Ciencias Naturales Buenos Aires
4 Viaje de e
studi o
Capítulo
4
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Los objetos y los materiales ¿Con qué materiales se fabrica un paracaídas? ¿Servirá cualquier tela para hacer un paracaídas resistente?
Los materiales y los objetos Para confeccionar un jean, se necesita tela de jean, cierre de metal, hilo de algodón y botón de metal. Es decir, se necesitan distintos tipos de materiales. Los elementos con que se fabrica el jean son materiales. También son materiales el agua que sale de la canilla, la lana del pulóver y la goma de las suelas de los zapatos. Un material es todo aquello de lo que están hechas las cosas. Pueden ser sólidos, como el azúcar; líquidos, como el aceite, y gaseosos, como el aire. Los vidrios, los plásticos, los cerámicos, los metales, la madera, la lana y el papel son materiales.
La sal, el agua del río y el helio que está dentro de los globos son materiales en distintos estados.
Miles de años atrás, los primeros humanos disponían de muy pocos materiales para alimentarse, vestirse y desplazarse. Usaban lo que obtenían directamente de la naturaleza, como por ejemplo, el barro, la paja o las piedras. Luego, con el desarrollo de nuevas técnicas, las personas modificaron los materiales que conocían y crearon nuevos. Así se fabricó la cerámica, se crearon las mezclas de metales, los plásticos y las fibras sintéticas. Con un mismo material, pueden fabricarse muchos objetos, por ejemplo: con la madera se puede hacer una mesa, un banco de escuela, un bochín y hasta un trencito de juguete. Por otra parte, un mismo objeto puede estar hecho por distintos materiales. Por ejemplo, un plato puede fabricarse con vidrio, con plástico o con cerámica. Además, cada material tiene características propias que se tienen en cuenta a la hora de fabricar un objeto.
El acrocel de los guardapolvos es una fibra sintética.
Los juguetes se hacen de plástico para que no se rompan.
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Clasificación de los materiales En la actualidad existe una gran variedad de materiales, de todo tipo y aspecto. Muchos de ellos tienen propiedades o características en común. Para estudiarlos mejor tenemos que clasificarlos. Pero ¿qué significa clasificar? Analicemos el siguiente experimento realizado en clase de Ciencias Naturales.
¿Cómo se pueden clasificar los materiales? Objetivo: clasificar materiales. Para ello, se dispuso de trozos de plastilina, tiza, un clavo de hierro, piedras, agua, alcohol, una goma, un trozo de acrílico, una hoja de papel, un trozo de plomo.
Procedimiento: se observaron cada uno de los objetos y se investigó de qué estaban hechos. Luego, cada grupo de estudiantes agrupó los objetos teniendo en cuenta características elegidas por el grupo. Grupo 1:
Materiales líquidos
Plastilina, tiza, hierro, piedra, goma, acrílico, papel, plomo. Agua y alcohol.
Grupo 2:
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Materiales metálicos
Hierro y plomo.
Materiales no metálicos
Plastilina, tiza, piedra, goma, acrílico, papel, agua y alcohol.
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Materiales que arden Materiales que no arden
Resultados:
Materiales sólidos
Grupo 3: Papel y alcohol. Plastilina, tiza, piedra, goma, acrílico, agua, hierro y plomo.
Otros grupos tuvieron en cuenta los materiales transparentes, y otros, aquellos materiales que se deforman. Conclusión: cada uno de los grupos tuvo en cuenta una característica en común para agrupar los materiales. Clasificar es agrupar de acuerdo con propiedades comunes. Estas propiedades comunes se denominan criterios de clasificación.
Materiales naturales, elaborados y sintéticos Algunos materiales son utilizados tal como se los encuentra en la naturaleza, como las piedras o la madera, mientras que otros requieren un proceso de fabricación, como el cemento o los plásticos. De acuerdo a cómo se producen, los materiales se pueden clasificar en tres grupos: naturales, elaborados y sintéticos. Los materiales naturales son todos aquellos que utilizamos tal cual se encuentran en la naturaleza, como las piedras, el barro, la paja, el agua y el aire. En muchos casos es necesario aplicar técnicas sencillas para mejorar las propiedades de algunos recursos de la naturaleza. En este caso se obtienen materiales elaborados. Por ejemplo, el vidrio se fabrica mezclando arena con otros componentes a altas temperaturas. En cambio, la gran mayoría de los materiales que conocemos se obtienen en las industrias luego de largos procesos. Por ejemplo, los plásticos se fabrican a partir del petróleo luego de una serie de técnicas complejas. Estos materiales se denominan materiales sintéticos. Actualmente, se usan los tres tipos de materiales para fabricar distintos objetos y, muchas veces, combinados entre sí. Por ejemplo, las remeras generalmente están hechas en parte de fibras de algodón, que es un material elaborado y con una fibra llamada poliéster, un material sintético. Una puerta está hecha de madera, que es un material natural, pero su manija está hecha de bronce, un material elaborado.
