua y con sus raíces se fijan al fondo. Flotantes, como la lenteja de agua, flotan. Semiflotantes, como el nenúfar, con sus raíces se fijan al fondo y sus hojas flotan en la superficie. Lacustres, como la sagitaria, con sus raíces se fijan al fondo y casi todo su cuerpo permanece fuera del agua.

Las algas (A) son productores de los ecosistemas acuáticos. Los cocodrilos (B) son los máximos depredadores de muchos ríos.

CN_6-1(32-51).indd 49

21/08/13 14:13

Profundidades extremas

La fosa de las Marianas es el lugar más profundo del océano. Es una grieta en el fondo del océano Pacífico que llega hasta 11.000 metros por debajo del nivel del mar. ¡Su profundidad es mayor que la altura del Everest, la montaña más alta del mundo, que tan solo tiene 8.848 metros!

Recurso imprimible

2.2.1.2 Ecosistemas lénticos Los ecosistemas lénticos son aquellos en los que el agua permanece aparentemente en reposo. Decimos “aparentemente” porque bajo la superficie es posible que se generen corrientes. Algunos ejemplos son los lagos, las lagunas, los pantanos y los humedales. En estos ecosistemas un factor fundamental es la limpidez o turbidez del agua, ya que ella determina qué tan profundo llega la luz solar. La luz es importante para los organismos fotosintetizadores, que son la fuente de alimento para todos los organismos del ecosistema. A medida que se desciende desde la superficie hacia el fondo la temperatura del agua y la cantidad de luz disminuyen rápidamente, hasta que se llega a una zona de oscuridad donde la temperatura suele ser baja y relativamente constante. Un ejemplo de ecosistema léntico es un lago. En la zona superficial se encuentran plantas acuáticas y algas y, en las orillas, plantas terrestres. Son los productores del ecosistema. Cerca a la superficie del agua se pueden encontrar larvas de insectos y plancton, un conjunto de diminutos organismos que viven suspendidos en el agua. Al aumentar la profundidad hay peces y, en el fondo, organismos filtradores y detritívoros, que viven de los restos orgánicos que se hunden desde las capas superiores del lago. 2.2.2 Ecosistemas marinos Los ecosistemas marinos son aquellos en los cuales la concentración de sales del agua supera el 3,5%. Otras de sus principales características son la temperatura, las corrientes y la profundidad, la cual afecta la penetración de la luz solar. De acuerdo con su ubicación se puede hablar de ecosistemas de fondo, de mar abierto y costeros. 2.2.2.1 Ecosistemas de fondo Los ecosistemas de fondo son aquellos que se encuentran en contacto con la plataforma continental submarina. A medida que aumenta la profundidad del agua, disminuye la cantidad de luz, hasta que los organismos productores no pueden realizar la fotosíntesis. Estos ambientes no cuentan con productores propios y dependen de los restos orgánicos que caen al fondo desde la superficie. La temperatura también desciende a medida que nos alejamos de la superficie, hasta hacerse constantemente fría. Una de las características del agua es que el hielo es menos denso que el agua líquida, por lo que flota. Por consiguiente, el agua fría de las profundidades se mantiene a temperaturas relativamente constantes. Los principales organismos que se encuentran aquí son filtradores y detritívoros, quienes recorren el fondo marino en búsqueda de partículas de comida, y predadores, como peces grandes, pulpos y calamares. Cuando un animal grande como una ballena muere y su cuerpo se hunde hasta el fondo, puede surgir toda una comunidad de organismos que se alimentan del cuerpo o de otros organismos que acuden al festín. En pocos meses, de una enorme ballena quedarán solo huesos, que las bacterias poco a poco descompondrán.

En las grandes profundidades del océano, donde no llega la luz, hay animales extraños y misteriosos, como las medusas (A) y el pez linterna (B). Este pez posee un apéndice que emite luz, la cual usa como cebo para atraer a sus presas.

CN_6-1(32-51).indd 50

21/08/13 14:13

Componente Procesos biológicos 2.2.2.2 Ecosistemas de mar abierto Los ecosistemas de mar abierto son aquellos que no están en contacto directo con la zona litoral, es decir, con el continente y sus accidentes costeros, los cuales incluyen cabos, golfos, penínsulas y bahías. El cabo es una saliente del continente que se adentra en el mar. El golfo es una porción de mar que se interna en la tierra entre dos cabos. La península es una porción de tierra cercada por el agua, y que solo por una parte relativamente estrecha está unida a un área terrestre de mayor extensión. La bahía es una entrada de mar en la costa. En el mar abierto, en las zonas que están lejos de la costa, hay grandes zonas de océano que son equivalentes a un desierto terrestre. Hay muy pocos nutrientes en el agua y no son los suficientes para sostener poblaciones de algas. Por lo tanto, sin productores no se puede sostener una red trófica. En estas zonas no viven gran cantidad de especies, y las que hay están de paso. Sin embargo, en algunas condiciones se acumulan algas, lo cual permite la formación de redes más complejas. Un ejemplo de esto son las grandes balsas de sargazo, que son algas que se acumulan formando matorrales flotantes. De estas se alimentan peces, tortugas, cangrejos, camarones y otros animales. 2.2.2.3 Ecosistemas costeros Un ecosistema costero es la franja que se extiende desde la costa hasta 100 km mar adentro y 200 metros de profundidad. En este ecosistema tenemos los litorales arenosos y los litorales rocosos, que están en el límite entre el agua y la tierra. En ellos las condiciones son muy cambiantes, ya que, dependiendo de las mareas, en ocasiones están cubiertos por agua y en ocasiones están descubiertos. Las mareas son cambios en el nivel del mar, causados por la atracción gravitacional de la Luna sobre las masas de agua del océano. Los litorales también están expuestos al oleaje.

Los arrecifes de coral son ecosistemas muy biodiversos, equivalentes a los bosques húmedos tropicales terrestres. En ellos viven gran diversidad de corales (A) y peces como el pez payaso (B), el pez payaso ballesta (C), crustáceos y otros animales.

En los litorales rocosos, que son aquellos en los que el sustrato está formado principalmente por roca, organismos como las algas y los quitones se han adaptado a las embestidas constantes de las olas desarrollando estructuras semejantes a ventosas que les permiten aferrarse a las rocas y permanecer pegados a ellas. En las grietas y desniveles de las rocas se forman piscinas de agua que permiten una vida más tranquila a organismos como las anémonas.

En los litorales arenosos, que son aquellos en los que el sustrato está formado principalmente por arena, organismos como los cangrejos y los moluscos deben excavar continuamente en la arena para mantenerse en un mismo sitio. Los estuarios, otro tipo de ecosistemas costeros, son cuerpos de agua que están en tierra firme, cerca de la costa. En ellos se mezcla agua dulce y agua salada, ya que están conectados con el mar. Sin embargo, debido a que no son muy grandes en tamaño, la evaporación normal del agua hace que las concentraciones de sal sean cambiantes y puedan llegar a ser bastante altas. Los organismos que habitan en ellos están adaptados a esta difícil condición de salinidad. El cuarto tipo de ecosistemas costeros son los arrecifes de coral que se producen únicamente en aguas tropicales de poca profundidad. El componente principal son diminutos animalitos, llamados pólipos, que se encuentran asociados a algas formando los corales. Millones de ellos forman los grandes arrecifes, en los que habita una enorme diversidad de animales como peces, anémonas, camarones, estrellas y erizos de mar.

C © ©

CN_6-1(32-51).indd 51

21/08/13 14:13

Competencias científicas

4 Marca con una 7 la respuesta correcta.

INTERPRETO

A F I A N Z O

1 Une, con una línea, el nombre de cada bioma con la descripción de sus características. Características

Bioma Bosque caducifolio

C O M P E T E N C I A S

a menor profundidad, menor número de algas. a mayor profundidad, mayor número de algas. a mayor profundidad, menor número de algas. las algas solo viven a mayor profundidad.

Bosque que se caracteriza porque hay estaciones, por lo tanto, las temperaturas varían a lo largo del año.

Bosque de coníferas o taiga

Bosque cercano a la línea del Ecuador, presenta altas temperaturas y alta precipitación durante todo el año. Es el bioma más diverso del planeta. Bosque en el que predominan grandes árboles perennes. Soporta condiciones extremas de temperatura y bajas precipitaciones, parte del agua se encuentra en forma de nieve.

Desierto

Bosque húmedo tropical

De acuerdo con la gráfica, se puede deducir que en las aguas profundas, a más de 90 m... abundan los herbívoros, consumidores de fitoplancton. abundan los carnívoros, consumidores de zooplancton. abundan los omnívoros, consumidores de fitoplancton y zooplancton. son muy escasos los consumidores de algas.

Posee poca vegetación, la cual presenta adaptaciones para evitar la pérdida de agua.

2 Observa el gráfico que muestra la población

de algas presente en las distintas profundidades del mar y, con base en él, realiza las actividades 3 y 4. Cantidad de algas por mL de agua 600 500 400 300 200 100 0 0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Profundidad en metros

3 Escribe 3, si son acertadas o 7, si son erradas las siguientes afirmaciones. Corrige las afirmaciones incorrectas en tu cuaderno.

El número de algas en la superficie del mar es de 100 por mL de agua. A 10 metros de profundidad, el número de algas es de 200 por mL de agua. La profundidad que permite el mayor desarrollo de algas está a 90 metros. La luz en las profundidades del mar llega hasta los 90 metros.

Observa el intervalo de 30 a 90 m. Identifica la relación entre el número de algas por mililitro de agua y los metros de profundidad. De acuerdo con esta relación, se puede afirmar que...

De acuerdo con la gráfica, se puede inferir que la cantidad de algas por mililitro de agua a una profundidad mayor de 90 m... aumentará. disminuirá. no depende de la profundidad. no se puede determinar.

De acuerdo con la información de la gráfica, se puede deducir que el factor determinante para la presencia de algas en la zona superficial del mar es...

el tipo de fondo marino. la cercanía a la costa. la cantidad de luz. la cantidad de peces.

5 Debido al calentamiento global, la tempera-

tura promedio de la Tierra está aumentando. Explica dos formas en que se verían afectados los ecosistemas y los seres vivos por este cambio.

CN_6-2(52-63).indd 52

21/08/13 14:25

Identificar •

Indagar •

6 Observa el climograma. En él se relacionan la

temperatura y la precipitación con el tipo de bioma de una región. Con base en él, realiza las actividades 7 y 8.

4.500

Promedio anual de precipitación en mm

Bosque tropical húmedo

3.500 3.000

2.000 1.500

Templado-Caliente

Sabana 1.000 Bosque tropical Praderas matorral 500 Desierto

20 15 10

Trabajar en equipo

9 Respalda o niega la siguiente afirmación: los

lugares más diversos con respecto al número de especies son los que registran mayores rangos de temperatura y de precipitación.

ARGUMENTO

Bosque templado Bosque Bosquelluvioso tropical templado

2.500

Comunicar •

Desarrollo compromisos personales y sociales

Tropical

4.000

Explicar •

lluvioso Templado-Frío Taiga o Bosque boreal

10 Lee, con atención, el siguiente texto.

Ártico-Alpino Tundra

-5 -10 -15

Temperatura promedio en grados centígrados

7 Completa el diagrama de barras de temperatura promedio máxima de cada bioma. Rangos de temperatura promedio en °C

Las plantas coníferas, como los pinos, crecen en abundancia en la taiga, o bosque de coníferas. Estos árboles poseen estrategias para competir con otras plantas por espacio: producen sustancias que endurecen el suelo e impiden que otras plantas crezcan cerca de ellas. Sus hojas, como las agujas de pino, no se descomponen con facilidad, por lo que forman un colchón en el suelo que no permite que otras plantas puedan germinar y establecerse. Las hojas también liberan en el suelo sustancias que inhiben el crecimiento de otras plantas. La madera de los pinos y otras coníferas se usan para hacer papel. De hecho, en algunas zonas de Colombia se han plantado pinos para producir papel, en lugar de utilizar plantas nativas.

11 Responde las preguntas, con base en la lec-

tura anterior.

20 15 10 5 0 °C Sabana Bosque Pradera Desierto húmedo tropical

Taiga Tipo de bioma

8 Responde: ¿Cuál es la temperatura promedio máxima en la taiga o el bosque boreal? ¿Cuál bioma presenta los niveles más altos de temperatura promedio y de precipitación? Compara la vegetación de la tundra, la pradera y el bosque tropical. ¿Se puede afirmar que al aumentar la temperatura y la precipitación de un bioma aumenta el tamaño de las plantas características? Explica tu respuesta.

¿Qué ocurre cuando sembramos en nuestro país plantas coníferas como los pinos? ¿Qué crees que les pueda pasar a largo plazo a nuestros ecosistemas naturales si se continúa sembrando pinos?

PROPONGO 12 Elige un ecosistema colombiano que te sea

familiar. Consulta qué especies de plantas son nativas en él y si pueden ser utilizadas para reforestar. Comparte la información con tu familia, para que ellos también sepan que para reforestar es mejor usar especies de plantas nativas.

13 Organicen una jornada de siembra de plan-

tas nativas en una zona verde o un parque cercano a su casa o colegio y realícenla. ©

CN_6-2(52-63).indd 53

21/08/13 14:25

Enlace web

Ampliación multimedia

Ecosistemas colombianos

El concepto de ecosistemas colombianos reúne una gran diversidad de ambientes propios de nuestro país, con condiciones ambientales particulares y, en muchas ocasiones, con especies endémicas que los caracterizan. La gran diversidad de ecosistemas en nuestro país se debe a varios factores: Está ubicada en la zona intertropical, por ello Colombia cuenta con altos niveles de radiación solar durante todo el año. Como consecuencia, la radiación no es un factor limitante para el crecimiento de la vegetación y permite que haya gran diversidad de ecosistemas marinos, como manglares y estuarios. Tiene costas en los océanos Pacífico y Atlántico, por lo que las corrientes marinas y los vientos afectan las condiciones climáticas de las costas y de otras regiones aledañas. Los vientos están cargados de humedad, que causa grandes precipitaciones, como las que se presentan permanentemente en el bosque del Chocó. La cordillera de los Andes, que cruza el país, origina diversos tipos de ecosistemas con diferentes altitudes y, por lo tanto, con diversas temperaturas. Estas condiciones particulares permiten el desarrollo de ciertos seres vivos particulares. La cordillera también actúa como una barrera para el paso de los vientos, ayudando a que los que vienen cargados de humedad descarguen el agua en forma de precipitación. Al cruzar los Andes, los vientos húmedos se transforman en secos y tienen un efecto distinto en los ecosistemas.

Los dos océanos que bañan a nuestro país (A), (B) y la cordillera de los Andes (C) son factores determinantes en la diversidad de sus ecosistemas.

En el pasado, aproximadamente el 84% del territorio nacional estaba cubierto por bosques y el porcentaje restante, por otros ecosistemas en los que la vegetación arbórea no era predominante, como los páramos, las sabanas y los humedales. Actualmente, casi la mitad de estos ecosistemas ha sido alterada. A

5 4 ©Acción de pensamiento: explico las principales características de los ecosistemas colombianos.

CN_6-2(52-63).indd 54

21/08/13 14:25

Componente Procesos biológicos

3.1

Ecosistemas terrestres colombianos

En Colombia se encuentran, entre otros, los siguientes ecosistemas terrestres: bosque húmedo tropical, bosque seco tropical, matorrales secos, bosques andinos, páramos, nevados y sabanas.

Bosque húmedo tropical

Recurso imprimible

3.1.1 Los bosques húmedos tropicales se encuentran por debajo de los 1.200 msnm, en zonas donde la temperatura y la humedad son constantes y altas durante todo el año. La mayoría de estos ecosistemas presenta dos temporadas de altas precipitaciones anuales. Estos ecosistemas se encuentran en las laderas bajas de la cordillera Occidental hacia la costa del océano Pacífico, en los departamentos del Chocó y Cauca, y al oriente de la cordillera Oriental, hacia los departamentos del Amazonas y el Orinoco. También se pueden encontrar en los valles de los ríos Magdalena y Cauca. Los bosques húmedos tropicales se caracterizan por su enorme diversidad de especies. En la vegetación se pueden encontrar árboles como robles, ceibas, arbustos, lianas variadas, helechos, hierbas y plantas epífitas, como orquídeas, bromelias y quiches. Se encuentran animales como chuchas, monos araña, monos tití grises, monos cariblancos, jaguares, perezosos, tigrillos, águilas, osos mieleros, y varias especies de murciélagos y roedores. Muchas de las especies que se encuentran en estos ecosistemas son endémicas. Esto significa que la distribución de una especie está limitada a un hábitat determinado no encontrandose de forma natural en ningún otro lugar del mundo. Un ejemplo de especie endémica del bosque húmedo tropical colombiano es la rana venenosa dorada, Phyllobates terribilis. Esta rana amarilla produce un veneno muy potente y solo habita en las selvas húmedas del departamento del Chocó.

Las epífitas (A), utilizan sus raíces para sostenerse de los árboles sobre los cuales viven. La rana dardo dorada (B), tiene suficiente veneno para matar a 10 personas. El tigrillo (C), es de hábitos nocturnos. El mono titi (D), es de hábitos diurnos. La mantis (E), es un insecto depredador de hábitos diurnos. El tapir o danta (F), se encuentra cerca a zonas pantanosas de la selva.

E B

CN_6-2(52-63).indd 55

21/08/13 14:25

Bosque seco tropical

3.1.2 El bosque seco tropical se encuentra en zonas de baja altitud, presenta altas temperaturas y tiene por lo menos una época de sequía al año. Debido a esta particularidad, la mayoría de los árboles son parcialmente caducifolios. Esto significa que la mayoría de sus hojas se caen durante la época seca para no perder tanta agua por evapotranspiración. Este fenómeno consiste en la liberación de oxígeno y vapor de agua como consecuencia de la apertura de los poros de las hojas para permitir la entrada del dióxido de carbono necesario para realizar la fotosíntesis. Se encuentran arbustos espinosos y plantas que almacenan agua en sus tejidos, como los cactus. La fauna de este ecosistema incluye insectos, como escarabajos y hormigas, aves, monos tití, serpientes y felinos como pumas y tigrillos. Parches de este ecosistema se ubican en la costa Atlántica y en algunos valles presentes entre los brazos de la cordillera de los Andes, aledaños a los ríos Cauca y Magdalena. El desierto de la Tatacoa, al norte del departamento del Huila, es un matorral seco.

Matorrales secos

3.1.3 Los matorrales secos son ecosistemas intermedios entre un bosque y un desierto. En ellos, se presentan altas temperaturas y bajas precipitaciones. Debido a estas condiciones la vegetación es escasa y no cubre por completo el suelo. Se pueden encontrar plantas adaptadas a un ambiente muy seco, como cactus y arbustos espinosos de poca altura. La diversidad de especies es baja. Entre los animales se pueden encontrar reptiles como lagartijas y algunas aves migratorias. Se localizan en zonas de baja altitud, cerca a la costa del océano Pacífico, en la Guajira y en algunas zonas de la cordillera de los Andes. El denominado desierto de la Tatacoa, al norte del departamento del Huila, es en realidad un matorral seco.

Bosques andinos

3.1.4 Los bosques andinos se pueden encontrar en la cordillera de los Andes y en otras formas montañosas de Colombia como la Sierra Nevada de Santa Marta, en un amplio rango de altitudes, hasta llegar a los 3.200 msnm. Debido a la gran variedad de condiciones particulares que presentan, los bosques andinos son clasificados en tres subcategorías, según el rango de altitud en que se encuentran: bosques subandinos, bosques andinos y bosques altoandinos. Los límites altitudinales de los bosques varían dependiendo de la zona, ya que las cordilleras presentan condiciones climáticas distintas según la vertiente.

Los bosques andinos se encuentran en las montañas, en ocasiones rodeando valles. La pendiente determina en gran medida la altura de los árboles, ya que si la pendiente es muy marcada, los grandes árboles no pueden aferrarse al suelo. Por consiguiente, solo crecerán arbustos y matorrales en estas laderas.

3.1.4.1 Bosque subandino o submontano Se desarrolla entre los 1.000 y 2.000 msnm, en las laderas de los Andes, la Sierra Nevada de Santa Marta y la Serranía de la Macarena. No poseen estratos definidos y en ellos hay abundantes palmas, helechos arborescentes y plantas epífitas. Se encuentran árboles como el encenillo y el mortiño, y el dosel del bosque alcanza alturas de 20 a 35 m. Se encuentran aves endémicas como águilas solitarias, tinamúes negros y toches vientrerrojos. También anfibios como ranas arlequín y de cristal y mamíferos como murciélagos, roedores, monos, venados, ocelotes y tigrillos. Este ecosistema se ha visto seriamente afectado por las acciones humanas, que han transformado los bosques en zonas de pastoreo para ganado y en cultivos de café. La mayor parte de los bosques subandinos actuales se encuentran en la cordillera Oriental.

CN_6-2(52-63).indd 56

21/08/13 14:26

Componente Procesos biológicos 3.1.4.2 Bosque andino o montano Se desarrolla entre los 2.000 y 2.700 msnm y el dosel alcanzan alturas hasta de 25 m. En ellos abundan insectos, aves, osos de anteojos, venados y conejos. Han sido muy afectados por la transformación de bosques en potreros para ganadería. 3.1.4.3 Bosque altoandino Se desarrolla entre los 2.700 y 3.200 msnm y el dosel es bajo, denso y con abundancia de epífitas. Presenta nubosidad y niebla casi todo el tiempo, por lo que la humedad es alta. Allí se encuentran árboles como el encenillo y el pimiento de monte y animales como colibríes, insectos, osos de anteojos y cóndores. Muchos de estos bosques han sido transformados para uso agropecuario.

Páramos

3.1.5 Los páramos son ecosistemas que se encuentran en lo alto de las montañas, entre los 2.800 y los 3.500 msnm, limitando con las nieves perpetuas. Presenta temperaturas que varían drásticamente durante el día, con cambios de más de 20 °C entre la temperatura diurna y la nocturna, aunque la temperatura promedio es baja. Algunas zonas de páramo son usadas para cultivos de papa y para ganadería. En el mundo solo existen páramos en el norte de Suramérica y en Costa Rica. En Colombia, se encuentran en las cimas de la cordillera de los Andes y en la Sierra Nevada de Santa Marta y corresponden a la mayor área de los páramos del mundo. Se destaca el páramo de Sumapaz, que es el más grande del planeta. Debido a que los páramos se comportan como islas en lo alto de las montañas, en ellos se encuentra un gran número de especies endémicas, que han evolucionado en aislamiento. La vegetación predominante son pastos, musgos y, especialmente, frailejones que son plantas muy particulares: algunos llegan a medir alrededor de dos metros y tienen hojas con vellosidades que los protegen de las bajas temperaturas y el viento. La fauna del páramo incluye cóndores, conejos, venados, cusumbos, coatíes, zarigüeyas, osos de anteojos, y dantas o tapires de páramo.

Argumento Lee. En el 2011 se presentó un proyecto para explotación minera de oro en la zona del páramo de Santurbán. Sin embargo, el proyecto no prosperó debido a que los páramos son zonas protegidas por su importancia ecológica y, como se sabe, la explotación minera deteriora seriamente el medio ambiente ya que produce residuos químicos altamente contaminantes.

Responde. ¿Consideras que fue acertada la decisión de no realizar el proyecto minero? Justifica tu respuesta. ¿Crees que el interés por preservar el ambiente debe estar por encima de los intereses económicos? Explica.

Nevados

3.1.6 Los nevados están en lo alto de las montañas, por encima de los 3.500 msnm y pueden ser considerados ecosistemas de tundra alpina. Presentan temperaturas muy bajas, por lo que la principal forma de precipitación es la nieve que se acumula y forma capas de hielo, impidiendo el crecimiento de la vegetación, particularmente de árboles. Solo cuando la temperatura se eleva y parte de la nieve se derrite dejando el suelo expuesto, pueden crecer algunas hierbas y líquenes. Debido a estas condiciones la biodiversidad es muy baja.

Sabanas

3.1.7 Las sabanas son ecosistemas en los que la vegetación predominante son los pastos y algunos árboles solitarios. Allí se alternan épocas de abundante precipitación con épocas de sequía, por lo que suele haber incendios estacionales y plantas adaptadas a ellos. Los suelos son pobres en nutrientes, ya que el agua de las precipitaciones los lava. Si algún río cruza una sabana, en sus orillas, pueden crecer árboles, que forman un corredor denominado bosque de galería. Se observan sabanas en los Llanos Orientales, la fauna incluye chigüiros, aves, armadillos e insectos.

Los páramos desempeñan un papel muy importante en los ciclos hídricos, ya que almacenan agua que es aprovechada por los demás seres vivos y por otros ecosistemas. ©

CN_6-2(52-63).indd 57

21/08/13 14:26

Ecosistemas urbanos

3.1.8 Los ecosistemas urbanos son áreas en las que los seres humanos son la especie dominante y han modificado drásticamente el medio ambiente, de manera que las edificaciones son las que controlan la estructura física del ecosistema. Originalmente el ser humano actuaba bastante parecido a otros animales en los ecosistemas naturales: cazaba animales, recolectaba frutos y se movía de un lugar a otro según la abundancia de los recursos. Posteriormente, empezó a establecerse en un lugar y permanecer en él, modificándolo a través de la ganadería y la agricultura. Inicialmente, las poblaciones humanas se asentaban en lugares cercanos a ríos y lagos para tener el preciado recurso del agua. Luego, plantaban cultivos, domesticaban animales y, a medida que iba creciendo la población humana, modificaban el medio construyendo casas cada vez más grandes, diseñando sistemas de acueducto y alcantarillado para la distribución del agua. Con los grandes avances tecnológicos, apareció la necesidad de instalar redes de cables eléctricos y telefónicos, tuberías de gases y redes de Internet. Así se construyeron las ciudades como las conocemos actualmente.

Los asentamientos humanos se han ido transformando hasta llegar a ser sistemas tan complejos como las ciudades de hoy. En ellas se manejan grandes ingresos de materiales y alimentos, se usan recursos como combustibles fósiles y materias primas, y se producen enormes cantidades de desechos y contaminación.

Las condiciones climáticas de la ciudad son diferentes de las del entorno natural cercano. Materiales de construcción como el asfalto y el cemento absorben mayor cantidad de calor que los ambientes naturales. Las lluvias son drenadas mediante desagües, por lo que se presenta poca evaporación, y por lo tanto no se pierde calor en el proceso. Hay calor producido por la calefacción y el uso de combustibles fósiles y electrodomésticos. Por estas razones, las ciudades presentan temperaturas más elevadas que los ambientes naturales. El uso de combustibles fósiles y las industrias generan grandes cantidades de gases contaminates, que se acumulan en el aire sobre la ciudad. Esta nube de contaminación, llamada esmog, atrapa el calor, y contribuye al efecto invernadero y a elevar la temperatura. También afecta la formación y la composición de la lluvia que, al caer, arrastra contaminantes disueltos en ella. En las ciudades la especie predominante es el ser humano, pero hay muchas otras especies asociadas y adaptadas a este ambiente. Los edificios y los tejados forman grietas y nichos en los que habitan aves, como golondrinas y palomas, y mamíferos como murciélagos. Los colibríes y otras aves se alimentan del néctar de las plantas ornamentales de los jardines, mientras ratas y ratones se alimentan de la abundancia de desechos acumulados en las basuras. Muchos insectos también prosperan en este ecosistema: cucarachas, moscas, mosquitos y polillas viven en nuestras casas, al igual que diminutos gorgojos y ácaros que se alimentan de polvo y madera. Además, encontramos animales domésticos: perros, gatos y demás. Hay parches de vegetación en los parques, los prados y los jardines y en relictos de bosques de composiciones variadas según las condiciones climáticas de la ciudad y la intervención humana.

CN_6-2(52-63).indd 58

21/08/13 14:26

Componente Procesos biológicos

Ecosistemas acuáticos colombianos

3.2 Colombia cuenta con una gran diversidad de ecosistemas acuáticos. Entre ellos se encuentran los ecosistemas marinos, como praderas marinas, estuarios, manglares, playas, acantilados y arrecifes coralinos. Los ecosistemas de agua dulce pueden ser lóticos como ríos y arroyos o lénticos, como lagos, lagunas y embalses. Humedales, islas e islotes pueden ser marinos o de agua dulce. 3.2.1 Praderas marinas Las praderas marinas se forman en litorales arenosos. En aguas poco profundas y de fondo arenoso, crecen abundantemente algas y pastos marinos, de los que se alimentan tortugas, manatíes, peces, estrellas de mar y erizos. También se observan grandes predadores como barracudas y tiburones. De los sedimentos, se alimentan gusanos, moluscos y crustáceos. Con el tiempo, las praderas marinas propician la formación de otros ecosistemas como los manglares. Se pueden encontrar praderas marinas en la península de La Guajira y en el Parque Tairona. 3.2.2 Estuarios Los estuarios son ecosistemas que se forman cuando el agua dulce de los ríos se encuentra con el agua salada del mar. Los ríos llevan gran cantidad de nutrientes que han arrastrado a su paso por el interior del continente. Estos nutrientes hacen que los estuarios sean muy productivos y puedan sostener a muchas especies diferentes. Una característica fundamental de estos ecosistemas es que el nivel de salinidad es muy variable, dependiendo de condiciones como los vientos, la temperatura y las mareas, por lo que los seres vivos que los habitan deben adaptarse a esta variación. Los estuarios pueden ser abiertos, como la desembocadura del río Magdalena en el océano Atlántico, o pueden formar lagunas cerradas, separadas del mar por una franja de tierra, como la Ciénaga Grande de Santa Marta. La fauna consiste en variedad de peces, pelícanos, garzas, caracoles y crustáceos como camarones y cangrejos.

Enlace web

La zarigüeya (A) trepa los árboles de mangle en busca de semillas e insectos. La zorra manglera o mapache (B) merodea cerca del agua para atrapar ranas, cangrejos y semillas. La langosta (C) permanece en el fondo fangoso del manglar. El cangrejo (D) utiliza sus pinzas durante el cortejo y para alimentarse.

3.2.3 Manglares

Los manglares son bosques que crecen en suelos inundados en zonas costeras, donde se mezclan agua dulce y el agua salada del mar. La principal vegetación son los árboles de mangle, de los cuales deriva su nombre. Al igual que los estuarios, presentan alta productividad, su salinidad es fluctuante y tiene poco oxígeno. La mayor parte de la producción vegetal cae al suelo, donde sirve de alimento a bacterias, cangrejos y gusanos. En el manglar también se pueden encontrar peces y en las raíces de las plantas se refugian poblaciones juveniles de diferentes animales, como langostas y peces. De los manglares se extrae madera y se aprovecha la pesca. Se pueden encontrar manglares tanto en la costa Pacífica como en la costa Atlántica. D

Los estuarios pueden formarse en la desembocadura de los ríos en el mar. En ellos se mezclan agua dulce del río y agua salada del mar, lo cual genera condiciones muy variables de salinidad.

CN_6-2(52-63).indd 59

21/08/13 14:26

3.2.4 Playas y acantilados Las playas o litorales arenosos se forman a la orilla del mar, donde la tierra y el agua se encuentran y se acumulan sedimentos que forman la arena. Hay oleaje continuo, lo que impide el establecimiento de muchas especies, particularmente de productores, por la falta de un sustrato estable. En las aguas de los litorales arenosos se pueden encontrar peces y camarones. Los litorales arenosos se ubican en grandes áreas de la costa Atlántica y Pacífica y son de gran interés turístico, como las playas de Cartagena, Santa Marta y el Parque Tairona.

Las playas arenosas son de gran atractivo turístico, aun cuando en algunas de ellas el oleaje es tan fuerte y peligroso que no es posible bañarse en el mar.

