CAMBIOS EN LOS SIS- TEMAS MATERIALESa) Si han entendido el significado de referencia los alumnos...

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C A P Í T U L O

CAMBIOS EN LOS SIS-TEMAS MATERIALES

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UNIDAD 1

FUERZAS Y MOVIMIENTOS

En esta unidad vamos a iniciar el estudio del movimiento, cinemática y dinámica, al que se volverá en 4º de ESO,y con mayor rigor formal en primero de Bachillerato.

En este curso haremos un estudio del movimiento uniforme al que daremos un tratamiento que llamaremos «cua-sivectorial». En este caso se supone conocida la trayectoria y sobre ella se describe la situación del móvil mediante ladistancia, medida sobre la trayectoria, entre un punto tomado como referencia y el punto donde se encuentra el móvil.Este valor, que llamamos posición, se completa con un signo, también elegido mediante convenio, que indica a qué ladodel punto de referencia se encuentra el móvil. Para no complicar la descripción del movimiento a los alumnos de estaedad, utilizaremos siempre el signo positivo. El empleo de un tratamiento «cuasivectorial» es especialmente adecuadoporque en sus versiones más elementales puede ser comprendido por alumnos con un bajo nivel matemático y permiteque se vaya complicando en cursos sucesivos.

Como el único movimiento que estudiaremos es el uniforme, no será necesario distinguir entre velocidad media einstantánea. No introduciremos el concepto de aceleración, aunque se propondrán actividades para que los alumnosdiferencien los movimientos uniformes de los que no lo son.

Proponemos actividades sencillas de representación e interpretación de gráficas y tablas, con objeto de que losalumnos adquieran estas destrezas, que serán de aplicación en ámbitos diferentes incluso al de la escuela.

Creemos que el concepto fuerza es de difícil comprensión para los alumnos de este nivel, pero debemos tratarloporque está incluido en los contenidos mínimos. Por esta razón nos hemos limitado a hacer hincapié en que siempre quehablamos de una fuerza hay una interacción entre dos cuerpos y que la fuerza es la responsable del cambio de movimiento.

1. ¿QUÉ ES EL MOVIMIENTO?

Entre los objetivos que se plantean con la enseñanza de la ciencia está el de hacer ver al alumnado que la interpre-tación y explicación de la Naturaleza, de lo que nos rodea, no es siempre fácil ni inmediata y que muchas de las cosas queparecen evidentes dejan de serlo cuando se analizan con cierto rigor. Por ello debe fomentarse en el alumnado una ciertaactitud de duda, de escepticismo, incluso ante problemas aparentemente tan sencillos como decidir si un cuerpo semueve o no.

A.0.- La pregunta sorprende a muchos alumnos que a veces dicen que un cuerpo se mueve cuando no estáquieto o cuando cambia de sitio. Habrá que insistir hasta conseguir que algunos alumnos digan que un cuerpo semueve cuando cambia de sitio respecto a otro cuerpo.

Una vez que los alumnos sean conscientes de que el movimiento supone un cambio de posición respecto a otrocuerpo que se toma como referencia, intentaremos hacer ver que el cuerpo de referencia puede ser cualquiera. Es decir,comenzaremos a tratar el carácter relativo del movimiento.

A.1.- En la experiencia cotidiana se establece siempre el movimiento de los cuerpos respecto a la Tierra. Loscuerpos están o no en movimiento si existe cambio de posición con respecto a los cuerpos solidarios con la Tierra.Esta actividad la planteamos para hacer explícita esta idea, sobre la que no se reflexiona espontáneamente, y llegar ala conclusión del carácter relativo del movimiento.

a) El paquete está quieto si se considera como referencia el pasajero o el coche mismo, mientras que está enmovimiento cuando consideramos como referencia la carretera o cualquier cuerpo en reposo respecto a la Tierra. Por lotanto, decir que el paquete se está moviendo o que está parado dependerá respecto a qué sistema lo queramos referir.

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b) Queremos ampliar la idea del carácter relativo del movimiento. La pizarra está quieta respecto a la clase, orespecto a cualquier otro cuerpo en reposo respecto a la Tierra. Sin embargo, como la Tierra se mueve respecto alSol, podemos decir que la pizarra también se mueve respecto al Sol.

A.2.- a) La definición de movimiento debe recoger el carácter relativo del mismo. Un cuerpo está en movi-miento con respecto a otros, que se toman como referencia, cuando cambia su posición con respecto a ellos. Deacuerdo con esta idea podemos considerar que la persona que corre en una cinta rodante está en movimiento conrespecto a la cinta, aunque esté parada respecto a las paredes de la habitación donde está haciendo ejercicio.

b) Aunque pueda parecer extraño, desde el punto de vista científico es igual de correcto suponer que la jovense acerca a la farola como que la farola es la que se acerca a la joven subida en el monopatín.

2. DESCRIPCIÓN DEL MOVIMIENTO

Podemos comentar con los alumnos que una de las características de la comunicación científica es su concisión yprecisión en aquello que se quiere decir. Eso se consigue utilizando conceptos cuyo significado debe estar muy biendefinido para todos los miembros de la comunidad científica. Por eso, en esta asignatura, los alumnos deberán intentartener claro el significado de los términos que utilicen, procurando mejorar su capacidad de comprensión y expresión.

En la descripción del movimiento que haremos en este nivel son fundamentales los términos siguientes.

Trayectoria y tipos de trayectorias

Se introduce el significado de ese término y se ponen algunos ejemplos. Podemos aclarar que la trayectoria no esel soporte material por el que se desplaza el móvil, sino la línea que se forma con todos los puntos por los que pasa elmóvil en su desplazamiento. Debemos decir que aunque los móviles son cuerpos extensos y que por lo tanto «ocupan»muchos puntos, el estudio del movimiento de un cuerpo se simplifica si se considera al móvil como un punto que sea«representativo» del mismo.

El ejemplo de la trayectoria del avión o de un barco nos parece interesante para que no asocien siempre trayecto-ria con algo material como una carretera o las vías del tren.

Posición y distancia recorrida

Para evitar confusiones, al punto que tomamos sobre la trayectoria le llamaremos punto de referencia (R) en lugarde origen (O). Creemos que origen se presta a confusión entre el origen del movimiento, el punto en el que se encuentrael móvil en el instante inicial y el punto que tomamos sobre la trayectoria como referencia. En los movimientos reales elpunto de referencia coincide con algún objeto o lugar característico, como la Puerta del Sol en Madrid (en el caso de lascarreteras nacionales), la intersección entre dos carreteras, etc. De igual modo, para facilitar la diferenciación, utilizare-mos la expresión distancia recorrida en lugar de espacio recorrido, término que podría identificarse con el simbolo e quese usa para indicar la posición de un móvil.

Aunque la posición puede ser negativa, de hecho en el dibujo que hay en el libro del alumno se señala un sentidocomo positivo y el contrario como negativo, creemos que en este curso es conveniente proponer ejercicios en los que setrabaje siempre con posiciones positivas, dejando para cuarto de ESO y cursos superiores la presentación de situacio-nes de mayor complejidad.

Para calcular la distancia recorrida en un determinado sentido usaremos la variación de posición. Se consideraráque la distancia recorrida es siempre positiva, dejando para 4º de ESO la interpretación del signo como un índice delsentido en el que se ha recorrido la trayectoria.

Se puede usar la transparencia nº 1.

A.3.- Intentamos aclarar los conceptos introducidos a partir de un ejemplo concreto.

a) Si han entendido el significado de referencia los alumnos dirán que el cuerpo de referencia es la farola.

b) La posición del hombre es 20 m.

c) La posición del árbol es 45 m y la del niño 60 m, siempre referido a la farola.

d) La distancia recorrida por la persona, igual a la diferencia entre la posición final y la inicial, es 20 m.

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e) La distancia recorrida por el niño es 40 m, aunque al hacer la diferencia entre la posición final y la inicial elresultado sea – 40 m.

A.4.- a) Seguimos aclarando el significado del concepto posición con otro ejemplo. En este caso hemosincluido números decimales, de forma que se refleje fielmente la situación descrita, y para que los alumnos practi-quen la suma con decimales. Los datos de la posición de cada una de las vallas son:

b) La posición 55 m corresponde a una situación entre la 5ª y 6ª valla.

c) La cuarta valla se encuentra en la posición e1 = 41,14 m y la séptima valla en la posición e2 = 68,56 m. Ladistancia recorrida al pasar de una posición a otra es igual a la diferencia de posiciones, es decir 27,42 m.

A.5.- Intentamos aclarar la diferencia entre posición y distancia recorrida, que no presenta dificultad decomprensión pero que, si no se dedica alguna actividad para diferenciarlas, da lugar a dificultades posteriores cuandose utilicen, por ejemplo, en la interpretación de las ecuaciones del movimiento.

a) El kilómetro 240 se refiere a la distancia que hay, medida sobre la carretera, desde el punto que se tomacomo referencia hasta la posición del coche.

b) No podemos afirmar nada sobre la distancia recorrida por el coche, pues habría que saber cuál fue el puntodesde donde partió y cuál ha sido su movimiento posterior. Por ejemplo, podía haber salido desde el kilómetro 200 eir hasta el kilómetro 240 en cuyo caso la distancia recorrida sería 40 kilómetros. Se puede aprovechar la ocasión paratratar la actividad complementaria.

c) La distancia recorrida en el primer caso es 12 km y 20 km en el segundo. En ambos casos la consideramospositiva, aunque la diferencia de posiciones sea negativa en el segundo caso.

Tiempo

Utilizaremos la idea de tiempo como magnitud que se mide con el reloj. En todo caso, aclararemos la diferenciaentre un reloj y un reloj-cronómetro.

Velocidad

Hemos utilizado el término velocidad en lugar del término rapidez o celeridad que serían más adecuados para eluso que haremos de él. Lo hemos hecho pensando que en este curso no se trata el carácter vectorial de la velocidad y alos alumnos les resultarían poco significativos los argumentos que se den para justificar el empleo de esos términos enlugar de la palabra «velocidad» que es de uso tan frecuente.

A.6.- Aunque los alumnos utilizan el término velocidad, tienen bastantes dificultades para definirlo. Muchasde las definiciones que dan son meras tautologías: dicen que velocidad es la rapidez, o lo rápido que se mueve, etc.Otros dicen que la velocidad es la distancia recorrida en un tiempo dado. Es un error que puede pasar desapercibido,pues se confunde la distancia recorrida con la distancia recorrida en la unidad de tiempo, y aún en este último caso,debemos señalar que también es erróneo identificar distancia recorrida en la unidad de tiempo con velocidad ya queésta no es una distancia recorrida aunque numéricamente coincidan.

Insistimos en que los alumnos tengan en cuenta los dos parámetros que intervienen: la distancia recorrida y eltiempo empleado, algo que no siempre hacen. Así, dirán que dos móviles tienen la misma velocidad si llegan almismo tiempo al mismo lugar, olvidando el punto de partida. En muchas ocasiones indican que el más rápido es elque ha llegado primero o el que ha llegado más lejos; el problema está en que emplean sólo uno de los dos parámetrosque intervienen en la velocidad y eso da lugar a dificultades posteriores.

valla salida 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 meta

posición (m) 0 13,72 22,86 32,00 41,14 50,28 59,42 68,56 77,70 86,84 95,98 110,00

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A.7.- a) Procediendo de la misma forma que en los dos ejemplos que se han hecho en su libro, los alumnosdeben calcular las velocidades entre cada dos vallas sucesivas. Los resultados los recogemos en la tabla siguiente:

b) Claramente puede verse que el atleta no ha llevado siempre la misma velocidad, aunque durante ciertostramos si la ha mantenido. Podemos decir que al principio, cómo tuvo que ponerse en marcha desde el reposo, lavelocidad era menor y que al final, entre la última valla y la meta pudo aumentar un poco su velocidad ya que nodebía saltar ninguna valla.

Una vez que se ha visto que el atleta no lleva siempre la misma velocidad procede introducir el concepto develocidad media. Realmente todas las velocidades que hemos calculado para el atleta han sido velocidades medias, yaque en cada tramo también ha podido cambiar su velocidad. En el tramo en el que eso ha sido más evidente es elprimero, en el que el atleta pasa de estar en reposo a alcanzar una cierta velocidad.

A.8.- a) La velocidad media en toda la carrera la pueden calcular dividiendo 110 entre 14. El resultado de esecociente es 7,86, que representa la distancia recorrida cada segundo. Los alumnos pueden comprobar que esavelocidad no coincide con ninguna de las calculadas en la actividad anterior y es que la velocidad media no representala velocidad en algún momento o la media de algún tramo, es una magnitud que se introduce para caracterizar almovimiento en su conjunto.

b) Está claro que la velocidad media no es la velocidad que ha llevado en todo momento, tal como los alumnospueden ver pues antes han calculado las velocidades en cada intervalo.

Unidades de velocidad

En este nivel no debemos llamar a la unidad de velocidad «metro por segundo». Es mejor decir metros en cadasegundo, que da una sensación más intuitiva y directa de distancia recorrida en la unidad de tiempo. Hay que distinguirentre la forma de calcular la velocidad, cociente entre la distancia recorrida y el tiempo empleado en recorrerla, y decir quela velocidad es el espacio partido por el tiempo. El espacio no se puede dividir entre el tiempo, en realidad una magnitudnunca se puede dividir entre otra, los que se dividen son los números, las cantidades que hay de cada magnitud. Además,una cosa es el procedimiento que se utiliza para calcularla y otra el significado de la velocidad.

Los valores característicos de velocidad no son para aprenderlos de memoria, pero sí interesa compararlos unoscon otros. Por ejemplo, la diferencia entre un hombre corriendo y un atleta; el que los pájaros sean generalmente másrápidos que los animales terrestres o que la velocidad de un avión sea cercana a la velocidad del sonido, siendo supera-da por la de los aviones militares y algunos comerciales, lo que puede servir para hablar del paso de la barrera del sonido.