Las construcciones antiguas de los pueblos originarios fueron hechas con materiales naturales.
La mermelada casera se obtiene cocinando con azúcar y agua diversas frutas. El queso se obtiene a partir de la leche aplicando técnicas simples. Estos materiales son elaborados.
El caucho, que actualmente se utiliza para fabricar las cubiertas de los autos, es un material sintético. Se lo obtiene a partir de derivados del petróleo, luego de una serie de procedimientos.
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Propiedades de los materiales Materiales conductores y aislantes de la electricidad Algunos materiales permiten que la electricidad llegue hasta los aparatos que la necesitan para funcionar. Por eso se los considera buenos conductores de la electricidad. Por ejemplo, el cobre presenta esta característica, por eso es muy utilizado en el interior de los cables eléctricos. Otros metales, como el hierro y el oro, también son conductores. En cambio, los materiales plásticos y los cerámicos se caracterizan porque dificultan el paso de la electricidad. Por ello se dice que son malos conductores y por lo tanto, se los utiliza como protección para evitar accidentes. Debido a este uso, se los llama aislantes eléctricos. Actualmente, se usan los tres tipos de materiales para fabricar distintos objetos y, muchas veces, combinados entre sí.
Materiales conductores y aislantes del calor Como estudiaron en el capítulo 1, algunos materiales, en especial los metales, son buenos conductores del calor y por eso, se los utiliza para fabricar ollas y sartenes. Mientras que otros, como la madera, son usados como aislantes porque no conducen rápidamente el calor. Por eso, la madera se suele usar como mango de pavas y ollas para evitar quemarse al cocinar.
La cerámica, al igual que los metales, es un buen conductor del calor. En cambio la madera, como no conduce rápidamente el calor, se utiliza como aislante.
El acero, al igual que el cobre, es un buen conductor, por eso se lo utiliza en los cables de alta tensión que llevan la electricidad a los domicilios. Los electricistas usan zapatos con suela de goma. La cerámica, la goma y la madera son aislantes eléctricos.
Los materiales tienen características o propiedades que los diferencian del resto. Estas propiedades determinan para qué se los puede usar. Una silla, por ejemplo, puede
Materiales dúctiles y maleables Los metales también tienen como característica que se les puede dar forma de hilos o de láminas. A los metales que pueden estirarse y formar hilos se los llama dúctiles. Los materiales que pueden formar láminas, a veces muy finas, como lo que se conoce como “papel aluminio”, son considerados metales maleables.
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El cobre es un metal dúctil que permite hacer los hilos con los que se fabrican los cables eléctricos. Con el aluminio, que es maleable, se fabrican láminas muy delgadas que se usan para envolver alimentos.
Materiales duros y blandos Algunos materiales se caracterizan porque se los puede utilizar para rayar superficies sin que queden rayados. Se los llama materiales duros. Por ejemplo, el diamante, además de su uso en joyería, se utiliza en las puntas de algunos taladros para perforar mejor o para cortar vidrio. En cambio, la tiza puede ser rayada con mucha facilidad. A estos se los llama materiales blandos.
estar hecha de madera, de plástico o de metal, pero ¿sería práctico hacerla de vidrio? De acuerdo con sus características, los materiales se pueden clasificar en distintos grupos.
Materiales
El diamante es tan duro que corta al vidrio. En cambio, el jabón se puede rayar con las uñas, porque es blando.
Materiales frágiles y resistentes El diamante es muy duro, sin embargo, también es muy frágil, porque al igual que el barro cocido, se quiebra fácilmente. Mientras que el acero y el hierro, muy usados en la construcción, son resistentes a los golpes, porque no se quiebran.
La tiza es muy frágil, mientras que la plata es muy resistente.
Ejemplo
Conducen el calor Conducen la electricidad Son maleables Son frágiles Son resistentes
Los objetos y los materiales
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Los cerámicos y los objetos cerámicos
Los primeros cerámicos se obtenían secando la arcilla al Sol. Los chinos emplearon la técnica del horneado en la fabricación de jarrones y adornos.
