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CIENCIAS NATURALES
Interacciﾃｳn, diversidad y transformaciones en los materiales, la energﾃｭa, los movimientos, el universo y los seres vivos.
ASESORA DIDﾃ，TICA Y DE CONTENIDOS: DANIELA LIBERMAN
Equivalente a 7.°
CIENCIAS NATURALES
Interacción, diversidad y transformaciones en los materiales, la energía, los movimientos, el universo y los seres vivos.
C A PĂ? T UL O LA ENERGĂ?A: DIVERSIDAD Y CAMBIO /PDJĂ“O EF FOFSHĂŽB r 6OJEBEFT QBSB NFEJS MB FOFSHĂŽB r $SJUFSJPT EF DMBTJĂ DBDJĂ“O EF MB FOFSHĂŽB r &OFSHĂŽB SBEJBOUF FOFSHĂŽB DJOĂŠUJDB Z FOFSHĂŽB QPUFODJBM HSBWJUBUPSJB FMĂƒTUJDB FMĂŠDUSJDB RVĂŽNJDB Z OVDMFBS r 5SBOTGFSFODJB USBOTGPSNBDJĂ“O Z EFHSBEBDJĂ“O EF MB FOFSHĂŽB r /PDJĂ“O EF DPOTFSWBDJĂ“O EF MB FOFSHĂŽB
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CAZA pĂĄg. 4
Dilemas con enchufe
CIENCIAS
Las personas han inventado numerosos aparatos que utilizan energĂa para hacer el trabajo mĂĄs fĂĄcil, calentar los hogares o transportarnos de un lugar a otro. En la actualidad, la mayor parte de la energĂa que utilizan las mĂĄquinas proviene de energĂa almacenada en sustancias como el carbĂłn, el gas natural, el petrĂłleo o los minerales radiactivos. Estos materiales se consideran no renovables porque, una vez que se extraen del suelo y se utilizan, no pueden ser reemplazados. Los seres humanos habrĂĄn consumido la mayor parte de los depĂłsitos de materiales no renovables en menos de 200 aĂąos. AdemĂĄs, la principal causa de la contaminaciĂłn del aire en muchas ciudades del mundo es la quema de combustibles fĂłsiles, como el carbĂłn y los derivados del petrĂłleo. Por el contrario, las energĂas renovables estĂĄn disponibles en cantidades ilimitadas, pues provienen del flujo natural de las radiaciones solares, del viento, del agua y del interior del planeta. Con ayuda de colectores especiales, se puede capturar parte de esta energĂa para utilizarla en nuestros hogares, fĂĄbricas y transportes. La gran ventaja de la utilizaciĂłn de energĂas renovables es que agregan muy pocos contaminantes al ambiente. Por eso, se las considera “limpiasâ€? y “verdesâ€?. Si tuvieran la posibilidad de construirse una casa, ÂżinvertirĂan en equipos muy costosos para obtener energĂa “limpiaâ€?, que finalmente resulta mucho mĂĄs econĂłmica?, Âżo utilizarĂan la energĂa que se suministra en la zona e invertirĂan, por ejemplo, en aparatos de bajo consumo elĂŠctrico?
Conciencia t Luego de leer el texto, reĂşnanse en grupos e intercambien sus opiniones. t Debatan con toda la clase sus ideas. t DespuĂŠs de escuchar las diferentes posiciones, escriban en forma individual quĂŠ criterio tienen ustedes sobre este tema y por quĂŠ. 1. ÂżPor quĂŠ piensan que son necesarias las fuentes de energĂa? ÂżCĂłmo se obtiene la energĂa elĂŠctrica que usamos en nuestras casas? ÂżDe quĂŠ otras fuentes se la podrĂa obtener? 2. ÂżQuĂŠ otra informaciĂłn sobre consumo deberĂan saber para tener una opiniĂłn mĂĄs vĂĄlida sobre este tema?
