Manual
Estrada PRIMERO EN LA ESCUELA
CABA
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BLOQUE: LOS MATERIALES
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CONTENIDOS: • IMANES Y MATERIALES MAGNÉTICOS. • TIPOS DE IMANES. • LA FUERZA DE LOS IMANES. • LOS POLOS DE UN IMÁN. • LA TIERRA ES UN GRAN IMÁN. • LA BRÚJULA. • MATERIALES MAGNÉTICOS EN ACCIÓN.
LOS MATERIALES Y EL MAGNETISMO
Todos los días, muchas veces sin darnos cuenta, utilizamos las propiedades de los imanes. Al pegar objetos en la puerta de la heladera, cada vez que escuchamos un CD o cuando entramos a un cajero automático en un banco, aprovechamos las propiedades magnéticas de algunos materiales. El magnetismo es parte de nuestra vida cotidiana.
¿QUÉ SABEMOS HASTA AHORA? 1.
¿Para qué se utilizan cada uno de los objetos que aparecen en la imagen?
2. ¿El tren se comporta como un imán? ¿Y los otros objetos?
3. Busquen información en otros libros y en Internet y averigüen qué objetos utilizados a diario contienen imanes. Con la información reunida, redacten un correo electrónico que le cuente sus descubrimientos a un amigo.
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CIENCIAS
NATURALES LOS IMANES Y LOS MATERIALES MAGNÉTICOS Si necesitamos clips o ganchitos, y estos están mezclados con otros útiles , tardaremos menos tiempo en separarlos usando un imán. Los imanes son objetos que tienen la propiedad de atraer y mover otros objetos hechos de algunos materiales metálicos, como el hierro, el acero o el níquel. Estos materiales se denominan magnéticos. En cambio, si acercamos un imán a un objeto de plástico, a un trozo de papel o a una manija de bronce, estos no serán atraídos porque no son magnéticos.
La chapa de la heladera está hecha de un material magnético. En cambio, la goma y el plástico no tienen esta propiedad.
<Los tipos de imanes y sus propiedades
¡¿Imanes en parlantes, tarjetas y brújulas?! ¿Será cierto que están en todos esos objetos?
Existen diversos tipos de imanes, según de dónde provienen o con qué material están hechos. Hay imanes naturales compuestos por un material que se encuentra en la corteza terrestre y que contiene mucho hierro: la magnetita. También existen imanes artificiales, que son fabricados por el ser humano con diferentes materiales como el hierro y el acero. La mayoría de los imanes que usamos todos los días están hechos con óxido de hierro pulverizado. Estos imanes se denominan cerámicos. Existen imanes artificiales de varios tamaños, de diferentes materiales y con distinta potencia.
Capítulo 2 • Los materiales y el magnetismo
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LA FUERZA DE LOS IMANES
Imanes de “tierras raras” Los imanes de “tierras raras” son mucho más poderosos que los de hierro y acero. Alrededor de 1970, se empezó a estudiar su comportamiento. En la actualidad se los utiliza para fabricar aparatos que precisen imanes poderosos y de tamaño pequeño, como los discos duros de computadora, cierto tipo de motores y algunas montañas rusas.
Los imanes tienen la particularidad de que no necesitan estar en contacto con un objeto magnético para atraerlo porque pueden actuar a distancia. Seguramente, alguna vez pegaron una nota con un imán sobre la puerta de la heladera. A medida que el imán se acerca a la heladera, se siente una fuerza que lo atrae y hace que se acerque aún más. Esto ocurre porque tanto el imán como la chapa de la heladera se atraen entre sí. Otra manera de comprobar esta propiedad es con la siguiente experiencia: si se cuelga de un hilo un clavo y de otro hilo, un imán; al acercarlos, se observa cómo se empiezan a atraer antes de tocarse.
A cierta distancia el imán y el clavo se atraen entre sí. A medida que se alejan, la fuerza del imán disminuye. El poder de los imanes de “tierras raras” es una propiedad del material y no depende del tamaño del imán.