A.9.- a) Podemos pedir que resuelvan el ejercicio mediante un razonamiento simple como el que sigue:

Si la velocidad es 4 m/s quiere decir que en 1 s recorre 4 m. Puesto que la calle tiene una anchura de 8 m, quees el doble de 4 m, tardará el doble, es decir 2 s. Puesto que los números son sencillos, los alumnos no tienendemasiadas dificultades para calcular el tiempo necesario.

A continuación se puede resolver el ejercicio de manera más formal, utilizando proporciones o a partir de laecuación que permite calcular la velocidad media, justificando el uso de estas formas más formales el que puedan serutilizadas en situaciones en las que las cantidades no tengan relaciones tan sencillas como en este ejercicio.

b) Se utilizará un procedimiento similar al anterior. Puesto que en 1 s recorre 20 m, en 2 s recorrerá el doble,es decir, 40 m.

c) Puesto que las cantidades son un poco más «complicadas» deberán hacer uso de la ecuación correspon-diente. La velocidad media del anciano es 0,4 m/s. El automóvil recorre 400 m en 20 s.

valla salida 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 meta

posición (m) 0 13,72 22,86 32,00 41,14 50,28 59,42 68,56 77,70 86,84 95,98 110,00

tiempo (s) 0 2,00 3,27 4,42 5,57 6,72 7,87 9,02 10,17 11,32 12,47 14,00

velocidad (m/s) 6,86 7,20 7,95 7,95 7,95 7,95 7,95 7,95 7,95 7,95 9,16

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Los cambios de unidades son difíciles para los alumnos. El profesor debe tener paciencia y ayudar a quienesaún no dominen el razonamiento proporcional. No creemos conveniente la realización de muchas actividades de cam-bios de unidades, como a veces encontramos en los libros, en los que aparecen hm/minuto para pasarlos a km/s,etc. Estamos convencidos de que muchos alumnos no dominarán este paso de unidades, pero tampoco es unobjetivo fundamental por ahora.

A.10.- a) Este paso les resulta el más sencillo de los dos. Sólo deben dividir 90000 entre 3600 y el resultado,25, es la velocidad en m/s.

b) Pasar de m/s a km/h resulta más complicado para ellos, ya que pasar de metros a kilómetros y sobre todo,de segundos a horas les resulta difícil. Se puede plantear como un cálculo de la distancia recorrida en una horaconocida la velocidad en m/s. Si en 1 s recorre 3 metros, en 1 h que son 3600 s recorrerá una distancia x. Esadistancia es 10800 m, es decir 10,8 km, por lo que podemos decir que la equivalencia es 10,8 km/h.

A.11.- a) Un ejercicio de aplicación que se refiere a una posible situación real. La velocidad media del cocheha sido 91,7 km/h.

b) Está claro que esa velocidad no es la que el coche ha llevado en todo momento, pues en diversas ocasionesla habrá superado, mientras que en otras habrá ido más despacio o incluso se habrá parado. Lo que podemos decir deese valor es que representa la velocidad que debería tener un coche en todo momento si quisiera tardar el mismotiempo que ha tardado el coche del ejemplo.

Concepto de aceleración

Introducimos la aceleración como magnitud que caracteriza aquellos movimientos que no son uniformes. Nodistinguiremos entre movimientos uniformemente acelerados, que será los que estudiemos, y movimientos acelera-dos pero no uniformemente. Como es lógico, consideramos acelerados todos los movimientos en los que haycambio de velocidad, sea porque ésta aumente o porque disminuya.

A.12.- a) Los datos pueden corresponder a la capacidad de aceleración de un coche. El cálculo de laaceleración debe recoger también la velocidad inicial, aunque sea cero, con objeto de intentar evitar que se generela idea errónea de confundir la aceleración con el cociente entre velocidad y tiempo.

a = ((25 – 0) m/s)/11 s = 2,27 m/s2

Ese valor significa cuanto cambia la velocidad cada segundo. En este caso, la velocidad aumenta 2,27 m/s encada segundo, desde que comienza el movimiento hasta que han transcurrido 11 segundos.

b) Si mantiene la velocidad constante no hay aceleración, o la aceleración es nula. Puede que haya quienhaya dividido directamente la velocidad entre el tiempo, pero hay que insistir en que se trata de la diferencia develocidades. Se les puede pedir que hagan el cálculo numérico, que sería como sigue:

a = ((25 – 25) m/s)/20 s = 0 m/s2

c) En este caso la aceleración se calcula de la misma forma que en los anteriores:

a = (0 – 25) m/5 s = – 5 m/s2

El signo menos está relacionado con el que la velocidad disminuye a lo largo del tiempo. (En 4º de ESO setratará más detenidamente el significado del signo de la aceleración).

Distancias recorridas en movimientos uniformes y acelerados

Aunque en este curso no se harán cálculos de distancias recorridas en movimientos acelerados sí nos parececonveniente mencionar el que no se puede calcular de la misma manera la distancia recorrida en un movimientouniforme que en un movimiento acelerado. Lógicamente sobre este tema se insistirá en los próximos cursos, cuandose vuelva a estudiar la cinemática.

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Representaciones gráficas de los movimientos

La construcción y, especialmente, la interpretación de los datos presentados en forma de gráfica tiene unautilidad evidente en nuestra sociedad. El desarrollo de las capacidades necesarias para ello constituye un objetivofundamental que se debe conseguir en la ESO. En la descripción del movimiento se emplean las gráficas posición-tiempo, velocidad-tiempo y aceleración-tiempo, de las que sólo trataremos en este curso la primera. Como hemosseñalado, aunque las gráficas concretas que trabajemos se refieran a las magnitudes utilizadas en esta unidad, elobjetivo a alcanzar transciende el estudio del movimiento.

A.13.- Se trata de comprobar si han entendido el significado de variable dependiente y variable independien-te. La temperatura depende del tiempo que llevemos calentando el recipiente, aunque también dependa de otrosfactores, por lo que se trata de la variable dependiente. Sin embargo, el tiempo de calentamiento lo fijaremos segúnnos interese: no depende de la temperatura, siendo por lo tanto la variable independiente.

En realidad, el asunto es más complicado pues podríamos plantear el problema de otra forma: cuánto tiempodebemos estar calentando para conseguir una determinada temperatura. Formulado de esa forma, la temperaturasería la variable independiente mientras que el tiempo de calentamiento sería la variable dependiente. Sin embargo,creemos que no conviene plantear esos matices en estos niveles.

A.14.- a) Queremos que recuerden el significado de la posición,diferenciándola claramente de la distancia recorrida. Que la posición sea3 m cuando t = 0 s, significa que cuando se iba a poner en marcha elcronómetro el móvil se encontraba a 3 m, medidos sobre la trayectoria, delpunto que se ha tomado como referencia.

b) Para saber si se trata de un movimiento uniforme debemos sabersi la velocidad ha sido siempre la misma. Para ello se puede comprobar sihan sido iguales las distancias recorridas en cada unidad de tiempo. Sianalizan los datos de la tabla pueden observar que en cada segundo elmóvil recorre siempre 2 metros. Por lo tanto, se puede decir que se trata deun movimiento uniforme.

c) La representación gráfica de los datos está recogida en la figura dela derecha y en la transparencia nº 2.

Después de haber hecho la representación gráfica anterior y teniendo claro que correspondía a un movimientouniforme se generaliza el resultado, de forma que siempre que la línea que resulte al unir los puntos representados enuna gráfica e-t sea una recta es porque se trata de un movimiento uniforme.

A.15.- a) La representación gráfica de los datos está recogida en lafigura adjunta y en la transparencia nº 3 .

b) La línea dibujada al unir los puntos no puede considerarse unarecta, por lo tanto no podemos suponer que se trata de un movimientouniforme.

c) Queremos «comprobar» que efectivamente no se trata de un mo-vimiento uniforme. Es decir la velocidad no será la misma en todos losintervalos que podamos considerar. La velocidad en los 5 primeros segun-dos es 5 m/s, ya que la distancia recorrida es 25 m en un tiempo de 5 s; lavelocidad media en el tiempo que va desde el segundo 5 al 10 es 15 m/s, yaque la distancia recorrida es 75 m y el tiempo transcurrido 5 s.

A.16.- a) Se pretende que asocien la forma rectilínea de la gráfica posición-tiempo con un movimientouniforme. El movimiento será uniforme.

b) Pueden leer en la gráfica que la posición a los 2 s es 9 m. La posición a los 6 s es 17 m. Para calcular la

t (s)

e (m)

10 6 7 8 9 10

4

6

10

3

12

2

0

2

8

14

4 5

16

18

20

22

24

t (s)

e (m)

20

30

50

60

10

0

40

70

80

90

100

10 6 7 8 9 1032 4 5

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velocidad en el intervalo deben calcular la distancia recorrida, 17 – 9 = 8 m, y el tiempo que ha tardado en recorrerlo,que en este caso es 4 s. La velocidad es 2 m/s.

c) Procediendo de la misma forma, la posición a los 4 s es 13 m; la posición a los 10 s es 25 m; la distanciarecorrida de 25 – 13 = 12 m y el tiempo que ha tardado en recorrerlo 6 s. La velocidad en ese intervalo es 2 m/s.Como podíamos prever, la velocidad tiene el mismo valor en cualquier intervalo.

Sobre la trayectoria no podemos decir nada, ya que no tiene relación la trayectoria con el tipo de movimiento.

Inclinación de la gráfica y velocidad

Una ventaja de la presentación gráfica de los datos frente a una presentación en tablas es que a partir de suobservación directa podemos deducir algunas relaciones que hay entre esos datos sin necesidad de tener que hacercálculos. Ya hemos visto que a partir de la forma de la gráfica podemos saber si se trata de un movimiento uniformeo de un movimiento acelerado. Ahora queremos poner de manifiesto la relación que existe entre la inclinación de lalínea (en otros cursos caracterizaremos la inclinación con la pendiente) y la mayor o menor velocidad.

Lo haremos presentando un ejemplo para que puedan deducir la relación entre velocidad e inclinación.

A.17.- a) La velocidad de la motocicleta representada por la gráfica de color azul es 10 m/s, mientras que lade la motocicleta representada por la gráfica de color rojo es 20 m/s.

b) Los resultados anteriores indican que la velocidad de la motocicleta representada por la gráfica de colorrojo es mayor que la representada por la gráfica de color azul. Así, se puede llegar a la conclusión de que cuantomayor es la velocidad del móvil mayor es la inclinación de la gráfica posición-tiempo que representa ese movimiento.

A.18.- a) Los alumnos calcularán las velocidades como el cociente de la distancia recorrida entre el tiempoempleado. La velocidad del perro es 2,3 m/s y la del conejo 1,7 m/s.

b) Está claro que la gráfica que corresponde al perro está más inclinada que la que corresponde al conejo y quela gráfica más inclinada es la que corresponde al animal que se mueve con más velocidad.

c) En el mismo tiempo recorre más distancia aquel cuya velocidad es mayor, es decir, el perro. Eso correspon-de con lo que puede obtenerse a partir de la gráfica, ya que el perro pasa de la posición 0 a la posición 23 m, por loque recorre 23 m, mientras que el conejo pasa de la posición 8 a la posición 25 m, por lo que recorre 17 m.

d) Aunque el perro recorre más distancia que el conejo no lo alcanza en el tiempo representado. Se debe a queinicialmente se encuentran separados por una distancia de 8 m y durante los 10 s el perro se acerca al conejo, pero nollega a alcanzarlo, lo que en las gráficas se pone de manifiesto porque no hay ningún punto común.

A.19.- a) Para decidir qué persona lleva mayor velocidad pueden hacerlo en virtud de la inclinación de lalínea. La persona B tiene mayor velocidad que la A puesto que la gráfica que representa su posición frente al tiempoestá más inclinada que la gráfica que representa la posición frente al tiempo de la persona B. También podríancalcular la velocidad de cada uno con datos obtenidos de cada gráfica, lo que permitirá comprobar lo adecuado dela decisión anterior.

b) El punto en el que se cortan ambas gráficas corresponde al instante en el que ambas personas están en lamisma posición. Ese instante es a los 5 s.

c) La persona A pasa de la posición 5 m a la posición 12,5 m, recorre por lo tanto 7,5 m. La persona B pasa dela posición 0 m a la posición 12,5 m, recorre por lo tanto 12,5 m.

Pueden calcular la distancia recorrida en los 5 segundos siguientes de dos maneras. La primera sería a partirde la diferencia de posiciones a los 5 y a los 10 s. Pero otra forma más rápida es decir que recorrerán la mismadistancia que en los primeros 5 segundos, ya que se trata de movimientos uniformes.

d) Respecto a las trayectorias tanto de la persona A como B nada se puede decir, pues no tienen nada que vercon las gráficas posición-tiempo.

Puede ser el momento adecuado para pasar un control de clase.

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CONTROL DE CLASE A

1. Rosa está sentada junto a su amiga Raquel en un asiento del autobús que las lleva de excursión. ¿Semueve Rosa o está en reposo? Explica la respuesta.

2. Un ciclista se mueve ocupando distintas posiciones en un cierto intervalo de tiempo. La figura siguienterepresenta dónde se encontraba el ciclista en cada uno de los tiempos indicados en el dibujo.

a) Rellena una tabla posición-tiempo para este movimiento.

b) Se trata de un movimiento uniforme. Explica por qué.

c) Calcula la velocidad del ciclista.

d) ¿Qué distancia recorre el ciclista en 7,4 s?

e) ¿A qué distancia de la bandera se encontrará en ese momento? ¿Cuál sera su posición?

3. Usain Bolt batió el record mundial de los 100 metros lisos en los juegos olímpicos de Pekín, dejándolo en9,69 s.

a) Calcula la velocidad media en ese movimiento.

b) ¿Se trató de un movimiento uniforme? Explica la respuesta.

