Presentación
Estimados estudiantes, madres y padres de familia, tutores, maestras y maestros; la secretaría de Educación y Deporte del Estado de Chihuahua y los Servicios educativos del Estado a través de la Dirección de Educación Secundaria y Superior, en colaboración con el Departamento de Secundarias Generales, les deseamos salud y bienestar ante esta pandemia declarada por la OMS. La disposición de aislamiento voluntario emitida por la Secretaría de Salud estableció la suspensión de la asistencia a las escuelas, lo que prioriza la seguridad de todos los integrantes de la sociedad y ha conformado un escenario para la implementación de acciones que invitan una vez más a la solidaridad y al trabajo colaborativo. Tenemos plena certeza que contamos con la disposición y el entusiasmo de todos los involucrados en la comunidad educativa y podemos decir con orgullo que la educación de sus hijas e hijos sigue en marcha. Conscientes de la situación ponemos a su disposición el siguiente material, que será de gran utilidad para que los estudiantes fortalezcan sus aprendizajes y cuenten con una evidencia tangible del trabajo desarrollado en casa durante todo el primer trimestre, con un ritmo de aprendizaje propio, lo cual indudablemente impactará de manera favorable en su desempeño académico. Las guías contiene actividades de las asignaturas con mayor carga curricular programática: español, matemáticas y ciencias. Es importante precisar que esta acción implica que la guía sea parte de la carpeta de experiencias de aprendizaje en casa, se entregue a las escuelas al regresar a clases y complemente el trabajo que los docentes establecieron desde el comienzo del aislamiento voluntario. Esta y otras acciones, como el trabajo en plataformas en línea, el programa “Aprende en casa II”, la página web “Aprendiendo en casa” de la SEyD del estado y el contacto directo vía redes sociales con sus maestros, garantizarán que el 100% de los estudiantes avancen en sus aprendizajes desde su hogar, independientemente de los recursos con que cuente; al término de esta situación volveremos a las escuelas a continuar con el desarrollo humano, cognitivo y social de todos los que estamos inmersos en la tarea educativa.
Créditos
Coordinación general Efraín Araiza Sánchez Nancy Gabriela Contreras González Juan Guillermo Paredes Morín Coordinador estatal de asignatura Olga Carolina Sáenz Chávez Edición, diseño y responsables de contenido René Martínez Sandoval Daniel Armando Espinoza Chacón Nancy Gabriela Contreras González Everardo Ávila Ramírez Enrique Alejandro Moreno Varela María Yolanda Murillo Castro Olga Carolina Sáenz Chávez
CIENCIAS Y TECNOLOGÍA ÉNFASIS FÍSICA
1
Movimiento de los objetos
APRENDIZAJE ESPERADO 1. Comprende los conceptos de velocidad y aceleración. 2. El movimiento de los objetos Marco o sistema de referencia ACTIVIDAD 1: A continuación se presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante esta secuencia.
Te encuentras a bordo de un autobús en una terminal. Hay varios autobuses alineados al tuyo y el de junto retrocede muy despacio. Tu compañero de asiento dice: “Hemos comenzado a movernos”. Sin embargo, para ti, tu autobús sigue en reposo ¿Quién tiene razón? ¿Cómo lo justificarías? Escribe en ti cuaderno tus conclusiones. ACTIVIDAD 2. Contesta en tu cuaderno las siguientes preguntas: ¿Por qué sé que algo se está moviendo? ¿Cuáles son los tipos de movimiento que conozco? ¿Puedo clasificar los movimientos? ¿Cómo? ¿Qué sentidos empleamos para percibir el movimiento de un autobús? Describe cómo sería la experiencia para cada sentido. ¿Todas las personas perciben el movimiento de la misma manera que tú? ¿Por qué? Lee el siguiente texto. Pon atención en cómo percibimos el movimiento usando los sentidos. ¿Cómo sabemos que algo se mueve? Imaginen que nos encontramos el mapa de un tesoro enterrado con las siguientes instrucciones: “Colocarse en el mástil de la Plaza Mayor, caminar 500 metros hacia el este y 57 metros hacia el norte”. En este ejemplo, las instrucciones definen la posición del tesoro, y el mástil es el punto de referencia. Las instrucciones cambiarían si cambiamos el punto de referencia escogido. El punto de referencia lo empleamos también para determinar si algo se mueve. Por ejemplo, para determinar si un automóvil se mueve, podemos mirar hacia el pavimento de la avenida, si el auto se aleja o se acerca a este punto, esto significa para nosotros que el auto se mueve. Este punto fijado por nosotros es un punto de referencia. Podemos elegir, como punto de referencia, un punto cualquiera del espacio: una esquina del salón de
clases, el centro del patio o la base del árbol más próximo. Empleamos principalmente la vista para percibir que algo se mueve, no obstante, como otros seres vivos, tenemos otras posibilidades sensoriales para localizar un objeto y percibir su movimiento. Por ejemplo, los perros, gracias a su desarrollado sentido del olfato, perciben si su amo se está acercando o alejando. También podemos percibir el movimiento a través del sonido, la luz y el calor que emite un objeto que se mueve con respecto a nosotros y saber si se está acercando o alejando. Hay sonidos característicos que nos indican si algo está en movimiento. Por ejemplo, sin verlo, podemos percibir si un mosquito se acerca o se aleja de nosotros, por el sonido que emite cuando se acerca rasante a nuestra cara. Existen movimientos muy rápidos o muy lentos que los sentidos no pueden detectar fácilmente. Por ejemplo, no podemos ver el movimiento de las alas de un colibrí. No podemos apreciar, tampoco, cómo el caudal de un río erosiona las rocas. Para detectar algunos de estos fenómenos recurrimos a instrumentos como el cine o el video, que pueden mostrar, según nos convenga, más lento o más rápido un movimiento, y así, poderlo analizar. En tu cuaderno menciona dos ejemplos de movimientos que percibes mediante los sentidos de la vista y el oído. • Indica en cada caso el punto de referencia. Nosotros percibimos los cambios y el movimiento por medio de nuestros sentidos. Realiza en tu cuaderno una reflexión acerca de lo que consideras que es el movimiento y porque crees que las cosas se mueven.
ACTIVIDAD 3 (PRÁCTICA ): Realizar los siguientes experimentos en donde se estudia el movimiento: a) Describir en tu cuaderno con el menor número de palabras, cuáles son los movimientos que se requieren para pararse de manos. Ponerlo en práctica y que alguien te ayude teniendo mucho cuidado. b) consigue una pelota de hule, y realiza la siguiente actividad: Busca una barda y colócate frente a ella, a una distancia de unos tres metros. Lanza la pelota contra la pared de tres formas por varias veces (con diferente fuerza). Clasifica en una tabla los lanzamientos en “lentos”, “moderados” y “rápidos” Describe las características que distinguen a los tres tipos de movimiento, enfatizando el registro de lo que percibes y de lo que no alcances a ver. “Concluye”, señalando las limitaciones de la vista para describir el movimiento en su totalidad. Trayectoria, desplazamiento y distancia recorrida
Lee el texto. El movimiento es parte de nuestra vida. Por ejemplo, la sangre circula por todo el cuerpo llevando nutrimentos y oxígeno a todas las células, tejidos y órganos, a través de las arterias. Los músculos y huesos de nuestros brazos y piernas nos permiten caminar, correr y jugar. Existen algunos organismos que realizan migraciones y se desplazan de un lugar a otro,
como la mariposa monarca. El movimiento también está presente en la materia inerte. Por ejemplo, un río corre llevando piedras, lodo y materia orgánica desde las montañas hasta el mar, y el viento mueve las nubes de un sitio a otro. Incluso los continentes se mueven, aunque su desplazamiento sea evidente sólo después de miles de años. La Tierra gira sobre su eje cada 24 horas aproximadamente y, al mismo tiempo, se desplaza alrededor del Sol siguiendo una trayectoria elíptica que se completa en 365 días. Y eso no es todo: El Sol y los planetas que lo circundan, se mueven en una órbita gigantesca alrededor del centro de la Vía Láctea. Lo sorprendente es que estos movimientos ocurren sin que nos demos cuenta ¡Por lo visto, todo el tiempo algo se mueve dentro o fuera de nosotros. Actividad1. A continuación se presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido hasta ahorita. Le has ofrecido a tu hermana que al salir de la escuela, puedes ayudarle a dejar tres invitaciones para su fiesta de quince años, aunque esto te desvíe un poco de tu camino habitual de la escuela a la casa. En las indicaciones, ella te escribe lo siguiente: “En ninguna casa te detengas, sólo mete el sobre en el buzón. Por la calle Juárez, camina 200 pasos en dirección al sur. Allí está la casa 1. Después, caminas 450 pasos en dirección este y llegarás a la casa 2. La tercera y última casa se encuentra a 600 pasos al norte de la casa 2. Cuando termines, regresa a nuestra casa, situada a 150 pasos al oeste de la casa 3. Puedes hacer todo el recorrido en media hora si mantienes el mismo paso. ¡Gracias!” Contesta en tu cuaderno lo siguiente: 1. ¿Cuál es la distancia total recorrida para entregar las invitaciones desde la escuela hasta tu casa? Dibuja la trayectoria. 2. ¿Cuál es la cantidad y la dirección del desplazamiento neto? 3. Si mantienes el mismo paso, ¿en qué tiempo llegarías por el camino habitual de la escuela a tu casa, que es una línea recta? ACTIVIDAD 2: Lo que pienso del problema Realiza en tu cuaderno lo que se pide: 1. Representa en un dibujo el camino seguido para repartir invitaciones. 2. ¿Cuál sería en este caso, medida en pasos, la distancia total recorrida y cuál la magnitud del desplazamiento neto? 3. ¿Qué dirección tuvo el desplazamiento neto? 4. ¿Cuántas posiciones intermedias reconoces en el mapa? 5. Caminando al mismo paso que para hacer las entregas, ¿en cuánto tiempo llegarías a tu casa por el camino habitual, que es una en línea recta? ACTIVIDAD 3:
Lee el siguiente texto. • Antes de la lectura responde en tu cuaderno la pregunta del título del texto con un ejemplo. ¿Es lo mismo trayectoria que desplazamiento? Para describir el recorrido de la escuela a nuestra casa podemos dibujar el trayecto como una sucesión de segmentos. Si fuéramos avanzando por una carretera, ocuparíamos distintas posiciones, que podemos marcar con puntos. La sucesión de estos puntos es nuestra trayectoria. Por ejemplo, una mosca puede moverse en círculos, por lo que su trayectoria es circular; la Tierra, por su parte, sigue una trayectoria elíptica al girar alrededor del Sol. Cada trayectoria tiene una longitud
de trayectoria determinada, que no es otra cosa que la distancia recorrida por el cuerpo en movimiento. Para distinguir cuando vamos de ida y cuando venimos de regreso por una carretera, hablamos de sentido de movimiento. Por otra parte, si trazamos un segmento que una los puntos inicial y final de la trayectoria estaremos representando el desplazamiento del objeto. Puedes darte cuenta que esta cantidad no depende de la forma de la trayectoria intermedia. Representa la distancia más corta entre las posiciones inicial y final, pero contiene otra información adicional: nos dice en qué dirección se movió el objeto al pasar de una posición a otra. Conviene dibujar el segmento como una flecha que apunta de la posición inicial hacia la posición final: nos dice de paso cuál es el sentido de movimiento. Te podrás dar cuenta de que la longitud de la trayectoria es siempre mayor o igual al desplazamiento. Conocer la trayectoria de un objeto nos dice exactamente qué posiciones puede ocupar a lo largo de su movimiento. Esto puede ser muy útil para estudiar, por ejemplo, los hábitos de algunas especies migratorias, la diseminación de un medicamento por el torrente sanguíneo, o bien, para determinar la responsabilidad del conductor de un vehículo en un accidente, al considerar la evidencia de las marcas de las llantas sobre el pavimento. En tu cuaderno:. Elabora una tabla comparativa entre trayectoria y desplazamiento neto. Trayectoria y Desplazamiento Semejanzas
Diferencias
2. Haz un dibujo en el que el tamaño del desplazamiento neto de un móvil sea igual a la longitud de su trayectoria. 3. Dibuja dos trayectorias posibles de su casa a la escuela y tracen el desplazamiento neto. Elabora en tu cuaderno una conclusión de lo que has aprendido hasta ahora sobre trayectoria y desplazamiento. Velocidad y rapidez ¿Conoces la favila de la liebre y la tortuga? Se trata de una historia escrita por Esopo en la antigua Grecia narra de una ocasión la liebre se burlaba de la tortuga, y esta la reto a una carrera. La liebre, segura de ganar, acepto. Una vez iniciada la competencia, la liebre, al avanzar mucho más que la tortuga, pensó que ganaría con facilidad, así que decidió no agotarse y detenerse a comer y descansar. Luego se quedó dormida y la tortuga, a paso más lento pero constante, se acercó a la meta. Cuando despertó la liebre se percató de que la tortuga estaba a punto de ganar y corrió lo más rápido que pudo, pero no logro alcanzarla. La tortuga llego primero a la meta y la liebre perdió la carrera. De la anterior lectura contesta en tu cuaderno las siguientes preguntas: ¿A quién consideras más rápida? ¿Porque? ¿Si la tortuga llego primero a la meta hizo menos tiempo? En la vida cotidiana encontramos las palabras de “rapidez” y “velocidad” ¿qué entiendes por velocidad? ¿Qué entiendes por rapidez? ¿Qué diferencias existen entre ellas o son lo mismo? Entonces ¿qué es la rapidez? La rapidez expresa la celeridad con que se mueve un objeto. La rapidez de un objeto es la tasa de la distancia total que recorre en un intervalo de tiempo dado. Las unidades en las que se mide son las millas por hora (mph), los centímetros por segundo (cm/s o cm/s), los metros por segundo (m/s o m/s) o los kilómetros por hora (kph o km/h). Calcular la rapidez consiste en observar la distancia que recorre un objeto y el tiempo que le toma hacerlo. Después se calcula la rapidez a partir de esas observaciones dividendo la distancia entre el tiempo.
Actividad 1: Sal a la puerta de tu casa y con un reloj, cronometro o con tu teléfono celular, mide el tiempo que tardan los carros en pasar por la puerta de tu casa desde la esquina más lejana. Nota: mide con pasos grandes la distancia que hay desde tu casa hasta la esquina de referencia. Llena el siguiente cuadro: Color del carro
Tiempo que hizo
Pasos de distancia
¿Cuál fue el carro que hizo menor tiempo? ¿Cuál carro crees que iba más rápido? Imagina que cierto día vas a tu escuela caminando y no tienes prisa, pero al día siguiente se te hace tarde y decides ir en bicicleta para llegar puntual. En los dos casos, si sigues el mismo camino, la distancia de la casa a la escuela es igual. En realidad, lo que cambiará será el tiempo transcurrido porque, en el primer caso, irás lento y en el segundo rápido. Dicha relación entre la distancia y el tiempo se llama rapidez y se define como la distancia recorrida por un objeto entre el tiempo que le lleva hacerlo. Identificamos la relación matemática de la rapidez con la siguiente fórmula: r = d/ t Todo cambia En el siglo XVIII el coche de colleras era jalado por seis mulas o caballos y alcanzaba una rapidez de 60 km/h. Actualmente, el auto más veloz del mundo alcanza una rapidez de 434 km/h. ¿Cómo imaginas que serán los medios de transporte dentro de unos años? ¿Qué más necesitamos para describir el movimiento? La rapidez y la velocidad son datos fundamentales para describir el movimiento. Un objeto se mueve con mayor rapidez que otro cuando recorre la misma distancia en menos tiempo, no importando hacia dónde se dirija. Si medimos la longitud de la trayectoria de un compañero que cruza el patio de la escuela corriendo, y la dividimos entre el tiempo que tardó en llegar, obtendremos su rapidez. En las competencias olímpicas, por ejemplo, los atletas más rápidos son capaces de recorrer 100 metros planos en menos de 10 segundos. Si dividimos 100m entre 10s, obtenemos un valor de 10 m/s, que es precisamente la rapidez. El valor de la rapidez promedio, que representaremos con la letra v, se calcula dividiendo la distancia total entre el tiempo empleado, lo que se puede expresar como v = d/t. Así, por ejemplo, si un objeto recorre 300 kilómetros en dos horas, entonces, su rapidez es de: Esto significa que cada hora, el automóvil recorre 150 km. Conociendo la rapidez y el tiempo, podemos saber cuál es la distancia recorrida al despejar la fórmula.
Por otra parte, la cantidad llamada velocidad nos proporciona más información sobre el movimiento de un objeto. Porque además de qué tan rápido se mueve, nos dice para dónde va. A manera de ejemplo, tomemos un movimiento rectilíneo donde un objeto se mueve desde la posición x i = 5 m hasta la posición x f = -7 m en 4 segundos. Según nuestras definiciones anteriores, podemos decir que la rapidez fue de: En tanto que la velocidad, representada por la misma letra v, se calcula como: El signo menos nos da, en este caso, una información extra: el objeto se dirige hacia la izquierda. Entonces, la velocidad se define, en un movimiento La velocidad es la rapidez en la que viaja un objeto en una dirección en específico. Matemáticamente, la velocidad se describe como el cambio de posición de un objeto en determinado tiempo. Este concepto fundamental aparece en muchos problemas básicos de física. La fórmula que debas usar dependerá de lo que sepas sobre el objeto, así que presta mucha atención al problema para así usar la fórmula correcta Actividad 1: Sabías que…Las personas dedicadas a las ciencias le llaman magnitudes físicas a las propiedades de los objetos que se pueden medir. Por ejemplo, la longitud y el tiempo. ¿Qué mide el velocímetro de un automóvil, la velocidad o la rapidez? En tu cuaderno Explica tu respuesta. ¿Te sirve conocer la diferencia entre estos conceptos para resolver el problema? Dibuja en tu cuaderno el velocímetro del carro o camión en el cual has viajado. En realidad debería llamarse “rapidímetro”, para hacerles ver que para conocer la velocidad de un móvil no basta con saber el valor numérico, sino la dirección de la trayectoria. Actividad 2: Calculen la rapidez de un cuerpo en movimiento. 1. Utilicen los datos de la tabla para: a. Calcular la rapidez de un alumno que camina por cada segmento de la trayectoria. b. Calcular la rapidez del alumno cuando corre por cada segmento de la misma trayectoria. 2. Escriban los valores calculados de la rapidez en la columna correspondiente. Caminando Segmento Tiempo (s) Rapidez (m/s) Tiempo (s) Rapidez (m/s) Corriendo Distancia Recorrida (m) 1 10 3 2 2 20 6 4 3 30 9 6 4 40 12 8 3. Elaboren dos gráficas de distancia y tiempo. Tracen los datos del tiempo en el eje horizontal.