Los acantilados o litorales rocosos presentan poca profundidad, fuerte oleaje, mucha erosión y ninguna acumulación de sedimentos. Tienen una productividad alta, lo que les permite sostener una gran biodiversidad de algas, erizos, caracoles, peces, langostas y diversos filtradores, entre otros. En estos litorales también se pueden presentar arrecifes coralinos. En Colombia, se pueden encontrar acantilados cerca a la Sierra Nevada de Santa Marta, en el Caribe y cerca a la Serranía del Baudó, en el Pacífico. 3.2.5 Humedales Los humedales son ecosistemas con características intermedias entre los terrestres y los acuáticos. Durante la mayor parte del año, tienen niveles elevados de agua e incluso llegan a estar inundados durante ciertos períodos de tiempo. Los humedales son ricos en nutrientes, por lo que tienen una productividad alta. Desempeñan dos roles ecológicos muy importantes: son lugares de paso de aves migratorias y actúan como amortiguadores hídricos, ya que almacenan agua en época de abundancia y la liberan en épocas de escasez. Hay humedales por todo el territorio colombiano y reciben diferentes nombres como pantanos, esteros y ciénagas. 3.2.6 Arrecifes coralinos Los arrecifes coralinos son grandes formaciones marinas constituidas por diminutos animales llamados pólipos. Los pólipos producen un esqueleto de carbonato de calcio y, a medida que mueren, nuevos animales crecen sobre el esqueleto de los otros, de modo que se acumulan hasta formar grandes arrecifes. Sus colores llamativos se deben a la asociación que establecen con microalgas que reciben el nombre de zooxantelas. Por esta razón, los corales solo se encuentran en zonas tropicales, donde hay aguas cálidas y transparentes para que estas puedan realizar la fotosíntesis. Los pólipos son animales carnívoros y se alimentan principalmente de zooplancton. Los arrecifes de coral son ecosistemas con alta productividad y gran biodiversidad, comparables al bosque húmedo tropical. En ellos se encuentran muchos peces, camarones y langostas, gusanos, erizos y estrellas de mar, esponjas, anémonas, y un sinfín de especies. En Colombia, hay arrecifes coralinos en el mar Caribe, como los de las islas de San Andrés y Providencia.

Los arrecifes son lugares muy hermosos, llenos de coloridos organismos, por lo que son un importante recurso turístico.

Estos ecosistemas son muy delicados, ya que los corales pueden morir por cambios en la temperatura del agua o por la presencia de sedimentos que impiden el paso de la luz solar. Las tormentas en el mar, que arrastran grandes cantidades de arena, pueden cubrir vistosos corales y causar su muerte.

CN_6-2(52-63).indd 60

21/08/13 14:26

Componente Procesos biológicos 3.2.7 Islas e islotes Las islas son superficies de tierra que están bordeadas por un cuerpo de agua y presentan características muy variadas, según su ubicación. Los islotes son más pequeños que las islas y, debido a ello, allí no viven seres humanos. En Colombia, tenemos islas marinas como Gorgona, e islotes como Gorgonilla. Con temperaturas cálidas y en contacto con el mar, en sus costas se pueden encontrar ecosistemas como arrecifes coralinos, litorales arenosos y rocosos, y manglares muy diversos. En el interior del continente hay islas como la de San Pedro, en la laguna de Tota. Recurso

Galería de

3.2.8 Ríos imprimible imágenes En Colombia, muchos de los ríos nacen en lo alto de las cordilleras. Inicialmente, debido a la pendiente, tienen corrientes fuertes y bien oxigenadas. En esta parte hay pocas plantas y algas, pero el agua recibe material de la vegetación aledaña y se pueden encontrar peces, larvas de insectos y otros invertebrados. Al llegar a zonas más bajas, dan origen a otros ríos claros y blancos, ricos en nutrientes y altamente productivos. También hay ríos negros que se originan en selvas y sabanas. Son pobres en nutrientes y ricos en diversidad. 3.2.9 Lagunas En Colombia hay numerosas lagunas que se caracterizan por tener aguas frías, escasez de nutrientes, baja productividad y poca diversidad de especies. En varias lagunas se han introducido, en forma artificial, truchas para pesca deportiva. 3.2.10 Embalses Los embalses son lagunas artificiales construidas por el ser humano mediante el represamiento de la corriente de un río. Presentan condiciones intermedias entre sistemas lénticos y lóticos.

El principal uso de los embalses es la generación de energía mediante plantas hidroeléctricas y la provisión de agua a las poblaciones humanas.

Haces parte de la Tus compromisos solución personales y sociales El problema: diariamente arrojamos gran cantidad de basura y contaminantes a los ríos que, al llegar al océano se vierten allí y pueden acumularse en las playas, donde afectan directamente la vida de los organismos acuáticos. La solución: no arrojes basura a los cuerpos de agua y cuando los visites, organiza brigadas con tu familia y amigos para recoger la basura y limpiar las playas.

Los embalses de tierras bajas también son usados para riego. Presentan temperaturas más altas que las de los embalses de montaña, por lo que el agua contiene menos oxígeno, lo cúal limita la existencia de muchos organismos. Estos embalses son refugios para aves acuáticas. Un ejemplo de embalse es el de San Rafael en Cundinamarca.

Estos ecosistemas presentan productividad moderada y baja diversidad de peces como truchas y carpas.

CN_6-2(52-63).indd 61

21/08/13 14:26

Competencias científicas

2 Observa el siguiente gráfico que muestra

INTERPRETO A F I A N Z O

1 Observa las siguientes imágenes. Escribe el

tipo de ecosistema colombiano terrestre o acuático que esperarías encontrar en cada zona señalada.

el porcentaje de especies, de los principales grupos de animales vertebrados que se encuentran en los páramos colombianos. El número total de especies registradas es 329.

21% A

C O M P E T E N C I A S

Reptiles

5% 47%

Anfibios

27%

Aves Mamíferos

3 De acuerdo con el gráfico anterior, responde: ¿Cuál es el grupo con el mayor número de especies? ¿Se puede afirmar que la cantidad de especies de reptiles es más de dos veces la de aves? Explica tu respuesta. ¿Es correcto afirmar que por cada especie de mamíferos hay ocho de anfibios? Explica tu respuesta.

4 Completa el diagrama de barras, tomando como base la gráfica del punto 2.

G H

Número de especies 160 140 120

A. B. C.

100 80 60 40 20

D. E. F. G. H.

Reptiles

Anfibios

Aves

Mamíferos

5 Teniendo en cuenta las características ambientales de los páramos, explica:

Qué adaptaciones crees que tienen los animales para poder vivir allí. Qué condiciones crees que favorecerían la existencia de más especies de reptiles.

CN_6-2(52-63).indd 62

21/08/13 14:26

Identificar •

Indagar •

6 Observa la siguiente gráfica que muestra la

precipitación anual de dos ciudades: Bogotá y Barranquilla. Con base en la gráfica, realiza las actividades 7 a 9. 50

100

150

200

Explicar •

Comunicar •

Trabajar en equipo

Desarrollo compromisos personales y sociales

ARGUMENTO 10 Lee el siguiente texto.

PRECIPITACIÓN

(mm)

Ener. Feb. Mar. Abr. May.

Bogotá Altitud 2.600 msnm

Jun. Jul. Agos.

Barranquilla Altitud 13 msnm

Sep. Oct. Nov. Dic.

7 Identifica las precipitaciones máximas y mínimas en ambas ciudades. Completa la tabla. Precipitación en mm Ciudad Mínima Máxima Bogotá Barranquilla

8 Compara las precipitaciones promedio de Bogotá y Barranquilla y responde:

¿En cuál de las dos ciudades (Bogotá o Barranquilla) hubo mayor precipitación durante el año?

9 Responde: ¿qué tipos de ecosistemas natura-

les esperarías encontrar cerca de cada una de estas ciudades?

El oso de anteojos u oso andino, Tremarctos ornatus, es el único oso que vive actualmente en Suramérica. Habita en zonas frías de la cordillera de los Andes, desde Colombia y Venezuela hasta Bolivia. Se alimenta principalmente de plantas e insectos. La población actual de osos de anteojos es de menos de 20.000 individuos. Estos osos han sido cazados por considerárseles peligrosos. Debido a esto y a la pérdida de su hábitat natural, su estado de conservación es vulnerable. Esto significa que la especie tiene un alto riesgo de extinción, al menos en estado silvestre. A diferencia de las especies endémicas, el oso de antejos está distribuido en un área muy grande.

11 Responde según tu concepto: ¿la amplia distribución del oso de anteojos hace más fácil o más difícil protegerlo de la extinción? Justifica tu respuesta.

PROPONGO 12 Organiza, con tus compañeros de clase, una

discusión sobre qué medidas se pueden tomar para proteger al oso de anteojos de la extinción. Luego, elaboren una cartelera para informar a los demás miembros del colegio sobre las medidas que surjan de la discusión e invitarlos a promoverlas y practicarlas. ©

CN_6-2(52-63).indd 63

21/08/13 14:26

SOY CIENTÍFICO NATURAL Observen cómo interactúan los factores ecológicos en un ecosistema Objetivos 1. Observar la interacción de algunos factores bióticos y abióticos en un ecosistema cerrado. 2. Comparar este modelo de ecosistema con otros observados en la naturaleza. Conceptos clave Ecosistema, ecosistema cerrado, factores bióticos, factores abióticos. Materiales Dos recipientes de cristal. Pueden funcionar frascos grandes con su respectiva tapa o acuarios (4 a 5 litros de capacidad).

Agua de estanque o agua sin cloro. Gravilla, piedras pequeñas (aprox. 2 a 5 cm de diámetro) y humus.

Ecosistema 1 – Terrestre Semillas de pasto

Semillas de trébol Semillas de alfalfa (Medicago sativa) 3 lombrices de tierra

Preguntas problematizadoras ¿En qué forma los seres vivos o factores bióticos están influenciados por los seres no vivos o factores abióticos del ambiente? ¿Pueden los factores bióticos afectar o modificar los factores abióticos? En este laboratorio observarán, en uno de los dos modelos de ecosistemas propuestos, las interacciones entre algunos organismos y su medio. Tengan en cuenta, en la lista de materiales, los organismos sugeridos para trabajar en cada uno de los modelos y escojan aquellos con los que les gustaría llevar a cabo la práctica. Procedimiento 1. Realicen una consulta sobre los organismos que observarán en el modelo de ecosistema seleccionado y planteen preguntas que les permitan conocer más de ellos. Al realizar la consulta completen la siguiente tabla. Organismo

Características especiales

Papel que desempeña en su hábitat natural

Posibilidades de supervivencia en el ecosistema modelo

4 - 6 cochinillas de humedad (Isópodos) 6 gusanos de la harina (larvas de tenebrio)

4 - 6 caracoles de jardín (Helix aspersa) Ecosistema 2 – Acuático Ramas de elodea (Anacharis), musgo de agua (Fontinalis antipyretica) y cola de zorro (Ceratophyllum demersum)

Lenteja de agua (Lemma minor) 10 dafnias (pulgas de agua) Cultivo de Chlamydomonas (algas verdes)

2. Planteen una hipótesis acerca de cómo será la interacción entre los componentes del ecosistema escogido durante el tiempo de observación.

4 guppys (Poecilia reticulata) o platys (Xiphophorus maculatus)

Caracoles de estanque Un cuarto de lámina de cartón firme Metodología de trabajo En grupo

3. De acuerdo con el ecosistema escogido, preparen el medio adecuado para este. Tengan en cuenta que el ecosistema terrestre requiere un sustrato de piedras pequeñas y humus, y el ecosistema acuático requiere un sustrato de grava y agua.

64 Acción de pensamiento: identifico claramente condiciones que influyen en los resultados de un experimento y que pueden permanecer constantes o variar.

CN_6-3(64-65).indd 64

21/08/13 14:29

Me aproximo al conocimiento como científico natural 4. Siembren las semillas o coloquen las plantas acuáticas y las algas en el ecosistema que escogieron. Tapen el recipiente con el cartón y dejen el ecosistema en reposo expuesto a la luz indirecta del sol durante una semana. Si están trabajando con el ecosistema terrestre no olviden regar periódicamente con agua el sustrato.

Análisis de resultados Analiza y responde 1. Con base en los datos registrados, ¿qué variaciones importantes se presentan día a día? Descríbanlas.

2. ¿Cuáles son las posibles causas de los cambios observados en los componentes bióticos y abióticos?

3. ¿Pueden afirmar que los componentes abióticos incidieron en los cambios presentados en los componentes bióticos o lo contario? Expliquen.

5. Limpien los materiales utilizados y el área de trabajo. Laven sus manos antes de dejar el laboratorio. 6. Coloquen los animales escogidos dentro del recipiente y déjenlo ligeramente cerrado. 7. Observen diariamente el modelo de ecosistema por varios minutos. Resultados 8. Registren en una tabla como la siguiente cualquier cambio que observen en el ecosistema. Tengan en cuenta los siguientes criterios de observación: número de individuos, comportamiento de los animales, cambios en las plantas, temperatura y humedad, entre otros. Registro diario de observación Observación inicial: Cambios observados Día 1 2

Componentes bióticos

Componentes abióticos

4. ¿Cómo se asemeja el modelo de ecosistema escogido a un ecosistema natural?

Trabaja en equipo Reúnanse con un grupo que haya trabajado el otro modelo de ecosistema. Comparen sus resultados y respondan: 1. ¿Se presentaron diferencias significativas entre la dinámica de los dos ecosistemas a lo largo de los días observados? Descríbanlas. 2. ¿Cuáles pueden ser las causas de estas diferencias? Conclusiones 1. ¿Cómo fueron los resultados de sus observaciones con respecto a la hipótesis planteada? ¿Fueron muy diferentes los resultados con respecto a lo que esperaban? Expliquen cuáles pudieron ser las causas de esa diferencia. 2. ¿Qué aspectos del laboratorio modificarían si fueran a repetirlo? ¿Por qué lo harían?

3. ¿Qué otros aspectos tendrían en cuenta si realizaran un laboratorio similar?

Profundiza

5 6

Escriban una pregunta que pueda servir como un punto de partida para una nueva investigación relacionada con la forma en que interactúan los factores bióticos y abióticos de los ecosistemas. ©

CN_6-3(64-65).indd 65

21/08/13 14:29

ECOLOGÍA TECNOLOGÍA Componente

La arquitectura sustentable Los múltiples problemas ambientales que aquejan a la Tierra y la humanidad, se han convertido en los grandes retos de esta y las futuras generaciones. Tal vez una de las soluciones a esta compleja situación sea el desarrollo sostenible. Este concepto fue acuñado en 1987 por una comisión de Naciones Unidas, que lo definió así: El desarrollo sostenible es aquel que satisface las necesidades de la generación presente sin poner en riesgo la supervivencia de las generaciones futuras. Desde la aparición de este concepto, son muchas las áreas del conocimiento que se han preocupado, desde su quehacer, por optimizar sus procesos para minimizar su impacto sobre el ambiente. Es así como surge la arquitectura sustentable que hace referencia a una nueva concepción de arquitectura, en la cual el diseño y la construcción son más eficientes en cuanto a la utilización del espacio y del recurso para lograr de esta manera reducir el daño sobre el ambiente.

APROPIACIÓN Y USO DE LA TECNOLOGÍA

Casas bioclimáticas Las casas bioclimáticas surgen dentro del concepto de arquitectura sustentable y están basadas en un diseño eficaz que permite la utilización de energías naturales, con los beneficios que se derivan de ello.

Depósito de agua caliente Cubierta vegetal Aire fresco

Los tanques cisterna para almacenar agua de lluvia permiten utilizar mejor este recurso.

Aire fresco Agua caliente Aguas residuales

El buen funcionamiento de una casa bioclimática depende de la ubicación, la orientación, la distribución interna, el aislamiento y los sistemas de calentamiento.

LÍNEA DEL TIEMPO

Grecia 488 a. C.

Roma 100 a. C.

Inglaterra, 1898

Se conocen las primeras construcciones que estaban orientadas según los puntos cardinales para garantizar las mejores condiciones climáticas en invierno y en verano.

Los arquitectos romanos se dieron cuenta de los beneficios que se derivaban de utilizar la energía solar para calentar las casas y los sitios de baño, debido a que la gran demanda de energía de las villas estaba agotando los recursos naturales.

El inglés sir Edwin Chadwick propone la construcción de casas “sanas y soleadas” y surge el concepto de “ciudad jardín”. El proyecto de Letchworth es una muestra de ello.

CN_6-5(66-69).indd 66

21/08/13 14:31

Componente

SOLUCIÓN DE PROBLEMAS CON TECNOLOGÍA Los paneles fotovoltaicos o solares permiten abastecer de energía a una vivienda sin necesidad de utilizar la electricidad de la red.

Una casa “amigable” con el ambiente Reflexionar sobre el impacto ambiental que generan todos los procesos relacionados con la construcción de viviendas es uno de los principios de la actual arquitectura sostenible. Algunas de estas reflexiones giran en torno a: La reducción del uso de energías convencionales y el aprovechamiento de otras energías de tipo renovable como la solar o la eólica.

Sol de verano

El máximo aprovechamiento de materiales de construcción, de preferencia aquellos que son menos contaminantes.

Aire cálido Sol de invierno

Depósito de agua caliente

Los sistemas de ventilación y de aislamiento mantienen la casa a temperaturas agradables en climas fríos o cálidos sin necesidad de consumir electricidad o gas.

Milán, Italia, 1954 El arquitecto suizo Charles Edouard Le Corbuisier nacionalizado en Francia, expone sus ideas sobre la necesidad de construir casas que generen mejores condiciones de habitabilidad, integrando aspectos de bioclimática.

Las técnicas de construcción de la casa de acuerdo con condiciones climáticas como: la radiación solar, los vientos, la cercanía a cuerpos de agua, entre otros. La utilización de material orgánico para la producción de gas metano. El aprovechamiento racional y eficaz del agua.

Universidad de Princeton, Nueva Jersey, 1963 El húngaro Victor Olgyay, en su libro “Arquitectura y clima“, publicado hacia el año de 1963, revoluciona el pensamiento arquitectónico al crear el movimiento de arquitectura sustentable.

San José, Costa Rica, 1987 Son muchas las construcciones que exponen los principios de arquitectura bioclimática. Entre ellas, se destaca la sede de la Universidad Latinoamericana de Ciencia y Tecnología.

CN_6-5(66-69).indd 67

21/08/13 14:31

ECOLOGÍA TECNOLOGÍA

1 CIENCIA Y TECNOLOGÍA EN TUS MANOS

Construye un calentador de agua que funcione con energía solar La energía solar puede ser utilizada de dos formas: como fuente de energía mediante placas fotovoltaicas, para producir electricidad, y mediante colectores térmicos, para calentar agua.

Componente

TECNOLOGÍA Y SOCIEDAD

Elaboren el soporte del calentador con los listones. Los listones largos, de aproximadamente un metro de longitud, deben estar separados entre sí unos 40 cm. Pueden clavarlos o atarlos. Es importante poner un listón en diagonal entre los otros dos listones para darle solidez al soporte.

2 Pinten de negro tanto la tabla como las mangueras. Pueden también pintar la botella, que va a ser el depósito del agua caliente.

Materiales Dos botellas de plástico de litro y medio Dos secciones de manguera plástica: una de 60 cm y otra de 240 cm de longitud Pintura negra

3 Hagan un pequeño orificio en la base de cada botella. Ajusten en él la manguera corta, y sellen la unión con pegamento o con silicona.

Silicona (pegante termofusible) Varios listones de madera 1 tabla de 40 cm 3 40 cm Plástico transparente (del que se utiliza para forrar libros) Cinta adhesiva 1 termómetro 2 metros de nailon o cuerda

CN_6-5(66-69).indd 68

21/08/13 14:31

Repitan el paso 8 cada 20 minutos hasta que observen que la temperatura del agua no aumenta más.

Trascurridos veinte minutos, midan la temperatura del agua de la botella de arriba. Hagan otro agujero en la parte central de cada botella y ajusten en él la manguera larga. Fijen la manguera con silicona.

5 Fijen la botella a la base con ayuda de nailon o una cuerda.

6 Acomoden la manguera larga en forma de serpentín y péguenla luego a la tabla con la silicona. Así, quedará terminado el colector térmico. Para ponerlo en funcionamiento, llenen de agua ambas botellas, midan y anoten la temperatura del agua. Dejen las botellas bien cerradas.

8 7 Para que el calentador funcione correctamente, deben ponerlo en forma vertical y algo inclinado, con el fin de situarlo lo más enfrente posible de la luz del Sol. La botella que no está pintada debe estar abajo y la que hace de depósito de agua caliente, es decir la pintada, debe estar arriba.

ATENCIÓN Si el día está muy soleado y han colocado el calentador por mucho tiempo al Sol en un sitio donde circula poco aire, es posible que el serpentín de plástico llegue a fundirse por el calor, a pesar de estar refrigerado por el agua que circula en su interior. Por eso, no deben dejar el dispositivo expuesto al Sol y sin vigilancia.

Analicen y respondan El aparato necesitaría una entrada de agua de la red y una salida de agua caliente para su uso doméstico, ¿dónde ubicarían la entrada de agua fría y la salida de agua caliente? El principal retraso en el calentamiento se debe a las pérdidas de calor en el agua que ya se ha calentado.

¿Qué parte del dispositivo habría que mantener aislado para evitar esas pérdidas de calor? Uno de los inconvenientes de la energía solar es que es intermitente. Expliquen qué quiere decir esto. Piensen en una posible solución para la siguiente pregunta: ¿se podría obtener agua caliente a lo largo de las 24 horas del día? ©

CN_6-5(66-69).indd 69

21/08/13 14:31

Materia El contexto

Entorno físico

Tu plan de trabajo … Reconocer la importancia que tiene la química para la sociedad. Comprender qué es la materia y qué la caracteriza. Clasificar la materia según su composición y sus propiedades. Aplicar diferentes métodos para separar mezclas.

Encuentra en tu

La situación actual

Evaluaciones: 3 De desempeño

3 Prueba Saber

7 Multimedia

1 Audio

1 Galería

6 Imprimibles

6 Actividades

6 Enlaces web

CN_6-1(70-99).indd 70

Dan Shechtman, profesor investigador del Instituto Tecnológico Israelí fue galardonado con el Premio Nobel de Química 2011. En sus investigaciones sobre la estructura de los cristales, descubrió una nueva forma de agrupación de los átomos que se creía imposible hasta la fecha. La comunidad científica consideraba que los átomos adoptaban una forma regular y que esa forma se repetía periódicamente en todo el cristal para obtener una forma tridimensional. Los cristales descubiertos por Shechtman rompen ese esquema y sus aplicaciones tecnológicas pueden ser innovadoras.

Muchos de los avances científicos más revolucionarios se han visto obstaculizados, en sus inicios, por ideas que se creen que son irrefutables. Los científicos que se atreven a ir en contra de estas ideas son discriminados y, en su momento, descalificados. Pero la convicción y la tenacidad de algunos ha permitido que el conocimiento científico avance a pesar de los obstáculos.

21/08/13 14:35

Galería de imágenes

Audio

Ubica en el tiempo el estudio de la química Pregunta problematizadora ¿Cómo puedes ayudar a revolucionar las ideas científicas actuales sobre la materia y su estructura? Reconociendo la importancia de la química. Por ello, es importante

que aprendas a valorar el aporte de la química al avance científico y tecnológico y al mejoramiento de la calidad de vida de las personas.

Ampliando tus conocimientos acerca de la materia. Por ello, es fun-

damental que aprendas qué es la materia, qué la caracteriza y cómo se clasifica de acuerdo con su composición y sus propiedades.

China - Medio Oriente Se utilizan enzimas para fabricar quesos. Medio Oriente Se funda la primera escuela farmacéutica.

1700 a. C. 750 a. C. 440 a. C.

George Stahl Postula la teoría del Flogisto.

1520

Dalton Presenta el primer modelo atómico con bases científicas.

1760

Asumiendo una actitud crítica y propositiva frente al avance de la

ciencia. Por ello, es esencial que adquieras las habilidades para aplicar en la práctica los nuevos saberes con plena conciencia del uso responsable del conocimiento científico.

4000 a. C.

1700

1808 1963

CN_6-1(70-99).indd 71

Mesopotamia Se utilizan taninos para curtir el cuero de los animales. Leucipo y Demócrito Postulan la teoría sobre la naturaleza atómica de la materia. Paracelso Trabaja con medicamentos de origen mineral y vegetal. Lavoisier Expone el principio de la conservación de la materia. Giulio Natta - Karl Zeigler Ganan el premio Nobel de Química por la síntesis de polímeros y plásticos.

21/08/13 14:35

Entorno físico

La química como ciencia

La química es una rama de las ciencias naturales que estudia la composición de la materia, sus propiedades y sus transformaciones.

Evolución histórica de la química

Ampliación

multimedia 1.1 La evolución histórica hace referencia al estudio de hechos del pasado que se relacionan con la química y que fueron contundentes para establecer como su objeto de estudio la materia, sus propiedades y sus transformaciones.

Dividiremos la evolución histórica de la química, en épocas.

Lexicón Química: palabra que proviene del árabe kimiyá que significa “piedra filosofal”. Química significa piedra filosofal.

1.1.1 La época primitiva El avance más significativo durante esta etapa fue el descubrimiento del fuego hace 500.000 años. Gracias al fuego, los hombres de las cavernas tuvieron la posibilidad de cocer los alimentos y de mantener calientes los lugares donde habitaban. 1.1.2 La química en la Antigüedad Con el manejo del fuego, los hombres lograron transformar otros materiales y centraron su interés en aquellos que eran resistentes y duraderos como los metales. Los primeros metales conocidos fueron el oro y el cobre, que se encontraban directamente en la naturaleza. Posteriormente, descubrieron que al combinar estaño con cobre se formaba una mezcla muy resistente a la que denominaron bronce y que utilizaron para fabricar armas y corazas. El uso de esta aleación dio inicio a la Edad del bronce (2500 a 1000 a. C.). En el año 1200 a. C. egipcios y babilonios alcanzaron gran perfección en las técnicas de manejo del vidrio y los metales, sin embargo, dieron poca importancia a la explicación teórica de estos descubrimientos. Más tarde se descubrió el hierro y su procedimiento de extracción era difícil ya que se necesitaban temperaturas altísimas. Con el dominio del fuego, fue posible fundir el hierro y su uso masivo marcó otra época histórica, denominada la Edad de hierro (900 a 500 a. C.). 1.1.2.1 Concepto de materia En el siglo VI a. C., surgen las primeras explicaciones acerca de la composición de la materia y su estructura. Conozcamos algunas de ellas. Aristóteles (383-322 a. C.) afirmaba que todos los fenómenos del mundo se debían a cuatro cualidades: lo cálido, lo frío, lo seco y lo húmedo. Por tanto, todo lo que existe resultaría de la combinación de estas cuatro cualidades. Tales de Mileto (625-545 a. C.), fue el primero en plantear que existe una sustancia básica a partir de la cual se originan todas las cosas, dicha sustancia debía ser el agua, ya que, como fácilmente puede observarse en la naturaleza, nada podía sobrevivir en ausencia de este líquido.

El descubrimiento del fuego les permitió a los seres humanos transformar muchas sustancias, incluso los metales.

En el siglo V a. C., Demócrito y Leucipo determinaron que todos los cuerpos estaban formados por pequeños “ladrillos” idénticos que se distribuían y chocaban, a los que denominaron átomos, palabra griega que significa indivisible.

CN_6-1(70-99).indd 72

21/08/13 14:35

Componente Procesos físicos 1.1.3 Alquimia La alquimia fue una disciplina que nació en el Oriente helenístico hacia el siglo I a. C. Tuvo su mayor desarrollo durante la Edad Media, entre los siglos VIII y XII, y sus prácticas eran una extraña mezcla de magia y realidad. Los alquimistas tenían tres grandes metas: 1. Creían que la materia podía transformarse hasta alcanzar la perfección; así, los metales podían convertirse en el metal más noble y perfecto, el oro, si se descubría la forma adecuada de hacer la mezcla. Imaginaban la mezcla como un polvo seco proveniente de una piedra esencial a la que llamaron piedra filosofal. 2. Buscaban el elixir de la larga vida, es decir, una sustancia capaz de evitar la corrupción de la materia; y por lo tanto, con ella podrían curar las enfermedades e incluso, alcanzar la inmortalidad. 3. Elevar al alquimista a un estado superior de existencia. Aunque los alquimistas no lograron alcanzar sus metas, los diversos experimentos que realizaron con sustancias como oro, mercurio, arsénico, azufre, sales y ácidos, les permitieron lograr un gran avance en su conocimiento y manipulación: lograron familiarizarse con un gran número de sustancias nuevas, asignaron símbolos a las sustancias que empleaban, perfeccionaron instrumentos y desarrollaron técnicas que constituyeron la base de nuevas investigaciones.

Alquimistas experimentando.

1.1.4 Iatroquímica La Iatroquímica o arte de curar a base de extractos vegetales y otros preparados surgió durante el Renacimiento en una escuela de farmacia en Arabia. También se interesó por descubrir nuevos fármacos capaces de aliviar a los enfermos. Paracelso (1493-1541) fue un iatroquímico destacado. Perfeccionó los medicamentos de origen mineral y vegetal y simplificó las pautas terapéuticas. Afirmaba que cada fármaco tenía el principio activo que sirve para restablecer el equilibrio que posee un cuerpo sano. Sin duda sus investigaciones aportaron las bases de la homeopatía moderna.

Paracelso, el padre de la iatroquímica.

1.1.5 Teoría del flogisto George Stahl (1660-1734) propuso esta teoría, según la cual toda sustancia combustible, es decir, capaz de quemarse como ocurre con la madera, contiene un principio inflamable, denominado flogisto. Durante la combustión se desprende el flogisto acompañado de luz y calor, y queda un residuo, la ceniza o cal del cuerpo combustible. Cuanto más inflamable es el cuerpo, más rico en flogisto es. De esta manera la combustión se podría expresar mediante la siguiente ecuación: Cuerpo combustible

cal (cenizas) 1 flogisto

Luego, Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) experimentó con la combustión, midiendo la masa antes y después de arder y rechazó la teoría del flogisto, aportando la siguiente explicación que actualmente se conoce como el Principio de conservación de la materia: La masa de la sustancia que se quema es la misma que la de las sustancias que se producen durante la combustión, solo hay transformación de unas en otras.

La implementación de la balanza para calcular la masa de los cuerpos abrió nuevas posibilidades para la química, al establecer relaciones cuantitativas en las reacciones químicas y permitir así comprobar el principio de conservación de la materia. ©

CN_6-1(70-99).indd 73

21/08/13 14:35

1.1.6 El nacimiento de la química moderna En el siglo XVIII, los hombres de ciencia incentivados por las ideas de los alquimistas y los iatroquímicos, consideraron que la teoría de los cuatro elementos no era suficiente para explicar la composición y el comportamiento de la materia. Era una época en la que nada se daba por hecho, todo debía ser observado, medido y comprobado, entonces surgieron una serie de movimientos de carácter intelectual. Los siguientes fueron algunos de los hechos más relevantes que permitieron el nacimiento de la química moderna. El químico francés Antoine Lavoisier sentó las bases de la química moderna, al establecer que la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma. La sociedad capitalista de esta época alentó los cambios en la tecnología que dieron lugar a la primera revolución industrial, tratando de obtener la energía del vapor y el desarrollo de la industria metalúrgica y los textiles. Antoine Lavoisier, padre de la química moderna.

Este siglo marca el inicio de la introducción de la balanza en el estudio de las transformaciones químicas y un cambio en el centro de interés de estudio: más que investigar los minerales y metales, se preguntaban por los “vapores o espíritus”, es decir, por los gases desprendidos en estos procesos. Van Helmont (1577-1644) fue el pionero de estos cambios, estudió la disolución de los metales en los tres ácidos minerales fuertes, atrapó sustancias escurridizas y aisló el gas liberado en la fermentación del vino, llamado dióxido de carbono. Los trabajos del químico irlandés Robert Boyle (1627-1691) marcaron una nueva pauta. Este científico descubrió cambios en el volumen de los gases al variar la presión. A partir de sus estudios se imprimió un carácter experimental a esta nueva ciencia. En Suecia, el desarrollo de la minería y la mineralogía permitió descubrir diversos elementos: cobalto, níquel, manganeso, wolframio, titanio y molibdeno. En cincuenta años se superó el número de metales descubiertos en más de seis siglos de búsqueda por parte de los alquimistas.

Actualidad científica

Robert Boyle, químico irlandés, quien formuló la ley de los gases que lleva su nombre.