4. a) Un atleta muy entrenado puede pasar de 0 a 14 m/s en 6 s. Calcula la aceleración de ese atleta y explicael significado del valor obtenido.

b) A continuación el atleta mantiene la velocidad de 14 m/s durante 10 s. Calcula la aceleración en eseintervalo de tiempo y explica el significado del valor obtenido.

5. La gráfica adjunta representa la posición en funcióndel tiempo de dos personas, que se pueden mover sobre la mis-ma trayectoria.

a) Describe el tipo de movimiento de Raúl y el tipo demovimiento de Inés.

b) ¿Se encuentran en algún momento en la misma posi-ción? ¿En qué instante ocurriría esto?

c) ¿Qué velocidad llevará Inés en ese movimiento?

d) A partir de la gráfica, ¿puedes decir cuál de los dos semueve con mayor velocidad? ¿Por qué? t (s)

e (m)

20 12 14 16

10

6

30

0

4

20

8 10

5

15

25

Raúl

Inés

30 m

R

+-t = 0 s t = 2 s t = 4 s t = 6 s t = 8 s t = 10 s t = 12 s

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CONTROL DE CLASE B

1. Lucía está sentada junto a su amiga Elisa en el asiento de un avión que hace el trayecto Málaga-Barcelo-na. ¿Se mueve Lucía o está en reposo? Explica la respuesta.

2. Fernando está corriendo de forma que recorre una trayectoria rectilínea como la recogida en la figura.

Se han medido los tiempos en los que pasa por distintas posiciones, obteniéndose la tabla siguiente. El puntode referencia se ha colocado en el árbol dibujado a la izquierda.

a) Representa en el dibujo de la trayectoria las diferentes posiciones ocupadas por Fernando indicandotambién el tiempo en el que se encontraba en esa posición.

b) ¿Se trata de un movimiento uniforme? Explica por qué.

c) Calcula la velocidad en ese movimiento.

d) ¿Qué distancia recorre Fernando en 5,4 s?

e) ¿A qué distancia del árbol se encontrará en ese momento? ¿Cuál será su posición?

3. Usain Bolt batió el record mundial de los 200 metros lisos en Pekín, dejándolo en 19,30 s.

a) Calcula la velocidad media en ese movimiento.

b) ¿Se trató de un movimiento uniforme? Explica la respuesta.

4. a) Un coche que hace un adelentamiento puede pasar de 18 a 30 m/s en 8 s. Calcula la aceleración de esecoche y explica el significado del valor obtenido.

b) A continuación el coche mantiene la velocidad de 30 m/s durante 12 s. Calcula la aceleración en eseintervalo de tiempo y explica el significado del valor obtenido.

5. La gráfica representa la posición en función del tiem-po de dos personas que se mueven sobre la misma trayectoria.

a) Describe el tipo de movimiento de Luis y el tipo demovimiento de Miriam.

b) ¿Se encuentran en algún momento en la misma posi-ción? ¿En qué instante ocurriría esto?

c) ¿Qué velocidad llevará Miriam en ese movimiento?

d) A partir de la gráfica, ¿puedes decir cuál de los dos semueve con mayor velocidad? ¿Por qué?

t (s)

e (m)

20 12 14 16

10

6

30

0

4

20

8 10

5

15

25

MiriamLuis

5 m

tiempo (s) 0 1 2 3 4 5 6 7

posición (m) 4 10 16 22 28 34 40 46

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COMENTARIOS AL CONTROL DE CLASE A

1. El ejercicio plantea la relatividad del movimiento. Rosa está en reposo respecto al autobús (o respecto aRaquel) pero está en movimiento respecto al suelo o respecto a una persona que esté fuera del autobús.

2. a) Deberán cumplimentar una tabla de datos posición-tiempo como la siguiente:

b) Se trata de un movimiento uniforme, pues en todos los intervalos ha llevado la misma velocidad. Es decirha recorrido la misma distancia, 30 m, en el mismo tiempo, 2 s. Al calcular esa velocidad en cada intervalo seobtiene el mismo valor, 15 m/s en todos los casos.

c) La velocidad media en todo el movimiento es la misma que la velocidad en cada intervalo ya que es lamisma en todos. Por eso, se puede decir que la velocidad en ese movimiento ha sido de 15 m/s.

d) Puesto que en cada segundo recorre 15 m, en los 7,4 s recorrerá 111 m.

e) La distancia del ciclista respecto a la bandera es igual a la distancia que ha recorrido más la distancia quehabía en el momento de empezar a contar el tiempo, por la tanto es 30 + 111 = 141 m. Como el punto de referenciaestá colocado en la bandera, la posición es 141 m.

3. a) La velocidad media se calcula como el cociente entre la distancia recorrida y el tiempo empleado. Eneste caso:

vmedia = 100 m/9,69 s = 10,32 m/s.

b) No se trata de un movimiento uniforme pues el atleta no ha ido siempre a la misma velocidad. Debemostener en cuenta que inicialmente está parado y durante unos 40 o 50 metros lo que hace es aumentar su velocidad,y en la última parte de la carrera puede que disminuya algo la velocidad debido al cansancio.

4. a) El cálculo de la aceleración debe tener en cuenta el cambio de velocidad y el tiempo en el que se haproducido el cambio de velocidad.

a = ((14 – 0) m/s)/6 s = 2,33 m/s2

Este valor significa cuanto cambia la velocidad cada segundo. En este caso, la velocidad aumenta 2,33 m/sen cada segundo, desde que comienza el movimiento hasta que han transcurrido 6 s.

b) Si mantiene la velocidad constante no hay aceleración, o la aceleración es nula. Se puede comprobar apartir del valor obtenido en el cálculo numérico, que sería como sigue:

a = ((14 – 14) m/s)/10 s = 0 m/s2

Que la aceleración sea 0 quiere decir que la velocidad no cambia, por lo que se mantiene constante en elvalor que tenía de 14 m/s.

5. a) Raúl se encuentra siempre en la posición 15 m, está parado, por lo que su velocidad es nula.

Inés tiene movimiento uniforme. Cuando se empieza a contar el tiempo se encuentra en la posición 6 m.

b) Se encuentran en la misma posición en el instante 6 s, cuando ambos están en la posición 15 m.

c) Puesto que se trata de un movimiento uniforme, Inés lleva siempre la misma velocidad. Para calcularla sedivide la distancia recorrida entre el tiempo empleado: v = (30 – 6)/16 = 1,5 m/s.

d) La velocidad está relacionada con la inclinación de la línea que representa los puntos posición-tiempo. Esmayor la velocidad de Inés pues podemos ver que la inclinación de la línea que representa su movimiento es mayorque la de Raúl, cuya inclinación es nula como corresponde a que está parado.

tiempo (s) 0 2 4 6 8 10 12

posición (m) 30 60 90 120 150 180 210

16

COMENTARIOS AL CONTROL DE CLASE B

1. El ejercicio plantea la relatividad del movimiento. Lucía está en reposo respecto al avión (o respecto aElisa), pero está en movimiento respecto al suelo o respecto a una persona que esté moviéndose dentro del avión.

2. a) Los alumnos deberán representar dónde debe estar Fernando en cada uno de los momentos indicadosen la tabla de datos.

b) Se trata de un movimiento uniforme pues en todos los intervalos ha llevado la misma velocidad. En cadasegundo ha recorrido 6 m, por lo que la velocidad es 6 m/s en todos los casos.

c) La velocidad media en todo el movimiento es la misma que la velocidad en cada intervalo ya que es lamisma en todos. Por eso, se puede decir que la velocidad en ese movimiento ha sido de 6 m/s.

d) Puesto que en cada segundo recorre 6 m, en los 5,4 s recorre 32,4 m.

e) La posición de Fernando respecto al árbol es igual a la distancia que ha recorrido más la distancia quehabía en el momento de empezar a contar el tiempo. La posición es 4 + 32,4 = 36,4 m.

3. a) La velocidad media se calcula como el cociente entre la distancia recorrida y el tiempo empleado. Eneste caso:

vmedia = 200 m/19,30 s = 10,36 m/s.

b) No se trata de un movimiento uniforme pues el atleta no ha ido siempre a la misma velocidad. Debemostener en cuenta que inicialmente está parado y durante unos 40 o 50 metros lo que hace es aumentar su velocidad,y en la última parte de la carrera puede que disminuya algo la velocidad debido al cansancio.

4. a) El cálculo de la aceleración debe tener en cuenta el cambio de velocidad y el tiempo en el que se haproducido el cambio de velocidad.

a = ((30 – 18) m/s)/8 s = 1,5 m/s2

Este valor significa cuanto cambia la velocidad cada segundo. En este caso, la velocidad aumenta 1,5 m/s encada segundo, desde que comienza el adelantamiento hasta que han transcurrido 8 s.

b) Si mantiene la velocidad constante no hay aceleración, o la aceleración es nula. Se puede comprobar apartir del valor obtenido en el cálculo numérico, que sería como sigue:

a = ((30 – 30) m/s)/12 s = 0 m/s2

Que la aceleración sea 0 quiere decir que la velocidad no cambia, por lo que se mantiene constante en elvalor que tenía de 30 m/s.

5. a) El movimiento de Luis es uniforme, es decir lleva siempre la misma velocidad. Cuando se empieza amedir el tiempo se encuentra en la posición 6 m.

Miriam también tiene movimiento uniforme. Cuando se empieza a contar el tiempo se encuentra en la posi-ción 15 m.

b) Se encuentran en la misma posición en el instante 6 s, cuando ambos están en la posición 18 m.

c) Puesto que se trata de un movimiento uniforme, Miriam lleva siempre la misma velocidad. Para calcularlase divide la distancia recorrida entre el tiempo empleado: v = 8/16 = 0,5 m/s.

d) La velocidad está relacionada con la inclinación de la recta que representa los puntos posición-tiempo. Esmayor la velocidad de Luis, pues podemos ver que la inclinación de la recta que representa su movimiento es mayorque la de Miriam.

17

3. LAS FUERZAS

La importancia del concepto fuerza en la física no es necesario resaltarla. Es muy importante que los alumnospuedan incorporarlo a su cuerpo de conocimientos, lo que quizá sea la razón de que se haya incluido en el currículumen este curso. Sin embargo, numerosas investigaciones han puesto de manifiesto la dificultad que tiene para losalumnos adquirir la concepción newtoniana del concepto fuerza. Las ideas previas de los alumnos son muy persis-tentes, especialmente en este concepto, siendo muy difícil cambiar su idea de fuerza como propiedad de un cuerpopor la de fuerza como magnitud que sirve para caracterizar la interacción entre dos cuerpos.

Somos conscientes de la dificultad que tiene un acercamiento al significado científico del concepto fuerza ycreemos prácticamente imposible que eso se pueda conseguir en este curso. Pero creemos que se debe utilizar unplanteamiento que, al menos, no contribuya a afianzar las ideas previas que tienen los alumnos. Creemos que debensentarse las bases para que en próximos cursos pueda avanzarse más.

A.20.- Pretendemos que sean capaces de describir situaciones comunes utilizando la palabra fuerza. Procura-remos que en la descripción que se haga se ponga de manifiesto que siempre que hay fuerza hay dos cuerpospresentes, aunque en este momento no es necesario hacer explícito esa circunstancia. Posibles redacciones puedenser:

a) Hacemos una fuerza sobre el muelle para conseguir alargarlo.

b) Para doblar el árbol es necesario hacer una fuerza sobre la rama.

c) Cuando sostenemos un libro hacemos una fuerza sobre el libro para evitar que caiga.

Las fuerzas siempre relacionan dos cuerpos

Creemos que es el momento de hacer explícito la necesidad de la existencia de dos cuerpos para quepodamos decir que entre ellos hay fuerza.

A.21.- Planteamos una situación en la que el alumno puede pensar que es el pie el que tiene la fuerza cuandogolpea al balón. Sin embargo, podemos hacerles ver que el balón también golpea al pie, a lo que pueden llegar si sefijan que el balón «hace daño» sobre el pie cuando se le golpea.

Conviene hacer una reflexión sobre el que la existencia de las fuerzas no tiene nada que ver con la «voluntad»de la acción. Así, aunque sea el futbolista el que decida golpear al balón, es imposible que ocurra ese golpeo sin quesimultáneamente exista otro golpeo del balón sobre el pie.

¿Tienen fuerza los cuerpos?

Ya hemos mencionado que la concepción de fuerza como una propiedad de un cuerpo por sí mismo es una de lasmás difíciles de cambiar. Aunque no se consiga en esta primera aproximación a la dinámica, queremos que el alumnovaya siendo consciente de esta dificultad.

A.22.- Posibles redacciones en el lenguaje científico de las expresiones propuestas a los alumnos son:

a) Un elefante puede hacer sobre otro cuerpo una fuerza mayor que la que puede hacer un caballo.

b) Un cuerpo quieto no puede hacer fuerza sobre otro cuerpo. (En realidad, esa afirmación es incorrecta).

¿Es necesario que haya contacto para que exista fuerza?

En primer lugar se introduce la idea de que las fuerzas pueden presentarse sin que haya contacto entre los cuer-pos. Así ocurre en el caso de las atracciones y repulsiones magnéticas. También seguimos insistiendo en que las fuerzasse presentan siempre entre dos cuerpos.

18

A.23.- a) Se trata de que los alumnos puedan observar que efectivamente una bola de hierro atrae al imán lomismo que el imán atrae a la bola de hierro.

b) Al sustituir la bola de hierro por una bola de madera o de plástico se observa que no se inclina el imán haciala bola ni la bola hacia el imán.

c) Con la observación anterior podemos concluir que el imán no atrae a la bola de madera y que la bola demadera tampoco atrae al imán. Es otra ocasión para insistir en que cuando existe una interacción afecta a los doscuerpos, y si no existe ninguno de los dos cuerpos se ve afectado.