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Sin embargo, ¿todos los imanes tendrán la misma fuerza? Si se acerca un imán a un clip este será atraído. Si, en cambio, se usa un imán mucho más grande y del mismo material, el clip será atraído con mayor rapidez, y para separarlos será necesario hacer más fuerza que con el imán pequeño. La misma experiencia se puede repetir utilizando un imán de otro material diferente del hierro y del acero, como los constituidos por un material llamado “tierras raras”. Estos imanes están fabricados con una mezcla de metales, en especial de boro y neodimio. En este caso, a pesar de que el imán de “tierras raras” sea más pequeño, su potencia es mayor que la de los imanes de hierro. En conclusión, el poder del imán depende de su tamaño y del material con el que está hecho.
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El poder de los imanes a través del vidrio Si necesitamos alfileres para fijar una lámina en la cartelera, y estos están mezclados con mostacillas, gomas, pequeños lápices y fichas de plástico, bastará con utilizar un imán para separarlos. Pero si se cayeron dentro de un vaso con agua, ¿podremos utilizar un imán para sacarlos sin mojarnos las manos? Si se acerca un imán a la pared del vaso, los alfileres se arriman al imán y quedan “pegados” a través del vidrio. Esto ocurre porque la fuerza que se genera entre los imanes y los materiales magnéticos atraviesa otros materiales, como el agua líquida. El poder de los imanes también actúa a través del vidrio y de los líquidos.
El calor y el poder de los imanes ¿Los imanes pueden perder su fuerza? Observen el experimento que se muestra en las imágenes e intenten responder a esta incógnita.
Luego de calentarlo, el poder de un imán es menor que el que tenía antes de ser expuesto al calor. Es decir, el calor desmagnetiza los imanes y los materiales magnéticos.
1.
Si deseamos encontrar la goma de borrar dentro de
3. Indiquen cuáles de las siguientes oraciones son co-
una cartuchera llena de bandas elásticas, marcado-
rrectas y expliquen por qué las otras son incorrectas.
res de colores, fichas de dominó y bolitas de vidrio,
a. Los materiales que son atraídos por un imán son
¿podremos utilizar un imán para resolver el proble-
magnéticos.
ma? ¿Por qué?
b. El calor hace que un imán sea más potente. c. Todos los imanes pequeños tienen menos fuerza que
2. ¿Los imanes ejercen su poder a través del papel? ¡Hagan la prueba!
los más grandes.
Capítulo 2 • Los materiales y el magnetismo
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LOS POLOS MAGNÉTICOS ¿Los imanes tienen el mismo poder de atracción en todas sus partes? Para responder a esta pregunta, se puede hacer el siguiente experimento.
Se envuelve un imán en barra con papel o con un film adherente.
Todos los imanes tienen un polo norte y un polo sur.
Se coloca sobre una hoja de papel un poco de polvo de hierro y se acerca el imán.
Se retira el imán.
Si envolvemos un imán con un film o papel y lo acercamos a las limaduras de hierro, luego de retirar el imán, el polvo de hierro es más abundante en los extremos de la barra. Estos extremos se denominan polos magnéticos y son las zonas del imán que tienen más fuerza magnética. Para diferenciarlos se los llama polo norte y polo sur, y se dice que son polos opuestos entre sí. Si se repite la experiencia utilizando un imán con forma de herradura o un imán redondo, las limaduras de hierro se concentran en los extremos de la herradura o sobre las caras planas del imán circular. Esto ocurre porque en los imanes con forma de barra y de herradura, los polos están en los extremos; mientras que en los imanes redondos, los polos están en las caras circulares.
El polvo de hierro se concentra en los polos de cada imán.
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Interacción entre imanes Al acercar el polo norte de un imán con el polo sur de otro imán, se siente una gran fuerza de atracción entre ambos. En cambio, si se acercan dos imanes por sus polos iguales, se experimenta una fuerza que impide que se junten. Otra característica de los imanes es que al partirlos, se obtienen nuevos imanes, cada uno con sus dos polos opuestos.
Al partir un imán, se obtienen imanes más pequeños.
Si se acercan dos imanes por sus polos opuestos, ¿qué ocurre? ¿Se forma un nuevo imán? ¿Qué sucede en la zona de unión? ¿Siguen estando presentes los polos que los imanes tenían por separado? Si se “arma” un imán grande a partir de unir dos imanes pequeños por sus polos opuestos y se lo acerca hacia un material El imán que se forma al unir dos imanes pequeños sigue teniendo dos polos magnético como las limaduras de hierro, estas se concentran opuestos. en los extremos. Mientras que en la zona del medio del nuevo imán (donde se unieron los imanes pequeños), las limaduras de hierro no se “pegan”. Los polos de un imán están siempre en extremos opuestos y alejados entre sí.