LA ENERGÍA Y SUS CLASIFICACIONES SEGURAMENTE, HABRÁN ESCUCHADO LA PALABRA ENERGÍA Y ES PROBABLE QUE LA USEN CON FRECUENCIA. PERO SI SE DETIENEN A PENSAR QUÉ SIGNIFICA, QUIZÁS NO ENCUENTREN UNA RESPUESTA FÁCIL; INCLUSO A LOS CIENTÍFICOS LES CUESTA DEFINIR QUÉ ES LA ENERGÍA.
Las boletas de luz muestran cómo va variando el consumo de energía eléctrica de un usuario.
Al comer 50 g de este alimento, incorporamos en nuestro organismo 122 kilocalorías.
Una posible respuesta a esta pregunta sería: la energía es una propiedad. Pero ¿una propiedad de qué? ¿De las estrellas, los animales, el mar, el petróleo? La energía es una propiedad de los cambios que se producen en cualquier porción del universo. Dicho de otro modo, es la capacidad que posee un cuerpo para producir cambios. Cada cambio tiene asociada una determinada cantidad de energía; por ejemplo, al incendiarse un combustible, al enfriarse una pizza, en la caída del agua de una catarata o en una frenada de un colectivo, hay involucradas cantidades de energía. Según el tipo de proceso, la cantidad de energía depende de propiedades diferentes. Por ejemplo, la energía de un incendio depende de la cantidad y el tipo de combustible que se quema; la de una frenada depende del cambio en la rapidez del móvil y de su masa; la energía de la caída de agua, de la masa de agua y el desnivel de la caída.
La energía se puede medir Así como la distancia se puede medir en metros y en pulgadas; el tiempo, en segundos o en horas; la temperatura, en grados Celsius o Fahrenheit; la energía también se puede medir con distintas unidades. Por ejemplo, en los alimentos envasados se indica la cantidad de calorías o kilocalorías (1 kilocaloría = 1.000 calorías), que es una medida de la energía que contienen. En las boletas de consumo eléctrico, la cantidad de energía utilizada durante un bimestre se expresa en kilowattshora. La unidad más frecuente para medir la energía es el joule (J). Cualquiera sea la forma de la energía, se la puede medir en joules.
Al correr, una persona gasta cerca de 100 joules por hora, que equivalen a 418 calorías.
Una bombita de 100 watts encendida durante una hora consume 1 kilowatt-hora, equivalente a 3.600.000 joules.
62 CAPÍTULO 4 r La energía: diversidad y cambio
Las pilas comunes, como las AA, almacenan 1400 joules.
© Editorial Puerto de Palos S.A. - Prohibida su fotocopia. Ley 11.723
¿Qué es la energía?
© Editorial Puerto de Palos S.A. - Prohibida su fotocopia. Ley 11.723
Modos de clasificar la energía La energía puede clasificarse según diferentes criterios. Uno de ellos es considerar la manera en que la aprovechamos. Las personas han desarrollado aplicaciones tecnológicas que transforman la energía para poder aprovecharla. Por ejemplo, el motor de un auto utiliza la energía de la explosión del combustible para mover las ruedas del vehículo, las velas de un barco transforman la energía del viento en movimiento. En un proceso tecnológico, la fuente de energía es el cuerpo o sistema que aporta la energía de la transformación inicial. Por ejemplo, el petróleo, el carbón y el gas natural son, en la actualidad, las principales fuente de energía para la industria, el transporte y la generación de energía eléctrica. Otras fuentes de La energía de las radiaciones solares puede aprovecharse para generar energía eléctrica mediante paneles solares. energía son las radiaciones solares, los vientos, las olas y las mareas, el calor interno de la tierra, las caídas y corrientes de agua, los vegetales y los minerales radiactivos. Según la fuente de energía de la que proviene, la energía se designa con un nombre particular: FUENTE DE ENERGÍA
TIPO DE ENERGÍA
Combustibles fósiles (petróleo, gas, carbón)
Química
Radiaciones solares
Solar
Vientos
Eólica
Mareas
Mareomotriz
Olas
Undimotriz
Calor interno terrestre
Geotérmica
Caídas y corrientes de agua
Hídrica
Minerales radiactivos
Nuclear
Materiales orgánicos
Biomasa
Clasificación de la energía según criterios tecnológicos.