En el norte de nuestro país, podemos observar casas hechas de adobe. El adobe es un ladrillo hecho con una mezcla de arcilla, arena, agua y paja.
Las ventanas y las lamparitas están hechas de vidrio porque al ser transparentes permiten que pase la luz.
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Desde hace mucho tiempo, los seres humanos han fabricado objetos de cerámica con distintos usos: recipientes para guardar agua; ollas para cocinar; ladrillos para construir casas, y azulejos para cubrir y decorar las paredes. Los cerámicos constituyen un grupo de materiales elaborados a partir de calentar dos materiales naturales: la arcilla y la arena. La cerámica, la porcelana, los ladrillos y los vidrios son algunos ejemplos de cerámicos. Los primeros cerámicos se fabricaron hace miles de años para guardar la cosecha. Se usaba arcilla que, una vez que tenía la forma esperada, se dejaba secar al Sol. Fueron los chinos, hace unos 4.000 años, los primeros en utilizar un horno para cocer el material. Los cerámicos pueden dividirse en dos grandes grupos: los porosos y los no porosos. Los cerámicos porosos, como su nombre lo dice, tienen espacios vacíos o agujeros llamados poros. Por estos poros puede pasar el aire o el agua. Se fabrican con arcilla, y a veces se los pinta con una capa de otro material llamado esmalte, que les da más brillo, los hace más duros e impide el paso del agua. Por ejemplo, los azulejos que se usan en los baños tienen esta característica. Los cerámicos porosos se utilizan en la construcción de las viviendas; los ladrillos, para hacer las paredes; las baldosas, para recubrir los pisos; las tejas, para cubrir los techos, y los azulejos, para revestir algunas paredes, como las del baño o la cocina. Los cerámicos no porosos no tienen poros, y por eso no dejan pasar el agua o el aire, es decir, son impermeables. En este grupo se encuentran la porcelana, el gres y los vidrios. La porcelana se fabrica con una arcilla blanca llamada caolín, se recubre con un esmalte, y es muy dura. Algunas tazas y floreros están hechos de este material. El gres se fabrica con arcilla común, pero se cocina a mayores
temperaturas que los cerámicos porosos, por lo que queda más duro. Se lo utiliza para cubrir pisos, por ejemplo, en los patios. Por último, para hacer los vidrios, se calienta arena a altas temperaturas. A diferencia del resto de los cerámicos, los vidrios son transparentes.
Las propiedades y los usos de los cerámicos Los materiales que tienen muchas características en común forman una familia. Este es el caso de los cerámicos. Estas propiedades están relacionadas con el uso que se les da a estos materiales en la vida cotidiana. t Son malos conductores del calor y de la electricidad. Por ese motivo se los usa como aislantes en mangos de pavas, en las perillas de la luz y en los fusibles eléctricos. t Resisten altísimas temperaturas sin derretirse, por eso se los utiliza para construir el interior de hornos. También se usan materiales cerámicos para construir barreras protectoras de naves espaciales que deben resistir fuertes cambios de temperatura en sus travesías. t Los cerámicos no se modifican ni se arruinan con el tiempo, por este motivo, es posible encontrar cerámicos de cientos o miles de años. t Son impermeables, es decir, no dejan pasar el agua. Por eso se los utiliza en la construcción de techos. El problema es que como son muy frágiles, se rompen con facilidad.
Los hornos de algunas panaderías y pizzerías están revestidos de ladrillos refractarios.
Los objetos y los materiales
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Los plásticos y los objetos plásticos La familia de los plásticos está formada por un grupo muy amplio de materiales fabricados por los humanos. Es decir, los plásticos son materiales sintéticos. Los primeros plásticos fueron inventados hace unos 150 años, y casi todos se fabrican a partir de petróleo. Debido a sus propiedades, se los utiliza para fabricar una gran variedad de objetos, desde juguetes y envases hasta fibras textiles y cañerías, entre otros. El nombre plástico está relacionado con una de las características de la mayoría de estos materiales que es la de ser elásticos, flexibles y poder ser moldeados fácilmente. Es decir, tienen plasticidad.