Medida de las fuerzas. Unidad de fuerza

Se explica el dinamómetro como instrumento que se utiliza para medir fuerzas. En este curso sólo relacionamos eldinamómetro con la deformación del muelle, pero no creemos necesario introducir la ley de Hooke, lo que haremos en 4ºde ESO.

A.24.- Se suministrará a los alumnos varios dinamómetros de escalas diferentes.

3.1 ¿Qué es el peso de los cuerpos?

Se identifica el peso de los cuerpos con la fuerza de atracción entre la Tierra y el cuerpo. En primer lugar, asimila-mos el peso con una fuerza y en segundo lugar, que esa fuerza es entre la Tierra y los cuerpos.

¿Cuántos pesos tiene un cuerpo?

La intención de incluir esta información, que podríamos considerar anecdótica pues no podemos considerar«habitual» medir la fuerza de atracción en otros cuerpos celestes, es porque creemos que permite entender mejor elsignificado del peso de los cuerpos. El hecho de que los cuerpos no pesen lo mismo en diferentes sitios, contribuiráa cambiar la idea del peso como propiedad de un cuerpo a hacerlo ver como la consecuencia de la interacción entreese cuerpo y el planeta o astro en cuestión.

¿Qué relación hay entre la masa y el peso de un cuerpo?

Establecemos la relación que hay entre la masa y el peso de un cuerpo en la Tierra. Hemos dado como undato que se extrae de la experimentación, el que la Tierra atrae a cada kilogramo con una fuerza de 9,8 N. En otroscursos trataremos con más detalle esta relación, estudiando la ley de la Gravitación Universal.

A.25.- a) Cada alumno debe escribir su masa. Su peso lo pueden calcular multiplicando el valor de la masapor 9,8. Les diremos que aunque habitualmente no se diferencia entre ambos conceptos, incluso cuando nos pesa-mos el valor aparece en kilogramos, en el lenguaje científico peso y masa son conceptos diferentes.

b) Los alumnos pueden decir que en la Luna su peso sería menor que en la Tierra. Ellos disponen de lainformación que se le ha suministrado sobre el peso de un mismo cuerpo en diferentes astros.

c) La masa es una propiedad intrínseca de cada uno de los cuerpos, por lo tanto su valor no depende de dóndese encuentre el cuerpo. La masa es la misma en la Tierra que en la Luna.

¿Cómo se mide la masa? ¿Cómo se mide el peso?

Se trata de insistir en que masa y peso son magnitudes diferentes de forma que se miden con instrumentos dife-rentes. La balanza es el que se utiliza para medir la masa y en esa medida lo que se hace es comparar la masa del cuerpoque queremos conocer con la de otros cuerpos que tomamos como referencia, que son las «pesas».

Aunque no se trata de explicar con detalle el funcionamiento de una balanza debe quedar claro que lo que se hace

19

es comparar el efecto que produce en un platillo la acción del cuerpo con el que produce en el otro platillo la acciónde las «pesas». Debemos mostrar algunas de las balanzas de las que se disponga en el laboratorio.

El peso se mide con los dinamómetros. El alumno puede comprobar la diferencia que hay entre un dinamómetroy una balanza. Si se estima conveniente, se aclarará que la mayor parte de las veces lo que en realidad se utilizanson dinamómetros, aunque se les llame balanzas. Por ejemplo, las llamadas «balanzas de baño» o las llamadasbalanzas utilizadas para pesar en los comercios, son dinamómetros que utilizan muelles, las más antiguas, omecanismos electrónicos las más modernas.

3.2 Fuerza y movimiento

Otra de las ideas previas que los alumnos mantienen con mayor contumacia a pesar de la enseñanza es la asocia-ción entre fuerza y velocidad. Los alumnos consideran que para que haya movimiento se necesita una fuerza capaz de«mantener» ese movimiento. En la línea que estamos siguiendo, planteamos algunas actividades que intentan poner endiscusión las ideas de los alumnos.

A.26.- La situación que se plantea es conocida por todos. La primera parte de la pregunta no acostumbra apresentar dificultades. Todos entienden que para poner el carrito en marcha hay que empujarle, es decir, hay quehacer una fuerza sobre el carrito para ponerlo en movimiento. La dificultad está en la segunda parte, ¿cómo parar alcarrito? Una forma de hacerlo es tirando de él en sentido contrario al que se mueve, pero los alumnos admitentambién que otra forma de pararlo es dejar de empujarle. El carrito se para solo si dejamos de empujarle.

Parece pero no es

Creemos que conviene hacer ver a los alumnos que la interpretación que hacen de la necesidad de una fuerza paramantener el movimiento es algo completamente lógico que parece deducirse de la observación. A partir de ese recono-cimiento hay que hacerles ver a los alumnos que el pensamiento científico va «más allá». Precisamente esa es una de lasmayores dificultades de la ciencia.

Intentamos hacer ver a los alumnos una interpretación alternativa de esos fenómenos. No se trata de que loscuerpos se paren solos, sino que los cuerpos se paran porque hay fuerzas de rozamiento que los detienen. Si pudiése-mos eliminar totalmente esas fuerzas lo cuerpos no se pararían nunca. Aunque sabemos la dificultad que tiene incorporaresa forma de razonar, nos parece importante plantearlo en la primera ocasión que los alumnos se enfrentan con el estudiode la dinámica.

A.27.- a) Intentamos poner de manifiesto la importancia que tienen las fuerzas de rozamiento en situacionesmuy habituales. La forma de los automóviles tiene mucho que ver con la disminución de la fuerza de rozamiento conel aire, que es la que frena a los coches. De igual manera, la forma adoptada por los corredores de motos pretendedisminuir el rozamiento con el aire.

b) Otra situación que permite poner de manifiesto la importancia del rozamiento en el movimiento. Al dismi-nuir el rozamiento arrugando el folio, éste aumenta más su velocidad cuando cae, atraído por la Tierra.

A.28.- Se trata de un ejercicio de identificación de fuerzas en situaciones que podríamos considerar simples,pero que para los alumnos no lo son tanto. No vamos a representar vectorialmente las fuerzas, lo que haremos encursos posteriores, aunque sí consideraremos la dirección y sentido en el que se ejerce la fuerza, por ejemplo,vertical hacia arriba, hacia abajo, etc.

a) Sobre la pelota actúa la fuerza con la que la atrae la Tierra, dirigida verticalmente hacia abajo y la fuerza quehace la mano sobre la pelota, dirigida verticalmente hacia arriba. La pelota no se cae porque la fuerza hacia arriba«contrarresta» la fuerza hacia abajo.

Algunos alumnos pueden decir que la pelota no se cae porque la mano está debajo. Puede resultar interesantehacer ver a los alumnos que no es suficiente con eso, pues si la mano no ejerce fuerza suficiente sobre la pelotapuede que ésta caiga.

b) Si quitamos la mano de debajo de la pelota, ésta comenzará a moverse hacia abajo, cada vez con mayor

20

velocidad. En esta situación la única fuerza que está actuando sobre la pelota es la que hace la Tierra sobre ella.

c) Mientras que la pelota choca contra el suelo, además de la fuerza que hace la Tierra sobre la pelota,también actúa la que hace el suelo sobre la pelota, dirigida verticalmente hacia arriba.

Podemos comentar con los alumnos que la fuerza que hace el suelo hacia arriba debe ser mayor que la quehace la Tierra, ya que no sólo es capaz de sostenerla sino que puede cambiar el sentido del movimiento, haciendo quela pelota comience a moverse hacia arriba cuando inicialmente se estaba moviendo hacia abajo.

d) Cuando la pelota va subiendo sólo está sometida a la fuerza que hace la Tierra sobre ella, dirigida haciaabajo. A los alumnos les resulta difícil admitir que la pelota se mueve hacia un lado, mientras que la fuerza que seejerce sobre ella está dirigida en sentido contrario. Frecuentemente indican que hay una fuerza dirigida hacia arriba ycuando se les pregunta qué cuerpo hace esa fuerza es posible que digan que es la fuerza que tiene la pelota, o lafuerza que le dio el suelo a la pelota.

Conviene que se ponga de manifiesto que esas fuerzas no existen, aunque quede sin aclarar cómo es posibleque un cuerpo se mueva en sentido contrario al de la fuerza que actúa sobre él.

A.29.- a) La flecha que estaba parada sale lanzada porque la cuerda tensa del arco le empuja mientras está encontacto con ella.

b) El problema del movimiento de los proyectiles tuvo una gran importancia en el desarrollo de la dinámica. Sudificultad está fuera de dudas, por lo que no pretendemos que los alumnos de este nivel puedan resolverlo. Se tratasólo de plantear el problema y aunque le avancemos la solución será muy difícil que resulte comprensible para losalumnos.

Cuando la flecha está moviéndose en el aire sólo actúa sobre ella la fuerza que hace la Tierra, cuyo efecto eshacer que la flecha termine cayendo a tierra. La única justificación que podemos dar para la no existencia decualquier otra fuerza propuesta por los alumnos será que para que haya fuerza es necesaria la existencia de doscuerpos y normalmente, las fuerzas que proponen los alumnos se originan en un sólo cuerpo.

La flecha sigue moviéndose porque ya se está moviendo. Para que se siga moviendo no es necesaria ningunafuerza, en todo caso es necesario para que se pare o para que se mueva más rápido. También es necesaria una fuerzapara que cambie la dirección del movimiento, pero no debemos entrar en esos temas en este curso.

A.30.- Una resolución del mapa conceptual propuesto, con las palabras que pueden servir de enlace, seríacomo la que aparece en la página siguiente. Se puede usar la transparencia nº 5.

21

EL

MO

VIM

IEN

TO

UN

IFO

RM

EA

CE

LE

RA

DO

Velo

cidad

sícam

bia

Cam

bio

de

posició

nde

un

cuerp

oresp

ectoa

otro

Tray

ectoria

Velo

cidad

Velo

cidad

no

cambiaR

ectilínea

Curv

ilínea

Posició

nen

cada

instan

te

Distan

cia

recorrid

a

FU

ER

ZA

S

Peso

Fuerza

con

que

laT

ierra

atraea

los

cuerp

os

sed

efine

com

o

pu

ede

serp

ued

ecam

biar

po

rel

efectod

e

com

oel

que

esla

cuan

do

lacu

and

ola

sedescrib

em

edian

te

pu

ede

ser

22

CORRECCIÓN DEL EJERCICIO DE AUTOEVALUACIÓN

1. Puesto que el movimiento de un cuerpo es siempre relativo a otro cuerpo que se toma como referencia, escorrecto afirmar que la persona que está tumbada en la playa se acerca a la que está paseando por la orilla. La ideaque tenemos de que la que está tumbada en la playa está quieta es porque referimos su movimiento a la arena,mientras la que se pasea por la orilla se mueve respecto a la arena.

2. Sí es posible. La persona se encontraba en la posición 10 m, se desplazó y al cabo de 10 s volvió a la mismaposición inicial. Por lo tanto, ha podido recorrer 2 m aunque al principio y al final se encontrase en la misma posición.

3. a) La tabla de valores posición-tiempo (expresados en metros y en segundos) es:

También se puede hacer una tabla de valores posición-tiempo expresada la posición en centímetros y eltiempo en minutos.

b) La velocidad media del caracol se calcula como el cociente entre la distancia recorrida y el tiempoempleado. La distancia recorrida será: d = 2,80 – 0,40 = 2,40 m.

La velocidad media será: v = 2,40/1800 = 0,00133 m/s.

Y en km/h: v = 0,00240/0,5 = 0,0048 km/h

c) La distancia recorrida es e2 – e1 = 150 – 60 = 90 cm. Expresada en metros son 0,9 m.

d) La gráfica posición-tiempo se puede hacer representando los datos en cualquiera de las unidades anteriores.

Puede observarse que la forma de la gráfica es la misma independiente de las unidades utilizadas paraexpresar los datos.

e) Se trata de un movimiento uniforme, puesto que la gráfica posición-tiempo es una línea recta.

f) La trayectoria no es rectilínea. Se ve claramente en el dibujo que el caracol describe una trayectoriacurvilínea. Las gráficas posición-tiempo no nos sirven para determinar la trayectoria.

t (min)

e (cm)

50 30 35 40

100

15

300

0

10

200

20 25

50

150

250

t (s)

e (m)

3000 1800 2100 2400

1,00

900

3,00

0

600

2,00

1200 1500

0,50

1,50

2,50

tiempo t (s) 0 300 600 900 1200 1500 1800

posición e (m) 0,40 0,80 1,20 1,60 2,00 2,40 2,80

tiempo t (min) 0 5 10 15 20 25 30

posición e (cm) 40 80 120 160 200 240 280

23

4. El movimiento de Gonzalo es uniforme, lo que se deduce de que la línea que representa la posición frenteal tiempo es recta. Por lo misma razón podemos afirmar que es uniforme el movimiento de Marta. Lo que ocurre esque mientras conocemos la posición de Gonzalo desde que se pone en marcha el cronómetro, la posición de Martasólo la conocemos a partir de que el cronómetro marcase 6 s.

b) Marta es la que se mueve con mayor velocidad, lo que se deduce de la mayor inclinación de la línea. Sepuede calcular la velocidad de cada uno:

Gonzalo ha recorrido 10 m en 16 s, por lo que su velocidad es v = 10/16 = 0,625 m/s.

Marta ha recorrido 15 m en 10 s, por lo que su velocidad ha sido v = 15/10 = 1,5 m/s.

c) Suponiendo que ambos se mueven sobre la misma trayectoria, Gonzalo está en todo momento más alejadode la posición que se toma como referencia. Como ambos se mueven siempre alejándose de ese punto de referen-cia, podemos decir que Gonzalo va siempre por delante.