Química: una profesión científica Un químico es un profesional integral que investiga la materia, su composición, sus propiedades y sus transformaciones. Aplica los principios, los métodos y las técnicas conocidas de la Química a distintas ramas de la producción, la investigación, la docencia y los servicios científicos-técnicos en la industria agropecuaria y biomédica, la contaminación ambiental, el control de la calidad y los procedimientos de fabricación, de acuerdo con las normas nacionales e internacionales. Un químico está preparado para dirigir y administrar un laboratorio médico o industrial, puede asesorar empresas generadoras de servicios, y también puede opinar y emitir juicios sobre aspectos técnicos en la toma de decisiones importantes en el ámbito medioambiental.

CN_6-1(70-99).indd 74

21/08/13 14:35

Componente Procesos físicos 1.1.7 La química como actividad científica Las ideas de Lavoisier inspiraron a químicos como Dalton, Berzelius, Avogadro y Volta quienes impulsaron el campo de la química y las ciencias en general. En el año 1800, Alessandro Volta (1745-1826) desarrolló la pila eléctrica, que fue el punto de partida para el estudio de las reacciones que conducen corriente eléctrica y que hoy día son muy aprovechadas. John Dalton (1766-1844) expuso su teoría atómica que permitió determinar los pesos atómicos de los elementos, descubrir nuevos elementos y desarrollar métodos para su aislamiento y preparación, así como determinar fórmulas para las sustancias y establecer un sistema de símbolos para identificarlos. La teoría de Dalton fue complementada por Ernest Rutherford (1871-1937) cuando se empezó a entender que el átomo se componía de partículas más pequeñas y que no era indivisible. Basado en lo anterior, Niels Bohr (1885-1962) propuso “el sistema planetario” del átomo, el cual consistía en comparar la organización del átomo con la de los planetas en el sistema solar.

John Dalton.

Dimitri Mendeleiev (1834-1907) y Lothar Meyer (1830-1895) propusieron la clasificación de los elementos químicos en una tabla periódica. En el siglo XX, Albert Einstein (1779-1955) expuso la Teoría de la relatividad, con lo cual sacudió las bases de la física y la química. Los esposos Pierre y Marie Curie estudiaron el fenómeno de la radiactividad y descubrieron dos nuevos elementos: radio y polonio. En la segunda mitad del siglo, el estudio de los químicos se enfocó hacia las par tículas subatómicas y la fabricación sintética de ciertos materiales como los plásticos y superconductores. Los últimos descubrimientos apuntan al estudio de la genética y la biología mo lecular con el fin de develar el misterio de la vida. Francis Crick y James Watson, en 1953, resolvieron la estructura tridimensional de la molécula de ADN. En 1996 se presentó al mundo el primer organismo clonado, lo cual generó controversia en la sociedad por la manipulación genética. 1.1.8 La química hoy Actualmente la química se divide en diferentes ramas de acuerdo con el campo de estudio al que se dedique: Química orgánica: estudia los compuestos del carbono y la forma como se producen sus reacciones. Estos compuestos forman parte del petróleo y de todos los seres vivos, como las plantas y los animales. Química inorgánica: estudia las propiedades y reacciones de los elementos químicos inorgánicos. Química analítica: estudia la composición de muestras de materia. Bioquímica: estudia los procesos químicos que ocurren en los seres vivos. Fisicoquímica: estudia los cambios de energía de un sistema químico.

Pierre y Marie Curie.

Argumento 1. Construye una línea del tiempo donde ubiques cronológicamente los acontecimientos más relevantes de la historia de la química. 2. Escribe cinco descubrimientos que consideres que fueron importantes para el desarrollo de la química como ciencia. Justifica tu respuesta con tres razones. 3. Respalda o refuta la siguiente afirmación con dos argumentos: Lavoisier sentó las bases de la química moderna. ©

CN_6-1(70-99).indd 75

21/08/13 14:35

1.2

La materia y sus propiedades

Actividad

Enlace web

La materia es todo lo que nos rodea que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. Una estrella, un edificio y el aire que respiras están hechos de materia. La materia tiene propiedades. Las propiedades de la materia son características que presentan todas las sustancias que se encuentran en nuestro entorno y que, en algunos casos, permiten diferenciar un cuerpo de otro. Por ejemplo, podemos distinguir la sal de cocina del café, por su olor, color, composición y textura; también se pueden identificar por otras propiedades que requieren del procedimiento de medición. Picnómetro, aparato utilizado para determinar la densidad.

1.2.1 Medición Medir es comparar una magnitud física que se desea cuantificar con una cantidad que se utiliza como patrón, denominada unidad. El resultado de una medición indica el número de veces que la unidad está contenida en la magnitud que se mide. Por ejemplo, 20 mL de agua significa que 20 es el número de veces que la unidad de medida está contenida en este volumen de agua. Las mediciones se realizan con aparatos e instrumentos que arrojan resultados de diferentes magnitudes. La medición es un procedimiento importante en las ciencias. Las personas dedicadas al estudio de la química identifican sustancias midiendo en ellas determinadas propiedades.

La temperatura es una magnitud fundamental que se mide con un instrumento llamado termómetro.

1.2.2 Propiedades cualitativas Son aquellas que no se pueden medir o contar y hacen referencia a la calidad de la materia. Se perciben por medio de los sentidos y por ello no son muy fiables ya que dependen de juicios subjetivos de las personas. Entre ellas tenemos el olor, el sabor y el color. 1.2.3

Interpreto 1. Explica cuál es la diferencia entre una magnitud fundamental y una magnitud derivada. 2. Explica cómo se expresan la masa, el volumen y la temperatura en el Sistema Internacional de Unidades.

Propiedades cuantitativas o magnitudes físicas

Son aquellas características de la materia que pueden ser medidas, es decir, tienen un valor numérico (cantidad) y una unidad de medida que se representa con un símbolo. Se conocen dos clases de magnitudes físicas: fundamentales y derivadas. Las magnitudes fundamentales son independientes de las demás; es decir, se definen por sí mismas y sobre ellas se fundamenta el trabajo de medición en ciencias. Son magnitudes fundamentales la masa, el volumen y la temperatura. Las magnitudes derivadas son las magnitudes que se definen a partir de la relación de las magnitudes fundamentales. Por ejemplo, para calcular la densidad de un elemento o sustancia, determinamos la cantidad de masa contenida en un determinado volumen; en consecuencia, decimos que la magnitud densidad se deriva de las magnitudes masa y volumen. Son magnitudes derivadas la densidad, la velocidad de reacción y la molaridad, entre otras.

CN_6-1(70-99).indd 76

21/08/13 14:35

Componente Procesos físicos 1.2.4 Propiedades generales o extrínsecas Las propiedades generales o extrínsecas son aquellas que son comunes a todas las clases de materia y dependen de la cantidad de materia que constituye cada cuerpo; es decir, no determinan información particular de la sustancia o la materia que se está estudiando. Algunas requieren ser medidas con instrumentos especiales. Estas propiedades son:

Ampliación multimedia

Actividad

Enlace web

1.2.4.1 Masa La masa es la cantidad de materia que posee un cuerpo. Para medir la masa se utiliza la balanza, aparato que expresa esta medida en unidades como miligramos, gramos y kilogramos. Por ejemplo, en los supermercados todos los empaques tienen escrita la cantidad del material que contienen: 5 kilogramos de arroz; 500 gramos de manzanas, 250 gramos de cilantro, entre otros. Medición de la masa de sólidos Para calcular la masa de una sustancia en estado sólido, se calibra la balanza; se determina la masa de un recipiente vacío, como el vidrio de reloj y luego, se deposita en él el sólido. Una vez se hayan obtenido estos valores, se establece la diferencia entre ellos, y el resultado obtenido es la masa del sólido.

Balanza electrónica de alta precisión.

Por ejemplo, si se requiere medir la masa de una cucharada de azúcar, el procedimiento sería el siguiente: 1. Medir la masa del vidrio de reloj vacío. 2. Medir la masa del vidrio de reloj con la cucharada de azúcar. 3. Determinar la masa del azúcar a partir de la diferencia entre los pasos 2 y 1 (2 2 1). Medición de la masa de líquidos Para medir la masa de una sustancia en estado líquido, es necesario utilizar instrumentos como vasos de precipitados, Erlenmeyer y balones. Se calibra la balanza y luego, se mide la masa de uno de estos recipientes mencionados, vacío. Se vierte el líquido dentro de él y se determina la masa nuevamente. La diferencia entre estos resultados determina la masa del líquido.

Balanza de triple brazo.

Por ejemplo, si se requiere medir la masa de una cantidad de agua: 1. Medir la masa de un vaso de precipitados vacío. 2. Medir la masa del vaso de precipitados con el líquido. 3. Determinar la masa del líquido a partir de la diferencia entre los resultados de los pasos 2 y 1 (2 2 1). Medición de la masa de gases Para calcular la masa de una sustancia en estado gaseoso, se determina la masa del recipiente vacío, luego con el gas dentro de él y se calcula la diferencia. Por ejemplo, si se requiere medir la masa de aire contenido en un globo: 1. Se calcula la masa del globo vacío. 2. Se calcula la masa del globo inflado. 3. Se establece la masa del gas a partir de la diferencia entre los resultados obtenidos en los pasos 2 y 1 (2 2 1).

Ambos bloques tienen la misma masa, 1 kg, pero el acero es mucho más denso que el corcho. Por eso el bloque de acero es más pequeño. ©

CN_6-1(70-99).indd 77

21/08/13 14:35

Ampliación

multimedia 1.2.4.2 Volumen El volumen es el espacio ocupado por un cuerpo. Las unidades más empleadas para medir volúmenes en el SI son el metro cúbico (m3) y el centímetro cúbico (cm3). Para el caso de los líquidos y los gases, el volumen se puede determinar de acuerdo con la capacidad del recipiente que los contiene, utilizando unidades como el litro (L) y el mililitro (mL). Las equivalencias entre las unidades de volumen y las de capacidad son: Instrumentos para medir el volumen de líquidos.

1 L = 1.000 cm3 o 1 mL = 1 cm3 Medición del volumen de líquidos Para determinar el volumen de sustancias líquidas se utilizan recipientes graduados. Estos poseen una escala que permite expresar el resultado en mililitros. Para hacer correctamente la medición debes colocar el recipiente escogido sobre una superficie plana y ubicarte de manera que tus ojos estén frente al menisco, que es la superficie libre, cóncava o convexa, del líquido contenido en el recipiente. La medida es el valor que el menisco tenga en su parte inferior. Medición del volumen de sólidos regulares Los sólidos regulares son aquellos que tienen forma definida, por ejemplo, un cubo. Para determinar su volumen se aplican fórmulas matemáticas. Ejemplo: para calcular el volumen de un cubo que tiene 5 cm de lado, se calcula elevando al cubo este valor: (5 cm)3 5 125 cm3 Medición del volumen de sólidos irregulares Los sólidos irregulares son los que no tienen forma definida, por ejemplo, una roca. Para determinar su volumen se aplica el Principio de Arquímedes que dice: el volumen de un cuerpo sumergido en un líquido es igual al volumen del líquido desalojado por dicho cuerpo. Para hacer este tipo de mediciones se recomienda realizar este procedimiento:

Medición del volumen de un líquido.

1. Medir un determinado volumen de agua en una probeta. 2. Sumergir el cuerpo de forma irregular en la probeta que contiene el agua. 3. Establecer el volumen del cuerpo irregular a partir de la diferencia entre los resultados obtenidos en los pasos 2 y 1 (2 2 1).

Menisco Base del menisco

Cuando se mide el volumen en un tubo angosto, en la superficie del líquido se observa una curva llamada menisco. Para medir correctamente el volumen se debe colocar el menisco a la altura de los ojos y el valor se determina por la base del menisco.

Medición del volumen de gases Los gases son sustancias que no tienen forma ni volumen definidos, por ejemplo, el aire, el humo, las nubes y el vapor, entre otros. Estas sustancias ocupan el volumen del recipiente que los contiene. Ejemplo: si se vierte una cantidad de un gas como dióxido de carbono en un recipiente de 100 mL, dicho gas ocupará este volumen. Si la misma cantidad de gas se vierte en un recipiente de 500 mL, ocupará este volumen.

Argumento 1. Explica por qué razón se requieren procedimientos indirectos para la medición de la masa de un líquido, el volumen de un sólido irregular y la masa de un gas. 2. Describe paso a paso cómo determinarías la masa de un globo lleno de aire y explica por qué lo harías de esta manera.

CN_6-1(70-99).indd 78

21/08/13 14:35

Componente Procesos físicos 1.2.4.3 Peso El peso es el resultado de la fuerza de atracción o gravedad que ejerce la Tierra sobre la masa de un cuerpo. El peso se mide con el dinamómetro, instrumento que expresa las medidas en unidades llamadas dinas y newtons. 1.2.4.4 Inercia La inercia es la tendencia que manifiesta un cuerpo para permanecer en el estado en que se encuentra, ya sea en reposo o en movimiento. 1.2.4.5 Impenetrabilidad La impenetrabilidad es la resistencia que opone un cuerpo a que otro ocupe simultáneamente su lugar. 1.2.4.6 Porosidad La porosidad es la capacidad que tiene un cuerpo de absorber líquidos o gases, debido a la presencia de poros o espacios vacíos, lo que permite que absorban sustancias líquidas o gaseosas. El papel filtro y algunas telas o fibras son porosas. 1.2.5 Propiedades específicas o intrínsecas Las propiedades específicas o intrínsecas de la materia son aquellas que permiten diferenciar un cuerpo de otro, haciendo que cada objeto sea único en la naturaleza. Se clasifican en propiedades físicas y propiedades químicas:

Dinamómetro, instrumento utilizado para determinar el peso de un cuerpo.

1.2.5.1 Propiedades físicas Las propiedades físicas son las características que se pueden determinar sin que los materiales varíen su composición. Entre las propiedades físicas de la materia se encuentran las siguientes: Propiedades organolépticas Son aquellas que se perciben mediante los órganos de los sentidos, por ejemplo el olor, el sabor, el color, el sonido y la textura. Estado físico Se determina por el estado de organización de las moléculas que constituyen los cuerpos. La materia se puede encontrar en cuatro estados que estudiarás más adelante: sólido, líquido, gaseoso y plasma.

El punto de fusión es característico de cada sustancia.

Punto de ebullición Es la temperatura a la cual un cuerpo en estado líquido se convierte en gas. Por ejemplo, al calentar el agua, a 100 °C de temperatura, a nivel del mar, se convierte en vapor. El punto de ebullición es específico para cada sustancia. Punto de fusión Es la temperatura a la cual una sustancia sólida se convierte en líquida, por ejemplo, la mantequilla y las chocolatinas se vuelven líquidas al aumentarles la temperatura, entre 25 °C y 35 °C. Es específico de cada sustancia. Ductilidad Es la propiedad de dejarse convertir en hilos que presentan algunas sustancias, por ejemplo, el cobre.

Cadena de oro. ©

CN_6-1(70-99).indd 79

21/08/13 14:36

Densidad de algunas sustancias

Maleabilidad Es la propiedad de dejarse convertir en láminas que presentan algunas sustancias, por ejemplo, el aluminio. Ampliación

Sustancia

Densidad (g/cm3)

Sal de cocina

2,16

Aluminio

2,70

Mercurio

13,60

Aceite

0,92

Acero

7,80

Actividad Densidad multimedia Es una propiedad que relaciona la masa y el volumen de un cuerpo. La densidad que se utiliza como patrón es la del agua que es 1 g/cm3 a una temperatura de 4 °C. Es decir que cada gramo de agua ocupa un volumen de un cm3. Los materiales más densos se hunden en las sustancias menos densas. Por ejemplo, al dejar caer una moneda en un tanque que contiene agua, esta se hunde porque es más densa que el agua; si se deja caer un pedazo de madera seca, flota, porque es menos denso que el agua.

Plata

10,53

Matemáticamente, la densidad se expresa así: Densidad 5 masa/volumen, o d 5 m/V. La densidad es una magnitud derivada porque es el cociente entre la masa y el volumen. Ejemplo: para determinar la densidad de 40 cm3 de alcohol etílico que tiene una masa de 32 g, se remplazan estos valores: d 5 32 g/40 cm3 = 0,80 g/cm3 Es decir, 0,80 g de alcohol etílico ocupan un volumen de 1 cm3. Mediante la fórmula de la densidad, también se puede calcular la masa o el volumen de una sustancia. Por ejemplo, si se quiere establecer el volumen de 10 g de plata, cuya densidad es 10,53 g/cm3, se realiza el siguiente procedimiento: Se despeja el volumen de la fórmula: V 5 m/d V 5 10 g/10,53 g/cm3 V 5 0,95 cm3 Es decir, 10 g de plata ocupan un volumen de 0,95 cm3. Enlace web Temperatura La materia que observamos a nuestro alrededor está conformada por partículas en movimiento permanente. Debido a esto, las moléculas poseen energía cinética, es decir, que cuanto más movimiento tengan las partículas de un cuerpo, mayor será la temperatura que percibimos en dicho cuerpo.

La temperatura es la medida de la energía cinética promedio que poseen las partículas de un cuerpo. Aunque los usamos como sinónimos, el concepto calor y el concepto temperatura no son lo mismo, pero están relacionados entre sí. El calor hace referencia a la energía térmica en movimiento, es decir, la transferencia de esta energía térmica de un cuerpo a otro. Esta transferencia siempre se da entre un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura.

Tanque metálico.

Cuando la materia aumenta su temperatura, es porque está ocurriendo una transferencia de energía y algunas de sus propiedades cambian. Por ejemplo, los sólidos se dilatan, los gases se expanden, los líquidos se evaporan, entre otros cambios. Tales propiedades se llaman propiedades termométricas, es decir, que nos informan del grado de temperatura de un cuerpo.

CN_6-1(70-99).indd 80

21/08/13 14:36

Componente Procesos físicos Medición de la temperatura La temperatura se puede expresar utilizando diferentes escalas termométricas. La graduación de estas escalas se realiza a partir de unos puntos de referencia que son constantes. Los puntos de referencia más utilizados son las temperaturas correspondientes a los cambios de estado de diferentes sustancias, que son fijas siempre y cuando el cambio de estado ocurra bajo las mismas condiciones de presión. Por ejemplo, se emplean los puntos de fusión y de ebullición del agua, a una atmósfera de presión. Una vez establecidos los puntos de referencia, la distancia que los separa se divide en partes iguales, de modo que se obtiene la correspondiente escala termométrica. Existen varias escalas termométricas. Algunas son la escala Celsius, la escala Fahrenheit y la escala Kelvin. Escala Celsius

Escala Fahrenheit

Mide la temperatura en grados Celsius (°C). Se toma como referencia la temperatura de fusión del agua, 0 °C, y la de ebullición, 100 °C. El intervalo entre estos dos valores se divide en 100 partes iguales y cada división corresponde a 1 °C; por ello también se le denomina escala centígrada.

Mide la temperatura en grados Fahrenheit (°F). En esta escala la temperatura de fusión del agua es de 32 °F y la temperatura de ebullición es de 212 °F. El intervalo entre estos dos puntos está dividido en 180 partes iguales y cada división corresponde a 1 °F.

Temperaturas extremas El límite inferior de la temperatura es 2273,15 °C; que representa el “cero absoluto”. No existe, por el momento, límite superior conocido. En el Sol, en las estrellas y en las reacciones nucleares pueden darse temperaturas de millones de grados.

Escala absoluta o Kelvin Es la escala más empleada en el ámbito científico. En ella se asigna el valor de 273 K al punto de fusión del agua y 373 K a su punto de ebullición. El intervalo entre estos dos puntos se divide en 100 partes iguales y cada una equivale a 1 K.

Conversiones entre escalas de temperatura Para convertir entre sí las escalas presentadas, se utilizan las siguientes fórmulas: Conversión

de °C a K

Relación matemática

K 5 °C 1 273

de °C a °F °F 5

9 °C 1 32 5

de °F a °C °C 5

5 (°F 2 32) 9

Por ejemplo: ¿A cuánto equivalen 5 °C en la escala Fahrenheit?

°F 5

Entonces, °F 5

9 °C 1 32 5 95 1 32 5 41 °F 5

Por tanto, 5 °C equivalen a 41 °F. ¿A cuánto equivalen 5 °C en la escala Kelvin?

K 5 °C 1 273

Entonces, K 5 5 1 273 = 278 K Por tanto, 5 °C equivalen a 278 K.

Temperatura de ebullición del agua

Temperatura de congelación del agua Cero absoluto

100 °C

373 K

212 °F

0 °C

273

32 0

2273,16 0

Comparación entre las escalas Fahrenheit, Celsius y Kelvin. ©

CN_6-1(70-99).indd 81

2460

21/08/13 14:36

Recurso imprimible

Propiedad

Dureza

Fragilidad

Conductividad

Elasticidad

Solubilidad

Otras propiedades de la materia Existen otras propiedades de la materia que solo algunas sustancias poseen y que nos permiten clasificarlas. Entre ellas, se destacan las siguientes: Capacidad de...

Ejemplos

resistencia que opone un cuerpo a ser rayado. La dureza generalmente es proporcional a la fragilidad, de manera que a mayor dureza, mayor fragilidad. El mineral más duro que se conoce es el diamante, por el contrario, el yeso y el talco son los más blandos. Por su dureza, el diamante sirve para cortar vidrio y perforar pozos petroleros. La dureza se mide mediante una escala denominada escala de Mohs que va desde cero para indicar la dureza minima, hasta diez, para indicar la máxima. Así, encontramos que el talco tiene una dureza de uno, mientras que el diamante presenta un grado de dureza de diez. ciertos materiales de romperse sin sufrir deformación. Frágil es sinónimo de quebradizo. Las cerámicas, el vidrio y algunos materiales plásticos se fracturan con facilidad, a diferencia de otros materiales como los dúctiles que se rompen tras sufrir varias deformaciones.

un material para conducir el calor y la electricidad; por tal razón se habla de conductividad térmica y conductividad eléctrica. Los metales en general son buenos conductores eléctricos y térmicos, especialmente el oro, la plata y el cobre, y sus aplicaciones van desde la fabricación de filamentos para las bombillas y los cables, hasta minicomponentes para robótica de alta tecnología. Algunos materiales no metales como el grafito o las disoluciones salinas, como por ejemplo el agua de mar, poseen la propiedad de conducir la electricidad. Otros materiales como la madera no son buenos conductores y no permiten el paso del calor ni de la electricidad. algunos materiales se deforman cuando se les aplica una fuerza y luego recuperan su forma original cuando se suspende la fuerza. Sus aplicaciones son múltiples en la industria, por ejemplo, en las bandas de caucho, los resortes de amortiguación y las gomas de mascar. algunas sustancias de disolverse en un líquido a una temperatura determinada. La sustancia que se disuelve se denomina soluto y aquella en la que se disuelve se denomina solvente. La solubilidad de una sustancia es afectada por algunos factores como: La temperatura. A mayor temperatura mayor solubilidad de solutos sólidos. La afinidad entre las dos sustancias. Para que sean afines deben tener el mismo enlace químico; los compuestos iónicos se disuelven en compuestos similares a ellos. La cantidad de soluto. A medida que se aumenta el soluto hay menor solubilidad. Grado de división del soluto. Entre más finamente se encuentre dividido el soluto, mayor es la solubilidad. La concentración de un soluto en un solvente se expresa en moles por litro, en gramos por litro o también en porcentaje de soluto (mg o g/100 mL).

CN_6-1(70-99).indd 82

21/08/13 14:36

Componente Procesos físicos 1.2.5.2 Propiedades químicas Las propiedades químicas son las que determinan el comportamiento de las sustancias cuando se ponen en contacto con otras, por ejemplo, cuando se quema una hoja de papel. Cuando se determina una propiedad química, las sustancias cambian o alteran su naturaleza. Se afirma entonces que ocurre una reacción química, puesto que se producen cambios en la estructura interna de la materia y se forman nuevas sustancias. Algunas propiedades químicas son reactividad, combustión, oxidación y descomposición térmica. Reactividad Es la capacidad de reacción que presenta una sustancia al ponerse en contacto con otros reactivos. En esta interacción las sustancias iniciales se denominan reactivas o reactantes y las nuevas sustancias que se forman se denominan productos.

En las reacciones químicas se forman nuevas sustancias y en algunas hay cambios de coloración.

Por ejemplo, al agregar vinagre al bicarbonato de sodio, se produce humo blanco y se observa espuma; esto significa que la materia inicial o los reactantes se transformaron en nuevos productos. Combustión Es la propiedad que tienen algunas sustancias de reaccionar con el oxígeno del aire, desprendiendo, como consecuencia, energía en forma de luz o calor. Por ejemplo, cuando se enciende una cerilla o una vela. En toda combustión existe una sustancia que arde, como la gasolina, la madera, el papel, y se denomina combustible, y otra sustancia que favorece la combustión, que generalmente es el oxígeno, y se denomina comburente. Los tipos más frecuentes de combustible son los materiales orgánicos que contienen carbono e hidrógeno, llamados también hidrocarburos, y provienen del petróleo. Los productos que se forman en la reacción de combustión son generalmente dióxido de carbono (CO2) y agua, si la combustión es completa. Si no lo es, se forma monóxido de carbono (CO) y agua y la combustión es incompleta. Además, en este proceso de combustión se pueden producir cenizas.

La reacción de combustión libera energía en forma de luz o de calor, produce humo y deja como residuo cenizas.

Oxidación En general es la combinación del oxígeno con otros elementos. Son ejemplos de oxidación la transformación de la glucosa al combinarse con el oxígeno durante la respiración celular y la reacción que ocurre cuando un metal, en presencia del oxígeno del aire, cambia su aspecto. A este último proceso también se le denomina corrosión. El fenómeno de oxidación también puede ocurrir en la materia orgánica, como en las frutas. Al cortar y dejar expuesta al aire una manzana, esta toma un color oscuro, debido a que se oxida con el oxígeno del aire. Descomposición térmica Es el proceso que ocurre cuando, al calentar algunas sustancias, estas se transforman en otras diferentes. Por ejemplo, el clorato de potasio al ser calentado se descompone dando como resultado cloruro de potasio y oxígeno.

Argumento 1. Explica por qué el vidrio, siendo un material frágil, solo se puede cortar con el diamante. 2. Explica por qué el aceite no se disuelve en el agua. ©

CN_6-1(70-99).indd 83

21/08/13 14:36

Competencias científicas

4 Observa la imagen y responde las preguntas

INTERPRETO A F I A N Z O

5 a 7.

1 Relaciona cada propiedad con la definición correspondiente:

C O M P E T E N C I A S

Dureza

Propiedad que permite transformar un metal en hilos.

Punto de ebullición

Propiedad que permite a algunas sustancias disolverse en otras a una temperatura determinada.

5 kg 10 kg

5 ¿Cuál es la masa de la roca? 6 ¿Qué procedimiento utilizaríamos para calcu

Ductilidad

Solubilidad

Resistencia que oponen ciertos materiales a ser rayados.

Temperatura a la cual un líquido se convierte en vapor.

2 Escribe en tu cuaderno la propiedad que

se evidencia en cada uno de los siguientes ejemplos:

lar su volumen?

7 Si la roca ocupara un volumen de 150 cm3, ¿cuál es su densidad?

8 La imagen muestra un rollo de papel de alu minio. Obsérvalo y asígnale cinco propieda des físicas y una propiedad química.

Propiedad química:

3 Convierte estos datos de temperatura a la escala Kelvin y a la escala Fahrenheit.

Kelvin Fahrenheit

15 °C

37 °C

100 °C

273 °C

Propiedades físicas: 1. 2. 3. 4. 5.

9 Resuelve. La densidad de una sustancia es de

0,81 g/cm3. ¿Cuál será el volumen de 40,5 g de esta sustancia?

CN_6-1(70-99).indd 84

21/08/13 14:36

Identificar •

Indagar •

Explicar •

Comunicar •

Trabajar en equipo

15 Para preparar una torta se requieren harina,

ARGUMENTO 10 Analiza la siguiente información y, a partir de ella, realiza las actividades 11 y 12.

Al medir durante cierto tiempo la temperatura de una determinada cantidad de agua, se obtienen los siguientes resultados. Tiempo (min)

Temperatura (°C)

huevos, leche, mantequilla, polvo para hor near, azúcar y sal. ¿Qué tipo de cambio ocurre cuando la mezcla de estos ingredientes se mete al horno? ¿Cómo se denomina?

16 El polvo de hornear hace que la torta crezca. ¿Qué propiedad de la materia se aplica en este caso?

17 Analiza las imágenes y responde las pregun tas 18 y 19.

11 Completa el gráfico temperatura-tiempo. Temperatura °C 50 40 30 20

18 ¿Es correcto afirmar que el aire es materia, aunque no podamos verlo? ¿Por qué?

10 0

1 2 3 4 5

Tiempo

12 Responde. ¿Cuál será la temperatura del agua en el minuto 8, 5? Según la gráfica, ¿la relación entre el tiempo y la temperatura es directamente proporcional o inversamente proporcional? Justifica tu respuesta. ¿Cuánto tiempo tardará el agua en llegar al punto de ebullición?

13 El sueño de los alquimistas era convertir los

metales en oro y conseguir el elixir de la vida. Explica por qué razón crees que no pudieron alcanzarlo.

14 En los países donde las temperaturas son

muy bajas, se adicionan sustancias anticon gelantes a los radiadores de los carros, para evitar que el agua se congele. Responde: ¿Qué crees que tuvieron que tener en cuenta las personas que inventaron el anticongelante para que cumpliera dicha función?

19 ¿Qué se comprueba con esta experiencia? PROPONGO 20 Lee el siguiente texto y, con base en él, res ponde las preguntas 21 y 22.

La industria química ha tenido un importante desarrollo en el último siglo. Nuevos descubrimientos han hecho que día a día se encuentren numerosas aplicaciones en diversos campos como: agricultura, medicina, cosmetología, farmacia y tecnología, entre otros.

21 ¿Qué ventajas y qué desventajas, en cada uno de los campos mencionados, ofrecen estos nuevos descubrimientos?

22 ¿Qué impacto han tenido sustancias como los pesticidas en el medio ambiente?

23 Elabora un escrito acerca de cómo era la vida de nuestros antepasados sin los medicamen tos, los cosméticos y los demás avances tec nológicos que tenemos hoy en día. ©

CN_6-1(70-99).indd 85

21/08/13 14:36

Entorno físico

Estados de agregación y clases de materia

Actividad

Enlace web

Al estudiar las sustancias es fundamental conocer su estado físico o estado de agregación de la materia y la clase de materia que las componen. Por ello, a continuación analizaremos estos dos importantes aspectos. Un material en estado sólido, solo se puede deformar aplicándole una gran fuerza.

Un líquido adquiere la forma del recipiente que lo contiene.

Las moléculas de los gases se encuentran en continuo movimiento.

2.1

Estados de agregación de la materia

Los estados de agregación de la materia hacen referencia a la forma en que están agrupadas las partículas que componen las sustancias. Estas se pueden encontrar en cuatro estados fundamentales de agregación: sólido como la madera, líquido como el agua, gaseoso como el aire y plasma como el que compone las estrellas. 2.1.1 Estado sólido El estado sólido se caracteriza porque las partículas que lo forman se encuentran ordenadas muy cerca unas de otras y por esta razón la fuerza de atracción entre ellas es muy grande. Otras propiedades que caracterizan a los sólidos son su forma y volumen definidos, así como su incompresibilidad, propiedad de la materia que no permite que se compriman los sólidos, debido a la cercanía entre sus partículas. En nuestra cotidianidad, encontramos diversos materiales en estado sólido: arena, sal de cocina, azúcar, algodón, papel, cartón y joyas, entre otros. 2.1.2 Estado líquido El estado líquido se caracteriza porque las partículas que lo forman se encuentran más separadas y, por tanto, tienen menor fuerza de atracción entre sí que las partículas que forman los sólidos. Otras propiedades que caracterizan a los líquidos son su incompresibilidad, su volumen definido y su forma indefinida, por lo cual adoptan la forma del recipiente que los contiene; por ejemplo, si se vierte agua en una botella, esta toma la forma de la botella. En la vida diaria encontramos varios líquidos: agua, leche, refrescos, alcohol, perfumes, jarabes y gasolina, entre otros. 2.1.3 Estado gaseoso El estado gaseoso se caracteriza porque las partículas que lo forman se encuentran aún más separadas entre sí que las partículas que forman los líquidos, por ello la fuerza de atracción entre estas partículas es mínima, lo que permite su gran movimiento. Otras propiedades que caracterizan a los gases son que presentan volumen indefinido ya que tienden a ocupar todo el espacio disponible, además de que adoptan la forma del recipiente que los contiene. En la vida diaria encontramos sustancias en estado gaseoso como el aire, las nubes, el vapor de agua y el dióxido de carbono, entre otros. Recurso

Las estrellas se encuentran en estado plasma.

imprimible 2.1.4 Estado plasma Es el cuarto estado de agregación de la materia. Es un estado fluido similar al estado gaseoso pero en el que sus partículas están ionizadas (cargadas eléctricamente) y no poseen equilibrio electromagnético.