Propiedades de los plásticos Los plásticos poseen características propias y que no aparecen en ningún material natural o elaborado. t Tienen plasticidad y por eso, pueden moldearse, sobre todo cuando se calientan. Esto hace posible darles distintas formas a los objetos de plástico. t Son malos conductores de la electricidad y por eso, se los usa como aislantes, por ejemplo, recubriendo los cables. t Son malos conductores del calor y por lo tanto, se los utiliza para fabricar recipientes que conservan la temperatura de alimentos y bebidas, como los recipientes de telgopor. t Por lo general, no resisten altas temperaturas, porque se derriten. Por eso no pueden meterse cosas de plástico en el horno común. Los portaviandas, la tanza para pescar y las ojotas están hechas de materiales t Son resistentes y livianos y por eso, se los usa en una plásticos. gran cantidad de recipientes. t No se modifican o arruinan con el tiempo; los residuos plásticos, por ejemplo, pueden permanecer en el ambiente durante muchos años. Por ello se dice que no son biodegradables y por lo tanto, que son contaminantes.
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Tipos de plástico Existe una gran variedad de plásticos, cada uno de ellos con usos según las propiedades que tienen. El PET o polietileno tereftalato es un material transparente, resistente al calor y no es dañino para la salud. Por este motivo, se lo usa para fabricar recipientes o envases que contienen alimentos o bebidas, como por ejemplo, las botellas de gaseosa.
El acrílico y el policarbonato son transparentes y livianos. Se los usa en reemplazo del vidrio. La desventaja es que se rayan con facilidad.
El polietileno es un material flexible y se lo suele usar para fabricar bolsas.
El teflón es un material que resiste altas temperaturas. Se lo usa para recubrir ollas y sartenes, porque impide que los alimentos queden pegados.
El PVC o policloruro de vinilo no se prende fuego y no se arruina expuesto al ambiente. Además, soporta temperaturas altas. Por ello se lo usa para fabricar cañerías y también para las tarjetas de crédito.
El kevlar es un fibra plástica que tiene la característica de ser ignífugo. Es decir, tarda en arder al entrar en contacto con el fuego. Por ello se lo usa en la confección de los buzos antiflama de los corredores de auto o en los trajes de los bomberos.
Las fibras sintéticas Las fibras sintéticas, como el poliéster y el nailon, son materiales que se obtienen del petróleo. Se usan en la confección de telas, como por ejemplo en los paracaídas, debido a que no se arrugan, son resistentes, livianas e impermeables. Además, no absorben el sudor. Sin embargo, pueden afectarse con el calor, por lo que no es recomendable plancharlas a alta temperatura.
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Los metales y los objetos metálicos Los metales forman parte de una familia de materiales muy abundantes en la naturaleza. Algunos, como el hierro, el cobre, el oro y la plata, han sido usados por los seres humanos desde hace mucho tiempo para fabricar una gran variedad de objetos: herramientas de trabajo, armas, recipientes, adornos, instrumentos musicales, construcciones, entre otros. Todos los metales se encuentran debajo de la superficie terrestre. Son muy pocos los que están en estado puro, como por ejemplo el oro o la plata. La mayoría, como el hierro y el cobre, se encuentran formando parte de rocas en las que están combinados con otros materiales. Por ello se deben realizar procedimientos para separarlos. Estos metales son materiales elaborados, por ejemplo, el aluminio que forma parte de una roca llamada bauxita.
Las aleaciones
El mercurio es el único metal que se encuentra en estado líquido.
El oro utilizado en joyería no es oro puro, sino que es una aleación formada por oro y cobre.
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Los metales se pueden mezclar entre sí y generar nuevos materiales. Estas mezclas, llamadas aleaciones, tienen características diferentes a las de los metales por separado y se comportan como si fueran un único metal. Muchos de los objetos metálicos que utilizamos a diario fueron fabricados con aleaciones y no con metales puros. Las llaves y los picaportes suelen ser de bronce, una mezcla de cobre con estaño. Los cubiertos, las ollas y las fuentes pueden estar hechos de acero, una aleación formada por hierro y carbón. Muchos collares y pulseras se hacen con alpaca, una aleación de cobre, cinc y níquel que tiene aspecto plateado. Las monedas también se fabrican con una mezcla de cobre y aluminio.