Marta no alcanza a Gonzalo durante el tiempo que se recoge en la gráfica. Ahora bien, si los movimientoshubiesen continuado, Marta alcanzaría a Gonzalo. Prolongando sus gráficas correspondientes eso sucedería,aproximadamente, en la posición 29 m y en el instante 22 s.

5. Expresiones más de acuerdo con el lenguaje científico pueden ser:

a) Cuando una bomba explota puede ejercer una fuerza muy grande sobre los cuerpos que están próximos.

b) Marta puede hacer una fuerza mayor sobre otro cuerpo que la que puede hacer Gonzalo.

6. La balanza marcaría 500 g en Marte, igual que en la Tierra, ya que la masa es una propiedad de la tabletade chocolate. Sin embargo, el dinamómetro marcaría menos de 4,9 N puesto que el peso de un cuerpo en Marte esmenor que el peso de ese mismo cuerpo en la Tierra.

7. Cuando se para el motor, el coche sigue moviéndose aunque su velocidad disminuye. El coche se paraporque lo frena el rozamiento con el aire y con la carretera.

ACTIVIDADES DE RECUPERACIÓN

A.1.- Se trata de volver sobre la relatividad del movimiento. El perro está en reposo respecto a la plataformadel camión, pero está en movimiento respecto a la carretera. No debemos hablar de velocidad verdadera, pues tancorrecto es tomar la velocidad del perro respecto a la plataforma como respecto a la carretera.

A.2.- Posibles redacciones que completen las frases incluidas son:

a) La pelota se ha quedado quieta «respecto al suelo».

b) El cuadro colgado en la pared está inmóvil «referido al suelo de la habitación».

c) La velocidad del coche es 90 km/h «respecto a un árbol que está en el borde de la carretera».

A.3.- a) Las nadadoras, especialmente en competición, recorren una trayectoria rectilínea, por lo que undibujo que represente una trayectoria y en la que se representen los datos posición y tiempo podría ser:

1 mR

+-

t = 0 s t = 2 s t = 4 s t = 6 s t = 8 s t = 10 s t = 12 s

e0 = 2 m e2 = 3 m e4 = 4 m e6 = 5,2 m e8 = 6,3 m e10 = 7,3 m e12 = 8 m

24

t (s)

e (m)

10 6 7 8 9 10 11 12

2

3

5

3

6

1

0

2

4

7

4 5

8

9

10

b) La distancia recorrida cuando pasa de la po-sición 4 m a la de 6,3 m es la diferencia entre ambas,2,3 m.

c) Para calcular la velocidad en ese tramo hayque conocer el tiempo que ha tardado en recorrerlo.Ese tiempo es 4 s, por lo que la velocidad es:

v = 2,3/4 = 0,58 m/s.

d) y e) Es posible que los alumnos realicen unarepresentación gráfica como la del dibujo y observenque los puntos no se ajustan a una línea recta, por loque no se trataría de un movimiento uniforme. Tam-bién sería admisible que dijeran que es un movimientouniforme y que se ha producido un error al hacer laúltima medida. Se puede usar la transparencia nº 6.

A.4.- Para calcular la distancia que recorre el coche en 10 s es necesario conocer la velocidad en m/s. Lavelocidad es 80000/3600 = 22,2 m/s. En 10 s ha recorrido 222 m.

A.5.- Para saber quién ha sido más rápida es necesario conocer no sólo la persona que llega antes, sino ladistancia recorrida y el tiempo que ha empleado cada una.

A.6.- Con los datos que se suministra no se puede saber la distancia recorrida, ya que sólo conocemos unaposición. Tampoco se puede conocer el tiempo que se ha tardado, pues sólo sabemos dónde se encuentra el móvil enun instante dado, para poder conocer el tiempo que se tarda es necesario conocer dos instantes diferentes.

A.7.- a) Para poder decir cuál recorre una distancia mayor en los 16 s tenemos que saber de qué posiciónparten y a qué posición llegan. Como los tres llegan a la misma posición, es Gabriel quién recorre más distancia,porque parte de una posición más alejada de la de llegada.

b) Se encuentran en la misma posición justo en el instante t = 20 s.

c) La velocidad media de cada uno hasta el instante en el que se encuentran es:

Velocidad media de Eduardo = (40 – 24)/20 = 0,8 m/s. Se trata de un movimiento uniforme, es decir suvelocidad no cambia durante ese tiempo.

Velocidad media de Víctor = (40 – 8)/20 = 1,6 m/s. Su velocidad no cambia.

Velocidad media de Gabriel = (40 – 4)/20 = 1,8 m/s. Su velocidad cambia, siendo menor al principio que alfinal.

d) Llevan movimiento uniforme Eduardo y Víctor, pues las líneas que representan la posición de cada unorespecto al tiempo son rectas.

e) No podemos decir cuáles llevan movimiento rectilíneo ya que no conocemos las formas de las trayectorias.

ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS

Hemos creído conveniente poner una breve información sobre los tipos de carreteras y las formas en que seidentifican teniendo en cuenta las normas de la Unión Europea, pues algunos alumnos al resolver las actividades en lasque se hace referencia a los puntos kilométricos muestran interés en conocer éstas normas. Deberán advertir que las víaspertenecientes al itinerario europeo pueden estar identificadas de dos formas distintas.

25

UNIDAD 2

LA ENERGÍA

I. INTRODUCCIÓN

La inclusión en el curriculum del concepto energía se puede justificar con dos tipos de argumentos. Por unlado, es un concepto fundamental en la estructura de la ciencia que permite relacionar campos como la electricidad,la mecánica, la biología, la química, etc. Por otro lado, la importancia de los aspectos tecnológicos en los que laenergía juega un papel primordial y sus implicaciones sociales lo han incorporado al lenguaje cotidiano y se incluyeen gran cantidad de informaciones que aparecen en todos lo medios de comunicación.

Cinco aspectos básicos pueden caracterizar el significado científico de la energía. El primero, de caráctergeneral, al que podemos llamar conceptualización de la energía, se refiere a cómo concebimos básicamente laenergía. Se refleja en la definición de energía que utilizamos. Los otros aspectos que se deben considerar son lastransferencias, las transformaciones, la conservación y la degradación de la energía.

I.I DEFINICIÓN DE LA ENERGÍA

En la mayoría de los libros la energía se define como la capacidad para hacer trabajo. Para los profesores esadefinición es comprensible pues ya sabemos lo que significa el término «trabajo» y, además, permite rápidamente«hacer cálculos» que nos liberan de las discusiones conceptuales.

Para los alumnos que estudian por primera vez el concepto no creemos que sea una definición adecuada,pues exige comprender previamente el significado de los conceptos fuerza y trabajo. Esos conceptos son ya, de porsí, suficientemente complejos y proponer un acercamiento a la energía que presuponga su conocimiento previo,complica en exceso el aprendizaje.

Creemos que una definición de este tipo está bastante alejada de la concepción intuitiva que alumnos deedades comprendidas entre los 12 y los 14 años pueden tener de la energía. De hecho, algunos autores quedefienden la introducción del concepto energía posteriormente a la de algunos conceptos básicos como fuerza ytrabajo argumentan, que aunque el mismo término se utilice con frecuencia con un significado impreciso, la energíaes una idea abstracta inventada por los científicos para que les ayude en la investigación cuantitativa de los fenóme-nos; según esto, la energía es algo que nada tiene que ver con la experiencia cotidiana, y llegan a la conclusión deque no debe enseñarse en los niveles elementales.

Transferenciasde la energía

Transformacionesde la energía

Conservaciónde la energía

Degradación dela energía

Conceptualizaciónde la energía

26

Otros autores creen que es conveniente definir la energía de forma diferente, más relacionada con las ideasque los estudiantes jóvenes pueden tener. Al mismo tiempo mantienen que, dada la importancia del concepto ener-gía, debe ser incluido en la etapa de formación obligatoria para todos los alumnos. Si es necesario se perderá algode rigor conceptual, pero consideran que se puede adquirir en una primera etapa algunas características básicas dela energía que permita usar el concepto en la comprensión de muchos fenómenos de nuestro entorno, al mismotiempo que se hace una introducción más intuitiva que ayudará a una posterior formalización.

Nosotros adoptamos la opción, ya planteada por Sexl (1981) y López Rupérez et al (1983), de partir de unadefinición descriptiva de la energía, a la que mediante un proceso gradual se le incorporen nuevos atributos quecompleten el cuadro conceptual. Se trata con ello de propiciar un aprendizaje significativo por inclusión, en el sentidoausubeliano del término. Sólo al concluir este proceso didáctico tiene sentido introducir el trabajo como una medidade la energía transferida en un tipo particular de proceso. A estos autores, y nosotros compartimos su opinión, lesparece bien una definición de la energía en los términos siguientes:

«La energía es una propiedad de todo cuerpo o sistema material en virtud de la cual éste puedetransformarse, modificando su estado o situación, así como actuar sobre otros originando en ellos proce-sos de transformación»

Si bien esta definición de la energía es un poco ambigua, nos parece didácticamente adecuada. El alumnonecesita ponerle un nombre a la «capacidad de hacer cosas» y tiende a llamarle fuerza a esa capacidad. Si noqueremos que sigan utilizando el término fuerza es necesario que dispongan de un término alternativo para esesignificado. A nosotros nos parece que esa «capacidad de hacer cosas» se parece mucho al concepto científico deenergía y creemos conveniente introducirlo así. Lógicamente a lo largo de la unidad se irá matizando más el sig-nificado del término cuando se vayan explicitando otras características como la conservación o la degradación.Pensamos que la labor de formalización, más abstracta, es más adecuada para cursos posteriores.

Utilizar una definición que sea más asequible a los alumnos no está en contradicción con intentar aclarar elsignificado del mismo desde un punto de vista científico. En ese sentido, creemos que es interesante que losalumnos comprendan que la energía es un concepto abstracto inventado por los científicos para poder explicarfenómenos. Todos los conceptos que se utilizan en física y química son abstracciones, pero en el caso de la energíaeso debe ser resaltado pues los alumnos tienden a considerar la energía como una especie de combustible, casicomo una sustancia material. Temperatura, fuerza, velocidad, presión o momento lineal son conceptos que sirvenpara describir las propiedades, los cambios o las interacciones entre los sistemas materiales, pero no son sustan-cias materiales, como el agua, la leche o un trozo de hierro. La energía es también un concepto que se refiere a unapropiedad y no a una sustancia material: la gasolina tiene la propiedad llamada energía, pero la gasolina no es laenergía.

I.II TRANSFORMACIONES DE LA ENERGÍA

La energía es un concepto que se refiere a una propiedad única de los sistemas pero puede presentarseasociada a diferentes características perceptibles. Así, a la energía asociada con el movimiento de los cuerpos lallamamos energía cinética; la energía potencial gravitatoria está relacionada con la posición de dos cuerpos entre losque existen fuerzas gravitatorias, la energía potencial eléctrica está asociada con la posición de dos cuerpos entrelos que existen fuerzas eléctricas, etc.

En una primera aproximación al concepto, creemos necesario insistir en que las diversas características a lasque se encuentra asociada la energía no deben hacer pensar que se trata de propiedades diferentes, sino de lamisma propiedad de los sistemas asociadas a esas diferentes características. Precisamente por ser la mismapropiedad es por lo que pueden producirse transformaciones, es decir, al cambiar las características del sistemapuede cambiar la forma en la que se manifiesta la energía.

¿Qué formas de energía debemos considerar?

En niveles superiores, todas las manifestaciones energéticas pueden explicarse considerando sólo dos for-mas de energía: la energía cinética y las energías potenciales, gravitatoria, eléctrica o nuclear, según el tipo defuerzas a las que estén asociadas. Sin embargo, en los niveles más elementales, consideramos que es necesariotener en cuenta más formas de energía, de manera que el alumno pueda establecer más directamente la relaciónentre la forma de energía y la propiedad con la que está asociada.

Creemos que en segundo curso de ESO podemos admitir las siguientes formas de energía: cinética, potencial

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gravitatoria, potencial elástica, eléctrica, interna, luminosa, sonora y nuclear. Dado que la energía interna es pocofrecuente encontrarla en los libros de niveles elementales, justificaremos la elección de ese término.

Lo que nosotros llamamos energía interna engloba lo que en muchas ocasiones se llama energía térmica yenergía química. Es decir, la energía interna representa la energía que tiene un sistema que depende tanto de lanaturaleza de las sustancias que constituyen ese sistema, lo que podríamos llamar su composición química, comode la temperatura del mismo. El término energía interna es bastante esclarecedor pues deja entrever que se refierea la energía del sistema por sí mismo y no en relación a otros sistemas. De todas formas, pensamos que hablar deenergía térmica y de energía química en los niveles iniciales también puede ser aceptable, aunque nos inclinamospor emplear energía interna por las razones expuestas.

Lo que no creemos aceptable es incluir el calor y el trabajo como formas de energía. En primer lugar, porqueno es el significado que hoy se admite para ellos; en la actualidad esos términos se refieren a procesos de transfe-rencia de energía. Pero, aunque a veces puede ser conveniente admitir alguna incorrección en aras a facilitar lacomprensión del alumno, no creemos que sea este el caso. El término calor es más ambiguo, tiene más significadoscotidianos y no delimita con la misma claridad a lo que nos estamos refiriendo, como lo hace la energía interna.Creemos que este segundo término es más «intuitivo», aunque a los profesores nos pueda sorprender porque noestamos acostumbrados a utilizarlo.

También creemos conveniente diferenciar claramente entre formas y fuentes de energía. Así, la energía hidráulicano es una forma de energía diferente de la energía potencial, o la energía eólica diferente de la energía cinética delviento, etc. Tampoco el carbón o el petróleo son energía, sino fuentes de energía, o si queremos, sistemas de loscuales podemos aprovechar su energía cuando sufren las transformaciones adecuadas.

¿Se transforma la energía o se transforman los sistemas?