1.
Completen las palabras que faltan en las oraciones. Los objetos que están hechos con _____________ son atraídos por un imán. Los _____________ son las zonas donde la fuerza del imán es mayor. Los _____________ son objetos que atraen materiales
2. ¿Qué ocurre si se unen dos imanes por sus polos iguales? ¿se formará un imán más grande? Anoten sus predicciones, luego hagan la experiencia.
3. Dibujen un imán en forma de herradura y marquen con color sus polos.
4. ¿Se puede utilizar un trozo de goma para fabricar un imán? ¿Por qué?
metálicos.
Capítulo 2 • Los materiales y el magnetismo
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LA TIERRA: UN IM«N GIGANTE núcleo
El núcleo es la parte más interna del planeta, y contiene metales en estado líquido.
En la época en que las personas empezaron a construir embarcaciones para navegar y descubrir nuevos territorios, los marineros se guiaban observando las estrellas y el lugar del cielo por donde salía el Sol. Hace 2.300 años, en China, se inventó un aparato fabricado con una aguja hecha de magnetita que ayudó a los navegantes a guiarse: la brújula. La aguja de este aparato estaba apoyada sobre una base de manera tal que pudiese girar. Pero ¿por qué la aguja de una brújula gira? ¿Qué fuerza invisible hace que se mueva? Desde tiempos muy antiguos, se sabe que si se deja girar libremente una aguja imantada, su punta se ubica siempre hacia una misma dirección. A partir de esta observación, hace unos 450 años, el científico inglés William Gilbert concluyó que esto ocurre porque la Tierra es un imán. En el núcleo de nuestro planeta, hay materiales metálicos en estado líquido. Estos materiales se mueven y generan zonas llamadas campos magnéticos, que tienen una fuerza de atracción igual a la de los imanes. Ello hace que la Tierra se comporte como un gigantesco imán que tiene sus polos magnéticos en los extremos opuestos, cerca del Polo Sur y del Polo Norte. Por ese motivo, nuestro planeta atrae la punta de la aguja imantada siempre en la misma dirección: hacia el sur magnético terrestre.
Polo Norte geográfico
polo sur magnético
El magnetismo terrestre hace que muchas rocas volcánicas tengan la fuerza de un imán.
polo norte magnético
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Polo Sur geográfico
La Tierra se comporta como un imán gigante, con un polo norte y un polo sur magnéticos.
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CÓMO FUNCIONA UNA BRÚJULA Las primeras “brújulas” se fabricaron con una aguja imantada dentro de una cajita de bambú con agua. Para que la aguja pudiese girar, el agua tenía que estar muy calma. Con el tiempo, estos aparatos se fueron perfeccionando y se convirtieron en una herramienta para orientarse. En la actualidad existen sistemas de orientación más sofisticados y precisos, como el GPS.
La brújula y la minería En el siglo XII, se comenzaron a usar brújulas debajo de la tierra. Así los mineros podían orientarse mejor y cavar los túneles con mayor precisión. Esto fue posible porque la fuerza de atracción del campo magnético de la Tierra no se pierde en la profundidad del suelo.
Las brújulas tuvieron muchas modificaciones desde que se inventaron.
Las brújulas tienen una aguja hecha de un material magnético, que se mueve por la influencia del campo magnético de la Tierra. Esta aguja y la Tierra actúan de la misma manera que dos imanes comunes. Sin embargo, en nuestro planeta, el polo sur magnético está cerca del Polo Norte, y el polo norte magnético está próximo al Polo Sur. Por eso, la aguja señala el Norte geográfico cuando su polo norte es atraído por el polo sur magnético de la Tierra. Si a una brújula se le acerca un imán potente, el polo norte de la aguja es atraído por el polo sur del imán. Este fenómeno ocurre porque la atracción del imán sobre la brújula es más intensa que la que ejerce la Tierra.
1.
Expliquen en un texto breve cómo funciona una brújula.