Analiza lo siguiente y contesta en tu cuaderno: 1. ¿Cómo se puede saber si un objeto es más rápido que otro en una tabla de datos? 2. ¿Cómo se puede saber si un objeto es más rápido que otro en una gráfica? Observa la inclinación de la recta al unir los puntos.
3. ¿Qué ventajas ofrece una gráfica para describir el movimiento? 4. Si se recorre la misma distancia en cada tramo, ¿por qué la rapidez es diferente? ¿Qué elementos nuevos tienes ahora para contestar el problema? De regreso a el problema “Le has ofrecido a tu hermana que al salir de la escuela, puedes ayudarle a dejar tres invitaciones para su fiesta de quince años, aunque esto te desvíe un poco de tu camino habitual de la escuela a la casa. En las indicaciones, ella te escribe lo siguiente: “Por la calle Juárez, camina 200 pasos en dirección al sur. Allí está la casa 1. En ninguna casa te detengas, sólo mete el sobre en el buzón. Después, caminas 450 pasos en dirección este y llegarás a la casa 2. La tercera y última casa se encuentra a 600 pasos al norte de la casa 2. Cuando termines, regresa a nuestra casa, situada a 140 pasos al oeste de la casa 3. Puedes hacer todo el recorrido en media hora si mantienes el mismo paso. ¡Gracias!” 1. ¿Cuál sería la distancia total recorrida para entregar las invitaciones desde la escuela hasta tu casa? Dibuja la trayectoria. 2. ¿Cuál es la cantidad y la dirección del desplazamiento neto? 3. Si mantienes el mismo paso ¿en qué tiempo llegarías a tu casa por el camino habitual, que es una línea recta? ” Resuelve el problema en tu cuaderno. 1. Si la cantidad y dirección del desplazamiento neto es igual a las de la trayectoria 2. Si mantuviste la misma rapidez en las posiciones intermedias del recorrido, o si lo que mantuviste constante fue la velocidad. Aceleración ¿Para qué te sirve el concepto de aceleración en la resolución del problema? Resuelve el problema “Tu salón de clases se encuentra en el segundo piso de la escuela. Un compañero en la planta baja te pide prestada una goma. Al dejarla caer desde el balcón desprendes accidentalmente un ladrillo que estaba flojo. Si los dos objetos están a la misma altura cuando empiezan a caer, ¿cuál de los dos caerá primero? ¿Cuál de los dos tendrá mayor velocidad al llegar al piso? ¿Cómo lo demostrarías?” ¿Qué es la aceleración? Sabemos por experiencia que cuando soltamos un objeto, éste no se queda suspendido en el aire sino que cae verticalmente. Mientras lo hace, aumenta constantemente su velocidad antes de estrellarse contra el piso. Este cambio de velocidad es la variable conocida como aceleración. Si, por el contrario, un objeto se mueve sin experimentar un cambio de velocidad, se dice que se desplaza a velocidad constante. Por ejemplo, supongamos que en un momento dado, un autobús viaja hacia Acapulco con una velocidad de 100 km/s. Después de dos horas, el velocímetro marca 120 km/h, de manera que hay una diferencia de velocidades en 2 horas, es decir:
Este valor indica que ha habido una aceleración promedio de 10 km/h2 En el caso anterior, la aceleración se expresa en km/h2, pero según el Sistema Internacional de Unidades se expresa en metros sobre segundo al cuadrado, m/s2. Existe una aceleración cuando cambia la velocidad; y a mayor incremento en la velocidad se incrementa la aceleración. En forma práctica podemos decir, que en intervalos de tiempo iguales, mientras más grande sea la diferencia de velocidades en el numerador, la aceleración es mayor. Esto significa que la aceleración es directamente proporcional al cambio de velocidad.
En esta gráfica se observa cómo en intervalos de una hora, la velocidad de un objeto aumenta desde 100 km/h hasta 130 km/h. Esto indica que la aceleración es de 10 km/h2 Si un cambio de velocidad fijo se hubiera producido en el doble de tiempo, es decir en 4 horas, la aceleración sería más pequeña, porque la aceleración y el tiempo son inversamente proporcionales:
La fórmula que expresa la aceleración es: a = vf – vi /t Donde: vf , vi son la velocidad final e inicial, respectivamente t es el tiempo en el que ocurre el cambio de velocidad Galileo Galilei encontró que cuando el rozamiento del aire es mínimo todos los objetos caen simultáneamente y en línea recta hacia el suelo, sin importar cuál sea su peso. Su heredero científico, Isaac Newton descubrió el agente que causa la aceleración en los cuerpos que caen: la fuerza de gravedad. La aceleración que imprime esta fuerza es constante y uniforme en la cercanía de la superficie terrestre y se denomina, en consecuencia, aceleración de la gravedad. Se representa con la letra g y su valor es de 9.8 ms2. El agua de la cascada cae Respondan en el cuaderno: libremente 1. En el pie de figura del dibujo de la lluvia, ¿qué quiere decir “cada gota de lluvia se acelera verticalmente hacia abajo”? 2. ¿Cuál de las siguientes fórmulas corresponde a la de aceleración en una caída libre? Justifiquen su elección
3. Si quisieran obtener el tiempo de caída de un objeto, ¿cómo lo obtendrían de la fórmula seleccionada en la pregunta 2?
ACTIVIDA 1: ¿Qué pasa cuando te aceleras? Identifica los distintos tipos de movimiento. Para ello: 1. Marquen con una la magnitud que corresponda a cada descripción. 2. Expliquen su elección en la última columna. 3. Fíjense en el ejemplo. Tipo de movimiento Descripción a) Un tornillo flojo se desprende de una lámpara del techo y choca con el suelo en menos de un segundo.
aceleración constante
Velocidad constante
Explicación La velocidad del tornillo va aumentando conforme cae. Por lo tanto tiene aceleración constante.
b) En una carretera con mucho tráfico, un conductor dice que viajó a 30 km/s durante una hora.
c) Un trapo mojado cae del tendedero al piso.
d) Un corredor arranca y alcanza 10 m s en 5 segundos
¿Para qué me sirve lo que aprendí? Para hacer pruebas de la resistencia de muchos materiales de construcción, los fabricantes dejan caer objetos para que adquieran grandes velocidades y así probar cómo se deforma al impactarse con el suelo • Utiliza los conceptos de aceleración y velocidad para responder en tu cuaderno 1. ¿Qué tiempo se requiere dejar caer libremente un ladrillo para que alcance una velocidad de 200 m/s? 2. ¿Qué forma tendría la gráfica de posición y tiempo de este movimiento? 3. Si una lámina y un ladrillo se dejaran caer al mismo tiempo, ¿cambiarían las características del movimiento? Expliquen.
2
Las fuerzas: interacción entre objetos
Actividad
1
Realiza la lectura al párrafo de “las interacciones en nuestra vida” y responde las preguntas.
Interacciones en nuestra vida En nuestra vida cotidiana podemos apreciar una gran variedad de interacciones en los cambios que presentan los objetos, ya sea que se muevan, se detengan, cambien de velocidad o se deformen. En cualquier juego de pelota puedes observar varios tipos de interacción. Por ejemplo, en un partido de tenis cuando se lanza la pelota, al golpearla con la raqueta, cuando cambia su dirección y magnitud de velocidad, al rebotar en el suelo, e incluso, su interacción con el aire. Si pudiéramos ver cuando la raqueta toca la pelota apreciaríamos cómo esta se deforma. No todas las interacciones que conoces tienen que ver con golpear, dejar caer o impulsar objetos. Es probable que hayas tenido experiencias con el movimiento que produce un imán sobre un clavo o cuando dos globos que has frotado en tu pelo se separan o se juntan. Al observar estas interacciones pueden surgir algunas interrogantes, por ejemplo, cómo ocurren estos fenómenos y qué efectos producen en los objetos. Esto nos lleva a responder preguntas como: ¿Por qué cuando lanzas una pelota hacia arriba, esta regresa hacia ti? ¿Por qué puedes dejar pegado un globo en la pared después de frotarlo en tu pelo? ¿Qué formas de describir estas interacciones conoces? Actividad
2
Analizando las interacciones: Para comenzar a conocer las interacciones entre los objetos hagamos una actividad exploratoria en la que se muestre la interacción.
1. Planea una actividad en la que se muestre una interacción entre dos objetos. Debe implicar una fuerza de contacto, esto es, que no actúe a distancia; ejemplos de esas interacciones son jalar, empujar, golpear, etcétera. Redacta el desarrollo de la actividad. Llévenlo a cabo y registra lo que observaste. Ilustra el fenómeno que observaste. Puedes tomar fotografías o hacer dibujos. Explica por qué se mueven los objetos que interactuaron. 2. Investigue algunos ejemplos de interacciones, tanto por contacto como a distancia. Recurra a opciones que impliquen cosas cotidianas que haya a su alrededor, a fin de comprender que todo en el mundo implica interacción de algún tipo. 3. Escriba comentarios sobre lo que es interacción: eléctrica magnética por contacto, mecánicas a distancia. 4. Relaciona cada efecto de interacción entre dos objetos con su explicación.
A) Un adorno con imán se pega a un
5.
refrigerador. B) Un sillón cuando alguien se sienta en él. C) Un futbolista golpea un balón y mete gol. D) Una esfera de unicel se pega a una bolsa de plástico. E) Dos imanes se separan cuando alguien los acerca. Completa el siguiente cuadro:
(
) Movimiento
( ( (
) Deformación ) Atracción magnética ) Repulsión magnética
(
) Atracción eléctrica
6.