CN_6-1(70-99).indd 86

21/08/13 14:36

Componente Procesos físicos Ampliación

multimedia 2.1.5 Cambios de estado de la materia La materia sufre cambios que no afectan su composición, pero sí su estado debido al aumento o a la disminución de temperatura. Por ejemplo, el hielo, al exponerse a la temperatura ambiental que es superior a la del congelador, se derrite pasando del estado sólido al líquido, pero a pesar de este cambio de estado, conserva sus propiedades. Los cambios de estado son: fusión, vaporización, condensación o licuefacción, solidificación, sublimación progresiva y sublimación regresiva.

Fusión

Condensación o licuefacción

La fusión es la conversión de un sólido en un líquido al aumentar la temperatura. Por ejemplo, un helado, que es sólido, se convierte en líquido al aumentar la temperatura y conserva sus propiedades. El incremento de temperatura causa que las partículas aumenten su movimiento, lo cual genera separación entre ellas y una disminución de las fuerzas de atracción que las mantienen unidas.

Es el cambio del estado gaseoso al estado líquido debido a la disminución de la temperatura. Por ejemplo, el vapor de agua se convierte en líquido al reducir la temperatura; las fuerzas de atracción entre las par tículas aumentan y disminuyen su movimiento.

Solidificación La solidificación es el cambio de estado de un líquido a sólido por disminución de la temperatura. En estas condiciones, las fuerzas de atracción entre las partículas aumentan y el movimiento de las mismas disminuye. Por ejemplo, las cubiertas de chocolate al calentarse se vuelven líquidas, pero se solidifican al enfriarse.

T° 1 2 1 Solidificación Fusión 1

2 T°

T°

Vaporización

2 Condensación 1 T° 2

Sublimación progresiva T° 1 1

Sólido

Vaporización

Líquido

T°

La vaporización es la conversión de un líquido en gas, por acción del incremento de la temperatura. Por ejemplo, el agua de los mares, los ríos y lagos se evapora debido a las altas temperaturas durante el día. El aumento de temperatura permite mayor movimiento y por tanto, separación de las partículas.

Gaseoso

2 2 2 Sublimación regresiva

Sublimación progresiva

Sublimación regresiva

La sublimación progresiva es el cambio del estado sólido al gaseoso, sin pasar por el estado líquido. La sublimación requiere del aumento de temperatura; las partículas aumentan su movimiento y disminuyen las fuerzas de atracción. Por ejemplo, los ambientadores en barra al ser expuestos al ambiente, que tiene mayor temperatura, se convierten en gas.

La sublimación regresiva es el proceso inverso a la sublimación progresiva, es decir, el cambio del estado gaseoso al sólido, sin pasar por el estado líquido. Por ejemplo, el yodo gaseoso en contacto con una superficie fría se solidifica. ©

CN_6-1(70-99).indd 87

21/08/13 14:36

2.2

Recurso imprimible

Clases de materia

En nuestro entorno podemos encontrar dos clases de materia: las sustancias puras y las mezclas. Ambas clases de materia las usamos a diario. Actividad 2.2.1 Sustancias puras Las sustancias puras están formadas por una clase particular de materia, presentan una composición definida, propiedades específicas que las diferencian entre sí y no se pueden separar por procedimientos físicos. Todas las partes de una sustancia pura tienen la misma composición y las mismas propiedades físicas y químicas. Por ejemplo, el agua tiene una temperatura de solidificación de 0 °C, una temperatura de ebullición de 100 °C, y una densidad de 1 g/cm3; Estas propiedades no cambian y permiten identificarla.

Las sustancias puras se clasifican en elementos químicos y compuestos químicos. Ampliación

2.2.1.1 Elementos químicos multimedia Los elementos químicos son las sustancias puras más sencillas que existen en la naturaleza, es decir, no se pueden descomponer en otras más pequeñas que mantengan todas sus propiedades. Los elementos están formados por partículas elementales llamadas átomos y todos los átomos que componen un elemento químico son similares. Por ejemplo, el calcio, que se representa mediante el símbolo Ca, está formado por átomos de calcio, y el hierro, que se representa mediante el símbolo Fe, está formado por átomos de hierro. A cada elemento químico se le ha asignado un nombre y un símbolo.

Existen elementos sólidos como el cobre, líquidos como el mercurio y gaseosos como el neón.

Elemento extremo El último elemento sintetizado en el laboratorio en un ciclotrón (acelerador de partículas) fue descubierto por el ruso Yuri Oganessian y otros científicos norteamericanos. Es el Ununseptio, cuyo símbolo químico es Uus. Es un elemento superpesado que solo duró 78 milisegundos. Por su parte, el elemento más pesado estable en la naturaleza es el Uranio con 92 protones en su núcleo.

El nombre es la palabra que designa o identifica un elemento químico. Los nombres se han establecido teniendo en cuenta, entre otros criterios, el nombre de los científicos que los descubren, el lugar donde son descubiertos, o sus propiedades físicas. El símbolo es una abreviatura universal que se utiliza para representar un elemento químico. Está formado por una, dos o tres letras: la primera se escribe en mayúscula y las demás, en minúscula. En ocasiones los símbolos no coinciden con el nombre del elemento en español, porque derivan de sus nombres griegos o latinos, por ejemplo: Nombre en español

Calcio

Hierro

Potasio

Mercurio

Fósforo

Azufre

Símbolo

Nombre en latín o griego

Calcium

Ferrumn

Kalium

Hidrargirium Phosforum Sulphur

Organización de los elementos químicos Los elementos quimicos están organizados dentro de la tabla periódica en siete filas que corresponde a los períodos y en 18 columnas que corresponden a los grupos. Estos ultimos, a su vez, se dividen en dos: el grupo de los metales y el grupo de los no metales. Actualmente, se conocen 118 elementos que están organizados en la tabla periódica de acuerdo con sus propiedades físicas. De estos elementos, 92 se consideran de origen natural, los demás se han elaborado artificialmente.

CN_6-1(70-99).indd 88

21/08/13 14:36

Componente Procesos físicos Los metales y los no metales La clasificación de los elementos químicos en metales y no metales obedece principalmente a ciertas características que comparten los elementos entre sí. Propiedades que varían

Propiedades comunes

Metales

Brillantes Dúctiles Maleables Buenos conductores

de la energía eléctrica y calórica.

No metales

La mayoría de ellos se encuentra en estado sólido, el único metal líquido es el mercurio.

Utilidad

Ejemplos

Algunos metales se utilizan para la Aluminio, níquel, fabricación de herramientas, artículos magnesio, bario de ferretería, envases metálicos, y cobre. puertas, marcos, bastidores, molduras, tuercas, aparatos eléctricos y electrónicos, entre otros.

Algunos como el Algunos elementos no metálicos Carecen de brillo. No son dúctiles ni maleables. fósforo son sólidos, como el neón se utilizan para fabricar No son buenos conductores el bromo es líquido avisos luminosos; el cloro se utiliza en de la energía eléctrica y calórica.

y el oxígeno, gaseoso.

Fósforo, nitrógeno, azufre, cloro, oxígeno y flúor, entre otros.

la purificación del agua.

Actividad 2.2.1.2 Compuestos químicos Los compuestos químicos son el resultado de la unión de dos o más elementos, cuya proporción es definida. Se representan mediante fórmulas. Por ejemplo, la sal de cocina, NaCl, está formada por dos elementos: el sodio y el cloro; la glucosa, C6 H12 O6, está formada por carbono, hidrógeno y oxígeno. Las fórmulas están constituidas por símbolos y subíndices. Las letras corresponden a los símbolos de los elementos y el subíndice, al número de átomos de cada elemento que se han unido para formar el compuesto. En la siguiente tabla, se explican otros ejemplos: Nombre del compuesto

Hipoclorito de sodio o blanqueador

Alcohol etílico

Ácido clorhídrico o ácido muriático

Agua

Dióxido de carbono

Fórmula

NaClO

C2 H6 O

HCl

H 2O

CO2

Número de átomos

1 de sodio 1 de cloro 1 de oxígeno

2 de carbono 6 de hidrógeno 1 de oxígeno

1 de cloro 1 de hidrógeno

2 de H 1 de O

1 de C 2 de O

Los compuestos químicos se obtienen mediante reacciones químicas o cambios químicos, que son procesos en los que se forman nuevas sustancias a partir de la combinación de otras. Por ejemplo, el carbono se une con el oxígeno para formar el dióxido de carbono; el hidrógeno se combina con el oxígeno para producir agua. Se conocen dos clases de compuestos químicos: orgánicos e inorgánicos. Los compuestos orgánicos son aquellos que tienen el carbono como elemento principal, combinado con otros elementos como el oxígeno y el hidrógeno. Por ejemplo, los carbohidratos, proteínas, lípidos, vitaminas y hormonas, entre otros. Los compuestos inorgánicos son aquellos que están formados por diversos elementos químicos, por ejemplo, el yoduro de potasio, KI, el cloruro de calcio CaCl2 y el agua H2O entre otros.

Interpreto Lee la tabla de compuestos químicos y sus fórmulas, para cada uno escribe en tu cuaderno: Los elementos químicos que lo forman. El número de átomos que presenta cada elemento. Compuesto

Fórmula

Monóxido de carbono

Agua oxigenada

H2O2

Ozono

Sacarosa

C12H22O11

CN_6-1(70-99).indd 89

21/08/13 14:36

2.2.2 Mezclas Una mezcla es la unión de dos o más sustancias en proporciones variables, en la que la estructura de cada sustancia no cambia, por lo cual sus propiedades químicas permanecen constantes. Por ejemplo, una mezcla de agua y arena puede prepararse disolviendo 1, 10 o 100 gramos de arena en 500, 1.000 o 5.000 mL de agua. A pesar de estas variaciones, los componentes de la mezcla conservan sus propiedades durante y después de ser mezclados, de manera que el agua conserva sus propiedades al igual que la arena. Enlace web

Mezclas homogéneas en las que se observa una sola fase.

En una mezcla, la sustancia que se encuentra en mayor proporción recibe el nombre de fase o medio dispersante y la sustancia que se encuentra en menor proporción recibe el nombre de fase dispersa. Es posible separar las fases de una mezcla por medio de procesos físicos, gracias a que no están combinadas químicamente; es decir que, cuando se realiza una mezcla, no ocurre una reacción química. De acuerdo con la cohesión, que es la fuerza de unión entre las sustancias, el tamaño de las partículas de la fase dispersa y la uniformidad en la distribución de estas partículas, las mezclas pueden ser homogéneas y heterogéneas. 2.2.2.1 Mezclas homogéneas Son aquellas que poseen la mayor fuerza de cohesión entre las sustancias combinadas, de manera que sus componentes no se pueden distinguir a simple vista, es decir, se observa una sola fase. Como por ejemplo, el agua de mar y el aire. 2.2.2.2 Mezclas heterogéneas Son aquellas en las que sus componentes se pueden distinguir a simple vista porque existe menos fuerza de cohesión entre las partículas. Las mezclas heterogéneas pueden ser de tres tipos: agregados, suspensiones y coloides.

Agregados

Suspensiones

Coloides

Están formados por partículas sólidas de tamaño relativamente grande, que se puede distinguir a simple vista. Por ejemplo, en el granito se pueden distinguir a simple vista tres componentes: cuarzo (blanco), mica (negras) y feldespato (gris).

Son las mezclas heterogéneas en las que se aprecia con mayor claridad la separación de las fases. Generalmente están formadas por una fase dispersa sólida y una fase dispersante líquida, por lo cual tienen un aspecto opaco. Si se dejan en reposo, las partículas de la fase dispersa caen al fondo, formando un residuo llamado sedimento. Por ejemplo, el agua con arena o harina en agua.

Son mezclas heterogéneas en las cuales las partículas de la fase dispersa tienen un tamaño intermedio y por tal razón no se sedimentan, es decir, no caen al fondo. Esta clase de mezclas pueden reflejar y dispersar la luz. Por ejemplo, la clara de huevo, el agua jabonosa y la gelatina.

CN_6-1(70-99).indd 90

21/08/13 14:36

Componente Procesos físicos 2.2.3 Métodos de separación de mezclas Para separar las sustancias que forman una mezcla, se utilizan diferentes métodos basados en las propiedades de las sustancias, tales como: estado físico, tamaño de las partículas, punto de ebullición y densidad, entre otras.

Ampliación multimedia

Recurso imprimible

Todos los procedimientos utilizados en la separación de mezclas son de carácter físico, es decir, en ninguno de ellos hay cambios internos en la materia; solo se aprovechan algunas propiedades físicas para realizarlos. Los principales métodos de separación se encuentran especificados en el siguiente esquema: Cuando se trata de dos sólidos Sublimación Es un método que se emplea para separar mezclas heterogéneas de sólidos. Este método implica que uno de los componentes se sublime, es decir que pase directamente del estado sólido al gaseoso y que el otro componente no se descomponga con el calor. La mezcla de sólidos se coloca en un recipiente cerrado para evitar que los vapores sublimados se escapen. Cuando se calienta la mezcla, el sólido sublimado pasa al estado gaseoso y, en contacto con la tapa, que es una superficie más fría, se solidifica nuevamente. Este método, se emplea en los laboratorios para purificar el yodo y algunas materias primas utilizadas en la elaboración de medicamentos.

Separación manual o tamizado Se utiliza cuando la mezcla está formada por sólidos de diferentes tamaños. El instrumento utilizado se denomina tamiz, consta de un cedazo o malla que permite la separación. Este método es muy utilizado en la construcción y en la industria de las harinas.

Imantación o separación magnética Consiste en separar mezclas de metales y no metales, en estado sólido, utilizando un imán. La separación se hace pasando el imán sobre la mezcla, lo cual hace que el metal se adhiera a él.

Levigación Consiste en colocar el mineral en una corriente de agua de manera que los materiales más livianos son arrastrados por la corriente y los más pesados quedan en el recipiente. La levigación se utiliza especialmente en la minería, por ejemplo, en la extracción del oro.

Cuando se trata de un líquido y un sólido Centrifugación Es un método que se emplea para separar líquidos de sólidos con base en sus diferentes densidades. Consiste en la utilización de un aparato llamado centrífuga que es un recipiente que gira a gran velocidad, de manera que el sólido, que posee mayor densidad, se deposita en el fondo, mientras que el componente líquido queda sobrenadando. Es útil, por ejemplo, para separar los componentes de la sangre.

Filtración Se emplea cuando una de las sustancias de la mezcla heterogénea se encuentra en estado sólido y la otra en estado líquido. Consiste en dejar pasar la mezcla por un filtro, hecho de un material poroso que permite el paso del líquido y retiene las sustancias sólidas. En una filtración se llama residuo a lo que queda en el papel de filtro y filtrado, a lo que pasa a través de él. Un ejemplo sencillo de este método de separación es la preparación casera del café. ©

CN_6-1(70-99).indd 91

21/08/13 14:36

Decantación Es un método de separación sencillo que se basa en la diferencia de densidad de las sustancias que conforman la mezcla. Para lograr la separación, se pone la mezcla en un recipiente y se deja en reposo por algún tiempo, hasta que el sólido se deposite en el fondo del recipiente. Como casi siempre queda una parte del líquido en la parte sólida, se puede terminar la separación por evaporación. La decantación se utiliza para separar mezclas de agua y arena y de líquidos de diferente densidad, en este caso se utiliza un embudo de decantación, como el que observas en la imagen. Evaporación Es una forma de separación que se basa en el hecho de que algunas sustancias se evaporan cuando se exponen al aire o se calientan moderadamente, mientras que otras no. Por ejemplo, si calentamos en un recipiente agua salada, al cabo de un tiempo, el agua se evapora y la sal queda en el fondo del recipiente.

Cuando se trata de separar mezclas homogéneas Cristalización Es un método de separación de un sólido mezclado con otras sustancias. La cristalización se basa en la diferente solubilidad que tienen los sólidos en los disolventes a temperaturas distintas. El sólido solo se disuelve cuando la temperatura es muy alta. Para realizar la mezcla el sólido se disuelve en un líquido caliente. Luego, esta mezcla líquida se enfría, el sólido purificado se cristaliza y se deposita en el fondo, y las impurezas quedan disueltas en el líquido. Para separar el sólido cristalizado se emplea el método de filtración.

Destilación Es un método que se emplea para separar mezclas homogéneas, en las cuales los componentes suelen ser líquidos. Se basa en las diferencias que hay en los puntos de ebullición de las sustancias que componen la mezcla. Por calentamiento, se hace que el líquido de menor punto de ebullición se evapore primero, para luego, recogerlo haciendo pasar sus vapores por un instrumento de laboratorio, llamado refrigerante o condensador que tiene la función de enfriarlos. Por ejemplo, para separar una mezcla de alcohol, vinagre y agua, dado que todas estas sustancias tienen diferente punto de ebullición, se emplea la destilación. Al realizar el procedimiento saldrá primero el alcohol, luego el vinagre y en el recipiente quedará el agua. Cromatografía Es un método que se emplea para separar, identificar y determinar los componentes químicos de mezclas líquidas o gaseosas y se basa en la adsorción. Adsorción Es un fenómeno físico en el cual las partículas de un sólido, líquido o gas se adhieren a la superficie de un sólido, al que se denomina adsorbente. La mezcla que se quiere separar se pone en contacto con un adsorbente. Este puede ser papel secante o un sólido poroso finamente pulverizado que se encuentra en la columna de vidrio o formando una película delgada en una placa de vidrio. El adsorbente atrae las partículas de cada componente de la mezcla con diferente fuerza. Luego, la mezcla adsorbida se pasa por un disolvente que permite su separación. Los componentes de la tinta se pueden separar por este método, utilizando como adsorbente un pedazo de tiza.

CN_6-1(70-99).indd 92

21/08/13 14:36

Componente Procesos físicos 2.2.3.1 Aplicaciones de los métodos

de separación de mezclas

Recurso imprimible

Los métodos de separación de mezclas tienen múltiples aplicaciones tanto en la vida diaria como en la industria. La destilación se emplea en la industria licorera, en la purificación del agua y en el aprovechamiento de todos los componentes del petróleo, de donde se extraen por destilación miles de compuestos. La gasolina es tan solo uno de ellos. La cromatografía tiene gran variedad de aplicaciones como análisis de muestras, identificación y determinación de los componentes químicos de alimentos. La centrifugación se emplea en la industria y en los laboratorios clínicos, ya que es una forma rápida y eficaz para separar los componentes de determinadas mezclas. La separación manual y la decantación son utilizadas en la construcción, para obtener arenas finas y gravillas. La cristalización, la evaporación y la sublimación se utilizan como métodos de purificación de sustancias, para extraer las impurezas que estas contienen. La filtración se emplea para la preparación del café, el té y las aguas aromáticas. El tamizado, para separar los residuos, por ejemplo, cuando preparamos un jugo.

Aprende a resolver problemas Analiza y resuelve el siguiente problema. Después te invitamos a revisar los pasos necesarios para hacerlo correctamente. A Teresa se le da una mezcla de sal, arena, virutas de acero y pequeños trozos de corcho. Ella separa la mezcla utilizando el procedimiento de 4 pasos que se ve en el esquema de abajo. En el esquema, las letras W, X, Y y Z se utilizan para representar los cuatro componentes, pero no se indica qué representa cada letra. • Identifica a qué componente corresponde cada letra escribiendo sal, arena, acero o corcho en el espacio que corresponda. Paso 1 Se usa un imán. Paso 2 Se agrega agua y se extraen los componentes que flotan. Paso 3 Se filtra.

W, X, Y, Z X, Y, Z

X, Y, Z Y, Z + agua

Y, Z + agua Z + agua

Paso 4 Se evapora el agua.

Z + agua Agua

Qué necesitas encontrar Lo primero que debes hacer es reconocer las características de los materiales que componen la mezcla, de esta forma podrás saber lo que se separa en cada uno de los pasos. Cómo resuelves el problema En el paso 1 se usa un imán. Solo es atraído por el imán un metal, en este caso las virutas de acero, por lo tanto, el componente W es acero. Luego, se agrega agua y quedan sólidos flotando. De los materiales que quedan solo el corcho flota en el agua, por lo tanto, el componente X es el corcho. En el tercer paso se filtra la mezcla. Como la arena es más gruesa que la sal, queda retenida en el filtro, por lo tanto, el componente Y es arena. Finalmente, al evaporar el agua queda un residuo que corresponde a la sal, por lo tanto, el componente Z es la sal. Reflexiona 1. ¿Cuando leíste el problema por primera vez, lograste encontrar la solución por tu cuenta? 2. ¿Qué componente fue el más difícil de encontrar? 3. ¿Podrías separar otro tipo de mezcla siguiendo el esquema que se usó en este caso? ©

CN_6-1(70-99).indd 93

21/08/13 14:36

Entorno físico

Tabla periódica de los elementos Recurso imprimible

Enlace web

IIIB A B

1,00794 -259,34 -252,87 0,0899 2,20 1s1

1 +1

Litio

22,989768 97,72 883 0,97 0,93 (Ne)3s1

11 +1

39,0983 63,38 759 0,86 0,82 (Ar)4s1

85,4678 39,31 688 1,532 0,82 (Kr)5s1

Sodio +1

Potasio 37 +1

132,90543 28,44 671 1,879 0,79 (Xe)6s1

(223,0197) 27 677 0,7 (Rn)7s1

Rubidio 55 +1

Cesio 87 +1

Francio

9,012182 1.287 2.471 1,8477 1,57 (He)2s2

24,3050 650 1.090 1,74 1,31 (Ne)3s2

C E G

1,36 (Ar)3d14s2

IIA

Hidrógeno

6,941 180,5 1.342 0,534 0,98 (He)2s1

44,955910 1.541 2.830 2,989

Escandio

A. B. C. D. E. F. G. H. I. J. K. L.

Berilio

Masa atómica Punto de fusión °C Punto de ebullición °C Período Densidad g/cm3 Electronegatividad Conﬁguración electrónica Grupo Número atómico Estado de oxidación Símbolo Nombre

12 +2

40,078 842 1.484 1,54 1,00 (Ar)4s2

87,62 777 1.382 2,6 0,95 (Kr)5s2

137,327 727 1.897 3,594 0,89 (Xe)6s2

226,0254 700 1.140 5,8 0,9 (Rn)7s2

IIIB

Magnesio 20 +2

Calcio 38 +2

Estroncio 56 +2

Bario 88 +2

Radio

44,955910 1.541 2.830 2,989 1,36 (Ar)3d14s2

88,90585 1.526 3.336 4,469 1,22 (Kr)4d15s2

138,9055 920 3.455 6,146 1,10 (Xe)5d16s2

227,0278 1.051 3.198 10,07 1,1 (Rn)6d17s2

IVB 21 +3

Escandio 39

Itrio 57 +3

Lantano 89 +3

Actinio

47,88 1.668 3.287 4,5 1,54 (Ar)3d24s2

91,224 1.855 4.409 6,49 1,33 (Kr)4d25s2

+3,+4

Titanio 40

Zirconio

178,49 2.233 4.603 13,31 1,3 (Xe)4f145d26s2

72 +4

(261,11) (Rn)5f146d27s2

Hafnio 104 +4

Ruterfordio

92,90638 2.477 4.744 8,57 1,6 (Kr)4d45s1

VIB 23

50,9415 1.910 3.407 5,96 1,63 (Ar)3d34s2

+2,+3,+4,+5

Vanadio 41 +3,+5

Niobio

180,9479 3.017 5.458 16,6 1,5 (Xe)4f145d36s2

73 +5

(262,114) (Rn)5f146d37s2

Tántalo 105 -

Hahnio

VIIB 24

51,9961 1.907 2.671 7,20 1,66 (Ar)3d54s1

+2,+3,+6

Cromo 42

95,94 2.623 +2,+3,+4,+5,+6 4.639 10,2 2,16 (Kr)4d55s1

Molibdeno 74

183,84 3.422 +2,+3,+4,+5,+6 5.555 19,35 2,36 (Xe)4f145d46s2

Tungsteno

(263,118) (Rn)5f146d47s2

106 -

Seaborgio

VIII 25

54,93805 1.246 +2,+3,+4,+6,+7 2.061 7,47 1,55 (Ar)3d54s2

Manganeso

(97,9072) 2.157 4.265 11,5 1,9 (Kr)4d55s2

43 +7

Tecnecio 75

186,207 3.186 -1,+2,+4,+6,+7 5.596 20,5 1,9 (Xe)4f145d56s2

Renio

(262,12) (Rn)5f146d57s2

107 -

Borio

55,847 1.538 2.861 7,86 1,83 (Ar)3d64s2

VIII 26 +2,+3

Hierro 44

101,07 2.334 +2,+3,+4,+6,+8 4.150 12,3 2,2 (Kr)4d75s1

Rutenio

190,23 3.033 +2,+3,+4,+6,+8 5.012 22,61 2,2 (Xe)4f145d66s2

Osmio

(265) (Rn)5f146d67s2

108 -

Hasio

58,93320 1.495 2.927 8,92 1,88 (Ar)3d74s2

102,90550 1.964 3.695 12,4 2,28 (Kr)4d85s1

27 +2,+3

Cobalto 45 +2,+3,+4

Rodio 77

192,22 2.446 +2,+3,+4,+6 4.428 22,65 2,20 (Xe)4f145d76s2

Iridio

266 (Rn)5f146d77s2

109 -

Meitnerio

* Indica valores aproximados 140,115 799 3.424 6.770 1,12 (Xe)4f15d16s2

58 +3,+4

232,0381 1.750 4.788 11,72 1,3 (Rn)6d27s2

Cerio 90 +4

Torio

140,90765 931 3.510 6,773 1,13 (Xe)4f36s2

59 +3,+4

Praseodimio

231,03588 1.572 15,37 1,5 (Rn)5f26d17s2

91 +4,+5

Protactinio

144,24 1.016 3.066 7,00 1,14 (Xe)4f46s2

60 +3

Neodimio 92

238,0289 1.135 +3,+4,+5,+6 4.131 19,050,02 1,38 (Rn)5f36d17s2

Uranio

(144,9127) 1.042 3.000 7,264 1,13 (Xe)4f56s2

61 +3

Prometio 93

(237,0482) 644 +3,+4,+5,+6 20,45 1,36 (Rn)5f46d17s2

Neptunio

150,36 1.072 1.790 7,536 1,17 (Xe)4f66s2

62 +2,+3

(244,0642) 640 3.228 19,816 1,28 (Rn)5f67s2

Samario 94 +3,+4,+5,+6

Plutonio

CN_6-1(70-99).indd 94

21/08/13 14:36

Componente Procesos físicos

Clasificación según sus propiedades químicas Alcalinos

Metales de Transición

No metales

Lantánidos

Alcalinotérreos

Metaloides

Gases nobles

Actínidos 0

Sólido

Gas

IIIA

Líquido

Preparado sintético VIII

IB 28

58,6934 1.455 2.913 8,90 1,91 (Ar)3d84s2

+2,+3

Níquel 46

106,42 1.554,9 2.963 12,02 2,20 (Kr)4d10

+2,+4

Paladio

195,08 1.768,4 3.825 21,45 2,28 (Xe)4f145d96s1

78 +2,+4

269 1994

Platino 110 -

Ununnilium

151,965 822 1.596 5,244 1,2 (Xe)4f76s2

(243,0614) 1.176 2.607 13,67 1,3 (Rn)5f77s2

63 +2,+3

Europio 95 +3,+4,+5,+6

Americio

63,546 1.084,62 1.562 8,94 1,90 (Ar)3d104s1

107,8682 961,78 2.162 10,5 1,93 (Kr)4d105s1

29 +1,+2

Cobre 47 +1

Plata

196,96654 1.064,18 2.856 19,31 2,54 (Xe)4f145d106s1

79 +1,+3

272 1994

Oro 111 -

Unununium

157,25 1.314 3.264 7,901 1,20 (Xe)4f75d16s2

(247,0703) 1.345 13,51 1,3 (Rn)5f76d17s2

Gadolinio +3

Curio

65,39 419,53 907 7,1425°C 1,65 (Ar)3d104s2

112,411 321,07 767 8,642 1,69 (Kr)4d105s2

30 +2

Zinc 48 +2

Cadmio

200,59 -38,83 356,73 13,546 2,00 (Xe)4f145d106s2

80 +1,+2

Mercurio

277 1996

112 -

Ununbium

158,92534 1.359 3.221 8,230 1,2 (Xe)4f96s2

(247,0703) 1.050 14,78 1,3 (Rn)5f97s2

65 +3,+4

Terbio 97 +3,+4

Berkelio

Boro 13

26,981539 660,32 2.519 2,702 1,61 (Ne)3s2p1

IIB

IVA 5

10,811 2.075 4.000 2,31 2,04 (He)2s2p1

Aluminio 31

69,723 29,76 2.204 6,095 1,81 (Ar)3d104s2p1

Galio

114,818 156,60 2.072 7,30 1,78 (Kr)4d105s2p1

49 +3

Indio

204,3833 304 1.473 11,85 2,04 (Xe)4f145d106s2p1

81 +1,+3

Talio 113

No ha sido descubierto

Ununtrio

162,50 1.411 2.561 8,551 1,22 (Xe)4f106s2

(251,0796) 900 1,3 (Rn)5f107s2

66 +3

Disprosio 98 +3

Californio

VA 6

12,011 4.492TP 3.825SP 2,25 2,55 (He)2s2p2

+2,+4

Carbono 14

28,0855 1.414 3.265 2,33 1,90 (Ne)3s2p2

Silicio

72,61 938,25 2.833 5,35 2,01 (Ar)3d104s2p2

118,710 231,93 2.602 7,28 1,96 (Kr)4d105s2p2

Germanio +2,+4

Estaño

207,2 327,46 1.749 11,34 2,33 (Xe)4f145d106s2p2

82 +2,+4

Plomo

289 1999

114 -

Ununquadium

164,93032 1.472 2.694 8,80 1,23 (Xe)4f116s2

(252,083) 860 1,3 (Rn)5f117s2

67 +3

Holmio 99 +3

Einstenio

VIA 7

14,00674 -210,00 -195,79 1,25046 3,04 (He)2s2p3

+2,±3,+4,+5

Nitrógeno

30,973762 44,15 277 1,82 2,19 (Ne)3s2p3

74,92159 817TP 614SP 5,72725°C 2,18 (Ar)3d104s2p3

121,757 630,63 1.587 6,68425°C 2,05 (Kr)4d105s2p3

15 ±3,+4,+5

Fósforo 33 ±3,+5

Arsénico 51 ±3,+5

Antimonio

208,98037 271,40 1.564 9,78 2,02 (Xe)4f145d106s2p3

83 +3,+5

Bismuto 115

No ha sido descubierto

Ununpentio

167,26 1.529 2.862 9,066 1,24 (Xe)4f126s2

(257,0951) 1.527 1,3 (Rn)5f127s2

68 +3

Erbio 100 +3

Fermio

VIIA 8

15,9994 -218,79 -182,95 1,429 3,44 (He)2s2p4

-2

Oxígeno 16

32,066 115,21 444,60 2,07 2,58 (Ne)3s2p4

±2,+4,+6

Azufre

78,96 221 685 4,81 2,55 (Ar)3d104s2p4

34 -2,+4,+6

127,60 449,51 988 6,25 2,1 (Kr)4d105s2p4

Selenio 52 -2,+4,+6

Telurio

(208,9824) 254 962 9,196 2,0 (Xe)4f145d106s2p4

84 +2,+4

Polonio

289 1999

116 -

Ununhexium

168,93421 1.545 1.946 9,321 1,25 (Xe)4f136s2

69 +2,+3

(258,10) 827 1,3 (Rn)5f137s2

4,002602 -272,226 atm -268,93 0,1785 1s2

Tulio 101 +2,+3

Mendelevio

18,9984032 -219,62 -188,12 1,69 3,98 (He)2s2p5

-1

Flúor 17

35,4527 -101,5 -34,04 3,214 3,16 (Ne)3s2p5

±1,+3,+5,+7

Cloro

79,904 -7,2 58,8 3,119 2,96 (Ar)3d104s2p5

35 ±1,+5

126,90447 113,7 184,4 4,93 2,66 (Kr)4d105s2p5

Bromo 53 ±1,+5,+7

Yodo 85

(209,9871) 302 +1,+3,+5,+7 337 2,2 (Xe)4f145d106s2p5

Astato 117

No ha sido descubierto

Ununseptio

173,04 824 1.194 6,966 1,1 (Xe)4f146s2

(259,1009) 827 1,3 (Rn)5f147s2

70 +2,+3

Yterbio 102 +2,+3

Nobelio

CN_6-1(70-99).indd 95

20,1797 -248,59 -246,08 0,9002 (He)2s2p6

He Helio 10

Ne Neón 18

39,948 -189,35 -185,85 1.784 (Ne)3s2p6

Ar Argón

83,80 -157,36 -153,22 3,74 (Ar)3d104s2p6

131,29 -111,75 -108,04 5,89 (Kr)4d105s2p6

Kriptón 54

Xe Xenón

(222,0176) -71 -61,7 9,73 (Xe)4f145d106s2p6

Rn Radón

293 1999

118 -

Ununoctium

174,967 1.663 3.393 9,84 1,27 (Xe)4f145d16s2

71 +3

(262,11) 1.627 (Rn)5f146d17s2

Lutecio 103 +3

Laurencio

21/08/13 14:36

Competencias científicas

5 Observa las imágenes y completa la informa

INTERPRETO A F I A N Z O

ción del cuadro.