Queremos llamar la atención sobre una forma de proceder que puede contribuir a adquirir una visión nocorrecta de la energía. Es frecuente pedir a los alumnos que describan las transformaciones energéticas que tienenlugar en un sistema: así, podemos decir que la energía potencial de una piedra se transforma en energía cinética alcaer y posteriormente la energía cinética se transforma en energía interna.

Esa forma de expresarse no se puede considerar errónea pero didácticamente puede contribuir a desarrollaruna idea de la energía desligada de los sistemas: si la energía potencial se puede transformar en energía cinética esque existe algo material llamado energía potencial que cambia de forma y se llama energía cinética. Creemos que,al menos en las primeras etapas, conviene que se analicen simultáneamente los cambios que ocurren en lossistemas y se interpreten con los cambios en las formas en las que se presenta la energía.

En el ejemplo al que nos hemos referido antes se pueden relacionar los cambios observables en los sistemascon la interpretación energética de la siguiente manera:

ESTADO INICIAL

Descripción de los siste-mas

La piedra se encuentraen reposo a una determinadaaltura respecto al suelo.

Descripción energética

El sistema Tierra-piedratiene energía potencial gravi-tatoria pero no tiene energíacinética pues está en reposo.

ESTADO INTERMEDIO

Descripción de los sistemas

Mientras cae la piedradisminuye su altura respecto alsuelo y aumenta su velocidad.


Al disminuir la altura dela piedra respecto al suelo dis-minuye la energía potencialgravitatoria mientras que al au-mentar la velocidad aumenta laenergía cinética.

ESTADO FINAL


La piedra llega al suelo y se detiene,por lo que la altura y rapidez son nulas. Hayun aumento de temperatura de la piedra ydel suelo así como deformación de ambos.


Como la altura y velocidad son nulasya no existe energía potencial gravitatoria nienergía cinética. Sin embargo, ya que ha au-mentado la temperatura aumenta la energíainterna, tanto del suelo como de la piedra.

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I.III TRANSFERENCIAS DE LA ENERGÍA

La energía puede transferirse o transmitirse de un lugar a otro, o de un sistema a otro. La transmisión deenergía de un sistema a otro puede hacerse mediante dos tipos de procesos, según haya diferencia de temperaturaentre ambos sistemas o según se ejerzan fuerzas que provoquen desplazamientos. En el caso de la energía inter-cambiada entre dos sistemas a causa de una diferencia de temperaturas entre ambos, a esa energía intercambiadase le llama calor. Cuando el intercambio de energía se realiza debido a la existencia de fuerzas que desplazan suspuntos de aplicación, a esa energía intercambiada se le llama trabajo.

En ese sentido, ni el calor ni el trabajo son otras formas de energía como lo pueden ser la energía cinética ola energía potencial gravitatoria. Creemos que es incorrecto decir que la energía cinética se convierte en calor, o eltrabajo se convierte en calor, etc. Los cuerpos o los sistemas no tienen calor ni tienen trabajo, pueden tener cualquie-ra de las formas de energía mencionadas en el punto I.II. Los cuerpos o sistemas sí pueden intercambiar energía: ala energía intercambiada se le llama calor o se le llama trabajo según esté relacionado con una diferencia detemperatura o con la existencia de fuerzas.

Respecto al significado del término calor se encuentran errores en los libros de texto que queremos señalarpues algunos están bastante extendidos. Destacamos por su frecuencia:

a) Considerar el calor como una forma de energía, igual que la energía cinética o la potencial, que puedeconvertirse en trabajo y viceversa.

b) Considerar que el calor es la energía que tiene un cuerpo en función de su temperatura, masa y calorespecífico. Ese error se facilita con la enseñanza, después de haber estudiado la expresión que permite calcular elintercambio de calor entre dos sistemas: Q = mceΔt, y que los alumnos utilizan, indebidamente, para calcular elcalor contenido en un cuerpo.

c) Considerar el calor como la suma de las energías cinéticas de las moléculas que constituyen el cuerpo osistema. Esta definición, aparte de mezclar dos niveles de descripción diferentes, uno macroscópico y otro relacio-nado con la teoría cinético-molecular, es errónea por un doble motivo: el primero, porque no se corresponde a ladefinición aceptada en la actualidad, que considera la suma de las energías de las moléculas como energía interna,y el segundo, porque olvida un componente fundamental de la energía de las moléculas, la energía potencial eléctricaasociada a las interacciones entre las cargas eléctricas de átomos, moléculas e iones.

Creemos que una definición que se acomoda al significado científico que tiene actualmente el término calor esconsiderarlo como la cantidad de energía transferida entre dos sistemas debido a una diferencia de temperaturaentre ellos.

I.IV CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

Para poder comprender el concepto energía es necesario tener claro el principio de conservación de la ener-gía. Encontramos diferentes formulaciones del principio de conservación pero todas aluden a lo mismo: la cantidadtotal de energía permanece constante. Para llegar a comprender esa idea los alumnos tienen que admitir que en casitodos los procesos reales una cantidad de energía se va al medio ambiente, aumentando la energía interna delmismo pero perdiendo su utilidad para las personas. Por lo tanto, para poder comprender el principio de conservaciónse necesita también introducir la idea de degradación de la energía.

Otra idea que es necesario superar para admitir el principio de conservación es la confusión entre energía ycombustible. Los combustibles se gastan al usarlos pero la energía de esos combustibles no. Pero si se confundeenergía con combustible es difícil comprender que la energía permanece mientras el combustible se gasta. Por eso,es necesario insistir en la diferencia que existe entre lo que es el combustible y una propiedad de ese combustible,que llamamos energía.

También es necesario distinguir entre lo que se entiende por ahorro energético y el principio de conservaciónde la energía. El ahorro energético está relacionado con la disponibilidad de energía útil mientras que la conservaciónde la energía se refiere a un principio científico que establece que la cantidad total de energía es constante, indepen-diente de que esa energía pueda ser utilizada o no por las personas.

Creemos que con alumnos de 12 o 13 años, en su primer contacto con el principio de conservación, essuficiente con insistir en que la energía no desaparece en ningún proceso aunque aparentemente pueda parecer locontrario, y que siempre que aparece una forma de energía ha sido porque en otro proceso desaparece otra forma deenergía en igual cantidad, es decir que nunca aparece energía a partir de la nada. El aspecto cuantitativo puededejarse para cursos posteriores.

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I.V DEGRADACIÓN DE LA ENERGÍA

Ya hemos mencionado que en las transformaciones energéticas parte de la energía puede dejar de ser útilpara el hombre. Se dice que la energía se ha gastado pero, como sabemos, eso no es correcto ya que esa energíapermanece. Es más correcto decir que esa energía se ha degradado, ha disminuido su calidad.

La degradación de la energía es un aspecto sobre el que generalmente no se insiste en la enseñanza. Quizássea porque su cuantificación, a partir del aumento de entropía que ocurre en los procesos irreversibles, sólo esposible en niveles avanzados y los profesores de ciencias tenemos cierta tendencia a menospreciar los aspectoscualitativos que no permiten la realización inmediata de cálculos.

Nosotros creemos que no es necesario introducir la segunda ley de la termodinámica ni la noción de entropíapara que los alumnos puedan comprender la idea básica de que, en muchos procesos reales, parte de la energía dejade ser útil para las personas. También creemos que es fácil comprender la existencia de «energías de diferentecalidad», según podamos usarla en mayor número de aplicaciones o en un número más restringido. De esa forma,la energía eléctrica es la de mayor calidad pues permite el mayor número de aplicaciones. La energía de menorcalidad es la energía interna siendo su calidad tanto más inferior cuanto menor sea la temperatura del sistema. Estáclaro que un sistema formado por dos litros de agua, uno de ellos a 80 ºC y el otro a 20 ºC, tiene la misma energíaque los dos litros de agua a una temperatura media de 50 ºC; sin embargo, en el primer caso las aplicaciones puedenser mayores que en el segundo.

II. ACLARACIONES TERMINOLÓGICAS

Para precisar el sentido en el que utilizaremos los conceptos, incluimos el siguiente resumen de lo queconsideramos una interpretación correcta del significado de los términos.

Interpretación macroscópica

Los sistemas tienen ENERGÍA INTERNA. La cantidad de energía interna depende de:

a) La naturaleza y estado de la sustancia. 1 kg de gasolina a 30 ºC tiene más energía interna que 1 kg de agua a30 ºC.

b) La cantidad de sustancia (masa). 2 kg de gasolina a 30 ºC tienen más energía interna que 1 kg de gasolina a30 ºC.

c) La temperatura. 1 kg de agua a 80 ºC tiene más energía interna que 1 kg de agua a 30 ºC.

Interpretación según la teoría cinético-molecular

La materia está constituida por moléculas, átomos o iones en continuo movimiento. La energía cinética mediade las moléculas (átomos o iones) está relacionada con la temperatura. Entre las moléculas, átomos o iones existenfuerzas atractivas. Relacionadas con esas fuerzas atractivas existen energías potenciales eléctricas de los enlaces.

La energía interna puede considerarse como la suma de las energías cinéticas de las partículas y de lasenergías potenciales eléctricas de los enlaces.

Calentar un sistema, sin que haya reacción química, supone aumentar la energía cinética de las moléculas(macroscópicamente, aumenta la temperatura) y aumentar la energía potencial asociada a las moléculas. Ambosfactores redundan en un aumento (macroscópico) de la energía interna. Enfriar un sistema supone disminuir laenergía cinética de las moléculas (macroscópicamente disminuye la temperatura) y disminuir la energía potencialasociada a las mismas. Ambos factores redundan en una disminución (macroscópica) de la energía interna.

Otros términos que en muchas ocasiones están confusos son los de radiación y energía. A veces se conside-ran sinónimos, y no está claro la relación que existe entre ambos términos y las ondas electromagnéticas, etc.También, de forma muy resumida, creemos que podrían interpretarse de la siguiente manera, teniendo en cuenta queel significado de estos términos ha sufrido un cambio profundo al comienzo del siglo XX con el desarrollo de lamecánica cuántica y de la teoría de la relatividad.

En la Física del siglo XIX se consideraba el Universo compuesto de materia, radiación y vacío.

La materia es aquello tangible, que ocupa espacio, que se presenta en los estados sólido, líquido o gaseoso.Entre otras propiedades, a la materia se le puede asignar la masa y la energía.

La radiación NO es tangible, no ocupa espacio y explica la propagación de energía entre dos cuerpos materia-

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les: luz, calor, ondas electromagnéticas. A la radiación sólo se le puede aplicar la propiedad energía; por eso,algunas veces, se dice que la radiación es energía en estado puro.

La materia no puede transformarse en radiación ni viceversa. Se cumple tanto el Principio de Conservación dela Masa como el Principio de Conservación de la Energía.

En la Física del siglo XX se considera el Universo compuesto de materia, radiación y vacío.

La materia es aquello tangible, que ocupa espacio, que se presenta en los estados sólido, líquido o gaseoso.Sigue teniendo las mismas propiedades que en el siglo XIX, entre ellas la masa y la energía.

La radiación SÍ es tangible, no ocupa espacio y explica la propagación de energía entre los cuerpos materia-les: ondas electromagnéticas. Ahora la radiación, además de tener la propiedad energía, tiene también la propiedadmasa. En ese sentido, la radiación puede ser atraída por los cuerpos materiales, cosa que se ha comprobadoexperimentalmente: la luz «pesa»; es desviada cuando pasa cerca de cuerpos de mucha masa.

La materia puede convertirse en radiación y viceversa, como ejemplos podemos señalar:

materia a radiación: aniquilación de pares electrón-positrón

radiación a materia: fotón que da lugar a par electrón-positrón

Se cumple el Principio de Conservación de la Masa y se cumple el Principio de Conservación de la Energía.

La expresión: «la masa se convierte en energía» no es correcta ya que supone que se han intercambiado dospropiedades diferentes de la materia o de la radiación; sin embargo, las expresiones: «la materia se convierte enradiación» y «la radiación se convierte en materia», sí son correctas.

III. LAS IDEAS PREVIAS SOBRE LA ENERGÍA Y EL CALOR

Las ideas previas más comunes que poseen los jóvenes acerca de la energía y que van a tener una incidenciadecisiva en el proceso de la enseñanza-aprendizaje son las siguientes:

1. La no utilización del concepto de energía para explicar situaciones reales. Se usan preferentementeotros conceptos como fuerza, velocidad... (no es en realidad una idea previa, podríamos decir que se trata de una«actitud» previa).

Puede parecer contradictorio que una palabra como la energía, conocida por todos los alumnos, sea tan pocousada cuando han de describir fenómenos que los científicos interpretan con ayuda de ese concepto. Sin embargola contradicción es sólo aparente ya que el uso frecuente que se hace del término en la vida diaria está a un niveldiferente al que usan los científicos. Se trata del uso de la palabra en dos «dominios» diferentes. Nuestra tarea no esevitar que los alumnos la utilicen en el lenguaje diario con el significado que tiene en esas ocasiones, sino que seancapaces de usarla en el «dominio» científico, como un concepto abstracto que puede ser de utilidad para la descrip-ción de numerosos fenómenos.

2. Considerar la energía como «algo» excluyente de los seres vivos.

Se asocia la energía con lo viviente, señalando que los seres vivos necesitan la energía para vivir y paramantenerse activos; estar sin energía es sinónimo de estar cansado, apático, etc. Esta visión antropocéntrica de laenergía se construye a partir del lenguaje cotidiano en el que se utiliza con frecuencia de esa manera. Por eso no esexcesivamente difícil de superar ya que no corresponde a un concepto formado para explicar experiencias cotidia-nas, sino que se refiere a los distintos significados que tiene la misma palabra en dos tipos de lenguaje, el científicoy el cotidiano.