Comentar el tipo de interacción que se presenta. Promueva que los jóvenes digan si la interacción es directa, indirecta, mecánica, etc.
7. Contesta: • ¿Cómo se relacionan las interacciones entre sí? • ¿Solo hay una interacción en cada situación? • ¿Puede haber interacciones que ocurran de forma aislada? 8. Explique que en un suceso ocurren múltiples interacciones al mismo momento (cuando un futbolista golpea un balón, por ejemplo, hay movimiento, deformación, sonido y fuerza calórica, entre otros). 9. Responda las siguientes preguntas: ¿Qué interacción piensas que ocurre cuando sueltas un objeto desde cierta altura? ¿Por qué buscas una aguja con un imán? ¿Por qué un globo que frotas con tu pelo se adhiere a la pared? Actividad
3
Cambio de dirección
1. Observa un video de patinadores sobre hielo para ver el cambio de dirección, en el cual se aprecian las interacciones entre dos cuerpos. 2. Según lo observado en el video, describe en una hoja qué fuerza o interacción produjo el cambio de dirección del movimiento. Incluye esquemas en tu explicación. 3. Menciona tres ejemplos de la vida diaria en los que se emplea una fuerza para modificar la dirección de un objeto en movimiento. Para cada caso describan, con detalle, lo que ocurre. 4. En la misma hoja que usaste en el paso 2, escribe una conclusión acerca de los efectos de las fuerzas en los objetos. Incluye uno de los ejemplos mencionados. 5. Guarda tus respuestas en la carpeta de trabajo.
Actividad
4
Esta sesión tiene como propósito que los escolares ahonden en el tema de las interacciones indirectas, para introducirlos al concepto de fuerza de atracción.
1. ¿Cómo crees que se dan las interacciones indirectas? ¿Qué tipo de fuerzas, como la gravedad, están en juego?
A partir de las respuestas plantee el problema de hasta dónde se puede considerar un contacto como directo. Podría problematizar con el caso del aire: ¿ejerce contacto directo o indirecto?
2. Realiza la experiencia de la regla y los pedacitos de papel. Después, haz lo que se te pide: Describe en tus hojas de cuaderno lo que sucede e ilústralo. Explica qué ocurre cuando se acerca o se aleja la regla de los papelitos. Escriba por qué se dice que en este caso hay una interacción y por qué la interacción cambia al alejar o acercar la regla. Escribir las conclusiones en el cuaderno.
Actividad
5
Interacción electrostática entre globos
Pregunta inicial ¿Por qué se mueven los globos? Hipótesis Expliquen cuáles son los elementos necesarios para hacer funcionar un circuito eléctrico. Redacten en su cuaderno la respuesta a la pregunta ¿por qué se mueven los globos? Material 2 globos 1 gancho de ropa 1 bolsa de polietileno o tela de nailon 2 hilos largos del mismo tamaño Procedimiento y resultados Inflen los dos globos tratando de que queden del mismo tamaño. Aten un hilo a cada uno de los globos. Unan al gancho de ropa el otro extremo de cada hilo, de tal forma que los globos queden separados por un espacio de aproximadamente 10 cm. Sujeten el gancho de modo que los globos cuelguen libremente. Froten los dos globos con la bolsa de polietileno o la tela de nailon. Observen lo que sucede y regístrenlo en sus hojas de cuaderno
Análisis y discusión Describan en su cuaderno lo que sucedió y dibujen lo observado. Pueden consultar libros de física o literatura especializada en electrostática para saber cómo porqué se mueven los globos. Conclusión Explique lo que ha observado y responda: o Si los dos globos cuelgan sin tocarse, ¿por qué después se mueven? o ¿Qué tipo de interacción hay? ¿Cómo lo saben? o ¿Qué sucede si acercan su mano a los globos? ¿Cómo es la interacción? o ¿Qué pasa si acercan la bolsa a los globos? ¿Cómo es la interacción?
En las fuerzas magnética y eléctrica se da una transmisión de energía sin un objeto de por medio. Este tipo de interacciones se dan todo el tiempo sobre todas las cosas (por ejemplo, con el calor que transmite el Sol a los objetos durante el día).
Actividad
6
Vectores
1. Realizar la lectura sobre vectores en tu libro de texto en donde se comprenda que las fuerzas, al igual que la velocidad y la aceleración, son magnitudes vectoriales que constan de magnitud y dirección, así mismo que los vectores se representan por medio de flechas que, por su tamaño indican la magnitud, a la que se asignan las unidades correspondientes. La dirección es determinada por el ángulo que forma la flecha con el eje de las abscisas en un plano cartesiano, de la misma forma que se han indicado los vectores del desplazamiento y velocidad. 2. Realiza un organizador gráfico para recuperar las ideas principales. 3. En la figura se muestran vectores de distinta magnitud vectorial. En tus hojas de cuaderno dibuja cada uno de los vectores y explica qué fenómeno representa, por ejemplo, una fuerza, la aceleración de un móvil, etcétera. Indica lo que representa cada vector.
4. Observa la imagen que presenta las posiciones descritas por una pelota en diversos momentos de su trayectoria.
5. La pelota sube y luego baja. ¿Qué hace que se detenga en su ascenso? ¿Qué provoca que caiga cada vez más rápido? ¿Cómo está relacionada la dirección de la fuerza aplicada sobre un cuerpo con la dirección del movimiento después de haberse aplicado esa fuerza? 6. Lee y haz lo que se indica. Una esfera roja y una azul golpean al mismo tiempo una esfera verde que está en reposo. Las flechas gruesas representan la magnitud de la fuerza y las flechas delgadas la dirección del movimiento.
Sobre la figura, traza el diagrama de las fuerzas que actúan sobre la esfera verde. Luego, empleando el método del paralelogramo, súmalas. Dibuja la flecha morada que señale hacia dónde se moverá la pelota verde después del choque. 7. Responde y calcula. ¿Qué comprendes por fuerza resultante? La longitud de las flechas que representan las fuerzas en la figura demuestran su magnitud. Determina con una regla la magnitud de todas las fuerzas.
Roja
Verde
F1 ______________ F2 ______________ F3______________ 8. Lleva a cabo lo que se pide.
Azul
En la figura se muestra el choque de dos esferas del mismo tamaño y masa. La esfera roja se movía originalmente hacia la derecha con Roja rapidez constante, como lo indica la Verde flecha, y la esfera verde estaba quieta. Traza encima de ambas esferas una flecha que indique la dirección de la fuerza que se está aplicando sobre cada una. Dibuja un diagrama en el que indiques la dirección del movimiento de cada esfera después del choque
3 Actividad
Leyes del movimiento 1
¿Cómo influyen las fuerzas en los objetos?
1. De manera individual realiza lo que se indica y contesta en tu cuaderno. 2. Observa la imagen de abajo y responde lo siguiente: a) Cuando una persona ejerce fuerza sobre otra, ¿la primera también aplica alguna fuerza? Argumenta tu respuesta. b) ¿Qué es una fuerza? Explica con tus palabras a partir de lo que has estudiado en temas anteriores. c) ¿Qué nombre reciben las fuerzas de interacción entre los dos alumnos?
Observa la imagen del teleférico y contesta: a) ¿Qué dirección tienen las fuerzas cuando el aparato está en reposo?, ¿qué dirección presentan cuando se mueve? b) ¿Qué fuerzas supones que interactúan en él? c) Argumenta brevemente por qué consideraste esas fuerzas. Guarda en tu carpeta de trabajo tus respuestas, las usarás más adelante
Actividad
2
Primera ley de Newton (Inercia) Por medio de la siguiente actividad explora el efecto de una fuerza sobre los objetos
Inercia Pregunta inicial: ¿Qué efecto tendrá en los objetos en estado de reposo o de movimiento cuando se les aplica una fuerza? Hipótesis: Redacta una respuesta para la pregunta inicial.
3. Muevan el vaso rápidamente desde su estado de reposo. ¿Qué sucedió esta vez?
4.
Dibujo y explicación de lo sucedido
Hipótesis
Material: Necesitarán un vaso con agua a la mitad de su capacidad, un mantel de tela lisa y objetos diversos, como un borrador, un libro y un zapato. Procedimiento: 1. Coloquen el vaso sobre una superficie lisa y muévanlo lentamente hacia la derecha. 2. Aumenten la rapidez del movimiento y deténganlo repentinamente. ¿Qué le sucedió al agua?
Coloquen un mantel de tela lisa sobre una mesa, y pongan los objetos encima de él. Pide a tu compañero que jale de un tirón el mantel, lo más rápido posible y de manera horizontal. Observen lo que sucede y descríbanlo en su cuaderno. 5. Repitan el paso anterior, pero dando un jalón más suave al mantel, y después, uno más fuerte. Anoten lo que sucedió en ambos casos.
Dibujo y explicación de lo sucedido
¿Qué efecto tendrá en los objetos retirar el mantel debajo de ellos?