1 Completa la información de la siguiente ta bla:

Sustancia

Componentes de la mezcla

Clase de mezcla Homogénea o heterogénea

Métodos de separación

Organización de las partículas que constituyen cada estado

Agua + aceite Agua + sal + arena

C O M P E T E N C I A S

Hierro + azufre

Estado al que pasa la sustancia al aumentar su temperatura

Arena+ piedras Agua + café Agua + tinta

2 Escribe el nombre de los métodos que usarías para separar mezclas donde los componen tes son: Sólido-líquido insolubles Líquido-líquido insolubles Sólido-sólido Sólido-líquido solubles

6 Elabora un mapa conceptual sobre los esta

dos de la materia. Ten en cuenta los siguien tes conceptos y conectores.

3 Escribe E o C, en los recuadros, para clasificar

las siguientes sustancias como elementos o compuestos:

Sodio, Na Plata, Ag Oro, Au Bicarbonato de sodio, NaHCO3 Agua oxigenada, H2O2

4 Observa las siguientes imágenes y determina el cambio de estado de la materia que está ocurriendo en cada una. Justifica en tu cua derno tu respuesta. A

Cambios de la sustancia al disminuir la temperatura

Los estados de la materia Sólido Líquido Gaseoso Son Se caracteriza por Volumen definido Volumen indefinido Forma definida Forma indefinida Fuerzas de atracción altas Fuerzas de atracción bajas Fuerzas de atracción intermedias

7 Imagina que tienes que separar una mezcla de dos componentes líquidos. ¿Cómo ten drán que ser los puntos de ebullición de am bos para que uno cambie de estado mucho antes que el otro?

CN_6-1(70-99).indd 96

21/08/13 14:36

Identificar •

Indagar •

8 Observa la ilustración y, con base en ella, res ponde las preguntas 9 y 10.

Explicar •

Comunicar •

Trabajar en equipo

15 Imagina que eres gobernante de una ciudad

donde las fuentes de agua están contami nadas con plomo. Explica qué acciones con cretas realizarías para tratar de resolver el problema de la contaminación y el problema de salud de las personas afectadas y por qué.

PROPONGO 16 Lee el siguiente texto. Con base en él, res ponde las preguntas 17 y 18.

9 Escribe el número correspondiente, según el cambio de estado que se produce.

1. Fusión 2. Solidificación 3. Vaporización

4. Condensación 5. Sublimación 6. Sublimación regresiva

Uno de los cambios de estado que más ocurre en la naturaleza es la evaporación del agua de los polos, lagos y mares. Esto ha ocasionado que algunas regiones del mundo ya estén padeciendo escasez de este líquido tan indispensable para los seres vivos.

10 Colorea con rojo el círculo si se requiere un

aumento de temperatura para que ocurra el cambio de estado, o de azul, si se requiere una disminución de temperatura.

ARGUMENTO 11 Lee el siguiente texto. Con base en él, res ponde las preguntas 12 y 13.

Para la purificación del agua se utilizan algunos de los métodos físicos explicados en esta unidad. También se utilizan algunas sustancias químicas para convertir el agua contaminada en agua potable.

12 Consulta algunos procedimientos para des

contaminar el agua y explica cada uno de los pasos sugeridos en ellos.

13 Si te encomendaran la misión de desconta

minar el agua de un río, explica cuál de estos métodos emplearías y por qué.

14 Uno de los elementos químicos que más contaminan el agua es el plomo, Pb. Consulta acerca de las consecuencias de ingerir agua que contenga este metal.

17 Con tus compañeros de curso, escribe entre cinco y diez compromisos para cuidar y con servar el agua en el colegio.

18 Crea una propuesta sobre el uso racional del

agua en el colegio junto con tu vigía ambiental, que será la persona que vigilará el cum plimiento de los compromisos por parte de todos en este aspecto.

19 Consulta acerca de los elementos químicos

que debemos consumir diariamente los seres humanos, y los alimentos donde se encuen tran. Compara tu dieta con esta información, y establece cuáles de estos elementos estás consumiendo, y cuáles te falta consumir. Rea liza acciones encaminadas a garantizar que estos últimos estén siempre presentes en tu dieta. ©

CN_6-1(70-99).indd 97

21/08/13 14:37

SOY CIENTÍFICO NATURAL Apliquen algunas técnicas para separar mezclas Objetivos 1. Identificar los métodos utilizados para la separación de mezclas. 2. Desarrollar habilidades para la formulación de preguntas mediante la utilización de algunos procedimientos físicos. Conceptos clave Propiedades físicas, mezcla, filtración, decantación, destilación, cromatografía Materiales Bata de laboratorio Gafas de protección Agua Sal Arena Aceite Espátula Papel filtro Agitador Vaso de precipitados Erlenmeyer Embudo Embudo de decantación Montaje de destilación Soporte universal Aro con nuez Metodología de trabajo En grupo

Pregunta problematizadora ¿Qué métodos se deben utilizar para separar los componentes de una mezcla determinada? En este laboratorio aplicarán la técnica de separación más adecuada para separar una mezcla de acuerdo con las propiedades físicas de sus componentes. Tengan en cuenta que en esta práctica manipularán y calentarán algunas muestras. Soliciten la orientación y ayuda del docente durante el desarrollo del laboratorio. Procedimiento Repasen los conceptos de propiedades físicas de la materia, clases de materia y mezcla; respondan: ¿Por qué es importante tener en cuenta las propiedades físicas de la materia para separar una mezcla? Preparación de la mezcla 1. Tomen el vaso de precipitados y coloquen en su interior, con ayuda de la espátula, sal y arena. Añadan agua y agiten. 2. Por último, agreguen aceite y agiten bien. 3. Dejen reposar la mezcla durante algunos minutos. Técnica de filtración 1. Tomen el papel filtro y cubran el interior del embudo. 2. Hagan el montaje como se indica en la figura y viertan poco a poco la mezcla en el embudo. 3. Dejen por unos minutos que la mezcla pase a través del papel filtro. Técnica de decantación 1. Tomen el embudo de decantación, verifiquen que la llave esté cerrada, e introduzcan en el interior la mezcla resultante del proceso anterior. 2. Antes de que caiga el aceite, cierren la llave.

9 8 Acción de pensamiento: establezco relaciones entre la información recopilada en otras fuentes y los datos generados en mis experimentos.

CN_6-1(70-99).indd 98

21/08/13 14:37

Me aproximo al conocimiento como científico natural Técnica de destilación 1. Preparen el montaje de destilación como se presenta en la figura. Salida de agua Entrada de agua fría

2. Con respecto a la técnica de decantación: ¿Qué sucedió con la mezcla en el embudo de decantación? ¿Por qué fue fácil separarla?

¿Qué principio o propiedad física se aplica en este método para separar mezclas?

3. Con respecto a la técnica de destilación: ¿Qué se obtuvo como producto final en el balón de destilación? ¿Qué queda en el Erlenmeyer ubicado al final del montaje?

2. Coloquen en el matraz de destilación la mezcla resultante del proceso anterior. Calienten a fuego moderado la mezcla y asegúrense de conectar el tubo de enfriamiento a las llaves de agua. Recolecten en el Erlenmeyer el líquido resultante.

¿Qué principio o propiedad física se aplica en este método para separar mezclas?

Resultados

Conclusiones

En la casilla correspondiente, marquen con un 3 el componente de la mezcla que se separó con los métodos propuestos.

1. ¿Tiene algún sentido el orden establecido en el proceso de separación de la mezcla? ¿Por qué?

Filtración

Decantación

Destilación

Agua Sal Arena

2. ¿Se podría plantear otro orden diferente en el proceso? ¿Cuál propondrían? Justifiquen su respuesta.

Aceite

Análisis de resultados Analiza y responde 1. Con respecto a la técnica de filtración:

3. ¿Es importante tener en cuenta las propiedades físicas de la materia para separar una mezcla? Expliquen la respuesta.

¿Qué pueden observar en el papel filtro? ¿Por qué se queda esta sustancia en el papel? Profundiza ¿Qué principio o propiedad física se aplica en este método para separar mezclas?

Escriban una pregunta que pueda servir como punto de partida para una nueva experiencia relacionada con métodos de separación de mezclas. Por ejemplo, ¿cómo separarían una mezcla de arena, azúcar y aserrín? ©

CN_6-1(70-99).indd 99

21/08/13 14:37

Movimiento, fuerza y energía El contexto

Entorno físico

Tu plan de trabajo... Reconocer la física como una ciencia y sus campos de estudio Diferenciar los conceptos físicos relacionados con el movimiento Describir los efectos de las fuerzas sobre los cuerpos Explicar las leyes de Newton Comprender la naturaleza de la energía

Encuentra en tu Evaluaciones: 3 De desempeño 3 TIMSS 3 Por competencias

12 Multimedia 1 Galería

1 Audio 9 Imprimibles

8 Actividades

8 Enlaces web

CN_6-6(100-135).indd 100

Actualmente, en el espacio, podemos encontrar en órbita alrededor de 300 satélites artificiales, que fueron lanzados aplicando las leyes de Isaac Newton. Este científico inglés sentó las bases para la exploración espacial en el año de 1687, cuando nadie imaginaba salir del planeta.

La situación actual La conquista del espacio ha ampliado las fronteras del conocimiento científico y la tecnología. La carrera espacial ha logrado sorprendentes avances como la puesta en órbita de la Base Espacial Internacional y del telescopio espacial Hubble, entre otros. Se encuentran en estudio proyectos ambiciosos como construir una estación espacial permanente en la Luna o enviar una misión tripulada por seres humanos a Marte. Muchos de los científicos que lideran estos proyectos fueron jóvenes estudiantes como tú que se maravillaron al comprender el movimiento y los principios físicos que explican la fuerza y la energía.

21/08/13 15:20

Audio

Ubica en el tiempo el estudio de la física Pregunta problematizadora ¿Cómo podemos ser partícipes de la carrera espacial y beneficiarnos, como seres humanos y como nación, de los avances científicos y tecnológicos que se pueden derivar de este proyecto? Comprendiendo las leyes que rigen el movimiento. Por ello definirás

qué es el movimiento y los aspectos asociados a este como son punto de referencia, trayectoria, desplazamiento, rapidez, velocidad y aceleración.

Ampliando nuestros conocimientos sobre las leyes que rigen la

naturaleza. Por eso es importante que comprendas que los principios que explican la fuerza y la energía son aplicables a los fenómenos naturales que observamos a diario.

Reconociendo en el estudio de la física una oportunidad de desa-

rrollo personal y profesional. Para ello valorarás la importancia de adquirir el saber científico para convertirnos en una nación generadora de conocimiento.

CN_6-6(100-135).indd 101

Aristóteles Describe el movimiento como tendencia natural. Galileo Avanza en la comprensión del movimiento acelerado. Cavendish Calcula la constante de gravitación g. Einstein Sustenta los principios de la relatividad especial y su fórmula E = m?c2.

320 a. C 1543 1634 1687 1795 1842 1843 1905 1954

Feynman y Gell-Mann Exponen sus ideas sobre las fuerzas fundamentales en el universo.

1957

Copérnico Publica su sistema heliocéntrico. Newton Expone los principios de mecánica en Principia. Mayer y Joule Expresan la ley general de la conservación de la energía. Francia - Suiza Fundación del CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) Construyen el acelerador de partículas más grande del mundo.

21/08/13 15:20

Entorno físico

Una breve aproximación a la ciencia

1. La ciencia es una forma de comprender y explicar el mundo. Algunas personas, a lo largo de la historia de la humanidad, se han detenido a preguntarse cómo y por qué ocurren los fenómenos naturales y han formulado explicaciones que buscan describir el orden de lo que nos rodea y las causas de ese orden. Hacer ciencia es entonces, una labor dedicada a juntar conocimientos acerca del mundo, y a organizarlos y expresarlos en leyes y teorías sustentables. Citar a todas las personas que se han dedicado a esta labor puede ser muy dispendioso y podríamos no dar el justo reconocimiento a muchas de ellas. Lo que sí podemos hacer es reconocer que, gracias al espíritu inquieto y curioso que caracteriza a los seres humanos, hemos podido explicar científicamente el mundo que nos rodea.

Galileo fue un hombre brillante que cambió la forma de hacer ciencia.

El método científico

1.1 El método científico es la forma como trabajan los científicos. Desde hace ya algunos años, la forma de ver el método científico ha cambiado ya que, por lo general, se consideraba que los científicos seguían estrictamente una serie de etapas. Ahora se sabe que la mayoría de los científicos siguen de una u otra forma estos pasos: 1. Identificar un problema o una duda frente a un evento o un fenómeno que les cause curiosidad. 2. Establecer una suposición coherente, una hipótesis, es decir, proponer una posible respuesta a dicha pregunta. Este ejercicio requiere que se reconozcan algunos aspectos claves del fenómeno. 3. Prever los resultados de la hipótesis. 4. Hacer ensayos, experimentos o cálculos para comprobar los resultados previstos. 5. Proponer una explicación sencilla que agrupe los tres elementos principales: hipótesis, consecuencias previstas y las pruebas experimentales. 6. Comunicar permanentemente a la comunidad científica acerca de todos los procedimientos utilizados, las consecuencias previstas y los resultados obtenidos en su labor.

Argumento Es bien sabido que los objetos al calentarse aumentan su volumen. De acuerdo con eso, al someter una placa de hierro al calor esta aumentará de volumen. Pero, si esta placa tiene un orificio en la mitad y se calienta, el orificio, ¿se agrandará o se reducirá? Plantea una hipótesis que responda esta pregunta y diseña un experimento sencillo que te permita comprobar tu hipótesis.

Al parecer, seguir estos pasos puede ser algo fácil, pero se sabe que gran parte del conocimiento científico es consecuencia de ensayar y equivocarse, de experimentar sin plantearse preguntas o de hallazgos accidentales hechos por mentes bien preparadas. Sin embargo, más que una serie de pasos, el mayor valor de la ciencia y de los científicos tiene que ver con su actitud, es decir, el hecho de estar continuamente preguntándose y experimentando, de trabajar en equipo y de tener el valor de admitir cuando se equivocan.

La física como ciencia fundamental

1.2 La física, como disciplina científica, estudia el porqué de fenómenos de la naturaleza como el movimiento, las fuerzas, la energía, la materia, el calor, el sonido, la luz y la estructura atómica. Los conceptos de la física son el fundamento de la química y los conceptos de la física y la química juntos son el fundamento de la biología. Es por esta razón que la física es la ciencia fundamental; por ello, para ser un buen químico o biólogo debes ser, ante todo, un buen físico.

1 02 Acción de pensamiento: Explico las relaciones entre el movimiento, la fuerza y la energía.

CN_6-6(100-135).indd 102

21/08/13 15:20

Componente Procesos físicos Galería de

imágenes 1.2.1 Objetos de estudio de la física La física aborda el estudio de los fenómenos de la naturaleza, tal como se mencionó anteriormente. Por ejemplo, cuando hay una tormenta eléctrica se observa cómo caen truenos, y en ello se evidencian fenómenos eléctricos, pero también puede caer nieve o granizo como producto de las diferencias de temperatura que ocurren sobre la superficie terrestre, y entonces, este fenómeno se puede explicar desde la perspectiva de la termodinámica, que es una rama de la física que estudia los fenómenos relacionados con el calor y su transformación en energía mecánica.

Lexicón Física: proviene del griego physis que significa “naturaleza” y la raíz ica que significa “ciencia”.

Algunos de los objetos de estudio de la física son: Ampliación

1.2.1.1 Movimiento multimedia El movimiento es el cambio de posición que tiene un objeto respecto a un punto de referencia. La vida es movimiento. Nuestros músculos coordinan el movimiento a escala microscópica y nos permiten caminar y correr. Nuestro corazón bombea sangre sin descanso a todo nuestro cuerpo y los mecanismos de transporte de la membrana mueven sustancias a través de ella. Desde la caza de antílopes en la prehistoria en las sabanas hasta la ubicación de satélites en el espacio, la comprensión del movimiento ha sido fundamental para nuestra supervivencia y el éxito como especie. 1.2.1.2 Fuerza Todo agente que sea capaz de cambiar el estado de reposo, de alterar el movimiento o la forma de un cuerpo se define como fuerza. Por ejemplo, un vehículo cuando avanza o se detiene, debe experimentar la acción de una fuerza. Para ponerse en movimiento, el motor genera la fuerza necesaria para hacer girar las ruedas, y para detenerse, las pastillas de los frenos realizan una fuerza sobre las llantas. La fuerza es una magnitud, es decir, es algo que se puede medir otorgándole un valor numérico y su unidad de medida es el newton. El estudio de las fuerzas ha permitido generar máquinas que pueden levantar grandes masas haciendo poco esfuerzo, como las grúas que permiten transportar tubos, cemento o ladrillos en las construcciones. 1.2.1.3 Energía Para hacer que un electrodoméstico funcione, un vehículo se ponga en marcha o se encienda una bombilla, decimos que se necesita de energía. La energía se suele definir como la capacidad de realizar un trabajo, sin embargo, solo podemos darnos cuenta de sus manifestaciones pero no verla, ni olerla, ni tocarla, por eso es más sencillo explicarla por medio de ejemplos. 1.2.1.4 Materia La materia es todo aquello que tiene masa y ocupa espacio. Es necesario estudiarla debido a su estrecha relación con la energía de un cuerpo. Por ejemplo, cuando una roca se encuentra sobre una montaña, a pesar de estar en reposo, posee energía potencial gracias a su masa y altura. Entre mayor masa tenga la roca, y si además se deja rodar cuesta abajo, mayor impacto generará sobre los cuerpos que se encuentren en la cima de la montaña, en comparación con una roca de menor masa.

Las aplicaciones de la física en la ingeniería son muchísimas. Esta grúa, que funciona gracias a principios de la fuerza y la energía, es capaz de levantar objetos muy pesados.

Rayos generados durante una tormenta eléctrica.

Propongo que Tómate el tiempo necesario para realizar esta actividad. Durante dos semanas consecutivas, toma nota en tu cuaderno de las situaciones cotidianas en las que veas que se aplican los conceptos de la física. Explica cómo te afectaría el hecho de que tales conceptos no se hubieran descubierto o utilizado para inventar objetos tecnológicos. ©

CN_6-6(100-135).indd 103

1 03

21/08/13 15:20

Actualidad científica

Los científicos que manejan el Gran Colisionador de Hadrones, en la Organización Europea para la Investigación Nuclear, mostrarán en poco tiempo los resultados de sus experimentos en la búsqueda del bosón de Higgs, una partícula hipotética que sería el agente que le habría dado masa a la materia tras el Big Bang (según la teoría del físico británico Peter Higgs), y habría hecho posible la formación de las estrellas y los planetas, y hasta la aparición de la vida.

1.2.1.5 Calor Cuando se pone en contacto un cuerpo “más caliente” con uno “más frío”, el cuerpo “caliente” se “enfría” y el cuerpo “frío” se “calienta” hasta que los dos cuerpos adquieren la misma temperatura. Esto sucede debido a que el cuerpo más caliente cede calor al cuerpo más frío hasta alcanzar un equilibrio. El calor es una forma de energía que se transfiere entre objetos a cuerpos que tienen diferente temperatura y, en ocasiones, logra cambiar los estados de la materia. 1.2.1.6 Ondas Las perturbaciones que se generan en la superficie del agua cuando se lanza una piedra, las olas del mar, el sonido o la luz son ejemplos de ondas. Una onda es una vibración que se repite en forma periódica en el espacio y en el tiempo, y se transmite de forma gradual de un lugar a otro. A través de las ondas se puede transferir energía desde la fuente a un receptor, sin desplazamiento de materia entre esos dos puntos. Por ejemplo, al escuchar tu música favorita se generan ondas que viajan desde la fuente de emisión hasta llegar a tus oídos. Recurso

Enlace web

imprimible 1.2.1.7 Electricidad y magnetismo La electricidad y el magnetismo son dos términos generales que se utilizan para referirse a dos clases de fuerzas: eléctrica y magnética. La fuerza eléctrica hace referencia a la interacción que ocurre entre partículas con cargas positivas y negativas y la distancia que las separa. Sabemos que cuando se encuentran dos cargas iguales estas se repelen y que, cuando son distintas, estas se atraen. La fuerza magnética se relaciona con el movimiento de las partículas cargadas, es decir que la fuente de la fuerza magnética es el flujo o el movimiento de electrones. El estudio de estos fenómenos nos permite comprender cómo operan diferentes dispositivos electrónicos como radios, televisores, computadores o celulares y es de gran ayuda para el desarrollo tecnológico en la actualidad.

1.2.1.8 Estructura de los átomos A comienzos del siglo XIX, surgió el concepto de átomo sobre una base científica. John Dalton (1766-1844) planteó en 1803 una teoría de la materia, cuyo primer postulado decía: “La materia está formada por átomos, entidades indivisibles e indestructibles”. En el primer tercio del siglo XX, se produjeron una serie de descubrimientos que demostraban la existencia de partículas dentro del átomo. A medida que iban ocurriendo más descubrimientos, los científicos imaginaban cómo sería el átomo y fue es así como, en este siglo, se propusieron una serie de modelos atómicos que demostraban que los anteriores no eran los más acertados y, poco a poco, se fueron mejorando hasta llegar a la idea de átomo que tenemos hoy.

Aún falta mucho camino por recorrer en cuanto al conocimiento del átomo y la manipulación de la energía atómica sin generar riesgos.

104

Estudiar la estructura de los átomos permite conocer en profundidad la composición de la materia y su interacción con la energía. El átomo se define como la partícula más pequeña de un elemento que conserva todas las propiedades de este. Toda la materia presente en el universo está constituida por átomos. Los átomos se unen para constituir moléculas, que se aglomeran para formar, por ejemplo, una célula, una roca, el aire o una estrella. Los avances que se han logrado en las últimas décadas en relación con la estructura de los átomos dieron origen a una nueva rama de la física conocida como física atómica. Esta ha logrado descubrimientos sorprendentes en cuanto al poder de la energía que encierran los átomos y la posibilidad de aprovechar esta energía en favor de la humanidad.

CN_6-6(100-135).indd 104

21/08/13 15:20

Componente Procesos físicos

Medición

1.3 La medición es una manera de describir objetos o eventos, comparándolos con un patrón establecido, dándoles un valor numérico y expresando este valor seguido del símbolo característico de la magnitud que se esté midiendo. Por ejemplo, cuando quieres determinar cuál es tu altura utilizas un metro (patrón de medida) y al comparar tu estatura con el metro. Este ejercicio te arroja un valor numérico que escribes junto con el símbolo de la magnitud (m o cm, según sea metros o centímetros). Así especificas que te estás refiriendo a tu altura y no a otra característica como tu masa. 1.3.1 Magnitudes físicas Toda característica de un cuerpo o un evento susceptible de ser medida se conoce como magnitud física. Así, por ejemplo, la distancia y el tiempo son magnitudes físicas que se miden para explicar cómo se desplaza un objeto. Existen varias clases de magnitudes las cuales se definen de acuerdo con distintos criterios. Para nuestro propósito, las clasificaremos en dos: magnitudes fundamentales y magnitudes derivadas. Las magnitudes fundamentales se caracterizan porque su medición, en la mayoría de los casos, puede hacerse directamente utilizando instrumentos específicos o porque, para ser determinadas, no dependen de otras magnitudes. Son ejemplos de magnitudes fundamentales la longitud, la masa, el tiempo, la temperatura, entre otras. Las magnitudes derivadas se caracterizan porque surgen de relaciones que se establecen entre las magnitudes fundamentales. Por ejemplo, la magnitud rapidez es el cociente entre la magnitud longitud y la magnitud tiempo. 1.3.2 Sistema Internacional de Medidas (SI) A lo largo de la historia de la humanidad han existido diferentes patrones de medida dependiendo de los acuerdos establecidos entre las personas para medir una característica. Sin embargo, se requiere de sistemas universales para estandarizar las medidas a nivel mundial, es decir, para unificar los patrones de medida en todos los países. Uno de ellos es el Sistema Internacional de Medidas que fue establecido en 1960 y tiene sede en la localidad de Sevrès en Francia. El Sistema Internacional (SI), cuya base corresponde al Sistema Métrico Decimal (SMD), es un conjunto de unidades de medida que aumentan o disminuyen con base en potencias de 10. Los acuerdos establecidos con respecto a este sistema se dan gracias a la Conferencia General de Pesos y Medidas la cual tiene representación en la mayoría de países. 1.3.3 Sistema inglés de unidades Otro sistema de medidas utilizado en países como Inglaterra y Estados Unidos es el sistema inglés. Las medidas más reconocidas de este sistema son para la magnitud longitud: la pulgada (pul) que equivale a 2,54 cm; el pie que equivale a 30,48 cm, y la milla que equivale a 1.609 km.

Magnitudes fundamentales del Sistema Internacional (SI) Magnitud

Unidad de medida

Longitud (L)

metro (m)

Masa (M)

kilogramo (kg)

Tiempo (t)

segundo (s)

Temperatura (T)

Kelvin (K)

Algunas magnitudes derivadas del SI Magnitud

Unidad de medida

Área (A)

Densidad (r)

g/cm3

Fuerza (F)

kg ? m/s2

Presión (P)

N/m2

Rapidez (r)

m/s2

Magnitudes fundamentales del sistema inglés Magnitud

Unidad de medida

Longitud (L)

pie (p)

Tiempo (t)

segundo (s)

Masa (M)

slug

Temperatura (T)

Fahrenheit (°F)

Argumento Imagina que te solicitan medir el tiempo que demoran tus compañeros en recorrer una determinada distancia en una competencia deportiva, pero no tienes un instrumento como un reloj o un cronómetro para hacerlo. ¿Cómo piensas que podrías solucionar esta situación? Si este mismo problema fuera propuesto a tus compañeros y ellos presentaran individualmente otras propuestas de solución, ¿Qué crees que deben hacer en consenso para unificar el patrón de medida? ©

CN_6-6(100-135).indd 105

1 05

21/08/13 15:20

Entorno físico

1.4

El movimiento

Ampliación multimedia

Recurso imprimible

Actividad

Enlace web

El movimiento se define como el cambio de posición que experimenta un cuerpo con respecto a un punto fijo a medida que avanza el tiempo. Para comprender mejor el movimiento, analicemos el siguiente ejemplo. a

r d d a

r d d

La elección de un sistema de referencia es arbitraria. Si viajamos en un bus y elegimos como sistema de referencia un punto en la calle, estamos en movimiento, pero si elegimos un sistema de referencia dentro del bus, por ejemplo, una silla, estamos en reposo.

A primera vista, parece sencillo determinar si un cuerpo se mueve o no. Imagina que estás esperando en la parada del bus y ves que este se aproxima; puedes percibir que va pasando por delante de las distintas edificaciones hasta que llega donde tú estás. Es claro que el bus se mueve y tú, no. Subes al bus, te sientas cerca de una ventanilla y el bus arranca. Aparentemente, no te mueves de tu asiento, como cuando estabas en el paradero. Sin embargo, por tu ventanilla puedes ver que las edificaciones del camino pasan ante tus ojos continuamente. Puedes asegurar que no te mueves con respecto al bus, pero sí lo haces para cualquier persona que te observe desde la calle. 1.4.1 El movimiento es relativo Cuando estás sentado en el bus en marcha, te mueves con respecto a un observador que tiene como sistema de referencia la calle, pero no te mueves con respecto a otro observador que está dentro del bus. Por eso se dice que el movimiento es relativo, ya que una misma situación se puede percibir de formas diferentes. 1.4.2 Sistema de referencia Un sistema de referencia es un punto o un conjunto de puntos que utilizamos para determinar si un cuerpo se mueve. Decimos que un cuerpo está en movimiento si cambia de posición con respecto a un sistema de referencia a medida que pasa el tiempo, y que está en reposo, si su posición no cambia. Observa las siguientes imágenes. ¿Qué punto o conjunto de puntos tomarías como referencia en cada escenario? A

Para comprender mejor el movimiento debemos tener claridad sobre los siguientes aspectos: posición, trayectoria, distancia recorrida y desplazamiento.

La posición

1.5 Para estudiar el movimiento de los cuerpos debemos conocer su posición. La posición indica la distancia que separa al cuerpo en movimiento con respecto al punto de partida y la dirección a la que se dirige con respecto a un sistema de referencia.

1 06

CN_6-6(100-135).indd 106

21/08/13 15:20

Componente Procesos físicos

Trayectoria

Actividad

Enlace web

1.6 La trayectoria es el camino que traza el móvil en su recorrido. Si la trayectoria describe una línea recta decimos que es un movimiento rectilíneo. Si la trayectoria es curva, hablaremos de movimiento circular, y si la curva tiene forma de parábola, hablaremos de movimiento parabólico. En las imágenes de la pista y el circuito de carreras la trayectoria (en rojo), es el camino seguido por el móvil.

Interpreto Analiza la siguiente información. Una hormiga sobre una hoja de papel milimetrado ha recorrido el camino marcado en azul. El insecto se ha movido desde la posición inicial (1, 2) hasta la final (5, 5). En un plano cartesiano se representan las diferentes posiciones que ocupa la hormiga mientras se desplaza.

Distancia recorrida

1.7 La medida de la trayectoria descrita por un cuerpo, expresada en unidades de longitud, se denomina distancia recorrida.

Desplazamiento

1.8 Se llama desplazamiento de un móvil a la línea recta que este describe desde el punto donde inicia el movimiento hasta el punto donde termina el movimiento. Recuerda que el desplazamiento solo coincide con la distancia recorrida por el móvil cuando la trayectoria es una línea recta. En las ilustraciones A y B, la línea de color negro corresponde al desplazamiento del móvil. A

6 y (cm) 5 4 3 2 1 0

En este caso, el desplazamiento (en negro) coincide con la distancia recorrida porque la trayectoria (en rojo) señala una línea recta.

En este caso, el desplazamiento (en negro) no coincide con la trayectoria (en rojo).