2. Una parte del territorio de la Argentina está en el Polo
este tema conecta con...
CIENCIAS SOCIALES CAPÍTULO
1
página 309
3. El núcleo de la Tierra contiene materiales metálicos en estado líquido, ¿alguno de estos componentes contendrá hierro? ¿Por qué?
Sur: la Antártida. ¿Qué polo magnético de la brújula
4. ¿Hacia dónde les parece que apunta la aguja de una
apunta hacia este polo geográfico? Fundamenten la
brújula si estamos parados en el polo sur magnético
respuesta.
terrestre?
Capítulo 2 • Los materiales y el magnetismo
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MATERIALES MAGNÉTICOS EN ACCIÓN
Las tarjetas de crédito tienen su historia Alrededor de 1950, en Estados Unidos, un grupo de amigos decidió crear una tarjeta que les permitiese almorzar en restaurantes aunque no tuviesen dinero en efectivo. Las primeras tarjetas estaban hechas de un cartón grueso en el que figuraban los nombres de los locales que las aceptaban. Luego, para aumentar la seguridad, se incorporó una banda magnética en el reverso, que almacena la información del cliente. En la actualidad, muchas tarjetas además tienen un microchip que evita que la información pueda ser copiada.
Los imanes tienen usos muy variados. Algunos imanes se pegan en las puertas de las heladeras, otros se usan en los costureros para separar las agujas de los hilos de coser, y otros están en las bandas magnéticas de las tarjetas de crédito. También hay imanes en el interior de la puerta de la heladera o de las alacenas, para que estas cierren de manera más hermética.
Muchos de los objetos que usamos todos los días tienen imanes.
Los imanes también se utilizan en las industrias; por ejemplo, en la fabricación del hierro, se usan grúas con grandes imanes para separar la chatarra, que son los restos de materiales de hierro oxidado.
Objetos muy diferentes, como las máquinas que levantan la chatarra en la industria y los altavoces de las estaciones de tren, contienen imanes en su estructura.
Además, los imanes y el magnetismo están presentes en el funcionamiento de diversos aparatos y máquinas que se usan en la medicina, en el transporte y en el hogar. 216
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Los imanes y el magnetismo también se utilizan para guardar información. Por ejemplo, los discos rígidos de las computadoras y las cintas de los videos tienen pequeñísimos imanes sobre su superficie. En estos imanes se guardan los datos, y solo pueden ser leídos por aparatos que también contengan imanes.
Con el avance de la tecnología, el magnetismo se utilizó en la fabricación de aparatos útiles para el diagnóstico en medicina. Este es el caso de la Resonancia Magnética Nuclear o RMN. En estos estudios se utiliza un resonador magnético, que es un aparato que contiene grandes imanes en su estructura, y que toma imágenes del interior del cuerpo.
1.
Hagan una lista con los objetos y aparatos de sus casas que les parece que tienen imanes en alguna parte. ¿Cómo podrían comprobar si realmente esos objetos tienen imanes?
Algunos trenes tienen una gran cantidad de imanes en su base y andan sobre vías que también tienen imanes. Estos trenes, llamados de levigación magnética, funcionan a medida que se genera rechazo y atracción entre los imanes de su base y los de las vías. De esta manera, el tren se desplaza “flotando”, sin apoyarse, y alcanza velocidades de hasta 500 km/h.
Los parlantes son conos de papel que están conectados a un imán. Al reproducir un CD en la computadora, la música y su ritmo hacen que el imán vibre. Esta vibración se transmite al cono, y este comienza a vibrar. De esta manera, el sonido que se está reproduciendo llega a nuestro oído.
2. Los imanes que usamos habitualmente no son naturales, ¿por qué creen que ocurre esto?
3. Diseñen una experiencia utilizando una brújula para comprobar que los parlantes tienen imanes.
Capítulo 2 • Los materiales y el magnetismo
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TA L L E R D E
CIENCIAS LA FUERZA DE LOS IMANES Como vieron, los imanes tienen la propiedad de atraer ciertos metales. Ahora bien, ¿todos los imanes tienen la misma fuerza? Para realizar una investigación que responda a esta pregunta es necesario elaborar una hipótesis, es decir, una posible respuesta. En este caso, la hipótesis podría ser la siguiente:
HIPÓTESIS
Todos los imanes de igual forma tienen la misma fuerza.