Propiedades de los metales Los metales tienen muchas propiedades. Debido a esto tienen múltiples usos. t Son muy buenos conductores de la electricidad; por esto, todos los cables tienen un metal en su interior. t Son buenos conductores del calor; la mayoría de los recipientes que se usan para cocinar sobre la hornalla o al horno están hechos de algún metal, ya que le transmiten muy rápidamente el calor a la comida. t Tienen brillo, por eso se utilizan para fabricar joyas. También se emplean en la fabricación de espejos. t Son dúctiles, ya que pueden estirarse y formar alambres, como los alambres de cobre que se usan para los cables o los alambrados. t Son maleables, porque pueden formar láminas, a veces muy finas, como lo que se conoce como “papel aluminio”, que se usa para envolver alimentos. t Muchos se modifican con el tiempo; los objetos hechos de hierro, por ejemplo, se oxidan y se les forma una capa de un óxido rojizo. Para evitar que esto ocurra, se los suele cubrir con una pintura antioxidante. t Muchos son duros y, a la vez, flexibles. Por eso se los usa en el interior de las construcciones, para darles rigidez y resistencia frente a vibraciones producidas por el viento y los movimientos del suelo.
Las asaderas o fuentes de horno están hechas de metal, debido que a transmiten muy bien el calor.
Los metales se utilizan para fabricar prótesis, es decir, partes que reemplazan a los huesos.
Las vías de los trenes son de acero, un material metálico muy resistente.
Los caños de las bicicletas son de metal y se los pinta para evitar que se oxiden.
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Técnicas de estudio Investigar y registrar las propiedades de los materiales ¿Cómo llevar a cabo una investigación acerca de las propiedades de distintos materiales? 1. Decidir los materiales que van a estudiar: por ejemplo, aluminio, plástico, vidrio, telgopor y cerámica. Elegir el mismo objeto, en este caso utilizar un vaso de telgopor, uno de vidrio, uno de cerámica, uno de plástico y uno de aluminio. 2. Decidir qué propiedades investigarán: dureza, fragilidad, conducción del calor, transparencia y facilidad para darle forma. 3. Registrar los resultados. Armar una tabla. Procedimiento: a. Observar los vasos. ¿De qué color son? ¿Cuál o cuáles son transparentes? ¿Alguno tiene brillo? b. Para comprobar cuáles conducen mejor el calor, pongan agua caliente hasta la mitad dentro del vaso de vidrio. Mientras un compañero sostiene el vaso con la mano, el Material Metal Plástico Vidrio Cerámica Telgopor
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¿Son transparentes?
¿Conducen el calor?
otro enciende el cronómetro. Anoten cuánto tiempo pasa hasta que se sienta el calor en la mano. Repitan el mismo procedimiento con los otros vasos. c. Para comprobar la dureza de cada material, tomen un punzón y traten de hacer una raya o agujeritos en cada uno de los vasos. ¿Fue posible hacerlo en alguno? d. Para comprobar si se les puede dar forma, traten de doblar con la mano cada uno de los vasos. ¿Con cuáles pueden hacerlo? ¿Alguno se rompió? e. Para comprobar cuáles son frágiles y cuáles son resistentes: ¿Cuáles de los vasos creen que se romperían si los dejaran caer? f. Regitrar sus observaciones en una tabla. g. Elaborar conclusiones. Por ejemplo, ¿hay materiales que pertenezcan a la misma familia? ¿Resultaron tener todas sus propiedades iguales o no? Si no, ¿en cuál o cuáles se diferenciaron? ¿Son duros?
¿Se les puede dar forma?
¿Son frágiles?
Actividades finales 1 Respondan a las siguientes preguntas. a. ¿Por qué se usan metales para fabricar ollas? b. ¿Por qué la cerámica se usa para revestir paredes? c. ¿Cuál es la diferencia entre un material manufacturado y uno sintético? Den dos ejemplos de cada uno. d. ¿Cuáles son los materiales más flexibles? e. El mercurio es un metal buen conductor de la electricidad, ¿por qué creen que no se lo usa para fabricar cables eléctricos? f. Den cuatro ejemplos de materiales naturales y para qué se usan. g. Miren las etiquetas de las blusas, remeras y camisas que hay en su casa. ¿Se menciona alguna fibra sintética? ¿Cuál?
2 Si precisaran fabricar un portaviandas, ¿qué características de los materiales tendrían en cuenta? ...........................................................
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3 Indiquen con una cruz las oraciones que son correctas. Escriban correctamente las que son incorrectas. a. Los metales son conductores del calor. b. Los plásticos son materiales manufacturados. c. El cobre es un material maleable.
d. Los cerámicos son conductores de la electricidad. e. El PVC conduce la electricidad.
4 ¿Qué pasa si se coloca un recipiente de plástico en un horno común? ¿Por qué? ¿De qué materiales están hechas las fuentes que normalmente se usan para hornear?
5 En la siguiente imagen, indiquen de qué material están hechos los juegos de plaza y a qué familia pertenecen.
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