Las reglas del movimiento

1.9 Estamos familiarizados con unos movimientos más que con otros. Por ejemplo, si comparas el movimiento de una liebre con el movimiento de una tortuga fácilmente puedes reconocer que la liebre se mueve rápidamente y que la tortuga se mueve lentamente pero, si te dicen que compares el movimiento de un guepardo con el de una liebre, ¿qué podrías decir?

c ye tra

i tor

(5;5) Posición final

m 5c

to: en

i zam

la sp de (1;2) Posición inicial

x (cm)

Traza con una línea roja el desplazamiento de la hormiga. Responde. ¿A cuántos milímetros corresponde el desplazamiento? ¿Qué se puede decir de su trayectoria? ¿El espacio recorrido por la hormiga es mayor que su desplazamiento? Justifica tu respuesta.

Para comprender objetivamente el movimiento de los cuerpos debemos tener en cuenta las reglas del movimiento que abarcan tres conceptos fundamentales: rapidez, velocidad y aceleración. 1.9.1 Rapidez La rapidez se define como: “la prontitud con la que se mueve algo”. Analiza la siguiente situación: Clara y Diana realizan una carrera de 100 metros desde el parque (punto A) hasta el colegio (punto B). Si Clara tarda 10 segundos y Diana 20 segundos en llegar, decimos que Clara se movió “más rápido” porque recorrió la misma distancia en un menor tiempo. ©

CN_6-6(100-135).indd 107

1 07

21/08/13 15:20

Interpreto

De acuerdo con lo anterior, podemos concluir que la rapidez es una magnitud que mide la distancia recorrida en un período de tiempo, y se calcula mediante la expresión matemática:

100 m

Rapidez 5

X X

La ilustración muestra el camino recorrido por un jugador de fútbol confundido. Después de recibir un pase, el jugador corre hacia el lado contrario de la cancha donde debe anotar el gol. Al rato, se da cuenta del error y regresa nuevamente al punto donde recibió el balón. Haciendo todo este recorrido se demoró 50 s. Responde. ¿Cuál fue la distancia total del recorrido? ¿Cuál fue la rapidez del futbolista? ¿Qué puedes concluir acerca de la velocidad del futbolista?

Distancia o camino recorrido Tiempo empleado r5 d t

La rapidez se expresa comúnmente en m/s o km/h y se lee metros por segundo o kilómetros por hora, respectivamente. El símbolo diagonal (/) se lee “por”, y quiere decir: “dividido entre”. Según la expresión anterior, la rapidez de Clara fue: Rapidez 5 100 m 5 10 m/s 10 s Y la rapidez de Diana fue: 100 m 5 5 m/s 20 s 1.9.1.1 Rapidez media y rapidez instantánea En las vías de la ciudad se puede observar cómo un vehículo se detiene y avanza en repetidas ocasiones durante todo su recorrido debido a los semáforos y los embotellamientos, entre otras causas. En estos casos, la rapidez del carro no siempre es la misma pero se puede medir de dos formas diferentes: una forma es la rapidez media que es un valor promedio de todas las rapideces del vehículo durante el recorrido. La otra forma es calcular la rapidez instantánea que es la medida de la rapidez en cada instante de tiempo y puede cambiar mientras que avanza el automóvil. Recurso

imprimible 1.9.2 Velocidad Es muy común confundir el concepto de velocidad con el de rapidez pues solemos utilizarlos indiscriminadamente sin reconocer cuál es la diferencia entre uno y otro. Por ejemplo, cuando se observa un carro de carreras usualmente decimos que se mueve velozmente o muy rápido. Enlace web

En física, la velocidad se define como el cambio de la posición de un móvil en un instante de tiempo, teniendo en cuenta la dirección hacia donde se dirige. Por ejemplo, un barco en altamar indica la velocidad del movimiento cuando dice la rapidez con que lo hace y la dirección hacia donde se dirige o, se puede indicar la velocidad de un automóvil cuando, además de decir su rapidez, se informa la dirección a la que se dirige, por ejemplo, v 5 60 km/h hacia el norte. A una magnitud como la velocidad, que especifica tanto dirección como cantidad, se le denomina magnitud vectorial. Las magnitudes, como la rapidez, que solo describen cantidades, se denominan magnitudes escalares.

1 08

CN_6-6(100-135).indd 108

21/08/13 15:20

Componente Procesos físicos Ampliación

multimedia 1.9.2.1 Velocidad constante y variable Un cuerpo que se mueve en línea recta tiene una rapidez y una velocidad constantes pues ambas magnitudes no varían. Ahora, si el cuerpo en movimiento describe un círculo en su trayectoria, su rapidez es constante pero su velocidad es variable. De acuerdo con lo anterior, la velocidad constante implica que un móvil debe desplazarse describiendo una línea recta a una rapidez constante y velocidad variable implica que un móvil tenga cambios en su rapidez, en su velocidad o en ambas. Ampliación

1.9.3 Aceleración multimedia Al desplazarse en un bus o en un automóvil dentro de la ciudad rara vez se viaja a una velocidad constante. La velocidad durante el recorrido puede variar cuando, por ejemplo, hay que girar a la izquierda o a la derecha o cuando se debe frenar por el cambio de luz en el semáforo o cuando nuevamente se inicia el movimiento. Las variaciones de la velocidad de un cuerpo en movimiento en el tiempo se denominan aceleración. Analiza la siguiente tabla que registra el movimiento de un objeto. Tiempo (en segundos)

Velocidad (en m/s)

Al interpretar la tabla podemos decir que el móvil por cada segundo transcurrido aumentó su velocidad en 5 m/s. Este cambio de velocidad en el tiempo es lo que entendemos por aceleración. mm Cambio velocidad 5 5s s Variaci ón de de velocidad Aceleración 5 5 5 5 5 m/s 2 2 Aceleración Intervalo de tiempo 51 s1s 5 5 m/s Intervalo de tiempo

En los parques de diversiones encontramos diferentes aparatos que describen un movimiento circular.

Interpreto Analiza la gráfica que representa el movimiento de un cuerpo. x(m) 25 20 15 10

Las unidades habituales de medida son m/s2 y se lee: metros por segundo al cuadrado que indica que, cada segundo, su rapidez aumentó. Observa que en la fórmula entran dos veces unidades de tiempo: la primera corresponde a la velocidad y la segunda, al intervalo de tiempo en que cambió la velocidad. 1.9.3.1 Implicaciones de la aceleración El término aceleración se aplica a eventos en los cuales hay aumento disminución de la velocidad. Situaciones que ejemplifican esto se viven diariamente. Por ejemplo, al desplazarnos en un bus este acelera cada vez que reinicia el movimiento. Esta aceleración se percibe como algo que nos hace recargarnos más contra el asiento. Cuando el bus se detiene está desacelerando, y se percibe como un halón hacia delante. Otro caso tiene lugar cuando nos movemos en trayectorias curvas, así lo hagamos a una rapidez constante, estamos acelerando pues cambiamos de dirección, por tanto, hay variación de la velocidad. En este caso, percibimos la aceleración cuando nos sentimos impulsados hacia un lado u otro. La idea clave en estas dos situaciones es que la aceleración implica un cambio.

t(s)

5 0

Responde. 1. ¿En qué intervalos de tiempo aumentó la rapidez? 2. ¿En qué intervalo de tiempo disminuyó la rapidez? 3. ¿La rapidez y la velocidad fueron las mismas durante todo el recorrido? 4. ¿Hubo aceleración?, ¿por qué? 5. ¿Podrías calcular la rapidez promedio del móvil? ©

CN_6-6(100-135).indd 109

1 09

21/08/13 15:20

Competencias científicas

INTERPRETO A F I A N Z O

1 Ubica las siguientes palabras clave en un

mapa conceptual como el del modelo. Utiliza los conectores adecuados. Fuerzas, Movimiento, Física, Distancia recorrida, Velocidad, Energía, Aceleración, Desplazamiento, Rapidez.

cada caso. Marca con una 8 su abreviatura. Objeto

Unidad

cm mm

Grosor de un vidrio. Altura a la que vuela un avión. Medida del largo de una hoja tamaño carta.

C O M P E T E N C I A S

Tu estatura.

2 Escribe V, si el enunciado es verdadero o F, si es falso. Explica tu elección.

El trabajo científico es la base de la física. Los rayos que caen durante una tormenta son un fenómeno cuyo estudio corresponde a la electricidad y el magnetismo. El volumen de agua de una piscina corresponde a una magnitud fundamental. La pulgada es una unidad de medida de longitud en el Sistema Internacional. Cuando un vehículo se detiene en un semáforo y después empieza a moverse, realiza un movimiento con velocidad constante. La rapidez se diferencia de la velocidad porque la velocidad indica la dirección del movimiento. Si un avión lleva una aceleración de 15 m/s2, quiere decir que avanza 15 metros cada segundo.

3 Escribe sobre la línea a qué tipo de magnitud se refiere cada información.

La distancia entre Bogotá y Medellín es de 443 km. La rotación de la Tierra sobre su eje tarda 24 horas. Miguel necesita llevar un listón de madera de un metro a su clase de artes. El camión cargó 5.000 kilogramos de cemento a la construcción.

110

4 Nombra la unidad de medida adecuada para

La distancia que hay entre Colombia y Argentina.

5 Lee la siguiente situación. Laura sale de su casa hacia el colegio. Luego, cuando termina su jornada académica, asiste a su clase de piano; finalmente, regresa a su casa. Responde. ¿Cuál fue el desplazamiento de Laura? ¿El desplazamiento hace referencia a la distancia que recorrió Laura? Explica tu respuesta. Si la distancia recorrida por Laura es 600 m, ¿qué distancia hay de la casa de Laura al colegio teniendo en cuenta que esta es la tercera parte de la distancia recorrida?

6 Analiza los datos de la siguiente tabla que representan el movimiento de un avión cuando se encuentra sobre la pista de vuelo. Tiempo (s)

Distancia (m)

160

360

640

1.000

CN_6-6(100-135).indd 110

21/08/13 15:20

Identificar •

Indagar •

7 Construye la gráfica de distancia contra tiempo para el movimiento del avión.

8 Calcula la velocidad media para cada intervalo de movimiento.

9 ¿En qué instante el avión alcanza la máxima velocidad?

10 ¿Cuánto aumenta la velocidad cada segundo?

ARGUMENTO 11 Lee el siguiente texto y, con base en él, res-

Explicar •

Comunicar •

Trabajar en equipo

Desarrollo compromisos personales y sociales En todas las ciudades del mundo existen problemas que se derivan del aumento del número de automóviles y sus efectos sobre la movilidad. Estos problemas requieren la toma de medidas precisas para beneficiar a conductores y peatones. Entre las que podemos mencionar se encuentran: adecuación, diseño y construcción de espacios convenientes para transportarse de un lugar a otro, programación coordinada de los semáforos, construcción de corredores viales de alta, media y baja capacidad, construcción de redes peatonales y generación de sistemas masivos de transporte público.

ponde las preguntas 12 y 13.

15 ¿Piensas que en tu ciudad se presentan

Las relaciones comerciales, que se establecen entre las personas, ya sea al ir de compras, vender un terreno o producir un determinado material, entre muchas otras, están mediadas por patrones unificados.

16 ¿Consideras que lo que has aprendido so-

12 ¿Cómo crees que serían las relaciones comerciales si no existieran patrones de medida unificados?

13 Imagínate ante la eventualidad de que ya

no se contara con un sistema de medidas internacional, ¿cómo podrías solucionar los problemas derivados de esta situación? Ten presente lo que has aprendido sobre el tema.

14 Lee la siguiente información y, con base en ella, responde las preguntas 15 a 18.

problemas relacionados con la movilidad? Justifica tu respuesta. bre el tema es de utilidad para mejorar la movilidad en tu ciudad?

17 ¿Estarías de acuerdo con aumentar los lími-

tes de velocidad permitidos en las vías de tu ciudad para los vehículos?

18 ¿Qué estrategia crees que funcionaría para mejorar la movilidad en tu ciudad?

PROPONGO 19 Algunas personas no logran distinguir en-

tre el uso de un avance tecnológico y el abuso de este. También hay quienes se oponen al uso de las nuevas tecnologías con actitudes poco tolerantes. Reúnete con un grupo de compañeros para elaborar un listado de nuevas tecnologías respecto a las cuales no se distingue entre el uso y el abuso. Propongan acciones encaminadas a concienciar a las personas para que usen en forma adecuada esas tecnologías y para explicar, a las personas que están en contra de ellas, las ventajas que conllevan para la sociedad actual. ©

CN_6-6(100-135).indd 111

111

21/08/13 15:20

Entorno físico

Principios de mecánica

Lexicón Mecánica: proviene del griego mekhane que significa “máquina” y del latín mechanica que significa “arte de construir máquinas”. En física, la mecánica es un campo de estudio que describe las relaciones entre el movimiento de los objetos o su estado de reposo y las fuerzas que actúan sobre ellos.

Enlace web

2. Ya desde la antigua Grecia Aristóteles comprendía algunas ideas sobre el movimiento de los cuerpos, aunque eran algo confusas. Tuvieron que pasar miles de años para que Galileo Galilei demostrara que las ideas propuestas por Aristóteles no eran del todo ciertas. Luego, Isaac Newton replanteó las ideas de Galileo y postuló tres principios que son los fundamentos de la mecánica y que son conocidos con el nombre de leyes de Newton sobre el movimiento.

Primera ley de Newton o principio de inercia

2.1

La primera ley de Newton, conocida también como el principio de inercia, establece que: Todo objeto continúa en su estado de reposo o movimiento uniforme en línea recta, a menos que sea obligado a cambiar ese estado por fuerzas que actúen sobre él. Piensa en un libro que reposa sobre una mesa. Sin ninguna fuerza que afecte este estado, el libro permanecerá en reposo. Ahora imagina que ejerces una fuerza horizontal sobre uno de los lados del libro y logras que este se empiece a mover. Debido a que la magnitud de la fuerza aplicada supera en magnitud a la fuerza de fricción, que es una fuerza que ofrece resistencia a objetos en movimiento, el libro acelera su movimiento. Cuando la fuerza aplicada se retira, la fuerza de rozamiento nuevamente coloca el libro en reposo. Ahora imagina que empujas el libro sobre una superficie más suave o resbaladiza. El libro se moverá más fácilmente y, si se deja de aplicar la fuerza, se demorará más en permanecer en reposo. Finalmente, si el libro es empujado sobre una superficie libre de fricción, continuará su movimiento en una trayectoria recta y con velocidad constante hasta que un golpe o un obstáculo cambien ese estado.

Actividad

Ampliación multimedia

2.1.1 Fuerza neta El movimiento de los cuerpos o su estado de reposo pueden verse afectados por una fuerza, o por una combinación de fuerzas. Entre los factores que causan una fuerza podemos mencionar: la gravedad, la electricidad, el magnetismo o, simplemente, un esfuerzo muscular. La suma de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo se llama fuerza neta. Si las fuerzas aplicadas son iguales en dirección estas se combinan y producen una fuerza neta mayor que la aplicada por cada fuerza. F1 F2 F1 1 F2

112

Si las fuerzas aplicadas son diferentes en dirección pero iguales en magnitud la fuerza neta será cero. F1 F2

F1 1 F2 50

CN_6-6(100-135).indd 112

21/08/13 15:20

Componente Procesos físicos 2.1.2 Efectos de las fuerzas Cuando se aplica una fuerza a un cuerpo, puede ocurrir lo siguiente: Enlace web

Cambio de movimiento Si el cuerpo está en reposo, empieza a moverse.

Si el cuerpo está en movimiento, cambia su velocidad, sea en magnitud, dirección o sentido.

Fuerza

Fuerza Vi

Si la fuerza se aplica en la misma dirección y el sentido del movimiento, la velocidad del móvil aumenta.

Si la fuerza se aplica en la misma dirección y en sentido opuesto al del movimiento, la velocidad disminuye.

Equilibrio

Deformación

Si la sumatoria de fuerzas (fuerza neta) que actúan sobre un cuerpo es igual a cero, este se encuentra en equilibrio.

Si se aplica una fuerza a un cuerpo este cambia de forma.

2.1.3 Tipos de fuerzas Es posible clasificar las fuerzas en dos grandes grupos: las fuerzas de contacto y las fuerzas de acción a distancia o campos. Actividad

2.1.3.1 Fuerzas de contacto Una fuerza es de contacto cuando existe interacción directa entre el cuerpo que la produce y el cuerpo sobre el que se aplica. En otras palabras, hay un contacto físico. Las fuerzas de contacto son la fuerza normal, la fuerza de rozamiento o fricción y la fuerza de tensión. Fuerza normal Conocida comúnmente con el nombre de fuerza de soporte, se define como la fuerza ejercida hacia arriba por una superficie horizontal sobre un objeto que reposa en ella, en otras palabras, es la fuerza contraria que equilibra el peso de un objeto. Por ejemplo, si colocas un florero encima una mesa, el florero ejerce una fuerza hacia abajo que es el peso; pero existe una fuerza que ejerce la mesa hacia arriba que es la fuerza normal.

Fn Peso ©

CN_6-6(100-135).indd 113

113

21/08/13 15:20

Fuerza de rozamiento o fricción Es la fuerza que se opone al deslizamiento entre dos superficies en contacto. Tiene dirección y sentido contrario al desplazamiento y esto depende directamente de la superficie; cuanto más lisa y pulida sea esta, menor será la fricción. El rozamiento produce calor en los cuerpos en contacto. Fuerza de tensión Es una fuerza que se transmite por medio de un resorte, una cuerda o un cable. La dirección de la fuerza que se aplica al resorte, la cuerda o el cable determina la dirección de la tensión. Esta fuerza hala el cuerpo pero no lo empuja.

Ampliación multimedia

Recurso imprimible

Argumento Toma dos libros cerrados y desliza uno encima del otro. Ahora, intercala las páginas de uno y otro y trata de separarlos. Responde. ¿Qué sucedió en cada caso? ¿Por qué crees que es más difícil separarlos cuando se intercalan las páginas? ¿Cómo relacionas este fenómeno con la fuerza de fricción?

2.1.4 Fuerzas de acción a distancia o campos Estas fuerzas se caracterizan porque no existe contacto directo entre el cuerpo que las produce y el cuerpo sobre el que se ejercen. Son: la fuerza nuclear fuerte, la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear débil y la fuerza de gravedad. Fuerza nuclear fuerte Es la responsable de mantener unidas las partículas subatómicas que conforman el núcleo de los átomos. Es la más poderosa de las fuerzas de acción a distancia pero es la de menor alcance ya que su radio de acción es muy corto (0,000000000000015 m).

n p

n n p n

np n n p p p p n n n

Partículas subatómicas n: neutrones p: protones

n p

Fuerza electromagnética Está relacionada directamente con el flujo o el movimiento de partículas cargadas eléctricamente, por lo general, los electrones. Es la responsable de mantener unidos a los átomos y las moléculas. Es una fuerza que tiene un radio de acción de largo alcance en comparación con la fuerza nuclear fuerte, pero que disminuye a medida que se separan las partículas que interactúan.

Partículas con carga eléctrica + S

Partículas con carga eléctrica –

Fuerza nuclear débil Actúa a nivel del núcleo de los átomos y es la responsable de algunos fenómenos radiactivos como la desintegración de un neutrón. Se le denomina fuerza débil porque es miles de veces menor a la fuerza fuerte y su radio de acción es muy corto. La radiactividad es un proceso que produce la emisión de partículas energéticas, es un ejemplo de la fuerza nuclear débil.

h = neutrino e u m d

h p

radiactividad

Fuerza gravitacional

Al frotar una peinilla sobre tu cabeza esta se carga eléctricamente y puedes atraer con ella pequeños trozos de papel.

11 4

Es la mutua atracción que experimentan dos objetos en el universo. Es una fuerza de largo alcance y es la responsable de mantener en su posición a los cuerpos celestes. A pesar de que la fuerza de gravedad puede ser muy fuerte entre objetos de gran tamaño como, por ejemplo, entre el Sol y los planetas, es también una de las más débiles.

CN_6-6(100-135).indd 114

21/08/13 15:21

Componente Procesos físicos 2.1.5 Medida de la fuerza En el Sistema Internacional, la unidad de medida de la magnitud fuerza es el newton que se representa con el símbolo N. Cuando un newton de fuerza actúa sobre un objeto que tiene una masa de 1 kg, se produce una aceleración de 1 m/s2 en el objeto. Un newton puede ser expresado en términos de magnitudes fundamentales como masa, longitud y tiempo así: Actividad

1 N 5 1 kg 3 m2 s Para sostener un cuerpo de 1 kg se necesita una fuerza de 10 N aproximadamente. Así, si deseas sostener en tu mano un cuerpo de 2 kg, requieres de una fuerza de 20 N. El instrumento utilizado para medir las fuerzas se llama dinamómetro. Es un artefacto que tiene un resorte que, al colgar objetos de él, se deforma, es decir se estira. Entre más peso ejerza el objeto, su alargamiento será mayor. En su parte externa tiene un recubrimiento acrílico donde está la escala de medida de la fuerza realizada por el resorte y la masa en gramos del objeto que se cuelga de él.

Escala

Elongación

Interpreto Un poco de vectores Un vector es un segmento orientado. Se utiliza para representar magnitudes en las que, además de indicar su cantidad (el módulo), hay que precisar su dirección. Un diagrama vectorial facilita el estudio de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo. En el diagrama, se representa el cuerpo como un punto y todas las fuerzas que se ejercen sobre él, con flechas. F1

Peso 5 F3

Resorte

Dirección de la fuerza

2.1.6 En la vida cotidiana se relaciona el concepto de fuerza con la capacidad muscular. Por ejemplo, al patear un balón o mover un objeto con alguna parte de nuestro cuerpo estamos aplicando una fuerza en un sentido. Para describir una fuerza es necesario asignarle un valor numérico, pero también es necesario decir hacia dónde se aplica la fuerza para conocer cuáles son sus efectos. Analiza la siguiente situación: en la competencia del hombre más fuerte del mundo hay una prueba llamada las piedras de atlas en donde cada competidor debe mover cinco rocas esféricas de hasta 160 kg. Para lograrlo, deben aplicar una gran fuerza y la dirección de la fuerza debe ser hacia arriba para lograr completar la prueba. Si la dirección de la fuerza no fuera importante el competidor realizaría el ejercicio indiscriminadamente y obtendría el mismo resultado, pero eso no es posible. Para describir una fuerza es necesario mencionar la cantidad (módulo) y la dirección. Las fuerzas se pueden representar por flechas llamadas vectores. ©

CN_6-6(100-135).indd 115

115

21/08/13 15:21

Competencias científicas

4 Si F1 y F2 tienen igual magnitud, puedes afir-

INTERPRETO A F I A N Z O

mar que

1 Escribe V, si el enunciado es verdadero o F, si es falso. Justifica tu respuesta.

La fuerza es aquello capaz de cambiar el estado de movimiento de un cuerpo. La fuerza que hace que los protones se mantengan en el núcleo es la fuerza nuclear débil. Para que un cuerpo esté en reposo, deben actuar fuerzas de igual magnitud pero dirección opuesta. La fuerza ejercida sobre una cuerda es la de fuerza de fricción. Cuando un objeto es lanzado al aire actúa únicamente la fuerza gravitacional.

C O M P E T E N C I A S

2 Marca con una 7 la opción correcta. Se tienen dos fuerzas iguales. Cada una se aplica sobre dos cuerpos diferentes. Si en uno se produce el doble de aceleración que en el otro, quiere decir que

una masa es el doble de la otra. el de más aceleración tiene más masa. el de menos aceleración tiene menos masa. el valor de la masa es igual al de la acelera- ción.

estuviera cubierta por una capa de hielo

el equipo A tendría menos posibilidades de ganar. sobre el equipo B se ejercería menos fuerza de fricción. el equipo A podría ganar con menos inte grantes. el equipo B tendría más posibilidades de ganar.

6 Para que la competencia entre los equipos

arroje un ganador, las fuerzas aplicadas deben tener

igual cantidad y diferente dirección. diferente cantidad y diferente dirección. igual cantidad e igual dirección. diferente cantidad e igual dirección.

zana en cada una de las siguientes situaciones.

B F1

Si la magnitud de la fuerza F1 es mayor que la magnitud de la fuerza F2, el equipo B

116

5 Si la superficie en la que se apoya el equipo B

7 Dibuja las fuerzas que actúan sobre la man-

3 Observa la imagen.

la fuerza neta es mayor que 0. los equipos se mueven en sentido contrario al de la fuerza ejercida. la soga se puede romper. ninguno de los equipos ganará.

se desplazará hacia la derecha. no se desplazará. permanecerá en reposo. perderá la competencia.

CN_6-6(100-135).indd 116

21/08/13 15:21

Identificar •

Indagar •

8 Analiza la siguiente tabla que muestra la

fuerza que ejerce el resorte medida en (N) y el alargamiento del resorte medido en (cm), y responde las preguntas 8 y 9. Fuerza (N)

Alargamiento (cm)

9 Realiza la gráfica de fuerza en función del alargamiento para la masa que cuelga sobre el resorte.

10 ¿Qué puedes concluir de la fuerza que realiza el resorte?

11 Observa la figura y describe los movimientos

y las deformaciones que causan las fuerzas que actúan.

Explicar •

Comunicar •

Trabajar en equipo

15 Lee y analiza.

Las condiciones extremas en las que viven los astronautas en el espacio como son: el aumento de la aceleración al salir de la Tierra, la ausencia de gravedad y de otras fuerzas que actúan sobre ellos, hace que su entrenamiento sea bastante exigente. Por ejemplo, deben mantener un buen estado físico ya que en el espacio sus músculos no se ejercitan y se debilitan, en especial los de las piernas, glúteos y espalda. También son sometidos a pruebas de gravedad extrema en las que deben soportar varias veces su propio peso. Cada astronauta debe hacer un curso intensivo que tarda de 18 a 24 meses en los que estudian 230 temas con una intensidad horaria de 1.600 horas.

16 Responde. ¿Por qué en el espacio los astronautas no experimentan fuerzas? ¿Crees que es necesario un entrenamiento tan exigente para salir al espacio? Explica tu respuesta.

ARGUMENTO 12 Al empujar un objeto, ¿se puede decir que hemos eliminado por completo la acción de la fuerza de rozamiento?

Desarrollo compromisos personales y sociales

PROPONGO 17 El tránsito en las grandes ciudades puede

13 Estás de pie en una pista de patinaje, viene un

llegar a ser muy pesado. Respetar las normas de tránsito aún no es una regla para la mayoría de los conductores. Responde.

La fuerza de rozamiento, ¿es una fuerza de 14

¿Crees que sería importante explicar, desde el punto de vista de la física, las consecuencias que se derivan de no respetar las normas de tránsito? Explica tu respuesta.

compañero y te empuja. ¿Qué pasa? Explica el fenómeno utilizando términos físicos. contacto o de distancia? Explica.

CN_6-6(100-135).indd 117

117

21/08/13 15:21

Entorno físico

Segunda ley de Newton

3. Hasta el momento has estudiado las causas de las fuerzas sobre los cuerpos, en los casos en que la fuerza neta o resultante es igual a cero. La segunda ley de Newton hace referencia a los movimientos en los cuales la fuerza neta es diferente a cero. Esta segunda ley se relaciona con los movimientos acelerados, es decir, aquellos en los que la velocidad de los cuerpos cambia. Para comprender mejor este aspecto es conveniente definir primero la cantidad de movimiento. Si se ejerce la misma fuerza sobre un piano y una mesa, el objeto que logrará mayor aceleración será la mesa, ya que su masa es menor y esto hace más fácil su movimiento.

La cantidad de movimiento se define como el producto de la masa de un objeto por su velocidad, es decir: Cantidad de movimiento 5 masa 3 velocidad Por ejemplo, si dos vehículos idénticos se mueven a 100 km/h y 200 km/h, respectivamente, el vehículo que tiene mayor cantidad de movimiento es el que tiene mayor velocidad. Ahora, si un vehículo de 1.500 kg y un tren de 30.000 kg se mueven a la misma velocidad, se dice que el tren tiene mayor cantidad de movimiento porque su masa es mayor a pesar de que su velocidad es la misma que la del vehículo. Las investigaciones de Newton sobre el movimiento lo llevaron a descubrir la relación existente entre los tres conceptos básicos de la física clásica: aceleración, fuerza y masa. Gracias a esto propuso uno de los principios fundamentales que rigen la naturaleza, la segunda ley del movimiento. La segunda ley de Newton, conocida también como ley de la aceleración, establece que: La aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él, tiene la misma dirección de la fuerza neta y es inversamente proporcional a la masa del cuerpo. En otras palabras, esto quiere decir que: Aceleración 5 fuerza neta/masa El siguiente esquema explica cómo la aceleración es inversamente proporcional a la masa de los cuerpos.

Fuerza

Aceleración

La fuerza que ejerce la señora acelera el carrito de compras que está vacío.

118

Fuerza

Aceleración

Con el carrito lleno, si ejerce la misma fuerza, la aceleración se reduce a la mitad.

Fuerza

Aceleración

Con el mercado y el niño dentro del carrito, la aceleración es 1/3 de la original.

CN_6-6(100-135).indd 118

21/08/13 15:21

Componente Procesos físicos

La fuerza causa la aceleración

3.1 Por lo general, sobre un cuerpo actúa más de una fuerza. Recuerda que la suma de fuerzas que actúan sobre un objeto es la fuerza neta. La aceleración depende de la fuerza neta, por lo tanto, para aumentar la aceleración de un objeto se debe incrementar la fuerza neta que actúa sobre este.

Interpreto Estás empujando una caja que está sobre una superficie lisa, y la caja acelera. Si le aplicas cuatro veces esa fuerza neta, ¿cuánto aumentará la aceleración?

Recuerda que la aceleración se define como la variación de la rapidez por unidad de tiempo, lo que indica que, si la fuerza neta puede cambiar la rapidez de un objeto, existe una aceleración. Según la segunda ley de Newton la fuerza es proporcional a la aceleración, es decir que si la fuerza neta disminuye, la aceleración también, y si aumenta la fuerza neta aumenta también la aceleración. Esto dicho en otras palabras, quiere decir que para incrementar la aceleración de un cuerpo se debe incrementar la fuerza neta que actúa sobre este. Si se aplica el doble de fuerza neta, su aceleración será el doble; si se aplica el triple de fuerza neta, se triplicará la aceleración; y así sucesivamente. Fuerza

Fuerza

Aceleración

La fuerza de un trabajador acelera la carretilla.

Si la fuerza es el doble, la aceleración también es el doble.

Si la fuerza es el doble y la masa es el doble se produce la misma aceleración.

3.1.1 La segunda ley en acción: el ascensor Sabemos que la fuerza que el suelo ejerce sobre nosotros tiene la misma intensidad que nuestro peso, cuando estamos en reposo. De acuerdo con la segunda ley, si nuestra aceleración es cero, la suma de las fuerzas sobre nuestro cuerpo también será cero. Esto se cumple cuando estamos sobre un piso en reposo o que se mueve con velocidad constante. Pero cuando estamos en un ascensor, y este arranca acelerando hacia arriba, la fuerza debe ser más intensa que el peso, porque ella es la que nos acelera hacia arriba. Si el ascensor frena, la aceleración de la persona es hacia abajo y la fuerza que el suelo ejerce sobre nosotros es menos intensa que nuestro peso.

Hay muchos ejemplos en los cuales la segunda ley de Newton se hace evidente. En las prácticas deportivas se observan situaciones que muestran la relación entre la fuerza y la aceleración, en la cual el aumento de una de ellas produce una variación en la otra. Por ejemplo, cuando pateas un balón este acelera o cuando empujas un objeto este acelera.

Interpreto Observa las imágenes y responde aplicando la segunda ley de Newton.

¿En qué caso será más fácil arrastrar el trineo?

Justifica tu respuesta.

CN_6-6(100-135).indd 119

119

21/08/13 15:21

Fuerza de fricción o rozamiento, masa y peso

3.2

A nuestro alrededor se presentan generalmente dos fuerzas a las que están sometidos todos los cuerpos: la fuerza de fricción contra el aire o contra el suelo y el peso. La fuerza de fricción es una fuerza que actúa para resistir el movimiento de objetos o materiales que están en contacto. La fuerza mínima que hay que ejercer para que un cuerpo inicie su movimiento equivale a la fuerza de fricción. La fuerza de fricción depende de la naturaleza de la superficie de contacto, es directamente proporcional al peso y no depende del área de las superficies de contacto. Así, sabemos que superficies pulidas como el hielo o el mármol tienen una menor fricción que las superficies rugosas. Caminamos gracias a la fuerza de fricción, por eso es más difícil caminar sobre una superficie con poco rozamiento, como el hielo.