Análisis y discusión: a) ¿A qué se debió el cambio que sufrieron los objetos? Conclusión: Redacten una conclusión acerca de la relación entre el estado de reposo o de movimiento de los objetos y las fuerzas. Si viajas en automóvil y éste frena bruscamente, tu cuerpo se inclinará hacia adelante (figura 1.23); esto sucede porque llevará la misma rapidez del automóvil y seguirá con el movimiento que tenía antes de que frenara. Por el contrario, cuando el coche se encuentra detenido y comienza a acelerar, tu cuerpo se moverá hacia atrás. Como podrás recordar, observaste algo parecido, en la actividad 2, con el movimiento del agua en el vaso. Lo anterior se debe a la inercia, una propiedad que tienen los objetos de permanecer en reposo o en movimiento con velocidad constante y en línea recta. La inercia depende de la cantidad de masa que un cuerpo u objeto tiene; por ejemplo, si un ferrocarril intenta detenerse abruptamente, tardará un tiempo en hacer alto total, comparado con algún objeto que tenga menor masa. La inercia se describe en la Primera Ley de Newton: un objeto continuará en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a menos que una fuerza actúe sobre él. Lo mismo sucede si se encuentra en movimiento con velocidad constante y en línea recta, se mantendrá así hasta que una fuerza cambie el movimiento.
Otro ejemplo que muestra la Primera Ley de Newton ocurre cuando viajas en bicicleta (figura 1.24) y chocas con una piedra; tu cuerpo tiende a seguir de frente porque tiene inercia, esto es, sigues con el movimiento que tenías antes de que la bicicleta se detuviera.
Actividad
3
Segunda ley de Newton (Aceleración) Por medio de la siguiente actividad explora el efecto de una fuerza sobre los objetos
En el hockey se aplican fuerzas para acelerar una pelota y ponerla en movimiento, frenarla o cambiar su dirección.
El hockey es un deporte en el que dos equipos compiten para meter una pelota en la portería contraria con ayuda de un bastón (figura 1.25). Si la pelota va rodando y se detiene, o bien, si cambia de dirección, es porque se ejerció sobre ella una fuerza. Como viste en el tema anterior, las fuerzas, en este sentido, producen cambios en la velocidad de los objetos, es decir, los aceleran. Ésta es la idea central de la Segunda Ley de Newton: la aceleración de un objeto es proporcional a la fuerza que actúa sobre él. Esta ley se expresa de forma matemática como sigue: F = ma Donde F representa la fuerza, m es la masa y a la aceleración.
Las unidades de medida de estas variables son las que aparecen en la tabla 1.3. Variable F m a
Magnitud Fuerza Masa Aceleración
Unidades de medida Unidad Newton Kilogramo Metro por segundo cuadrado
Símbolo N kg m/s2
Un cuerpo se acelera cuando se le aplica una fuerza cuyo valor es el producto de su masa por su aceleración. Así, la aceleración de un cuerpo con masa pequeña será grande (figura 1.26). Si se conoce la masa y la aceleración de un cuerpo u objeto es posible calcular la fuerza necesaria para producir su movimiento.
Figura 1.26 Si se aplica la misma fuerza a un auto compacto y a un tráiler, el auto acelerará más que el tráiler porque su masa es más pequeña.
Experimenta: Fuerza, masa y aceleración. Con la finalidad de fomentar la lectura, participación y recabar conocimientos previos, se solicitará un voluntario para dar lectura al siguiente texto. El tenis es un deporte que consiste en golpear una pelota con una raqueta par que pase por encima de la red y vaya al otro lado del campo, donde otro jugador responde de la misma forma. Implica muchas habilidades, sobre todo fuerza al momento de pegarle a la pelota. Un saque fuerte permite que la pelota pase al otro lado lo más rápido posible, de modo que el contrincante no le dé tiempo de responder. En el campeonato de 2011, compitieron Rafael Nodal y Novak. Rafael tiene un saque mucho más fuerte que Novak, sin embargo, el ganador fue Novak, pues es muy rápido en responder. Responde las siguientes preguntas 1.- ¿Cómo influye la fuerza en la aceleración de la pelota? 2.- ¿Cómo lo sabes? 3.- Si Novak responde haciendo que la rapidez de la pelota se incremente, ¿Quién de los dos le pega más fuerte a la pelota? 4.- Consideras que es importante conocer la masa de la pelota ¿Por qué? Realiza la siguiente práctica: Consigue por lo menos tres integrantes de tu familia para que realicen el siguiente experimento
Pregunta inicial ¿De qué depende la aceleración de un cuerpo en movimiento? Hipótesis: Redacta una respuesta para la pregunta inicial. Considera la fuerza necesaria para mover un objeto ligero y uno pesado. Hipótesis
Material 3 globos, un embudo, 1.5 kg de tierra o arena, un metro, una balanza (puedes ir a la tienda más cercana a medir la masa de los globos con arena) Procedimiento 1.-Mediante un embudo llene los 3 globos con arena de diferente masa 2.-Midan la masa de cada globo 3.-Cada integrante del equipo lanza los tres globos de diferente masa y midan la distancia la que llegó cada uno de ellos. 4.-Registra tus datos en la siguiente tabla Globo 1 (masa = kg)
Globo 2
Globo 3
Integrante 1 Integrante 2 Integrante 3
Análisis y discusión 1.- ¿Cuál de los tres globos adquirió mayor aceleración según su masa? 2.- ¿Cuál de los tres globos adquirió menor aceleración según su masa? 3.- ¿Quién de los tres integrantes de equipo es el que ejerció mayor fuerza sobre los globos? 4.- ¿Cómo pueden saberlo? Conclusión Expliquen la relación entre la fuerza aplicada a un objeto, su masa y su aceleración. Guíense con las siguientes preguntas: ¿De qué depende la aceleración de un objeto en movimiento? A menor masa, ¿mayor o menor aceleración? A mayor fuerza ¿menor o mayor aceleración? ¿Esta actividad les sirvió para comprobar la segunda ley de Newton? ¿Cómo? Enúnciala:
Resuelven el siguiente ejercicio De acuerdo con la segunda ley de Newton, calcula la fuerza que requieren los móviles para alcanzar la aceleración respectiva, escribe las respuestas en tu cuaderno. Móvil Guepardo Halcón peregrino Colibrí Avión Comercial Auto F1
Masa (Kg) 90 1 0.004 115 680 600
Aceleración (m/s2) 10 8.9 88.2 3.55 9.81
Ahora responde:
¿Cuál es el de mayor masa? ¿Cuál debe ejercer mayor fuerza para generar su movimiento? ¿Cuál adquiere mayor aceleración? ¿Cómo es su masa, grande o pequeña?
Fuerza (N)
Contesta las siguientes preguntas:
1.- ¿Por qué los ingenieros desarrolladores de autos F1 procuran que los coches sean ligeros? 2.- Tu primo de 3 años tiene una masa de 15 Kg y tu tío tiene una masa de 75 kg. Ambos se suben a respectivos columpios y piden que los empujes.
Si ejerces la misma fuerza sobre ambos, ¿en cuál de ellos lograras producir una mayor aceleración? ¿Por qué? Si quisieras producir una aceleración igual en ambos, ¿Cuánta más fuerza deberías ejercer sobre tu tío? (considera que su masa es 5 veces mayor que la de tu primo).
Tercera ley de Newton (Acción – Reacción). Por medio de la siguiente actividad explora el efecto de una fuerza sobre los objetos Investiga en tu libro de texto u otras fuentes sobre la tercera ley de Newton (acción –reacción) y realiza un organizador gráfico con las ideas principales de esta ley. Actividad
4
Realiza la actividad práctica del globo cohete Pregunta inicial: ¿Cómo se explica, a partir de la Tercera Ley de Newton, el movimiento de un cohete? Hipótesis: Redacten una respuesta que conteste la pregunta inicial.
Hipótesis
Material •Un globo •Hilo •Un balín •Pinza para ropa •Un popote •Tijeras •Cinta adhesiva Procedimiento y resultados 1. 2. 3. 4.
Infla el globo y adhiere el popote con la cinta adhesiva. Cuida que el largo del popote esté paralelo a la boca del globo, como se aprecia en la imagen. Sujeta la boca del globo con la pinza de ropa. Busca dos paredes paralelas que estén separadas por dos o más metros. En una de ellas peguen un extremo del hilo con cinta adhesiva e introduzcan el hilo por el popote. 4. Peguen el otro extremo del hilo en la otra pared y retiren la pinza de ropa.
Análisis y discusión Observen lo que sucedió y contesten lo siguiente en su cuaderno: a) ¿Cómo se comportó el globo? b) ¿De dónde proviene la fuerza que aceleró al globo en los primeros instantes? Conclusión Expliquen por qué se desplaza el globo, de acuerdo con la Tercera Ley de Newton. ¿Se confirmó su hipótesis?, ¿Por qué? Comenta si conocen otros objetos con un movimiento similar al del globo.
Evaluación 1.
Lee el siguiente texto
Cuando el automóvil de Ana María Contreras frenó bruscamente, perdió más de 3 segundos y se alejó nuevamente del primer lugar, pero evitó chocar y retirarse por completo de la competencia. Entonces, aceleró lo más que pudo. Los 8 cilindros del motor quemaron combustible como no lo habían hecho en toda la competencia, hasta alcanzar una rapidez constante de 250 km/h en una recta de 300 m. Faltaba poco para que terminara la carrera, y la temperatura del motor estaba a punto de llegar al límite, porque Ana no quitaba el pie del acelerador. Pero sucedió que Carmen Díaz, la campeona de los últimos 2 años que estaba a punto de coronarse por tercera ocasión, se quedó sin combustible y tuvo que entrar a la zona de abastecimiento a recargar. Ana María Contreras la rebasó y por primera vez ganaba el Gran Premio de Automovilismo. 2.
3.