3. Confundir los conceptos fuerza/energía.

Ésta es la idea previa de los alumnos más vigorosa y más difícil de cambiar. Además es la que más influye enlos resultados de la enseñanza porque provoca la confusión entre dos conceptos que se utilizan muy frecuentementeen las clases de ciencias. Los alumnos dan respuestas del tipo «...energía es lo que es capaz de hacer fuerza...»,«...fuerza es la energía que tienen los cuerpos...», y otras similares, en las que se utilizan ambas palabras, fuerza yenergía, como si fueran sinónimas.

4. Sustancialización de la energía.

En ocasiones la energía es considerada como algo casi material que algunos cuerpos pueden tener y otrosno. A veces incluso es algo recargable. Así un muelle puede tener energía y cuando la gasta podemos darle energíade nuevo, recargándolo. En otros casos, la energía es vista como un ingrediente «dormido» del sistema que espera

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un «disparador» que la libere. Por ejemplo, los alimentos tienen energía, que no se manifiesta hasta que no soncomidos y el hecho de comerlos hace que esa energía se libere. Algo parecido le ocurre al carbón, que tiene energía,pero no se libera hasta que no se quema y entonces sale y desaparece.

Establecen una relación energía/combustible de tal manera que se llega a considerar a ésta, no como unapropiedad del combustible sino como el combustible mismo. Es decir energía y combustible adquieren el rango detérminos sinónimos.

5. Los más jóvenes establecen una relación directa entre la actividad/movimiento y la energía.Incluso llegan a identificar la propia actividad con la energía. No consideran tan fácilmente la energía debidaa la posición (energía potencial).

6. Dificultades en la aplicación del principio de conservación de la energía.

La conservación de la energía es un aspecto tan importante del concepto que no podemos decir que unalumno comprende el significado del término energía si no ha comprendido y es capaz de utilizar el principio deconservación. Desgraciadamente, el principio de conservación está lejos de ser algo fácil y evidente para los alum-nos. La dificultad para usar correctamente el principio de conservación no está tanto en la comprensión del mismocomo en la forma en la que los alumnos analizan los procesos.

Los alumnos no necesitan justificar lo que ocurre con la energía una vez que ha sido usada. Un futbolista tienemenos energía después de jugar un partido, ya que se encuentra fatigado, y esa energía simplemente se ha perdido;incluso puede recuperar la energía si descansa adecuadamente, no siendo necesario un aporte externo de energía.Si analizando el funcionamiento de las máquinas se les pregunta qué ocurre con la energía después de ser utilizada,algunos alumnos citan el ambiente, el humo, el calor, etc., pero lo más común es no contestar o decir que se pierde,que desaparece o que se queda en el dispositivo.

Es realmente difícil que los alumnos analicen los procesos con un enfoque similar a los de la ciencia. En éstase analiza un proceso como lo que ocurre entre dos estados de equilibrio, el inicial y el final, prestando menosatención al proceso en sí, que se ve como resultado de las diferencias que existen entre ambos estados. El alumno,por el contrario, presta más atención al cambio en sí mismo, buscando una causa que lo explique y que muy bienpuede gastarse durante el mismo. Estos cambios se producen además en direcciones privilegiadas. Todo necesitauna causa para que funcione, pero en cuanto se encuentra una causa inmediata queda satisfecha la necesidad deexplicación.

Un ejemplo puede servirnos para aclarar lo que queremos decir. El movimiento de caída libre de un objeto loanalizamos los profesores fijándonos en el estado inicial, que tiene una energía potencial determinada y una energíacinética nula, y un estado final, de energía potencial nula o menor que la inicial, habiéndose transformado la diferen-cia en energía cinética. El alumno, por el contrario, busca la explicación en la fuerza que actúa sobre la piedra que«causa» su velocidad. Por eso para piedras más grandes las velocidades de caídas son mayores. Esta es, ennuestra opinión, la mayor dificultad: cambiar la forma en la que se analizan los procesos.

Ideas previas respecto al calor

El calor es algo material, con carácter sustancial, a veces representado por el humo o el vapor.

El calor se confunde con la temperatura. Es una temperatura elevada.

El frío existe, es lo opuesto al calor. Son dos sustancias antagónicas que se contrarrestan.

El calor es una sensación: Hace calor.., tengo calor...

El calor es una forma de energía.

En los procesos en los que hay intercambio de calor se presentan algunas dificultades como son:

Identificación de sólo uno de los sistemas. Olvido del medio ambiente. (El hielo que está en un vaso secalienta y se funde).

Existen cuerpos que por naturaleza son calientes (por ejemplo, la lana o la madera), y cuerpos que pornaturaleza son fríos (por ejemplo, los metales, el mármol).

Dificultad al analizar las transferencias de calor cuando participa nuestro cuerpo. «El calor pasa de la cucharaa los dedos» (aceptable); «el frío pasa del suelo a nuestros pies» (no aceptable)

Los cuerpos fríos protegen del calor y los cuerpos calientes protegen del frío: un helado «dura» más en unacaja de hierro.

Confundir el cálculo del calor intercambiado en un proceso, Q = mceΔt, con el calor contenido en un cuerpo.

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IV. NIVEL DE CONCEPTUALIZACIÓN Y SECUENCIA DIDÁCTICA

La opción que hemos elegido supone introducir la energía como propiedad de los cuerpos o sistemas asocia-da a los cambios. Se considera adecuado para estas edades (12 a 14 años) un nivel de conceptualización algoimpreciso ligado a los cambios.

«La energía es una capacidad de los cuerpos para producir cambios en otros cuerpos, o en ellosmismos».

La clásica definición: energía es la capacidad para hacer trabajo creemos que no es adecuada por las razonesque hemos indicado en la introducción.

En cuanto a las formas de energía su introducción la haremos teniendo en cuenta que la propiedad de loscuerpos para poder producir cambios puede estar asociada con diversas circunstancias: el movimiento, la posición,la naturaleza y temperatura del sistema, etc. Se debe procurar no confundir las fuentes de energía con las formas deenergía. Hemos tratado conjuntamente todas las formas de energía, procurando con ello que se forme un conceptoque pueda servir para integrar diversos campos de la ciencia.

Trataremos todos los atributos de la energía aunque se insistirá fundamentalmente en las transformaciones.Éstas las analizaremos siempre conectando las formas de energía con los cambios que ocurren en los sistemas. Setrata de hacer evidente que cuando los sistemas cambian, unas formas de energía aumentan mientras otras dismi-nuyen. Poner de manifiesto que el crecimiento de una forma de energía está asociado a la disminución de otra formaes un paso previo para comprender y admitir el principio de conservación de la energía.

Desde el principio se analizarán procesos en los que haya degradación de la energía. Naturalmente se trata deuna visión cualitativa-utilitaria del concepto degradación. Cuando la energía se utiliza pierde calidad y ya no es capazde producir tantos cambios. Por ejemplo, la energía eléctrica1 -antes de su utilización- puede servirnos: para hacerfuncionar una batidora, para el alumbrado, para calefacción..., pero si la utilizamos para calefacción después deutilizarla (ya no es energía eléctrica), prácticamente no sirve para nada.

En los intercambios de energía dedicaremos atención a los procesos en los que a la cantidad de energíaintercambiada la podemos llamar «calor», procurando aclarar el significado científico de este término así comosuperar algunas ideas previas de los alumnos relacionadas con el calor y la naturaleza de los cuerpos.

Dada la importancia que tiene la energía eléctrica en nuestra sociedad dedicaremos una atención especial aestudiar el procedimiento básico para obtener energía eléctrica, para lo cual se analizará el funcionamiento de ladinamo. Una vez comprendida el funcionamiento de la dinamo, se analizarán los dos sistemas principalmente utiliza-dos para mover las dinamos y alternadores: las centrales hidroeléctricas y las centrales térmicas.

Dedicaremos también un poco de tiempo a analizar las diferentes formas de aprovechamiento de la energía.Debemos procurar que los alumnos trabajen sobre los aspectos sociales de la energía (una iniciación a los mismos)y no sacrificar esto, por estar al final de la unidad, debido a la falta de tiempo. Creemos que en caso de ser necesario,podemos dejar de hacer algunas otras actividades pero convendría discutir las relacionadas con la influencia de laenergía en la vida de las personas.

1Cuando hablamos de energía eléctrica no nos referimos a un tipo de energía sino a una forma de transferencia deenergía.

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1. ¿QUÉ ES LA ENERGÍA?

A.1.- Con esta actividad se pretende poner de manifiesto las ideas previas que, sobre energía, tienen losalumnos. Una vez que los alumnos expongan sus ideas, el profesor o profesora procurará formularlas lo másexplícitamente posible con objeto de sistematizarlas. Las respuestas de los alumnos serán muy imprecisas y puedenser del tipo:

La energía de un cuerpo es la fuerza que tiene ese cuerpo.

La energía de un cuerpo es lo potente o lo fuerte que es ese cuerpo.

La energía es lo que tienen las personas para vivir.

La energía es lo que tiene la gasolina, o el petróleo o cualquier otro combustible.

Puede también haber menciones a la energía que tiene el Sol, o expresiones que se refieren a fuentes deenergía, como la energía nuclear o la energía hidroeléctrica, etc., términos que muchos alumnos han oído o inclusoestudiado en cursos anteriores.

Como es lógico, no encontraremos ninguna respuesta que podamos considerar cercana a un significadocorrecto para la energía. Conviene hacer notar a los alumnos que sus expresiones no son muy claras y que debere-mos buscar una definición más precisa para eso que llamamos energía. Pero antes de dar la definición planteamosotra actividad que les sirva para reflexionar sobre el tema.

A.2.- La opción que hemos elegido, supone asociar la energía con la capacidad para producir transformacio-nes. Nos interesa también que no se limiten esas transformaciones a las mecánicas, sino que se adquiera una visiónmás amplia que abarque fenómenos de diverso tipo.

Con esta actividad se pretende conseguir dos objetivos fundamentalmente:

a) Iniciar al alumno en el análisis de los fenómenos, identificando los sistemas que participan en estos y lastransformaciones que les ocurren.

b) Relacionar las transformaciones con «una capacidad» de los sistemas para producirlas. A esa «capaci-dad» para provocar cambios es a lo que asociaremos la energía. Al mismo tiempo, se pondrá de manifiesto que la«capacidad» de un sistema para provocar cambios no es ilimitada y se pierde conforme se producen las transforma-ciones.

En el momento de llevar a cabo la actividad, algunos aparatos deberían estar funcionando ante los alumnos.En las observaciones que hacen, los estudiantes centran su atención en el aparato y sus explicaciones se refieren alo que les ocurre a los mismos: las aspas del ventilador se mueven, la estufa se calienta, se pone al rojo, el motor davueltas, etc. En realidad, a los aparatos no les ocurre ninguna transformación cuando están funcionando en régimenpermanente. Los aparatos se utilizan porque facilitan las transformaciones, pero a ellos no les ocurre nada.

La redacción de las preguntas se ha hecho de forma que se dirija la atención hacia los sistemas que setransforman, pero a pesar de ello el profesor deberá ayudar a los alumnos a cambiar su centro de atención en elaparato por una atención a los sistemas que se transforman. Los alumnos tienen también dificultades para identifi-car los sistemas que cambian, ya que en algunas ocasiones esos cambios no son demasiado evidentes.

En las respuestas, no se pretende una descripción muy precisa de lo que se está observando, pues el desco-nocimiento de los alumnos lo impide; por ejemplo, los alumnos no saben aún cómo se produce la energía eléctricaque permite el funcionamiento de algunos de los aparatos propuestos. Para los objetivos que nos proponemos, essuficiente que el alumno se dé cuenta de la existencia de ese sistema y de que el sistema sufre algún cambio.Podemos hacer mención a la corriente eléctrica como un sistema que permite que funcionen esos aparatos, y decirque la corriente eléctrica se gasta cuando los aparatos funcionan.

Proponemos a continuación unas respuestas que se pueden utilizar en el análisis de los procesos propuestos;sin embargo, no son las únicas posibles, y puede que algunos alumnos perciban algún cambio que nosotros no hemosreseñado. El profesor debe tenerlo en cuenta y admitirlo, delimitando cuáles serán los cambios sobre los que secentrará la atención. Debemos ser conscientes de que lo que parece evidente al profesor no siempre lo es para elalumno.

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ventilador

- Cuerpos o sistemas que cambian: el aire y la corriente eléctrica (o lo que produce la corriente eléctrica).

- Efecto que se produce: el aire se pone en movimiento.

- ¿Qué es lo que permite que funcione?: la corriente eléctrica.

- ¿Qué le ocurre a lo que le hace funcionar?: se gasta.

cocina de gas

- Cuerpos o sistemas que cambian: el gas butano y lo que se calienta (agua, comida, etc.).

- Efecto que se produce: se calienta el agua (aumenta su temperatura).

- ¿Qué es lo que permite que funcione?: quemar el gas butano.

- ¿Qué le ocurre a lo que le hace funcionar?: se gasta. (Dejamos de tener gas butano).

estufa eléctrica

- Cuerpos o sistemas que cambian: el aire y la corriente eléctrica (o lo que produce la corriente eléctrica).

- Efecto que se produce: se calienta el aire.



motor sacando agua de un pozo

- Cuerpos o sistemas que cambian: el agua y la corriente eléctrica.

- Efecto que se produce: el agua sube desde el fondo del pozo hasta la superficie. (Este cambio no esfácilmente detectado por los alumnos).



Una vez analizados todos los cambios, se pondrá de manifiesto que la corriente eléctrica, el gas butano, lagasolina o las pilas tienen alguna propiedad que permite que funcionen esos aparatos. A esa propiedad, que tienenelementos tan dispares, la llamamos energía. Conviene insistir en que la energía no es el gas butano, la gasolina o laspilas, sino que esos sistemas tienen la propiedad de poder producir cambios, y es a esa propiedad a la que llamamosenergía, no al sistema en sí mismo.