El peso es una magnitud física que mide la fuerza que experimenta un cuerpo debido a la atracción que hay entre la masa del cuerpo y la fuerza de gravedad. La masa es una magnitud física que mide la cantidad de materia que posee un cuerpo. También podemos entender la masa como la medida de la inercia o la oposición que ofrece un cuerpo en contra de una fuerza para ponerlo en movimiento, detenerlo o cambiar la dirección del movimiento. La gravedad es la atracción que ocurre entre objetos debido a su masa. Para hallar el peso de un cuerpo es necesario conocer su masa, ya que el peso aumenta o disminuye cuando la masa del cuerpo aumenta o disminuye. También se necesita conocer el valor de la constante de gravedad. La expresión que permite hallar el peso es: peso 5 masa 3 gravedad Donde la gravedad es la aceleración de los cuerpos cuando caen en la Tierra y su valor aproximado es 9,8 m/s2.

Interpreto Al calcular tu peso debes tener en cuenta la masa y la constante de gravedad. Así, para una persona que tenga 72 kilos de masa, el peso se calcula así: Peso 5 72 kg 3 9,8 m/s2 Peso 5 705,6 newtons Ahora, reúnete con varios de tus compañeros y calculen el peso de cada uno.

1 20

La masa y el peso son directamente proporcionales entre sí cuando no hay aceleración. Por ejemplo, si la masa de un objeto se duplica, también lo hará su peso; si la masa disminuye a la mitad, el peso también se reduce a la mitad. Es por esto que, con frecuencia, se tiende a confundir los dos conceptos o a emplear los términos sin ninguna distinción. Por ello, en mediciones informales, se acostumbra calcular la cantidad de materia con base en su atracción gravitacional hacia la Tierra. En la siguiente tabla se muestran las diferencias que existen entre la masa y el peso. Masa

Peso

Es una magnitud fundamental.

Es una magnitud derivada.

Es escalar, no tiene dirección.

Es vectorial, tiene dirección y sentido.

Se mide con la balanza.

Se mide con el dinamómetro.

Su valor es constante, es decir, es independiente de su posición.

Cambia de acuerdo con la fuerza de gravedad.

Su unidad de medida es el kg.

Se mide en kilogramos-fuerza (kg-f ) o en newtons.

Experimenta aceleración.

Es causa de aceleración.

CN_6-6(100-135).indd 120

21/08/13 15:21

Componente Procesos físicos

Resistencia de la masa

3.3 Supongamos que lanzas por el piso, con la misma fuerza, una pelota de hule y una esfera de hierro de igual tamaño. Como aplicaste la misma fuerza sobre ambas, lo que sucederá es que acelerará más la pelota de hule que la esfera de hierro porque tiene menor masa. Entre menor masa posea un cuerpo mayor es la aceleración que puede lograr y lo contrario, entre mayor sea la masa, menor será la aceleración si se aplica la misma fuerza. Se dice, entonces, que la aceleración que produce una fuerza es inversamente proporcional a la masa. La expresión que relaciona la aceleración, la fuerza y la masa es la siguiente: Aceleración 5

Interpreto Estás jugando con una esfera de metal y una pelota de caucho haciéndolas rodar sobre una superficie horizontal. Si deseas obtener una aceleración igual para la esfera y la pelota, ¿qué deberías hacer para lograrlo?

Fuerza neta Masa

Caída libre

3.4 Cuando un cuerpo cae su movimiento acelera por causa de la fuerza de gravedad entre el objeto y la Tierra. Cuando la fuerza de gravedad es la única que actúa, es decir, que no se tiene en cuenta la resistencia del aire, se dice que el cuerpo experimenta caída libre. Luego, cuanto mayor sea la masa de un objeto, mayor será la fuerza de atracción ejercida por la gravedad entre este y la Tierra. La palabra “caída” no significa necesariamente que un objeto va hacia el piso. También se denomina caída libre al movimiento de un objeto lanzado verticalmente hacia arriba, porque solo actúa la fuerza gravitacional después de ser arrojado el objeto. Cuando un objeto cumple esta condición se dice que la aceleración que lleva es de 9,8 m/s2. Si el objeto va cayendo, indica que aumenta la velocidad y si el objeto va hacia arriba, indica que la velocidad disminuye.

Caída extrema

Caída no libre

3.5 Cuando una persona se lanza de un avión, y mientras no abre su paracaídas, experimenta una caída libre, si se desprecian los efectos del aire sobre él. Cuando se abre el paracaídas, el aire genera una fuerza de resistencia que hace que se retarde la caída. Esto sucede porque la fuerza ejercida por el aire va en dirección opuesta al peso del paracaidista. Cuando un cuerpo va en descenso y sobre este actúan fuerzas diferentes a la fuerza gravitacional, se denomina caída no libre.

Eugene Adreev ostenta el récord Guiness del salto en caída libre más largo de la historia. El primero de noviembre de 1962, logró descender una distancia de 24.500 m sin abrir su paracaídas. ©

CN_6-6(100-135).indd 121

1 21

21/08/13 15:21

Competencias científicas Completa los enunciados 4 a 6, marcando con una 7 la opción correcta.

INTERPRETO A F I A N Z O

1 Al frente de cada característica, escribe una P si corresponde al peso, y una M si corresponde a la masa.

de la fuerza de rozamiento. Luego de un rato te cansas y disminuyes la intensidad de la fuerza, aunque continúa siendo un poco mayor que la de rozamiento. Por lo tanto, la roca

tu peso en cada uno de los planetas del sistema solar. g (m/s2)

Mercurio Venus Tierra Marte Júpiter Saturno Urano Neptuno

2,65 8,50 9,81 3,72 25,89 11,48 9,03 14,13

cada vez más rápido. con poca velocidad pero constante. con mucha velocidad y constante. cada vez más lento.

5 Empujas la roca con una fuerza superior a la

2 Observa la tabla de datos y calcula cuál sería

Planeta

yor que la fuerza de rozamiento; por lo tanto, la roca se moverá

Cantidad de materia que posee un cuerpo. No depende del lugar en el que está situado el cuerpo. Fuerza con la que la Tierra atrae a los cuerpos. Es una magnitud escalar. Se mide kg ? m/s2.

C O M P E T E N C I A S

4 Inicialmente, ejerces una fuerza un poco ma-

Peso (N)

3 Analiza la siguiente gráfica y dibuja sobre ella las fuerzas que interactúan en la situación.

disminuye la velocidad. aumenta la velocidad. la velocidad permanece constante. no se mueve.

6 Empujas la roca con una fuerza mayor que la de rozamiento, pero la superficie del suelo es muy rugosa y hace que poco a poco disminuyas la fuerza hasta que se iguala a la de rozamiento, por lo tanto, la roca

continuará moviéndose, pero terminará por detenerse. se detendrá enseguida. continuará moviéndose con velocidad constante. acelerará.

7 Si un cuerpo no acelera, ¿se puede decir que

ninguna fuerza actúa sobre él? Explica tu respuesta.

8 Escribe, sobre la línea, el nombre de la fuerza

que actúa en cada una de las siguientes situaciones: Una niña que se coloca una cinta elástica para sujetarse el pelo. Un gimnasta que se apoya sobre una pelota.

1 22

Imagina que tú eres la persona que está empujando la roca sobre una superficie horizontal con rozamiento.

Un objeto que cae. Un niño que trata de empujar un objeto muy pesado sin conseguirlo.

CN_6-6(100-135).indd 122

21/08/13 15:21

Identificar •

Indagar •

ARGUMENTO 9 Teniendo en cuenta que los deportistas están siempre buscando la manera de mejorar su rendimiento, responde las preguntas justificando tu respuesta en cada caso.

¿Qué recomendaciones podrías hacerle a un atleta de fondo que quiere mejorar su rapidez? ¿Cómo podría un automovilista disminuir la fuerza de rozamiento de su auto? ¿Qué le recomendarías a un atleta que va a competir en salto alto?

10 Los terremotos son consecuencia del movimiento de las placas de la Tierra y su constante rozamiento. Responde.

Explicar •

Comunicar •

Trabajar en equipo

12 ¿Por qué las dos hojas tocan el suelo en tiempos diferentes?

13 ¿Se puede decir que los dos casos son ejemplos de caída libre? Explica tu respuesta.

14 El avance en la ingeniería civil y la arquitec-

tura han llevado al diseño de estructuras increíbles, que son unas verdaderas maravillas a la vista. Sin embargo, también se han cometido grandes errores. Responde. ¿Crees que conocer las leyes de Newton y el concepto de fuerza es útil para la ingeniería? ¿Cuáles crees que serían las consecuencias de no tener en cuenta estos principios?

Desarrollo compromisos personales y sociales

PROPONGO 15 A diario se presentan accidentes de carros

por el desgaste del labrado que tienen los neumáticos, entre otras razones. Este labrado aumenta el área de contacto entre la llanta y el pavimento, lo que permite que, al momento de frenar, se ejerza más fuerza de fricción.

¿Crees que en el futuro podamos controlarlos? ¿Podemos evitar las consecuencias de los terremotos de alguna forma? Conociendo la primera y segunda ley de Newton y el concepto de fuerza, ¿qué recomendaciones harías para prevenir y afrontar una situación de estas?

11 Realiza lo siguiente: toma una hoja de papel y arrúgala hasta formar una bola. Luego, toma otra hoja lisa. Deja caer al tiempo ambas hojas desde la misma altura.

Busca en Internet la resolución 161 de 1995 de la Secretaría Distrital de Tránsito y Transporte de Bogotá y elabora un folleto en el que expliques los principios físicos que sustentan esta norma en lo relacionado con el labrado de las llantas. Comparte el folleto con tus padres o familiares que sean conductores e invítalos a revisar el labrado de los neumáticos de sus carros y a que tomen las medidas necesarias para evitar accidentes por esta razón. ©

CN_6-6(100-135).indd 123

1 23

21/08/13 15:21

Entorno físico

Fuerza que ejerce la pelota sobre el bate.

Fuerza que ejerce el bate sobre la pelota.

En el juego del béisbol, existen dos fuerzas de interacción entre el bate y la pelota.

Actividad Tercera ley de Newton o principio de acción y reacción

Analicemos los aspectos físicos que ocurren cuando una persona batea una pelota. En el instante que la pelota toca el bate, la pelota ejerce una fuerza sobre el bate y el bate ejerce otra fuerza sobre la pelota. Estas fuerzas actúan en el mismo instante, pero en direcciones opuestas. Prueba de esto es que la pelota sale despedida hacia el aire y el bateador percibe el impacto de la pelota. Situaciones como la anterior, que se observan comúnmente, se explican mediante la tercera ley Newton, la ley de acción y reacción que dice: Si un cuerpo ejerce una fuerza (acción) sobre otro, este produce una fuerza de igual magnitud (reacción) pero en dirección opuesta sobre el primero. Dicho en otras palabras, a cada acción siempre se opone una reacción igual. Así, para el caso de la beisbolista, se dice que la acción es la fuerza que hace el bate sobre la pelota y la reacción es la fuerza que hace la pelota sobre el bate. Esta fuerza, en ocasiones, puede llegar hasta a quebrar el bate. De acuerdo con la ley de acción y reacción, se establece que: Las fuerzas de acción y reacción son de igual magnitud, pero actúan en direcciones opuestas. Las dos fuerzas no se anulan entre sí porque actúan sobre objetos diferentes. Esta ley es de suma importancia porque describe diferentes fenómenos en los que chocan dos cuerpos, donde la cantidad de movimiento que lleva uno de los objetos es transmitida al otro y viceversa. El martillo golpea el clavo, pero este responde y el martillo rebota.

El pie ejerce fuerza sobre el suelo, y este, una de igual magnitud. Peso

Interpreto 1. Dibuja las fuerzas de acción y reacción que actúan cuando un jugador de fútbol patea el balón.

acción

reacción

Fuerza hacia atrás sobre el piso

Reacción sobre el pie ción Fric

Reacción al peso

Cada fuerza actúa sobre un cuerpo diferente; por lo tanto, es imposible que se anulen: cada una tiene su propio efecto.

2. ¿Qué fuerzas actúan sobre las bolas de un juego de billar en el momento que chocan? 3. Explica por qué se mueve la bola que se encuentra en reposo.

124

En los casos anteriores, no es importante determinar cuál fuerza es la de acción y cuál es la de reacción. Lo verdaderamente importante es comprender que existe una interacción entre ambas fuerzas y que ninguna existe sin la otra. Por ejemplo, las suelas de tus zapatos y la superficie del suelo se empujan entre sí y tú te mueves, o las aletas de un pez y el agua se empujan entre sí y el pez puede moverse. En estos casos, el resultado de la fuerza de acción y reacción depende de la fricción. Ahora, si te encuentras caminando sobre una superficie resbaladiza, por ejemplo, sobre el hielo, podrías no llegar a ejercer la fuerza de acción que produzca la fuerza de reacción necesaria. En la ley de la acción y reacción, ninguna fuerza existe sin la otra.

CN_6-6(100-135).indd 124

21/08/13 15:21

Componente Procesos físicos

Fuerzas e interacciones

Actividad

4.1 Nuestra noción intuitiva de fuerza está ligada a empujones, tirones y otros esfuerzos físicos de la vida cotidiana, pero ya en tiempos de Newton hacía falta un concepto más concreto. Por ejemplo, para comprender la acción del Sol sobre los planetas o la de un imán sobre un trozo de hierro. Las interacciones entre cuerpos hacen que se produzcan fuerzas iguales en magnitud, pero con direcciones opuestas, por ejemplo, un globo inflado que retrocede cuando expulsa el aire. Si el aire se expulsa hacia abajo, el globo acelera hacia arriba. El mismo principio se aplica a un cohete, el cual continuamente recibe impulso debido al gas que expulsa. Cualquiera de las fuerzas que están interactuando puede ser la acción porque ocurren en un mismo instante, lo importante es reconocer cómo actúan el par de fuerzas y saber que estas dos son de igual magnitud pero tienen dirección opuesta.

Acción y reacción sobre masas distintas

4.2

Cuando se deja escapar el aire que está dentro de un globo, este retrocede y se eleva.

Recurso imprimible

Las fuerzas de acción y reacción habitualmente interactúan sobre cuerpos que tienen diferente masa y los resultados obtenidos en cada uno de ellos son diferentes. Por ejemplo, si chocan de frente un automóvil y un camión, los efectos producidos en ellos van a ser diferentes a pesar de que la fuerza que ejerce el carro sobre el camión sea de igual magnitud a la fuerza que ejerce el camión sobre el carro. Este fenómeno nos puede hacer pensar que la fuerza que actúa sobre el carro es mayor que la que actúa sobre el camión por los daños que recibe pero, en realidad, son un par de fuerzas de acción y reacción iguales pero actúan sobre masas diferentes y por eso los daños que reciben los vehículos son diferentes.

Definición de un sistema físico

4.3 En la naturaleza se hace indispensable definir un sistema físico ya que una fuerza no actúa aisladamente en ninguna situación. Un sistema físico es un cuerpo o un conjunto de cuerpos interrelacionados, es decir, que su interacción produce efectos sobre todos los elementos del sistema. Un sistema físico se caracteriza porque: Ocupa un espacio-tiempo, o sea, se puede localizar en cualquier parte del universo y se puede medir en qué instante sucede el evento físico. Tiene un estado físico, es decir, que tiene características físicas medibles como la masa o las fuerzas que actúan sobre él. A todo sistema físico se le puede asociar un concepto físico llamado energía. Cuando hablamos de pares de acción y reacción se habla de una interacción de elementos físicos que cumplen las anteriores características, entonces se definen como sistemas físicos.

En un sistema físico la energía fluye y se transforma constantemente. Por ejemplo, si el sistema físico es un ecosistema, las plantas convierten la energía radiante del Sol en energía química y un herbívoro, al comer de la planta, convierte la energía química almacenada en la planta en energía mecánica en sus músculos. Comprender cómo se transforma energía de una forma a otra es esencial en todas las ciencias. ©

CN_6-6(100-135).indd 125

1 25

21/08/13 15:21

Energía

4.4 Uno de los conceptos fundamentales de la ciencia es el de energía. Junto con la materia, la energía forman todo el universo; son los dos componentes fundamentales: lo que no es materia es energía y lo que no es energía es materia. Es fácil comprender el concepto de materia pues es algo tangible: la podemos ver, tocar, oler y sentir y, en términos de magnitudes, tiene masa y ocupa espacio. En cambio, la energía es algo indefinido, indeterminado, ya que no la podemos ver, tocar, ni sentir directamente, si no que lo que percibimos de ella son sus manifestaciones. La energía se expresa como una magnitud escalar y está presente en todo: en seres no vivos y en seres vivos, pero solo se pone de manifiesto cuando se producen cambios. Sin embargo, lo más importante es comprender cómo se transforma y cómo se transfiere la energía.

En física, energía se entiende como: La propiedad de los cuerpos o de los sistemas físicos que les permite producir cambios en ellos mismos o en otros cuerpos. Ampliación

4.4.1 Tipos de energía multimedia En el universo la energía está presente en una variedad de formas, entre ellas, la energía térmica, química, mecánica, nuclear y electromagnética. ENERGIA puede ser

Térmica

Química

Mecánica

Nuclear

Electromagnética

que es

La energía que se transfiere cuando se ponen en cont acto dos cuerpos que están a distinta temperatura.

La energía debida a los enlaces que se establecen entre los átomos.

La energía que está ligada a la posición o al movimiento de los cuerpos.

La energía que liberan los átomos cuando sus núcleos se rompen (energía de fisión) o cuando se unen (energía de fusión).

La energía que se relaciona con las cargas positivas y negativas de protones y electrones y con el movimiento o flujo de electrones.

neutrones

átomos

que puede ser

Núcleo objetivo

Fisión nuclear Neutrón

Enlaces

se manifiesta en forma de Ondas electromagnéticas como la luz. Campo eléctrico Carga 2

cinética

potencial

que es

La energía que tienen los cuerpos por el hecho de estar en movimiento. Su valor depende de la masa del cuerpo y de su velocidad.

1 26

Carga 1

La energía almacenada en un cuerpo y está en capacidad de liberarla para producir un trabajo.

CN_6-6(100-135).indd 126

21/08/13 15:21

Componente Procesos físicos 4.4.2 Medición de la energía En el Sistema Internacional (SI) la energía se mide en julios o joule (J). Un julio equivale a la fuerza de un newton que se ejerce sobre un cuerpo y lo mueve un metro en dirección a esa fuerza. Para algunos tipos de energía se utilizan otras unidades. Así, el calor se suele medir en calorías (cal) que es la cantidad de calor necesaria para elevar en un grado centígrado la temperatura de un gramo de agua. Para que te hagas una idea de lo que significan estas unidades, analiza los siguientes ejemplos: Un J es la energía que tiene un cuerpo de 1 kg que se mueve a una velocidad de 1 m/s. Para que un litro de agua aumente su temperatura en 1 °C se necesitan 4.180 J. En un día soleado, cada metro cuadrado de suelo recibe unos 1.000 J cada segundo. Ampliación

Propiedades de la energía

multimedia 4.4.3 Dado que la energía no es algo tangible, es difícil de definir, pero se reconoce que es indispensable para que ocurran todos los procesos que suceden en el universo. La energía está presente en los seres no vivos y los seres vivos interactuando constantemente con ellos lo cual se hace evidente cuando ocurren sus transformaciones.

Una pequeña parte de la energía solar se transfiere a las plantas y estas, mediante la fotosíntesis, la transforman en energía química que, en algunos casos, se almacena en los frutos.

La energía es liberada de maneras diferentes y, a pesar de que en la mayoría de ocasiones no la podemos ver, oler o sentir, es posible evidenciar sus características o propiedades cuando se manifiesta. LA ENERGÍA se Degrada En las transformaciones, una parte de la energía se queda en el propio cuerpo, formando parte de su energía interna, o se pierde en forma de energía térmica cediéndola al ambiente. Esto se evidencia al encender el motor de un carro: la energía química del combustible se transforma en energía mecánica.

Almacena y transporta

Transforma

Conserva

Transfiere

Las pilas y los acumuladores almacenan energía química que van liberando en forma de energía eléctrica. La energía eléctrica se transporta a través del tendido eléctrico y se puede obtener de energía cinética que se genera por el movimiento del agua o del viento y a partir de centrales termoeléctricas e hidroeléctricas.

La energía lumínica del sol es tranformada por los organismos autótrofos fotosintetizadores, como las plantas y algas, en energía química que se transfiere a los organismos heterótrofos. Los combustibles almacenan energía química que se transforma en energía mecánica y calórica tras la combustión.

En cada transformación, la cantidad total de energía se conserva. Cuando hablamos de cantidad total, tenemos que incluir la energía que se utiliza y la que se degrada; esta última es una energía que no se puede recuperar, pero que hace parte de la energía total del universo. En la mayoría de seres vivos una parte de la energía que obtienen, se pierde en forma de calor.

La energía se transfiere de unos cuerpos a otros. Por ejemplo, cuando brincas sobre un trampolín, hay transferencia de energía entre el colchón y tú cuerpo. También la hay entre el fogón de la estufa y el sartén cuando cocinas o entre el sol y una planta.

CN_6-6(100-135).indd 127

1 27

21/08/13 15:21

4.4.4

Fuentes de energía

Recurso imprimible

Actividad

Una fuente de energía es cualquier material o recurso natural que puede liberar energía, bien sea para utilizarla directamente o para transformarla en otra forma de energía. La principal fuente de energía para la Tierra es el Sol, ya que de él se deriva la mayoría de fuentes de energía que más se utilizan en la actualidad. Las fuentes de energía se pueden clasificar en renovables y no renovables si tenemos en cuenta sus procesos de restablecimiento. Fuentes de energía renovables

Fuentes de energía no renovables

Son aquellas que están en constante renovación, se regeneran a un ritmo igual o mayor al que se consumen. Entre ellas están el Sol, el viento y el agua.

Son las que se consumen rápidamente, que no es posible renovarlas y que existen en cantidades limitadas. Entre ellas están los combustibles fósiles, el uranio y el plutonio.

4.4.4.1 El Sol El Sol nos proporciona energía solar, aquella que llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética. Actualmente empleamos la energía solar en sistemas de calefacción y para producir energía eléctrica. A los lugares donde se produce la transformación de la energía eléctrica se los llama centrales solares. Enlace web 4.4.4.2 El viento El viento es el movimiento de masas de aire que se originan por efecto de las diferencias de presión en distintas zonas atmosféricas y por la rotación terrestre. Es la fuente de energía de la que se obtiene la energía eólica. Por ejemplo, los barcos veleros y los molinos son impulsados por el viento. Desde hace unos años, la energía eólica se transforma en eléctrica en las centrales eólicas, que son lugares donde se instalan aerogeneradores. Recurso

Central eólica

1 28

4.4.4.3 El agua imprimible El agua almacenada a cierta altura tiene energía potencial. Si está en movimiento, tiene energía cinética. Estas energías son el origen de la energía hidráulica. Esta energía no suele emplearse directamente, sino que se transforma en energía eléctrica en las llamadas centrales hidroeléctricas. Suelen estar asociadas a grandes embalses o al aprovechamiento de pequeños cauces de agua. En estas centrales, el movimiento de agua mueve las turbinas de un generador. Así, se convierte la energía cinética del agua en energía eléctrica.

CN_6-6(100-135).indd 128

21/08/13 15:22

Componente Procesos físicos 4.4.5 Combustibles fósiles Son los depósitos de materiales orgánicos que se encuentran en el subsuelo y que se han formado naturalmente por la lenta descomposición de restos de animales y plantas y que fueron sometidos al calor y a la presión de la corteza terrestre durante cientos de millones de años. Por ejemplo, el petróleo. El petróleo es una mezcla líquida de compuestos llamados hidrocarburos, constituidos por carbono e hidrógeno. Se encuentra en forma líquida, de carácter viscoso, y presenta una coloración que va desde la amarilla hasta la negra. Estas variaciones del color se deben a las diferentes proporciones de los hidrocarburos que lo conforman. Puede presentarse asociado a capas de gas natural y, actualmente, es la principal fuente de energía de las naciones del mundo. Se calcula que, de continuar el actual ritmo de extracción, el petróleo se acabará en unos doscientos años.

En algunas zonas del país se están deforestando grandes áreas de bosques con el objetivo de dedicarlas a plantaciones para producir biocombustibles.

Los derivados del petróleo se emplean directamente, quemándolos para producir calor y movimiento en hornos, estufas y motores. También pueden usarse para obtener electricidad en las centrales térmicas o termoeléctricas. 4.4.5.1 El uranio El uranio, que puede extraerse de la tierra, es un elemento químico capaz de liberar energía nuclear. La energía nuclear se utiliza para producir electricidad en las centrales nucleares. El uso de esta energía es muy discutido, ya que puede producir graves daños al ambiente y a las personas. 4.4.5.2 Otras clasificaciones de las fuentes de energía De acuerdo con el impacto que generan sobre el ambiente encontramos las energías contaminantes, como el carbón y el gas natural, que producen residuos nocivos, y las energías limpias, como la energía solar, eólica o los biocombustibles, que no generan residuos nocivos. De acuerdo con su uso, se clasifican en energías convencionales, que son las que ha empleado tradicionalmente la humanidad a lo largo de su historia, como el carbón o el petróleo, y las energías alternativas, que son las que se utilizan para sustituir las energías convencionales y evitar que se agoten, como la energía solar y la eólica.

Propongo que 1. Teniendo en cuenta el impacto ambiental que generan las fuentes de energía, podemos clasificarlas en energías limpias y contaminantes. ¿Por qué sería importante recurrir a fuentes de energía limpias? 2. ¿Cómo podemos contribuir a minimizar el impacto que genera sobre el planeta el uso de energías contaminantes?

Las instalaciones de algunas fuentes de energía limpia producen un gran impacto ambiental porque ocupan grandes extensiones de territorio que no pueden ser utilizadas para otros fines como la preservación o la agricultura. Clasificación de algunas fuentes de energía Fuente de energía

Renovable

No renovable

Limpia

Contaminante

Convencional

Combustibles fósiles

Nuclear

3 3

Hidráulica Eólica Solar Geotérmica Biocombustibles

3 3 3 3

3 3 3 3 3

Imp. ambiental

Alternativa

Imp. ambiental

3 3 3 3

Imp. ambiental

3 ©

CN_6-6(100-135).indd 129

1 29

21/08/13 15:22

4.4.6 Transferencia de energía Cuando dos cuerpos o sistemas físicos intercambian energía, lo hacen de forma mecánica mediante la realización de un trabajo, es decir, cuando existe una fuerza que produce un desplazamiento, o de forma térmica mediante el calor, cuando la energía pasa de un cuerpo a otro en virtud de una diferencia de temperatura. Luego, el trabajo y el calor son energía en movimiento.

Concepto de trabajo

Ampliación

multimedia 4.5 En física, solo se dice que existe trabajo cuando actúa una fuerza sobre un objeto y esta produce un desplazamiento. Por ejemplo, si arrastras tu mochila escolar por el suelo estás realizando trabajo, pero no así si llevas la mochila en tu espalda. De acuerdo con lo anterior:

Un pesista que no consigue levantar las pesas no realiza trabajo por mucha fuerza que haga.

El trabajo es una magnitud física que mide la energía que se transfiere de un cuerpo (o sistema) a otro por medio de una fuerza que produce un desplazamiento. Esto es: Trabajo 5 fuerza 3 distancia o W 5 F 3 d Donde la W es el símbolo de trabajo. 4.5.1 Cálculo del trabajo Un trabajador empuja una carretilla llena de cemento por una superficie horizontal de 20 m empleando una fuerza de 30 N. Calcula el trabajo realizado por él. Los datos son:

F 5 30 N y d 5 20 m

Aplicando la fórmula:

W5F3d

Se calcula:

W 5 30 N 3 20 m

W 5 600 J 4.5.2 No todas las fuerzas realizan trabajo El trabajo realizado por la fuerzas depende de la dirección de aplicación de la fuerza. La fuerza está dada por el ángulo que forma con respecto al desplazamiento. A medida que disminuye este ángulo, aumenta el trabajo. Si la fuerza se aplica formando un ángulo entre 0° y 90°, d el trabajo es positivo.

Interpreto

130

Subraya las situaciones en las que se realiza un trabajo. Una señora que sube las escaleras con su bolso en la mano. Un papá que levanta a su niño del suelo luego que este se tropezó. d Un perro que hala a su dueño por correr detrás de un gato.

Si la fuerza se aplica en ángulo recto al d desplazamiento, el trabajo es nulo.

El trabajo mecánico va aumentando a medida d que el ángulo disminuye.

Si la fuerza se ejerce en sentido contrario al desplazamiento, d el trabajo es negativo.

CN_6-6(100-135).indd 130

21/08/13 15:22

Componente Procesos físicos

Concepto de potencia

4.6 En la mayoría de procesos donde ocurre intercambio de energía o realización de un trabajo, un aspecto importante es el tiempo usado en el proceso. Por ejemplo, cuando una máquina realiza un trabajo (o aporta una determinada energía), no solo interesa la cantidad de energía que genera, sino también el tiempo que tarda en hacerlo. Así, un carro es más potente si es capaz de pasar de 0 a 100 km/h de velocidad en 30 segundos que si lo hace en 60 segundos. De lo anterior podemos concluir que: La potencia es una magnitud física que relaciona el trabajo realizado (o la energía aportada) con el tiempo empleado para hacerlo. Decimos, entonces, que la potencia (P) indica la relación que existe entre el trabajo (W) realizado y el tiempo (t) que se ha empleado para realizarlo. Se calcula de la siguiente forma: P 5 W/t En el Sistema Internacional (SI) la potencia se mide en vatios (W). Un vatio es la potencia de una máquina que realiza un trabajo de un julio en un segundo:

Haces parte de la Mis compromisos solución personales y sociales El problema: las lámparas fluorescentes compactas CFL o las bombillas ahorradoras utilizan una menor potencia para generar energía lumínica, además la mayor parte de la energía en ellas se transforma en lumínica y no en calor como en las bombillas tradicionales, que solo aprovechan un 15% de la energía en iluminación, y el resto se pierde en forma de calor. La solución: dialoga con tus padres y coméntales sobre la situación. Explícales la importancia de utilizar bombillas ahorradoras de energía en la casa.

1 W 5 1 J/1 s 4.6.1 Cálculo de la potencia Una grúa levanta una caja fuerte a una altura de 20 m en 5 segundos, utilizando una fuerza de 1.100 N. Calcula la potencia de la grúa. Los datos son: F 5 1.100 N, d 5 20 m y t 5 5 s Calcula el trabajo realizado por la grúa: W 5 1.100 N 3 20 m 5 22.000 J Calcula la potencia: P5

22.000 J 5 4.400 vatios 5s

Interpreto t53s F 5 100.000 N

4.6.2 Otras unidades de potencia Como el vatio es una cantidad muy pequeña, en la práctica se usan con mucha frecuencia dos unidades: El kilovatio (kW), que equivale a 1.000 vatios. Esta unidad es diferente del kilovatio-hora (kWh) que corresponde al trabajo realizado por una máquina cuya potencia es de un kilovatio. El caballo de fuerza (HP) que equivale a 745,7 vatios.

d 5 40 m

La potencia realizada por la grúa es de 4.400 vatios.

CN_6-6(100-135).indd 131

131

21/08/13 15:22

Competencias científicas

INTERPRETO A F I A N Z O

1 Completa el mapa conceptual con las siguientes palabras y expresiones: energía cinética, posición, escalar, trabajo negativo, fuerza aplicada.

Energía

C O M P E T E N C I A S

se manifiesta de muchas formas, como

capacidad de realizar

Energía mecánica

Un trabajo

suma de

es una magnitud Energía potencial

debida a

debida a la

El movimiento

y es una relación entre La fuerza y el desplazamiento

2 Marca V, si la afirmación es verdadera o F, si la afirmación es falsa.

Cuando existe una interacción entre dos cuerpos, actúan dos fuerzas de igual magnitud que se anulan. Cuando cae libremente un objeto la energía cinética se transforma en energía potencial. La energía cinética es la energía que se relaciona con el movimiento. La inercia rotacional depende de la distribución de masa de un cuerpo cuando realiza un giro.