Hidráulica 5,14% Nuclear 2,92% Gas 50,78% Petróleo 36,76% Carbón 1,32% Otras 3,08%
Proporción del uso de tipos de energía, según el criterio tecnológico.
Otro criterio para clasificar la energía es tener en cuenta el proceso físico involucrado.
FORMAS DE ENERGÍA
RADIANTE
Propagación por ondas
CINÉTICA
Movimiento
POTENCIAL
Almacenamiento
1. De acuerdo con los ejemplos presentados, ¿qué debe suceder para que la energía se manifieste? 2. El biodiésel es un combustible de origen vegetal que puede ser utilizado en los automóviles modernos de motor diésel. ¿De qué tipo de energía se trata? 3. Citen ejemplos de energía radiante, cinética y potencial presentes en la vida cotidiana.
La energía geotérmica proviene del interior caliente de la Tierra. Se manifiesta en volcanes, géiseres y aguas termales.
La energía: diversidad y cambio r CAPÍTULO 4
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investigadores ¿Se duplica la energía elástica si se duplica el estiramiento? Experimentar significa ‘poner a prueba’. En esta actividad, podrán experimentar con cuerpos elásticos que acumulan energía potencial cuando se deforman. La cantidad de energía elástica acumulada depende de cuánto se deforme. Como en Física todo debe poder medirse, surgen algunas preguntas: ¿se puede medir cuánta energía elástica tiene acumulada un cuerpo elástico deformado? ¿Se podrá comprobar si su valor resulta proporcional a la deformación? Lo que se pretende saber es si al doble de estiramiento le corresponde el doble de energía elástica.
Materiales
1 bolita lisa y pulida (puede ser de vidrio, metal o cerámica), 1 taco de madera, banditas elásticas, 2 clavos largos, 1 tramo de cable canal o riel, cinta métrica, marcador.
¿Cómo lo hacen?
1
Claven los dos clavos al taco de madera a una distancia apenas mayor que el largo de la bandita elástica, de manera que quede apenas estirada. Coloquen el cable canal, como muestra la figura, formando una rampa por la cual pueda deslizarse la bolita cuando salga disparada.
4
Repitan el procedimiento cinco veces con el mismo estiramiento inicial y midan la altura alcanzada por la bolita en cada caso. Vuelquen los resultados en una tabla como la siguiente. Calculen el promedio de los resultados obtenidos para la altura.
(CM)
banda elástica
h (CM) L – L0 (CM) Medición Medición Medición Medición Medición Promedio 1 2 3 4 5
clavos cable canal
2
3
Midan la longitud de la bandita entre los clavos sin estirar (L0) y anoten el valor. A continuación, estiren la bandita y midan la longitud máxima que alcanza antes de disparar la bolita (L). El estiramiento se calcula como la resta L – L0. Suelten la bolita, de manera que ascienda por la rampa. Hagan una marca en el punto de mayor altura (h) que alcance antes de volver a descender. Midan la altura vertical de este punto respecto del nivel de partida.
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Procedan de manera similar, pero aumentando el estiramiento inicial de la bandita. ¿Qué piensan que ocurrirá en esta situación? Vuelquen los valores de la altura en la tabla. Realicen mediciones con, al menos, cinco estiramientos diferentes. ¿Qué les sugieren los resultados de la tabla? ¿Aceptan o rechazan la hipótesis que formularon en el punto 5?