Contesta lo siguiente: a) En la situación planteada, ¿qué momentos de la competencia se explican con las leyes de Newton? b) Describe un cambio de energía que esté presente durante la carrera de autos. c) Explica por qué el motor del automóvil de Ana María Contreras comenzó a calentarse. d) ¿Qué tiempo le llevó a la competidora avanzar la recta de 300 m? e) Describe dos casos de interacción entre objetos donde se ejerzan fuerzas, según el relato. f) Representa en el plano cartesiano las fuerzas que actúan sobre un auto de carreras cuando se encuentra en reposo. Representa en el plano cartesiano las fuerzas que actúan sobre un auto de carreras cuando se encuentra en reposo
El origen indica el lugar donde tienes que colocar el auto.
g)
En las empresas que fabrican autos de carreras es necesario construir un prototipo de prueba. Explica brevemente la relación entre los prototipos con los modelos y su utilidad.
Tema: Gravedad Actividad 1 Investiga las biografías de Aristóteles y de Galileo Galilei. Elabora y compara el pensamiento de cada uno de ellos. Actividad 2 En una pared de tu casa mide una altura de 2 metros y márcala, con 3 objetos sólidos de diferentes pesos (piedras, maderas etc.) Déjalas caer una por una y mide el tiempo que tarda en llegar al piso con un cronómetro. Tardan el mismo tiempo al caer, por qué?
¿Cuál de los objetos cae más rápido al piso, Por qué? Describe brevemente tu punto de vista.
Tema: Masa y peso ACTIVIDAD 3 Observa estos 2 mapas conceptuales y reflexiona:
PESO
MASA
Es la medida de la inercia
Se mide en Kilogramos
Fuerza de gravedad
Se mide en Newtons
1.- ¿Qué diferencia existe entre masa y peso?
2.- ¿Cuál es tu peso?
3.- ¿Cuál es tu masa corporal?
4.- ¿Qué es la inercia? Ejemplos
5.- Describe lo que sucede en la imagen
ACTIVIDAD 4 Llena el siguiente cuadro investigando las principales ideas acerca de la tierra y el universo de los siguientes filósofos y científicos:
Filósofo - científico
Filolao de Tarento
Aristóteles
Ptolomeo
Copérnico
Kepler
Galileo
Newton
Einstein
Fotografía
Ideas principales
ACTIVIDAD 5 Repite la actividad donde mediste los 2 metros en la pared, ahora deja caer una moneda y una pluma de ave; primero separadas y luego déjalas caer juntas, marca los tiempos. ¿Cómo es la caída de la moneda?
¿Cómo es la caída de la pluma?
¿Qué se entiende por caída libre?
Describe lo que suceda: Actividad 6 Sistema Solar: Escribe las características de cada elemento e ilumínalos.
Actividad 7: Crucigrama
Actividad 8: Sopa de letras
Identifica y describe la presencia de fuerzas en interacciones cotidianas (fricción, flotación y fuerzas en equilibrio).
Fuerza de fricción De acuerdo con la pnmera ley de New ton, un cuerpo permanece en reposo o a velocidad constante a menos que exista una fuerza exterior que cambie su estado de movimiento o de reposo Sin embargo, lo que comúnmente observamos a nuestro alrededor es que los objetos se detienen al dejar de aplicarles una fuerza. Contesta en tu cuaderno:
Fricción. Estática y dinámica.
¿Cuál es esa fuerza que hace que los o bjetos se detengan? ¿Cuál es la que impide que los autos salgan del cam ino al dar la vuelta en una curva? ¿Qué fuerza impide que un automóvil estacionado en una pendiente se deslice hacia Abajo?
Cuaderno y tu libro de texto. • Hojas de papel. • Lápiz. • Colores. • Dispositivo con acceso a internet: tableta. • Una hoja de lija para
madera, un suéter o una toalla, canicas, liga de hule Contesta en tu cuaderno: a) ¿Por qué los patinadores se deslizan con facilidad sobre el hielo? ¿Podrían ejecutar las mismas acrobacias sobre una pista de cemento? b) Al dar la vuelta el automóvil, ¿qué fuerza evita que derrape? ¿Por qué las llantas son de caucho sintético? ¿Los materiales de que está construida la pista influyen en tal situación? c) En la operación de diversas máquinas se utilizan lubricantes, ¿por qué son necesarios? ¿Qué sucedería si no se utilizaran? d) ¿Qué función tiene el agua en los tubos de los toboganes de los parques acuáticos? 2. Tracen en una hoja blanca un diagrama de fuerzas para cada situación Integren esta hoja a su portafolio de evidencias Origen de la fuerzo de fricción Cuando empujas una caja pesada (figura 8.2) debes aplicar una fuerza de cierta magnitud antes de que se mueva. Según vimos al estudiar la segunda ley de Newton, si aplicamos una fuerza producimos una aceleración en el objeto que la recibe; entonces, si estás aplicando una fuerza, ¿por qué la caja no se mueve?
Existe otra fuerza que se opone a la que aplicas, de manera que la suma vectorial de ambas es cero Esta fuerza que se opone a que arrastres la caja por el suelo es la fuerza de fricción, y aparece por el roce de la superficie de la caja y del piso.
Regresa a la actividad de inicio y verifica tus diagramas de fuerza. ¿Habrá alguna manera de aminorar la fuerza de fricción entre dos superficies?
Para observar de manera experimental los efectos de la fricción sobre objetos en movimiento: Rodar varias veces algunas canicas sobre superficies diferentes, por ejemplo: el piso, el patio; la portada de un libro y de un cuaderno; una hoja de lija para madera y un suéter o una toalla, etcétera: 1. Coloca una liga entre los dedos formando una horquilla para impulsar la canica sobre las distintas superficies. En cada lanzamiento intenten que la liga se estire de la misma manera, para que el impulso que reciban las canicas sea el mismo. ¿Cómo son las superficies sobre las que recorren mayor distancia las canicas, lisas o rugosas? 2. Ordenen en una lista las superficies, desde la más lisa hasta la más rugosa. ¿Cuál superficie ofrece mayor fricción en su interacción con las canicas? ¿Cuáles fuerzas actúan cuando las canicas se detienen? ¿Puede la inclinación de la superficie donde ruedan las canicas modificar los resultados de esta actividad? Compruébenlo ensayando con dos o tres inclinaciones diferentes naciones diferentes.
Fuerza de fricción estático y dinámica La fuerza de fricción tiene dos modalidades la fricción estática y la fricción dinámica, cuando aplicas una fuerza para empujar, al principio no se mueve el objeto; mientras esta situación se mantiene, la fuerza de fricción es estática (figura 8 5) ¿Cómo es su magnitud y dirección con respecto a la fuerza que tú aplicas/ Cuando ejerces una mayor fuerza sobre el objeto, este se desliza; en ese momento vences la fuerza de fricción estática, y el coeficiente de fricción cambia; decimos entonces que se trata de una fuerza de fricción dinámica (figura 8 6) ¿Desaparece la fuerza de fricción/ Nota que la fuerza de fricción estática siempre es mayor en magnitud que la fuerza de fricción dinámica.
Identifica y describe. ¿Tiene ventajas la fricción? 1. Responde en tu cuaderno ¿qué características de diseño reducen las fuerzas de fricción y facilitan el movimiento en los siguientes ejemplos?
2.
Reflexiona y describe lo que se te pide a) ¿Para qué aceitas las partes móviles de tu bicicleta? b) ¿Cómo actúa la fu erza de fricción para frenar una motocicleta? c) ¿Cómo repercute un buen diseño aerodinámico en la conservación del medio ambiente?
Fuerzas en equilibrio
Identifica y describe la presencia de fuerzas en interacciones cotidianas (fricción, flotación y fuerzas en equilibrio).
Las tres leyes de Newton que has estudiado te permiten comprender diversos fenómenos, como el movimiento de las personas y de los objetos, ya sean automóviles, naves espaciales y planetas. Pero también se emplean para diseñar construcciones u objetos y entender la estabilidad de los mismos. Por ejemplo, en un semáforo, las fuerzas que actúan sobre él son el peso y la tensión del cable que lo sostiene para que no caiga (figura 1.34). Estas fuerzas se representan en un diagrama de cuerpo libre con una fuerza hacia arriba y otra hacia abajo de la misma magnitud, pero en dirección vertical y sentido contrario (figura 1.35). La Tercera Ley de Newton permite entender por qué el semáforo se mantiene en reposo.
Características del equilibrio mecánico. Máquinas simples: palanca y polea.
Cuaderno y tu libro de texto. • Dispositivo con acceso a internet. • Una regla de plástico de 30 cm • Un bloque de plastilina • Una base en forma de prisma rectangular; puede ser una goma • Báscula • Estambre, gancho de fierro, pinzas para cortar y manipular fierro
Diagrama de cuerpo libre 1. Elaboren en su cuaderno un diagrama de cuerpo libre que represente a dos personas que cargan a un niño, cada una sujetándolo de un brazo. Antes de hacer el diagrama, reflexionen lo siguiente: a) ¿Cuáles son las fuerzas involucradas en esta acción? b) ¿En qué dirección actúan estas fuerzas? 2. Tracen el diagrama representando las fuerzas con flechas.
Identifica. ¿Qué fuerzas mantienen el equilibrio? 1. Identifica a las fuerzas que intervienen en cada situación y traza en tu cuaderno el diagrama de fuerzas. a) Un automóvil estacionado en una calle empinada. b) Una persona parada en un pie c) Un puente que atraviesa un río d) Un barco flotando en el agua e) Un alpinista descendiendo a rapel 2. Explica cómo tiene que ser la fuerza resultante del sistema de fuerzas que actúan sobre un objeto para que este se mantenga en equilibrio. 3. Escribe en tu cuaderno tus conclusiones.