Para verificar si la hipótesis es correcta, se puede realizar un experimento, por ejemplo, se puede contar la cantidad de ganchitos metálicos, en cadena, que cada uno de los imanes puede sostener.
MATERIALES
10 clips de acero • 3 imanes de distintos tamaños (con igual forma).
PROCEDIMIENTO Sostengan uno de los imanes con una mano, y con la otra, acerquen un ganchito. 2. Acerquen un nuevo ganchito al que está pegado al imán. Luego, repitan con un nuevo ganchito, en este caso, acercándolo al segundo. Continúen con el tercero y con el cuarto, hasta que el imán no pueda sostener más ganchitos. 3. Repitan los pasos anteriores con los otros dos imanes.
1.
RESULTADOS Anoten en una tabla como la que sigue el número máximo de ganchitos que cada imán logró sostener.
Imán 1 2 3
¿QUÉ MEDIMOS? Hay que medir la cantidad máxima de ganchitos, en cadena, atraída por cada imán. De este modo, se comprueba si los distintos imanes tienen la misma fuerza o no.
¿QUÉ RESULTADOS ESPERAMOS? Si la hipótesis es correcta, se espera que todos los imanes atraigan el mismo número de ganchitos.
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Número de ganchitos
1.
Supongan que el imán A pegó 3 ganchitos; el imán B atrajo 5 clips, y el imán C, 7. ¿Qué dirían respecto de la hipótesis? ¿Es correcta o incorrecta?
2. ¿Qué experimento harían para verificar si los imanes con formas distintas tienen más o menos fuerza?
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ACTIVIDADES DE INTEGRACIÓN 1. Resuelvan el siguiente acróstico teniendo en 4. Completen las palabras que falcuenta las definiciones que aparecen debajo. I M A N E S
tan en el mapa conceptual.
Magnetismo el más grande es
es propio de los
atraen a los materiales
1. Materiales que son atraídos por un imán. 2. Objeto que mueve o atrae algunos materiales. 3. Instrumento que contiene una aguja que indica dónde está el Norte geográfico. 4. Material del que están formados los imanes naturales.
sus polos geográficos se ubican con una
brújula
5. Cuando se calienta un imán, este se ___________. 6. Zonas del imán que tienen más potencia.
2. Marquen
por ejemplo
5. Escriban
un texto sobre el magnetismo.
las frases correctas y expliquen Utilicen las siguientes palabras: magnetita •
por qué las otras son incorrectas.
Tierra • polos • materiales magnéticos • brújula
a. La mayor fuerza de un imán está en el medio. • imanes. b. La aguja de la brújula indica el norte magnético de la Tierra.
c. Si se corta un imán en varias partes, se forman nuevos imanes.
d. Los imanes redondos no tienen polos. e. Lo único que define la potencia de un imán es su tamaño.
6. Vean la animación sobre el magnetismo en el sitio de Internet http://bit.ly/Lz1rAr
a. ¿Por qué el mamut se cae cuando le ponen los imanes herradura?
b. ¿Qué es un electroimán? ¿Cómo funciona? ¿En qué se diferencia de un imán? ¿Para qué se lo utiliza?
3. Camila y Mariano hicieron el siguiente ex-
c. ¿Qué otras cosas nuevas aprendieron con
perimento con imanes. En un vaso colocaron
el video?
un poco de aceite; en otro, alcohol, y en un tercero, pusieron jugo de naranja. A cada uno de los tres vasos, le agregaron tres ganchitos metálicos iguales. Luego, acercaron un imán a los vasos, de a uno por vez, y observaron que en todos los casos los ganchitos se acercaban al imán. ¿Qué pregunta querrían responder con este experimento? ¿A qué conclusiones
¿Qué sé ahora que antes no sabía? Después de leer los temas de este capítulo, seguramente aprendieron cosas que antes no sabían. Vuelvan a observar las imágenes de la primera página del capítulo, y respondan nuevamente a las preguntas que se plantean allí. Esta vez, con lo que aprendieron acerca de los imanes y del magnetismo.
llegaron? Capítulo 2 • Los materiales y el magnetismo
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