¿Qué resultados obtuvieron? 1. Al realizar esta actividad, ¿observaron algo que haya sido contrario a las ideas que tenían antes de realizar esta experiencia? 2. Resuelvan las siguientes actividades. a. La bandita sin estirar no posee energía potencial elástica. ¿De dónde salió la energía que acumula cuando es estirada? b. ¿En qué tipo de energía se transforma la energía potencial de la gomita al soltarla? ¿Y cuando roza contra la canaleta?
c. Identifiquen las transferencias y las transformaciones de energía durante la experiencia.
3. Luego de esta experiencia, ¿a qué conclusiones pudieron llegar teniendo en cuenta los resultados obtenidos en relación con la transferencia, la transformación y la Ley de conservación de la energía? 4. ¿Qué nuevas preguntas se les ocurren a partir de esta actividad? ¿Qué otras experiencias harían para seguir investigando este tema?
La energía: diversidad y cambio r CAPÍTULO 4
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CAPÍTULO
4
íntegramente
1. La tabla enumera diferentes dispositivos que transforman energía de un tipo en energía de uno o varios tipos diferentes. Complétenla siguiendo el ejemplo.
a. ¿En qué posición la masa tiene más energía cinética? b. ¿Cuándo tiene más energía gravitatoria: en A, B o C? c. ¿Cuánta energía cinética tiene en A y en C?
DISPOSITIVO
CONVIERTE ENERGÍA DE TIPO
EN ENERGÍA DE TIPO/S
d. ¿Qué transformación de energía se produce mientras el péndulo se mueve?
ventilador
eléctrica
cinética
e. Si el péndulo se calienta, ¿qué pasa con el movimiento?
automóvil
4. La ilustración muestra una bala que ha atravesado una manzana. Respondan al cuestionario.
planta verde lamparita
a. Antes de penetrar en la manzana, ¿qué energía tenía la bala?
cocina generador eléctrico celda solar invernadero cuerpo humano radio estufa de leña
2. Para distribuir el agua a un pueblo, se la almacena en un gran tanque elevado, desde donde se la conduce mediante cañerías hasta las casas. Expliquen a partir de los conceptos de energía potencial gravitatoria, energía cinética y transferencia de energía por calor, por qué el agua: a. llega hasta la casa A; b. no llega hasta las casas B y C.
c. ¿Qué cambios produce el impacto de la bala en la manzana? ¿Hubo energía en juego? d. El impacto provoca la expulsión de fragmentos con energía cinética. ¿Cómo adquirieron esa energía? ¿Influirá en la cantidad de energía cinética de la bala?
5. Una moneda se desliza con velocidad sobre una mesa y choca con otra moneda igual. La primera moneda se detiene, y la segunda empieza a moverse. ¿Puede moverse la segunda moneda más rápido que la primera? Discutan sus argumentos en grupos.
C B A
3. El dibujo muestra un péndulo. La masa que cuelga del hilo se suelta desde la posición A y se pone en movimiento que oscila entre A y C, pasando por B. Respondan a las siguientes preguntas referidas al movimiento del péndulo.
b. ¿Cómo es la energía cinética de la bala al salir de la manzana: mayor, menor o igual a la de antes del impacto?
6. Imaginen un cuarto en el que hay 100 cubos iguales formando una pila. Cada cubo equivale a una cantidad de energía = 1. De manera que la energía total = 100. a. Si la pila se desarma y los cubos se desparraman, ¿qué representará esta situación en términos de energía? b. Si en cierto sector del cuarto aparecen 12 cubos, ¿cuántos habrán desaparecido del resto del cuarto? c. ¿Qué debería ocurrir para que la energía total del sistema disminuya? A
Conciencia
C B
t Relean el texto de la página 61 y respondan: ¿qué piensan ahora sobre el problema planteado?
1. Respondan a las siguientes preguntas. a. ¿Cuáles de las ideas que tenían sobre la energía se han modificado luego de estudiar el capítulo? b. ¿Qué tema les ha gustado más? ¿Por qué?
2. Compartan entre ustedes y con el docente las respuestas anteriores.
74 CAPÍTULO 4 r La energía: diversidad y cambio