Fuerzas en equilibrio Considera un libro sobre una mesa; ¿qué fuerzas actúan sobre él? La tercera ley de Newton indica que las fuerzas que actúan sobre un objeto siempre aparecen en pares la de acción y la de reacción; estas son iguales en magnitud, pero en sentidos opuestos. Así, el libro ejerce sobre la mesa la fuerza de su peso, y la mesa ejerce sobre el libro su fuerza de reacción al peso (figura 9 1) Al sumar ambas fuerzas, la resultante es cero y el libro no cambia su estado de reposo Equilibrio mecánico: cuando todas las fuerzas que actúan sobre un objeto en reposo se cancelan entre sí. Un objeto en equilibrio mecánico no está acelerado ni gira.
¿Pueden girar? 1. Observa las imágenes, identifica qué fuerzas intervienen y explica por qué pueden o no girar.
Equilibrio inestable es aquel en el que la más pequeña variación en las fuerzas externas hace que el equilibrio se pierda Equilibrio estable: cuando un cuerpo al ser apartado de su posición inicial, vuelve a ella por el efecto de la gravedad ejercida en el cuerpo. Un ejemplo sería el péndulo, el cual, a pesar de ser apartado de su posición, vuelve por sí mismo a su lugar de inicio
2. Cuáles son las características de un objeto para poder girar. Escribe tus conclusiones.
Máquinas simples
Máquinas simples:
herramientas sencillas que cambian la dirección o magnitud de una fuerza ¿Qué clase de herramientas utilizas? 1. Lee la siguiente lista de acciones e identifica qué herramienta utilizarías para realizarlas. a) Levantar la tapa de una coladera b) Empujar un automóvil. c) Cambiar una llanta. d) Ejercitar tus bíceps levantando pesas. e) Izar una bandera en un mástil. f) Levantar una caja del piso.
Palanca: consiste en una barra rígida y resistente soportada por un punto de apoyo, que la divide en dos partes
2. Argumenta tus respuestas y conclusiones.
¿Cómo se comporta una palanca? Experimenta y anota en tu cuaderno ¿cómo funciona una palanca? Material • Una regla de plástico de 30 cm • Un bloque de plastilina • Una base en forma de prisma rectangular; puede ser una goma • Báscula Procedimiento 1. Con la regla de plástico y tu base rectangular formen una palanca. Usa tu base rectangular como punto de apoyo; colócala a 7 5 cm de uno de los extremos de la regla. 2. Divide el bloque de plastilina en dos partes iguales. A una de estas la llamaremos "paquete A" Divide la plastilina restante en tres partes iguales serán tus paquetes "B", "C' y "D". 3. Mide con la báscula la masa de cada uno de los paquetes y regístrala 4. Coloca al paquete A en el extremo de la palanca que va de O a 75 cm de tu regla de plástico 5. Coloca el paquete B en el otro lado de la palanca. Muévelo a lo largo de la palanca, hasta que logres equilibrarlo con el paquete A Con ayuda de la segunda regla mide la distancia que hay del fulcro a la masa B 6. Repite el paso 5, pero ahora une las masas B y C. 7. Repite el paso 5, pero ahora une las masas B, C y D. Datos Registra en tu cuaderno los datos. Usa la tabla como modelo
Resultados y conclusiones 1. Responde. a) ¿Cómo son las masas del paquete A y de los demás paquetes? b) ¿Cómo son las fuerzas que equilibran a la palanca? ¿Cómo son las torcas? e) ¿Cómo cambió la longitud del brazo de la palanca, es decir, la distancia de la fuerza de potencia al punto de apoyo, al aumentar la masa que tenían los paquetes? 2.Explica cómo funcionan las palancas y escribe tus conclusiones.
Maquinas simples
Elabora una polea
Referencia https://es.wikihow.com/construir-una-polea
Polea: máquina simple que facilitan el levantamiento de objetos pesados. Distribuyen el peso para reducir la cantidad de fuerza que se requiere para levantar algo.
Material • Estambre • Un gancho de fierro • Pinzas para cortar y manipular fierro • Un libro Responde a) ¿Dónde has visto que se usan poleas para levantar objetos? b) En los talleres mecánicos se usan arreglos de poleas, ¿para qué se usan? c) En zonas de construcción, las grúas usan también arreglos de poleas, ¿qué beneficios proporcionan? d) ¿Cómo funcionan? Escribe 5 ejemplos de poleas que identificaste y escribe el beneficio de usarlas.
¿cómo ayudan las poleas a mover objetos? Escribe tus conclusiones
Identifica y describe la presencia de fuerzas en interacciones cotidianas (fricción, flotación y fuerzas en equilibrio).
Flotación y principio de Arquímedes
Principio de Arquímedes Diversos fenómenos naturales pueden ser explicados con base en leyes y principios de la física que se fundamentan en conceptos en común.
1. Consulten diversas fuentes y respondan las siguientes preguntas en su cuaderno incluye diagramas y esquemas. a) ¿Qué le sucede a un cuerpo cuando se sumerge en agua? b) ¿Por qué los barcos no se hunden? c) ¿Por qué un globo aerostático se sostiene en el aire? 2. Mencionen otros cuerpos que flotan y expliquen por qué lo hacen.
Cuaderno y tu libro de texto. • Lápiz. • Dispositivo con acceso a internet: tableta. • Un vaso grande transparente con agua • Un huevo fresco • Sal • Una botella de agua de PVC • Una cubeta
La aparente disminución del peso de los cuerpos al sumergirlos en agua o en algún otro fluido es explicada por: El Principio de Arquímedes Este principio enuncia que un cuerpo que se sumerge en un fluido, como aire o agua, experimenta una fuerza de empuje hacia arriba, igual al peso del volumen del fluido desalojado por el mismo cuerpo; es decir, que la porción de volumen del fluido desalojado coincide con el volumen del cuerpo sumergido.
Realiza lo siguiente. Material • Un vaso grande transparente con agua • Un huevo fresco • Sal Procedimiento 1. Con cuidado sumerge el huevo en el vaso con agua. 2. Dibuja en el primer recuadro qué pasa cuando sumerges el huevo en el vaso con agua. 3. Poco a poco ve añadiendo sal al agua y disolviéndola con cuidado. Lleva registro de cuántas cucharadas de sal vas agregando. 4. Dibuja en el segundo recuadro qué pasa cuando vas añadiendo sal al vaso con agua.
5. Llegará el momento en que el huevo flote sobre el agua. Anota cuántas cucharadas de sal se requirieron disolver en el agua para lograr que el huevo flotase. Datos 1. Anota en tu cuaderno los datos y observaciones. Resultados y conclusiones 1. Responde:
a) ¿Qué explicación puedes dar de por qué el huevo flota en agua con sal y no en agua simple? b) ¿Qué características físicas del agua cambian al disolver en ella la sal? e) ¿Cómo relacionas esto con la flotación de las personas en el mar? 2. Cuál es la causa de que el huevo flote en agua con sal. Anótala en tu cuaderno de clase.
Experimenta y registra en tu cuaderno con diagramas, dibujos, tablas, etc. Pregunta ¿Hasta dónde se hunde en el agua una botella con líquido? Realiza lo siguiente: Material • Una botella de agua de PVC • Una cubeta Procedimiento 1. Coloquen agua en la cubeta casi hasta su borde. 2. Viertan un poco de agua en la botella de PVC y tápenla. 3. Coloquen la botella en la cubeta, como se ve en la imagen. 4. Midan la altura del agua de la cubeta y la altura del líquido en la botella. ¿Coinciden ambos niveles de agua? 5. Agreguen más agua a la botella y repitan los pasos 3 y 4. ¿Coinciden? 6. Repitan los pasos con varias cantidades de agua
Datos Completen la tabla.
Resultados y conclusiones 1. Explica cómo son los niveles de agua dentro y fuera de la botella: ¿este fenómeno se cumple sin importar la cantidad de agua contenida en la botella/ ¿Cómo podrían identificar cuánta agua desplaza la botella al hundirse? 2. Realicen el registro de su experiencia en sus diarios de clase.
Aprendizaje Esperado: Analiza la energía mecánica (cinética y potencia) y describe casos donde se conserva. Contenidos: Relación entre energía y movimiento. Los tipos de energía mecánica: potencial y cinética. Conservación de la energía mecánica.
Actividad 1 Las energías que utilizamos tiempo 30 min. 1. Analiza el siguiente cuadro de actividades cotidianas y anota en cada una el tipo de energía utilizada Actividades
Tipo de energía utilizada
José prende la luz de su cuarto Mamá calienta agua para el café Lety prepara el desayuno en la estufa El bebé sube un escalón para salir al patio Papá viaja en camión para ir al trabajo
Con ayuda de tu libro responde a los siguientes cuestionamientos y anota en tu cuaderno la respuesta. a) ¿Qué es la energía? b) ¿Qué relación hay entre energía y trabajo?
Actividad 2. Transformación de la energía tiempo 30 min. Investiga sobre los diferentes tipos de energía que existen y responde en tu cuaderno lo siguiente: a) ¿Qué tipo de energía requiere una televisión para funcionar? b) ¿La energía de la televisión se puede transformar en otros tipos de energía? c) ¿en cuáles? Completa el siguiente cuadro que hace referencia a algunos tipos de energía. Tipos de energía
Química
Descripción Se percibe en forma de luz y permite observar los objetos. Se almacena en los enlaces químicos y es liberada por reacciones entre las moléculas.