3 Escribe qué tipo de energía es la responsable de que funcione:

Una calculadora solar Un reloj de cuerda Un horno microondas Una cauchera Una plancha para el pelo Un calentador de gas Una BlackBerry Un carro en movimiento Un velero

132

. . . . . . . . .

dependiendo de que da lugar a

puede ser

La potencia

Trabajo positivo

que relaciona Un trabajo realizado y el tiempo empleado para hacerlo

4 Un ascensor de masa 500 kg, con cuatro per-

sonas a bordo, cada una con una masa de 75 kg, asciende una altura de 28 m con velocidad constante, en 32 segundos. Calcula la potencia del motor.

5 En las centrales hidroeléctricas el agua repre-

sada se deja caer desde cierta altura y cuando llega abajo mueve las aspas de una turbina. ¿Qué tipo de energía tiene el agua que está represada? ¿Qué tipo de energía tiene el agua que mueve la turbina?

6 Un capataz de obra debe elegir al trabajador

mejor cualificado para levantar ladrillos. El primero de ellos, Manolo, levanta 100 ladrillos de 1 kg, cada uno hasta una altura de 2 metros en 30 s. El segundo de ellos, Carlos, levanta los mismos ladrillos hasta 1,5 m durante 20 s. Responde: ¿A cuál de los dos debe elegir?, ¿por qué? Justifica tu respuesta realizando las correspondientes operaciones.

7 ¿Qué potencia desarrolla un motor que realiza un trabajo de 600 J en un minuto?

CN_6-6(100-135).indd 132

21/08/13 15:22

Identificar •

Indagar •

8 Escribe en tu cuaderno los pares de fuerza

de acción y reacción para cada una de las siguientes situaciones.

Explicar •

Comunicar •

Trabajar en equipo

Desarrollo compromisos personales y sociales

13 Lee y analiza la siguiente información. En el mes de diciembre es muy tradicional decorar las calles y los parques con figuras iluminadas, representativas de la Navidad. Por ejemplo, en la ciudad de Bogotá, en el 2010 se hizo una inversión de 6.500 millones de pesos para alumbrar 75 km de ejes viales utilizando un total de 7 millones de bombillas “led”. Con base en esta información responde las preguntas 14 y 15.

14 ¿Estás de acuerdo con la inversión de di-

nero y gasto de energía en iluminaciones decorativas que se hace cada año para celebrar la Navidad en algunas ciudades? Justifica tu respuesta.

ARGUMENTO 9 Completa la tabla de magnitudes relacionadas con la potencia desarrollada por un practicante de fisicoculturismo cuando ejerce una fuerza vertical y hacia arriba para elevar las pesas.

15 Consulta acerca de las bombillas “led” y expón ante tus compañeros las ventajas y las desventajas de utilizar estas bombillas en la iluminación navideña.

PROPONGO Pesas (N)

Desplazamiento (m)

Tiempo (s)

500

1 1

1 1 2

1.500 2.000

Potencia (W)

1.000 1.500 2.000

10 Para mover una caja un metro se debe aplicar una fuerza de 100 N. Ahora, si se aplica el doble de fuerza y se realiza el mismo trabajo, ¿qué distancia mueve la caja? Justifica tu respuesta.

11 Explica por qué un malabarista, cuando pasa

por la cuerda floja, generalmente, utiliza una vara de gran tamaño para no perder el equilibrio y caer.

12 Explica por qué el agua de un río tiene más

energía que el agua de un estanque y el viento tiene más energía que el aire de una habitación.

16 Lee el siguiente texto. La explotación mundial de energía primaria está ligada a la combustión de hidrocarburos. A partir de fuentes sólidas como el carbón, líquidas (petróleo y sus derivados) y gas natural, se genera el 88% de la energía utilizada por el ser humano. Estos recursos presentan dos problemáticas fundamentales: Son altamente contaminantes para la atmósfera, porque emiten agentes tóxicos como humos, hollines y otras partículas en suspensión, CO en las combustiones incompletas, y CO2, principal contribuyente del calentamiento global. Son escasos (no renovables).

17 Junto con otros compañeros, planea una

campaña de sensibilización dirigida a la comunidad educativa de tu colegio para minimizar el impacto del uso de esta fuente de energía sobre el ambiente. ©

CN_6-6(100-135).indd 133

133

21/08/13 15:22

SOY CIENTÍFICO NATURAL Midan fuerzas con el dinamómetro Preguntas problematizadoras

Objetivo Desarrollar habilidades para el análisis de datos cualitativos de la fuerza medida por un dinamómetro.

¿Cómo influye la fuerza de fricción sobre el movimiento de los cuerpos? ¿Qué relación puedes establecer entre el aumento de la rapidez de un objeto que se desliza y la fuerza de fricción?

Conceptos clave Dinamómetro, fuerza, fuerza de fricción. Materiales Bloque de madera Lija Armella Cuerda Dinamómetro Pesa Cinta Tijeras

Existen datos cualitativos y cuantitativos que permiten describir un fenómeno y encontrar patrones de comportamiento. En este laboratorio aprenderás a analizar datos obtenidos durante un experimento como un paso importante para elaborar conclusiones correctas acerca de una experiencia. Específicamente aprenderás a utilizar el dinamómetro descubriendo la relación entre la fuerza de fricción entre dos cuerpos a partir de datos cuantitativos para diversas situaciones.

Metodología de trabajo En grupos

Procedimiento 1. Coloquen la armella en una de las caras laterales más pequeñas del bloque y peguen con cinta un pedazo de lija sobre la cara superior del bloque. Observen la figura.

2. Aten la cuerda al dinamómetro y a la armella que colocaron en el bloque. 3. Coloquen el bloque de modo que descanse sobre la cara A y halen suavemente el dinamómetro horizontalmente hasta que consigan mover el bloque. Notarán que la fuerza que deben ejercer aumenta hasta un instante antes de lograr el movimiento. 4. Repitan la medida cinco veces más y registren la fuerza medida en cada caso en la siguiente tabla. En la última casilla, anoten el promedio de las fuerzas. Resultados Fuerza sobre la cara del bloque sin lija (A)

B D C

1 medida 2 medida 3 medida 4 medida 5 medida Fuerza promedio

13 4 Acción de pensamiento: registro mis observaciones y resultados en tablas.

CN_6-6(100-135).indd 134

21/08/13 15:22

Me aproximo al conocimiento como científico natural 5. Coloquen el bloque sobre la cara C y repitan la medida de la fuerza cinco veces con el dinamómetro. Regístrenlo en la siguiente tabla. Fuerza sobre la cara C 1 medida 2 medida

dirección opuesta a la realizada por el dinamómetro, completa la siguiente tabla. Fuerza promedio del dinamómetro

Fuerza de rozamiento

Fuerza sobre la cara A Fuerza sobre la cara C

3 medida 4 medida

Fuerza sobre la cara B

5 medida

Fuerza con la pesa encima del bloque

Fuerza promedio

6. Realicen el procedimiento anterior, pero con el bloque descansando sobre la cara con lija (B). Registren las medidas en la siguiente tabla.

Analiza y responde 1. ¿En qué caso la fuerza de rozamiento fue mayor?

Fuerza sobre la cara B 1 medida

2. ¿Qué sucede con la medida del dinamómetro una vez se pone en movimiento el bloque?

2 medida 3 medida 4 medida 5 medida

3. ¿Por qué la medida del dinamómetro no varía cuando el bloque de madera se encuentra en reposo?

Fuerza promedio

7. Ahora coloquen la pesa sobre el bloque de madera y realicen la medición como en el paso 3. Registren las medidas obtenidas en la siguiente tabla. Fuerza con la pesa encima del bloque 1 medida 2 medida 3 medida 4 medida 5 medida Fuerza promedio

Conclusiones 1. Explica la importancia de comparar la fuerza medida con el dinamómetro para diferentes superficies. 2. Explica por qué en las medidas cualitativas es importante hallar un promedio de los datos para obtener un resultado. 3. Indica concretamente de qué depende la fuerza de fricción, al analizar los datos de cada una de las tablas. Profundiza

8. Realicen nuevamente las medidas anteriores, pero ahora colocando el bloque sobre una superficie diferente como el piso o una silla y registren, en sus cuadernos, los datos obtenidos para cada una de las situaciones.

Piensa en otras experiencias que puedan ayudarte a comprender la fuerza de fricción y sus interacciones. Por ejemplo, te sugerimos las siguientes:

Análisis de resultados

2. Establecer la relación entre la fuerza de fricción y el área de la superficie que se desliza.

Con base en los resultados obtenidos y teniendo en cuenta que la fuerza de rozamiento es igual, pero con

1. Deslizar un sólido regular (ladrillo, una caja) sobre sus diferentes caras.

CN_6-6(100-135).indd 135

135

21/08/13 15:22

CIENCIA TECNOLOGÍA

Componente

APROPIACIÓN Y USO DE LA TECNOLOGÍA

La ingeniería, una actividad que resuelve problemas La ingeniería puede entenderse como el conjunto de conocimientos científicos y técnicas enfocadas a la invención de estructuras que ayudan a resolver problemas que afectan la vida en sociedad. Se apoya en diferentes áreas del saber como las matemáticas, la física, la química y la biología, entre otras, para generar nuevos conocimientos que se utilizan para desarrollar tecnologías relacionadas, entre otros aspectos, con el manejo eficiente de la materia y la energía. La ingeniería, en su concepción más sencilla, es tan antigua como el hombre mismo ya que desde la aparición de la especie humana esta se ha visto en la necesidad de resolver los problemas y los retos que le ofrece la naturaleza. No obstante, su consolidación como área de conocimiento está relacionada con los inicios de la Revolución industrial, cuando se estableció como una de las bases fundamentales de las sociedades modernas.

La rueda de Falkirk Se encuentra en Escocia y es una megaestructura diseñada para comunicar los canales Forth-Clyde y Union entre sí. Funciona como una esclusa, que es una obra de ingeniería que busca vencer desniveles entre dos canales fluviales, elevando o descendiendo navíos que se encuentren en ellos.

La rueda es utilizada como un ascensor para barcos, los cuales recorren un trayecto de 150 m en línea recta. Su altura total es de 35 m y tiene dos cabinas situadas a 25 m una de otra. Cuenta con un recinto para visitantes ubicado a uno de sus costados.

En el interior de la estructura, hay un anillo giratorio que produce el movimiento gracias a sus 10 motores hidráulicos.

En la Antigüedad Siglo I Las pirámides Las primeras grandes civilizaciones de los valles de los ríos Nilo, Éufrates e Indo construyeron grandes obras de ingeniería reflejadas en canales de riego, edificaciones y murallas.

136

Ingeniería romana El coliseo romano fue la construcción pública más grande hasta el año 1914, cuando se concluyó la obra del estadio Yale Bowl, en el estado de Connecticut en los Estados Unidos.

Siglo V a. C. a siglo XVI La Gran Muralla China Considerada una de las siete maravillas del mundo moderno, es apenas un exponente de los grandes avances en ingeniería que logró la civilización china.

CN_6-7(136-139).indd 136

21/08/13 15:32

Cada cabina funciona a manera de esclusa que permite el ingreso de agua antes de iniciar el movimiento. Pueden soportar una masa de hasta de 300 toneladas.

La rueda presenta tres movimientos circulares: Los engranajes laterales hacen mover las canastas. Las canastas giran en contra del movimiento normal de la rueda para evitar su volcamiento. La rueda gira en contra de las manecillas del reloj para elevar las barras con una frecuencia de 1/8 de revoluciones por minuto.

Para elevar un barco se debe equilibrar el peso de las dos cabinas con el fin de que la energía mecánica realice el trabajo y así se gaste menos energía. Siglo XV Machu-Picchu Fue construida a mediados del siglo XV y es considerada una obra maestra de ingeniería y arquitectura de todos los tiempos. Hace parte también del listado de las siete maravillas del mundo.

Componente

SOLUCIÓN DE PROBLEMAS CON TECNOLOGÍA

RETOS DE LA INGENIERÍA PARA EL SIGLO XXI El vertiginoso crecimiento de la población mundial en las últimas décadas demanda soluciones a las necesidades que requiere el futuro, relacionadas con: desarrollo sustentable, salud, inclusión, calidad de vida y avance del conocimiento científico. Energía solar económica: el Sol es una gran fuente de energía sin embargo, solo se consume un 1% de su capacidad. Agua potable para todos: lograr explotar otras fuentes de agua (océanos y cascos polares) a bajos costos y sin perjudicar el ambiente se constituye en un desafío para las nuevas generaciones. Ciudades más amables: en la actualidad, la mayor cantidad de seres humanos se concentran en las ciudades, lo que genera grandes problemas relacionados con vivienda, servicios públicos y movilidad. Ciencia y tecnología de la mano: para expandir los límites de la ciencia se necesitarán nuevas herramientas que permitan investigar las profundidades del universo y la complejidad infinita de los átomos y las células.

Finales del siglo XVIII Máquina de vapor Considerada como el “motor de la Revolución industrial”, esta máquina aceleró los procesos de desarrollo económico de los países europeos y los Estados Unidos de Norteamérica.

Finales del siglo XX El túnel del Canal de la Mancha Conocido también con el nombre del Eurotúnel tiene una longitud de 50 km, 39 de ellos submarinos. El tren de alta velocidad Eurostar que viaja por este túnel comunica a las ciudades de Londres y París en un tiempo de dos horas 20 minutos.

CN_6-7(136-139).indd 137

137

21/08/13 15:33

CIENCIA TECNOLOGÍA Componente

TECNOLOGÍA Y SOCIEDAD

Ciencia y tecnología en tus manos

Diseña un puente funcional de un solo pilar

El puente de un solo pilar Los puentes son estructuras que los seres humanos han construido a lo largo de los tiempos para superar barreras naturales con las que se ha encontrado y poder transportar así sus mercancías y permitir la circulación de las personas. Así como son de gran utilidad, muchos de ellos también representan verdaderas obras de arte, en las que sus constructores ponen todo su ingenio y creatividad.

Materiales Listones de madera de balso de diferentes anchos y grosores

Organícense Reúnete con cinco compañeros para realizar el proyecto. Escojan un lugar adecuado donde trabajar.

Consulten

Averigüen cómo se puede construir un puente de un solo pilar: qué tipo de fuerzas intervienen en la construcción de este tipo de puentes. Infórmense sobre cómo se halla el centro de gravedad de un cuerpo. Busquen información de modelos de puentes que puedan ayudarles a concebir el diseño de su proyecto.

Segueta Pegante Hilo nailon o piola de diferente grosor Puntillas pequeñas Martillo Lápices de colores Cinta pegante

Realicen el diseño

Dibujen un boceto y un croquis del puente que piensan construir.

Trozo de metal u otro objeto que sirva de contrapeso Taladro

138

CN_6-7(136-139).indd 138

21/08/13 15:33

Ejecución del proyecto

Para realizar su proyecto, tengan en cuenta los temas aprendidos en estas unidades. Corten y preparen las piezas necesarias según el croquis y el boceto que elaboraron. Pidan ayuda a un adulto para conseguir y preparar las piezas que utilizarán, ya que será necesario cortar madera, hacer agujeros, entre otras actividades. En la práctica, a la hora del montaje, surgen problemas inesperados a los que hay que ir dando soluciones. Por eso es fundamental que sean precisos al momento de medir las piezas que van a utilizar y previsivos en el diseño. Al finalizar el proyecto, prueben varias veces para ver si el puente que han construido se mantiene en equilibrio ante el movimiento de un objeto. Para ello, pueden hacer pasar por la estructura, por ejemplo, carritos de juguete de diferentes tamaños.

Presenten los resultados

Presenten un informe en el cual se describan todos los pasos que siguieron para realizar la construcción del puente. Pueden adjuntar fotografías para ilustrar las distintas fases que siguieron durante el proyecto. Expongan el proyecto ante sus compañeros y comprueben si han cumplido con el objetivo. En este caso, la comprobación consistirá en ver si el puente de un solo pilar es capaz de soportar todo el peso del apilamiento sin sufrir ningún deterioro. Si consiguen que el puente sea resistente, es porque el proyecto fue un éxito.

Modelo para seguir

Analiza y responde ¿Qué parte del desarrollo tecnológico que llevaste a la práctica te pareció más importante y por qué? ¿Qué tipo de problemas solucionaría un puente como el que elaboraste? Justifica tu respuesta. ©

CN_6-7(136-139).indd 139

139

21/08/13 15:33

Longitud Metro (m)

Se denomina magnitud todo aquello susceptible de ser medido y expresado matemáticamente. Medir consiste en comparar una magnitud con otra que llamamos unidad. Una medida es entonces el resultado de comparar una magnitud concreta con su unidad correspondiente. Viene expresada por un número (cantidad) y un símbolo (unidad).

La medición es indispensable en la descripción de un sistema físico, ya que permite establecer relaciones cuantitativas entre las diversas variables que intervienen en el comportamiento de dicho sistema. Un sistema físico es un conjunto de objetos o fenómenos unidos por alguna forma de interacción. Por ejemplo, si el sistema que se quiere medir es un gas encerrado en un recipiente, las magnitudes físicas que lo describen son la presión del gas, el volumen que ocupa y su temperatura, entre otras.

Es la distancia recorrida por la luz en el vacío durante un tiempo de 1/299.792.458 segundos. 10213 m Diámetro de un protón 1029 m Longitud de la molécula de hemoglobina 1025 m Longitud del paramecio 102 m Largo de una cancha de fútbol 104 m Altura del Monte Everest 107 m Diámetro de Venus

La medición en el trabajo científico Todas las disciplinas científicas tienen en común el proceso de medición. Así que para ser coherentes, los científicos de todos los países dan a conocer los resultados de sus investigaciones en unidades del sistema métrico. Las unidades métricas que hoy se manejan en la mayoría de países del mundo tuvieron sus orígenes en Francia. Hacia el año de 1960, la comunidad científica internacional acordó utilizar un sistema métrico unificado el cual se conoce con el nombre de “SI”, abreviatura que corresponde al nombre en francés, Le Système International d’ Unités.

Notación científica Consiste en escribir las cantidades con una cifra entera, seguida o no seguida de decimales, y la potencia de diez adecuada. Así tenemos: Tamaño de una célula: 0,000003 m 5 3 3 1026 m. Distancia de la Tierra al Sol: 149.600.000 m 5 1,496 3 108 m.

14 0

1020 m Diámetro de la Vía Láctea

Normas de escritura de las unidades De acuerdo con las normas del SI, las letras que designan las unidades se escriben en minúscula, salvo que se basen en el nombre o el apellido de una persona, por ejemplo: N (newton). • Los múltiplos y submúltiplos se escriben antes de la letra que designa la unidad: km (kilómetro), mg (miligramo). • Después del símbolo de una unidad no se escribe punto ni se añade una “s” para indicar plural. Por ejemplo, ocho metros se escribirá así: 8 m.

CN6-8(140-141).indd 140

21/08/13 15:48

Componentes Procesos biológicos y procesos físicos

Masa Kilogramos (kg)

Tiempo Segundo (s)

Temperatura Kelvin (K)

Coincide con la masa de un cilindro metálico que se conserva en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, en Sèvres, Francia.

El segundo se define como 9.162.631.700 veces el período de oscilación de la radiación del átomo de cesio.

El grado Kelvin se define como 1/273,16 de la temperatura del punto triple del agua. 101 K Hidrógeno líquido.

10224 s Duración de la luz en atravesar un protón.

10218 kg Virus de la gripe

1026 s Duración del período de una onda sonora.

10212 kg Células humanas 1021 s Tiempo entre dos latidos cardíacos.

1023 kg Colibrí

102 K Superficie de Saturno. 103 K Superficie del Sol.

103 s Duración de un eclipse de Luna.

102 kg Puma 107 kg Torre Eiffel

106 K Corona solar.

104 s Un día. 1012 kg La Gran Muralla china

1024 kg Tierra

107 s Un año.

108 K Bomba de hidrógeno. 1010 K Explosión de una supernova.

1021 s Edad del universo

Múltiplos y submúltiplos Los científicos se han puesto de acuerdo para utilizar las unidades del Sistema Internacional pero, en ocasiones, tienen que expresar cantidades muy grandes o muy pequeñas de esas unidades. Para facilitar la escritura y el manejo de números muy grandes o muy pequeños con respecto a la unidad, se utiliza una serie de múltiplos y submúltiplos.

Múltiplo

Símbolo

Valor

Submúltiplo

Símbolo

Valor

exa peta tera giga mega kilo hecto deca

E P T G M k h da

1018 1015 1012 109 106 103 102 101

deci centi mili micro nano pico femto atto

d c m 

1021 1022 1023 1026 1029 10212 10215 10218

n p f a

CN6-8(140-141).indd 141

1 41

21/08/13 15:49

GLOSARIO

142

ADN: el ácido desoxirribonucleico es una macromolécula presente en todas las células. Contiene la información genética. Alga: organismo eucarionte fotosintetizador, unicelular o multicelular. Alquimia: antigua práctica con algunas características científicas y filosóficas que combina elementos de varias disciplinas, en la que se desarrollaron muchas bases y conocimientos de las ciencias modernas. Tenía como objetivo la búsqueda de la vida eterna y la obtención de oro. Animales: organismos pluricelulares, con formación de tejidos, órganos y sistemas. Son heterótrofos, que ingieren a otros

organismos o alguna parte de ellos y la gran mayoría se desplazan al menos en una etapa de su vida. Aparato de Golgi: organelo celular que ayuda en la síntesis y el empaquetamiento de proteínas y lípidos, que generalmente salen de la célula. ARN: el ácido ribonucleico es una macromolécula que participa en la síntesis de proteínas siguiendo instrucciones que se encuentran en el ADN. Átomo: unidad estructural y fundamental de la materia.

Célula: unidad estructural y funcional más pequeña de todo ser vivo. Cilios: estructuras cortas presentes en la membrana de algunas células que facilitan el desplazamiento y permiten el movimiento de sustancias a través de la superficie celular. Circulación: transporte y distribución de oxígeno, nutrientes y otras sustancias hasta las células, y recolección de dióxido de carbono y otras sustancias.

Citoesqueleto: base estructural de la célula, ubicado en el citoplasma, que mantiene la forma de la célula, fija sus organelos e interviene en la movilidad celular. Citoplasma: parte de la célula eucariota localizada entre la membrana celular y el núcleo celular. Contiene los organelos. Compuesto: sustancia pura formada por varias clases de átomos.

Densidad: propiedad que relaciona la masa y el volumen de un cuerpo. Difusión: movimiento de moléculas de una región de mayor concentración a otra de menor concentración, sin gasto energético.

Diversidad: cantidad y variedad de formas de vida e interacciones entre ellas.

Elemento: sustancia pura formada por una sola clase de átomos. Energía: capacidad de efectuar un trabajo.

Estado de agregación: forma como se presenta la materia de acuerdo con la organización de los átomos que la forman.

Floema: tejido vegetal a través del cual circulan diversas sustancias desde las hojas hacia la raíz. Flogisto: principio inflamable en la combustión. Funciones vitales: actividades que realizan los seres vivos, que son indispensables para su mantenimiento, y que les per-

miten crecer, desarrollarse, relacionarse con su entorno natural, interactuar con otros seres vivos, adaptarse al medio en el que se encuentran y dar origen a otros seres vivos, garantizando con ello su supervivencia y descendencia.

Mamíferos: grupo de animales vertebrados caracterizados por presentar pelo y porque sus hembras poseen glándulas productoras de leche que les permiten alimentar a sus crías. Masa: cantidad de materia que posee un cuerpo. Materia: todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. Meiosis: proceso de división celular en el que se producen las células sexuales, las cuales tienen un cromosoma de cada pareja de la célula original.

Metabolismo: conjunto de reacciones fisicoquímicas que ocurren en una célula o en un organismo. Mezcla: sistema formado por dos o más sustancias que no se encuentran combinadas químicamente, por lo tanto, se pueden separar por métodos físicos. Mezcla heterogénea: mezcla formada por dos o más sustancias que se pueden diferenciar a simple vista.

CN_6_GLOSARIO(142-144).indd 142

21/08/13 15:50

Nevados: ecosistemas ubicados en lo alto de las montañas, por encima de los 3.500 msnm y que pueden ser considerados de tundra alpina. Núcleo: estructura de la célula eucariota, delimitada por una membrana, que contiene información genética.

Nutrición: conjunto de procesos que permiten a los seres vivos incorporar alimentos del medio y transformarlos para obtener de ellos nutrientes y la energía que requieren tanto para la realización de sus funciones vitales como para reparar las partes de sus células que se encuentran dañadas o deterioradas.

Onda: vibración que se repite en forma periódica en el espacio y en el tiempo, y se transmite de forma gradual de un lugar a otro. Organismo: ser vivo de estructura unicelular o pluricelular, que puede realizar diversas funciones vitales.

Ósmosis: caso particular de difusión a través de una membrana en el que la célula regula la cantidad de agua en su interior de acuerdo con la concentración de sales que hay dentro y fuera de ella.

Páramos: ecosistemas andinos que se encuentran en lo alto de las montañas, entre los 2.800 y los 3.500 msnm aproximadamente, limitando con las nieves perpetuas. Platelmintos: también llamados gusanos planos, constituyen un grupo de animales con simetría bilateral, es decir, son iguales en su lado izquierdo y derecho, y poseen una cavidad digestiva con una sola abertura. Pueden ser de vida libre o parásitos. Potencia: magnitud física que relaciona el trabajo realizado (o la energía aportada) con el tiempo empleado para hacerlo. Propiedades de la materia: características que presentan las sustancias que se encuentran en el entorno y que permiten diferenciarlas unas de otras. Propiedades específicas o intrínsecas: son las que permiten diferenciar una materia de otra.

Propiedades generales o extrínsecas: características comunes a toda clase de materia, por ejemplo, el volumen y la masa. Propiedad química: característica que determina el comportamiento de una sustancia cuando se pone en contacto con otra. Proteínas: biomoléculas de gran tamaño compuestas por unidades básicas más pequeñas, llamadas aminoácidos. Protistas: primeros organismos eucariotas que poblaron la Tierra. Pueden ser unicelulares o pluricelulares. Protozoos: organismos generalmente microscópicos, pluricelulares, de forma variable, cuyas células eucariotas se asemejan a las de los animales.

Radiactividad: fenómeno mediante el cual algunos átomos, como el uranio, emiten radiaciones muy fuertes. Respiración: proceso de liberación de energía contenida en los alimentos mediante la captación del oxígeno.

Retículo endoplasmático: organelo celular que funciona como una red de transporte, especialmente de proteínas. Se divide en liso y rugoso. Ribosoma: organelo celular donde se lleva a cabo la síntesis de proteínas.

Sabanas: ecosistemas en los que la vegetación predominante son los pastos, aunque también se pueden presentar algunos árboles solitarios o en parches. Sistema solar: sistema planetario que hace parte de la Vía Láctea. Se ubica en uno de los brazos de las espirales que la forman, conocido con el nombre del Brazo de Orión.

Sistemática: ciencia que estudia los organismos con el fin de conocer las relaciones de parentesco entre ellos. Sustancia pura: aquella formada por una sola clase de partículas, que pueden ser átomos iguales o diferentes. Presenta composición y propiedades definidas, y no se puede separar mediante procesos físicos.

Tejido: conjunto de células similares y de sustancias intercelulares que interactúan entre sí para cumplir una o varias funciones. Transcitosis: proceso que se lleva a cabo en células polarizadas como las epiteliales que tienen dos partes opuestas bien definidas, una parte apical (la parte de arriba) y una parte ba-

solateral (la parte de abajo). En estas, el agua pasa desde un extremo de la célula al otro atravesando todo el citoplasma. Trayectoria: sucesión de puntos por los que pasa un móvil en su recorrido.

CN_6_GLOSARIO(142-144).indd 143

1 43

21/08/13 15:50

BIBLIOGRAFÍA Stainer, R.; Ingraham, J.; Wheelis, M.; Painter, P. Microbiología, 2.ª Ed., España, Editorial Reverté S. A., 1988.

Evers, C.; Starr, L.; Betancourt, G.; Contreras, N. Biología, La unidad y la diversidad de la vida, 11.ª Ed., México, Editorial Cengage Learning, 2008.

Bohinski, R. Bioquímica, 5.ª Ed., México, Editorial Pearson Educación, 1998. Audesirk, T.; Audesirk, G.; Byers, B. Biología, La vida en la Tierra, 8.ª Ed., México, Editorial Pearson Prentice Hall, 2008.

Hewitt, P. Física conceptual, 10.ª Ed., México, Editorial Pearson Educación, 2007. Babor, J.; Ibarz, J. Química general moderna, Barcelona, Editorial Marín, S. A., 1992. Begon, M.; Colin, R. T.; Harper, J. L. Ecology, 4.ª Ed., United Kingdom, Blackwell Publishing Ltda., 2006.

Campbell, N.; Reece, J. Biology, 6.ª Ed., San Francisco, Pearson Education Inc., 2002. Dobson, K.; Holman, J.; Roberts, M. Science, Texas, Holt, Rinehart and Winston, 2000. Ebbing, D. D. Química general, México D. F., Ediciones Mcgraw-Hill, 1997. Giancoli, D. Física con aplicaciones, México, Prentice Hall Hispanoamericana, S. A., 1998. Hetch, E. Física en perspectiva, México, Addison Wesley Iberoamericana, 1987. Margalef, R. Planeta azul, planeta verde, Barcelona, Biblioteca Scientific American, 1992. Muñoz, P.; Valencia, H.; Aguirre, L. E.; Becerra, N.; Vargas, R.; Rozo, G.; Mejía, M. A. Prácticas de biología general, Bogotá, Universidad Nacional de Colombia, 1987.

Randall, D.; Burggren, W.; French, K. Animal physiology, 4.ª Ed., Nueva York, W. H. Freeman and Company, 1997.

Sagan, C. Cosmos, 11.ª Ed., Barcelona, Editorial Planeta, 1987. Serway, R.; Faughn, J. Physics, Texas, Holt, Rinehart and Winston, 2000. Geoffrey, M.; Cooper, E. La célula, 2.ª Ed., Editorial Marbán, 2002. Rodríguez, N.; Armenteros, D.; Morales, M.; Romero, M. Ecosistemas de los andes colombianos, 2.ª Ed., Bogotá, Colombia, Instituto de investigación de recursos biológicos Alexander von Humboldt, 2006.

Amaya, C. A. El Ecosistema urbano: Simbiosis espacial entre lo natural y lo artificial, Revista Forestal Latinoamericana, pp. 1-16, No. 37/2005.

Morales, E. Historia de la exploración submarina, Chile, Ediciones universitarias de Valparaíso, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, 2007.

Instituto Colombiano para el Fomento de la Educación Superior (ICFES), Marco Teórico De las

Pruebas de Ciencias Naturales, Bogotá, Secretaría General, Grupo de Procesos Editoriales – ICFES, 2007. FUENTES DE INTERNET

14 4

www.virtual.unal.edu.co/cursos/idea/2010615/lecciones/eco_col/eco_col3.html www.admycien.mex.tl/imagesnew/5/3/8/5/2/ecosistemas%20colombianos.pdf www.iucnredlist.org/apps/redlist/details/55264/0 www.jmarcano.com/nociones/ciudad/urbs1.html www.saber.ula.ve/bitstream/123456789/24099/2/articulo1.pdf www.nationalgeographic.es/animales/anfibios/rana-dardo-dorada www.euv.cl/archivos_pdf/exploracion.pdf biografias-mariel.blogspot.com/2010/12/historia-de-la-oceanografia.html

CN_6_GLOSARIO(142-144).indd 144

21/08/13 15:50

volumen 1 Desarrolla los temas: El universo, en el que comienza explicando la organización y el origen del universo y las condiciones que se dieron en el planeta para que se originara la vida.

volumen 2 Ciencias 6

Ciencias 6

Incluye:

Proyecto de investigación

Incluye:

Razonamiento matemático

volumen 2

CUB_CIEN_6_2_6mm.indd 1

A medida que se desarrollan los temas, también se invita al estudiante a asumir compromisos personales y a utilizar los métodos experimentales que le permiten ser un científico natural.

ra l l i ge

2/09/13 11:43