Térmica Sonora
Cinética
Ejemplo Luz de una vela o un foco
Calor del sol Energía que transmiten las ondas sonoras mediante vibraciones. Energía que poseen los objetos cuando se encuentran a cierta altura o posición.
Una roca que se encuentra en la cima de una montaña y está inmóvil.
Energía del movimiento de los objetos
Actividad 3 Transformación de la energía tiempo 30 min. Observa las imágenes que a continuación se presentan y completa el siguiente cuadro:
Actividad 4 Conservación de la energía Lee lo siguiente y responde a los planteamientos que se presentan El Sol es nuestra fuente primaria de energía lumínica y calorífica. Las plantas reciben la luz de forma directa y la convierten en energía química, y cuando los seres humanos o los animales se alimentan de las plantas la asimilan, es decir, aprovechan su energía mediante procesos como la digestión, que requieren energía química, lo que les permite moverse. Situaciones
Tipo de energía que se observa
¿Cuál fue la transformación de la energía?
Eólica
Es la energía cinética del aire que se convierte mecánica y luego en eléctrica
La energía lumínica del sol se convierte en___________________________________________________________ Las plantas reciben luz del sol y la convierten en_______________________________________________________ La fotosíntesis de las plantas y la digestión requieren de energía________________________ De las siguientes afirmaciones señala las que sean correctas. _____Cuando te sientes cansado es porque se agotó tu energía. _____La energía se transforma de un tipo a otro. _____A veces la energía se transforma varias veces dentro de un mismo proceso.
_____Cuando un cuerpo no se mueve es porque no tiene energía. _____La energía potencial puede convertirse en energía cinética. Investiga en tu libro el principio de conservación de la energía y regístrala en el siguiente recuadro
Principio de conservación de la energía
Actividad 5 Energía potencial y energía cinética tiempo 40-50 min. Investiga en tu libro lo referente a la energía potencial y la energía cinética y anota en tu cuaderno los resultados de tu investigación. Observa las imágenes movimientos que realiza un clavadista y anota el tipo de energía cinética o potencial que tiene en cada uno de los momentos del clavado.
1
2
3
4
1. Por estar inicialmente a cierta altura, el clavadista tiene energía ________ 2. Al impulsarse sobre el trampolín gana aún más energía________ 3. A medio camino del clavado, la energía ________ disminuye y la energía ________aumenta debido a sus movimientos. 4 .Al llegar al agua, toda la energía________ se transforma en energía________.
La expresión matemática para calcular la energía potencial (Ep) es la siguiente: Ep = m. g. h Esto es, el producto de la masa (m) de un cuerpo por la aceleración debida a la gravedad (g) y por la altura (h) a la que se encuentre. Recuerda que esta energía aumenta con la altura (figura 1.1), y que el valor de la aceleración de la gravedad es 9.81 m/s2
Figura 1.1 La energía potencial de un escalador aumenta conforme sube a la cima de una montaña.
La energĂa cinĂŠtica (Ec ) se expresa como la mitad del producto de la masa (m) de un cuerpo por el cuadrado de la velocidad (v2 ) con la que se desplaza: đ?‘Źđ?’„ =
đ?’Ž.đ?’—đ?&#x;? đ?&#x;?
Esta expresiĂłn indica que la energĂa cinĂŠtica aumenta conforme se incrementa la velocidad de un cuerpo (figura 1.2). Figura 1.2 La energĂa cinĂŠtica del ciclista se incrementa con el aumento de su velocidad.
Recuerda que la energĂa mecĂĄnica comprende tanto la energĂa potencial como la cinĂŠtica. AsĂ, la fĂłrmula para la energĂa mecĂĄnica (Em) es la siguiente: Em = Ep + Ec
Actividad 6 ConservaciĂłn de la energĂa mecĂĄnica tiempo 30 min Lee con atenciĂłn la siguiente situaciĂłn El trabajador de una construcciĂłn sube y baja materiales colocados dentro de una cubeta. Para ello se ayuda de una cuerda que pasa por una polea (figura,1.3) Analiza la imagen y responde en tu cuaderno
a) Cuando la cubeta estĂĄ en el piso, su altura es cero, Âżtiene energĂa potencial?, Âżpor quĂŠ? b) ÂżEn quĂŠ momento su energĂa potencial es mayor? c) Si el trabajador jala de la cuerda, la cubeta empieza a subir y adquiere cada vez mayor altura; ÂżquĂŠ ocurre con la energĂa potencial? d) Cuando la cubeta alcance su altura mĂĄxima y el trabajador suelte la cuerda, la cubeta caerĂĄ. Explica quĂŠ ocurre con la energĂa cinĂŠtica y potencial mientras desciende.
Figura 1.3 La polea es una herramienta que posibilita la transformaciĂłn de la energĂa cinĂŠtica a potencial.
La energĂa empleada para cambiar la posiciĂłn o la velocidad de los objetos se llama energĂa mecĂĄnica y puede manifestarse como energĂa potencial, cinĂŠtica o como la suma de ambas. Por ejemplo, si subes una colina, adquieres energĂa cinĂŠtica al avanzar, pero mientras te acercas a la cima, tu energĂa cinĂŠtica disminuye hasta que se transforma en energĂa potencial, ya que has cambiado de posiciĂłn. Si decides bajar corriendo, la energĂa potencial que adquiriste se transformarĂĄ en energĂa cinĂŠtica. La energĂa se transforma, es decir, no desaparece. Esto significa que en todo momento la energĂa se conserva.
Actividad 7 EnergĂa mecĂĄnica tiempo 30 min 1 .Consigue tres pelotas de distinto tamaĂąo. 2. LĂĄnzalas hacia arriba, una a la vez, con fuerza para que adquieran la mayor altura posible. BasĂĄndose en lo que has estudiado, contesta en tu cuaderno: a) Durante el ascenso, Âżla altura de cada pelota fue diferente?, ÂżquĂŠ variables piensan que influyeron en la altura que alcanzaron las pelotas? b) Durante el descenso, Âżocurrieron diferencias en el movimiento de las pelotas? ÂżPor quĂŠ? c) Describe cĂłmo cambian la energĂa cinĂŠtica y la potencial en el descenso. Incluye esquemas.
Actividad 8: Completa el siguiente mapa conceptual.
Tiempo: 30 min
ENERGÍA
es
La cual puede ser
POTENCIAL
CINÉTICA
Se define
Se define
y se manifiesta en forma de
Actividad 9. Analicemos la energĂa mecĂĄnica tiempo 30 min En la imagen se mestran dos objetos colocados en un librero.
Analicemos el libro el cual primeramente se encuetra a una altura de 1.2 metros despegado del suelo, y pesa alrededor de 0.5 Kilogramos. Por lo cual podemos calcular sencillamente su energĂa potemcial al aplicar la formula ep = m . g . h. Sabiendo que el valor de la gravedad es de 9.81 m / s2. ÂżCual es el valor de la dicha energia? AquĂ te explico el proceso: 1. La masa del libro de 0.5 Kilogramos la multiplicamos por la gravedad de 9.81 m/s2, recuerda solo multiplicar los valores no las unidades, por lo cual la operaciĂłn queda 0.5 X 9.81 = 4.905. 2. A continuacion multiplicamos este ultimo valor por la altura de 1.2 metros, la operaciĂłn queda asi 3. Entonces el resultado es 5.886, pero recuerda agregarle la unidad, y todas las energĂas se miden en Joules pero se abrevia J, por lo tanto el resultado es 5.886 J Allguien al pasar por junto al librero deja caer el libro, el cual adquiere energia cinĂŠtica (o de movimiento), por lo que al llegar al suelo el libro que tiene una masa de 0.5 kilogramos, lleva una velocidad media aproximada de 4 metros / đ?‘š đ?‘Ł2 segundo. Con estos datos puedes calcular la energĂa cinĂŠtica del objeto aplicando la formula Ec = 2
Vamos a hacerlo: 1. La velocidad que el objeto adquiere es de 4 metros / segundo, ĂŠsta la elevamos al cuadrado (debido a la jerarquĂa de operaciones), por lo tanto (4)2 = 4 X 4 = 16 2. A continuaciĂłn, multiplicamos ese resultado por la masa conocida de 0.5 kg, y nos queda de la siguiente forma 16 X 0.5 = 8 3. Por Ăşltimo, este resultado se divide entre 2, quedando de la siguiente forma 8 / 2 = 4. 4. El resultado es 4, pero ya con sus unidades es 4 J. Ahora bien, sabemos que la energĂa mecĂĄnica es la suma de la energĂa cinĂŠtica y la energĂa potencial, por lo tanto, si quisiĂŠramos calcular la energĂa mecĂĄnica del libro justo en el momento, tenemos la siguiente formula: EnergĂa mecĂĄnica = EnergĂa potencial + EnergĂa cinĂŠtica, si la aplicamos al ejemplo, nos queda de la siguiente forma: EnergĂa mecĂĄnica = (5.886J) + (4J) = 9.886 J Actividad 10: Para terminar tiempo 40 minutos Haz un escrito en tu cuaderno donde incluyas lo mĂĄs relevante sobre energĂa, puedes incluir grĂĄficos o dibujos; para ello toma en cuenta los siguientes elementos: -EnergĂa -Tipos de energĂa y sus manifestaciones -TransformaciĂłn de la energĂa -EnergĂa cinĂŠtica, potencial y mecĂĄnica