2. FORMAS DE ENERGÍA

Aunque posteriormente se estudiará cada forma de energía, creemos conveniente presentar a los alumnosuna primera visión de conjunto de todas las formas de energía, de manera que adquieran la idea de que son manifes-taciones diferentes de una misma cosa. Por eso el profesor debe insistir en que sea cual sea el tipo de energía lo quecaracteriza a todas es la capacidad para producir transformaciones.

Como puede observarse no hacemos alusión alguna a la energía térmica, calorífica o al calor como forma deenergía. Si bien en una primera conceptualización de la energía no pretendemos establecer el concepto tal como enla actualidad es aceptado por los científicos, hemos creído conveniente no introducir términos que ya no se aceptan.Nos parece que la alusión a la energía interna, correcta desde el punto de vista científico, es también suficientementeintuitiva como para ser comprendida por los alumnos de estas edades. De esta forma, cada vez que como resultadode cualquier proceso cambie la temperatura de cualquier sistema o bien se dé un cambio de estado o reacciónquímica, diremos que ha cambiado la energía interna del sistema. Conviene que el profesor sea consciente de estaforma de analizar los procesos y se refiera a la energía interna en lugar de al calor.

2.1 La energía cinética

A.3.- Reincidimos en que la energía es la capacidad de los cuerpos para producir cambios o transformacio-nes. Los cuerpos que están moviéndose pueden producir cambios en los otros cuerpos o en sí mismos, y por esodecimos que tienen energía. Los aspectos básicos de cada concepto conviene repetirlos para que queden bienincluidos en la estructura cognitiva del alumno.

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Tanto el coche, como el martillo o el atleta tienen energía pues tienen la propiedad de poder provocar trans-formaciones. El coche podrá romper la farola, el martillo podrá introducir el clavo y el atleta podrá saltar variosmetros (el salto es también una transformación, en este caso supone un cambio de posición).

Es posible que los alumnos digan que tienen energía porque se están moviendo. Debemos completar esaafirmación, señalando que tienen energía porque tienen capacidad para producir cambios, si bien es cierto que eneste caso esa capacidad la poseen gracias a que están en movimiento.

A.4.- En esta actividad se persiguen dos objetivos: a) que el alumno comience a acostumbrarse a que esnecesario el control de variables para pronunciarse sobre cualquier situación y b) que manifiesten de forma explícitalas variables de las que depende la energía cinética. Es casi seguro que prácticamente todos los alumnos se mani-fiesten acertadamente. No se trata de que el alumno averigüe la fórmula; ésta, se presenta a continuación como unainformación.

Los alumnos admiten fácilmente que tiene mayor energía cinética el vehículo que lleva mayor velocidad,aunque no dan razones de forma explícita. Se debe procurar que expresen claramente que el coche que tiene mayorvelocidad tiene más capacidad para provocar cambios y por lo tanto, tiene más energía. El mismo comentario esválido para cuando han de escoger entre el camión y el coche. Si ambos van a la misma velocidad, el camión tienemás capacidad para realizar transformaciones y por lo tanto tiene más energía cinética. En esta ocasión, puede quealgún alumno diga que tiene más energía cinética el camión porque es más grande. Hay que aclarar qué quiere decireso de que es más grande. No se trata de cuestión de tamaño, sino de masa, lo que se puede poner de manifiestopreguntando si tendría más energía cinética el camión cargado o vacío.

Como síntesis de estas dos situaciones llegan a la conclusión de que existe algún tipo de dependencia entre laenergía cinética y la masa y la velocidad, en el sentido de que si aumenta la masa y/o la velocidad la energía cinéticaaumenta, aunque no sepan el tipo de relación existente.

A.5.- Se trata de un ejercicio de aplicación directa de la expresión que se ha dado para calcular la energíacinética. Conviene recordar que la masa se debe expresar en kilogramos y la velocidad en metros en cada segundosi queremos que la energía cinética se exprese en julios.

2.2 La energía potencial gravitatoria

Considerar que la energía potencial gravitatoria radica en el cuerpo que se aleja de la Tierra no es totalmentecorrecto desde un punto de vista formal. La energía potencial gravitatoria es una propiedad del sistema formado porla Tierra y el cuerpo que estemos considerando. Sin embargo, creemos que es bastante más intuitivo para el alumnoconsiderar que la energía potencial gravitatoria radica en el cuerpo que se acerca o aleja a la Tierra, ya que loscambios que le ocurren son mucho más perceptibles que los que le ocurren a la Tierra.

A.6.- De forma muy cualitativa, los alumnos tienen que llegar a asumir que hay un tipo de energía que no sólodepende de cada cuerpo sino de la posición que ocupa. En esta primera actividad se trata de que comprendan cómola altura, que nada tiene que ver con un cuerpo cualquiera, predetermina su capacidad para producir cambios; esdecir, le «impone» una energía potencial. Así, una bola de hierro apoyada en el suelo no produce a éste ningunatransformación. Sin embargo al levantarla 2 metros, ya no es la «misma bola» en cuanto a su capacidad paraproducir cambios, cosa que podemos comprobar dejándola caer. Al poner estos ejemplos hay que tener muy pre-sente que al levantar un cuerpo a una altura, la energía potencial no surge mágicamente, sino que ha tenido lugaruna transferencia pues simultáneamente se ha producido una disminución de energía en el sistema que hace que elcuerpo suba. El no tener en cuenta esto sería una dificultad añadida para entender el Principio de Conservación dela Energía.

A los alumnos les cuesta bastante asumir la existencia de la energía potencial, posiblemente porque estárelacionada con algo que no supone una diferencia evidente. Que un cuerpo se esté moviendo o esté quieto suponedos situaciones claramente distintas. El que esté más o menos alto no está tan claro que suponga una diferencia enla capacidad para producir cambios; la ayuda de un dibujo facilita la tarea a los alumnos. Llamamos la atención delos profesores ante este hecho, siendo necesario insistir en el mismo a lo largo de la unidad.

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A.7.- Se trata de que el alumno llegue a la conclusión de que la energía potencial depende del peso (masa)del cuerpo y de la altura a que se encuentra, y que cuanto mayores sean ambos (peso y altura) mayor será laenergía potencial. Preguntamos siempre ¿por qué tiene más energía?, para insistir en que se asocie la energía conla capacidad de producir cambios. Sea cual sea la propiedad con la que esté relacionada, tiene más energía elcuerpo cuanto mayor capacidad tenga para producir cambios.

Advertimos sobre la necesidad de mejorar la capacidad de expresión de los alumnos. Además de ser unobjetivo básico al que debemos contribuir también desde el área de ciencias de la naturaleza, la precisión en ellenguaje va acompañada de una mejora de la comprensión. La respuesta de los alumnos se limita a decir que tienemayor energía potencial la roca de 100 kg pues es «más grande» (algunos puede que digan «que pesa más»). Elprofesor debe ayudarles a establecer una respuesta del tipo: «tiene más energía potencial la roca de 100 kgporque es la que tiene mayor capacidad para producir cambios».

A.8.- Ejercicio de cálculo de la energía potencial en distintas situaciones, haciendo uso de la expresiónanterior y de las prescripciones de unidades impuestas por la definición del julio. Damos el valor del peso ennewtones y el valor de la masa equivalente en kilogramos. De esa forma el alumno puede hacerse una idea mejordel valor al que nos estamos refiriendo.

El apartado b) se puede complicar si preguntamos cuánto ha aumentado la energía potencial de la campanacuando pasa desde una altura de 10 m a otra de 20 m sobre el nivel del suelo. Eso le exige a los alumnos calcular dosveces la energía potencial y obtener la diferencia. Se puede proponer como actividad complementaria a los alumnosde nivel más avanzado.

Podría hacerse una actividad práctica para determinar los factores que influyen en la energía potencial gravitatoria.Sin embargo, nuestra experiencia con alumnos de un nivel relativamente bajo no ha sido muy positiva, lo que noslleva a no proponerla de forma general. Otro inconveniente es que es una actividad que consume bastante tiempo.

2.3 La energía interna

A.9.- En esta actividad se trata de reconocer la presencia de energía no tipificable como cinética o potencial.

Se proponen situaciones en las que resulta bastante evidente la existencia de energía relacionada con el tipode sustancia. En el curso anterior se explicaron las diferencias entre sustancias puras en función de la estructuraatómica, y además los alumnos tienen idea de que existen materiales diferentes y que hay muchas diferencias entremateriales como el agua o la gasolina. Creemos que esas ideas pueden aprovecharse para la introducción delconcepto de energía interna.

Aunque los alumnos admiten fácilmente que en esas situaciones hay energía, hay que insistirles en queexpresen por qué se puede afirmar eso. Se trata de que vuelvan a relacionar la existencia de energía con lacapacidad para producir cambios o transformaciones. En la pólvora o la gasolina la capacidad para producir cam-bios es bastante evidente. Quizás en los alimentos esa capacidad es menos evidente pero se puede argumentar quepermite a los seres vivos hacer transformaciones. De alguna manera se parecen a la gasolina, que permite a losmotores funcionar.

Como conclusión de esta actividad se sacará la idea de que existe un tipo de energía que llamaremos ener-gía interna, que está asociado al tipo de material.

Ya hemos indicado en varias ocasiones que nos parece oportuno conjugar dos niveles diferentes. Por un lado,introducir los conceptos necesarios para que los alumnos vayan teniendo una estructura teórica básica que lespermita aumentar su capacidad para hacer análisis de los fenómenos que pueden observar. Por otro lado, se trata derelacionar esa estructura teórica con hechos y aplicaciones que correspondan a su entorno más cercano, poniendode manifiesto las relaciones entre Ciencia, Tecnología y Sociedad.

La información establece la relación entre el concepto más teórico de energía interna, con un nivel másaplicado que se corresponde a la utilización de diferentes combustibles. Precisamente, los combustibles son mate-riales (sustancias según una expresión más precisa), que tienen una elevada energía interna por unidad de masa.Esa energía interna se pone de manifiesto en las reacciones de combustión, y de ahí el valor tan elevado del podercalorífico de esas sustancias.

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Se puede establecer una relación, según el tiempo disponible, entre las reacciones químicas y el aprovechamien-to de la energía interna. En todas las reacciones químicas, los productos tienen energía interna diferente a losreactivos. Si la energía interna de los reactivos es mayor que la de los productos, tenemos una reacción exoenergéticao exotérmica, en la que podremos aprovechar esa diferencia de energía; si la energía interna de los productos esmayor que la de los reactivos, tendremos una reacción endoenergética o endotérmica, siendo necesario que tomenenergía de algún sistema exterior.

A.10.- a) Queremos comprobar si queda claro el significado de poder calorífico de un combustible. Hay quetener cuidado de que los alumnos se den cuenta que para poder comparar dos combustibles es necesario referirsea la misma cantidad. Los valores de la tabla se refieren a la energía que se puede obtener en la combustión de 1 kg.

b) Se trata de relacionar el aprovechamiento de la energía interna con la reacción de combustión. La gasolinacomo tal no suministra energía. Es a partir de la combustión de la gasolina, en la que esta sustancia se combina conel oxígeno para dar lugar a sustancias nuevas, cuando puede aprovecharse la diferencia entre la energía interna dela gasolina y la de las nuevas sustancias.

A.11.- Una vez que se ha establecido que hay materiales que tienen más energía que otros, nos vamos areferir a la energía que puede tener un mismo material según la temperatura a la que se encuentre.

Asumir que un mismo material a temperaturas diferentes tiene energías distintas también nos parece factiblea esas edades. No nos parece conveniente entrar en la matización de las diferencias de energía que tiene unasustancia a la misma temperatura pero en dos estados diferentes, por ejemplo: la diferencia de energía entre el agualíquida a 100 ºC y el agua gas a 100 ºC. Creemos que se deben tratar en el segundo ciclo de la etapa.

La razón que aduciremos para decir que el trozo de hierro a 800 ºC tiene más energía que a una temperaturainferior, es que en el primer caso tiene más capacidad para provocar transformaciones que en el segundo. El mismoargumento es válido para los apartados b) y c). Debemos dejar claro que nos referimos siempre a la misma cantidadde materia. Es decir, se trata de comparar siempre el mismo sistema cambiando únicamente la temperatura delmismo.

En muchos libros se dice que los cuerpos a mayor temperatura tienen más «calor». Por las razones queargumentamos en la introducción de la unidad, nosotros creemos que conviene usar la denominación de energíainterna, y dejar el término «calor» para indicar la energía transferida entre dos sistemas a causa de una diferencia detemperaturas.

2.4 Los alimentos: algo más que combustibles

La inclusión de los alimentos en la unidad de la energía está justificada por un doble motivo. Por un lado,favorece la visión unificada de la energía como un concepto que se utiliza en campos muy diversos de la ciencia; porotro, la importancia de una alimentación adecuada aconseja que se trate este tema en diversas ocasiones, condiferentes enfoques y niveles de profundización.

Dado que el tiempo dedicado a este área es más bien escaso, sugerimos a los profesores que el tratamientomás detallado de la alimentación, en lo que se refiere a los hábitos alimenticios, necesidad de higiene, etc. se tratecomo una actividad interdisciplinar. En esta unidad se trataría de establecer dos ideas básicas:

a) Los seres vivos, entre ellos el hombre, necesitan energía para «funcionar», «mantenerse» y «crecer».

b) Los alimentos proporcionan la energía para cubrir esas necesidades y, además, proporcionan los materia-les de los que se construye el organismo. Esto hace que una alimentación adecuada deba cubrir las necesidadesenergéticas y aportar los materiales básicos.

A.12.- La energía necesaria se puede adquirir si tomamos un solo alimento, por ejemplo patatas. Pero unaalimentación que sólo tuviese patatas sería incompleta por otras razones. No contendría sustancias básicas a partirde las cuales el organismo pudiera realizar las funciones de mantenimiento y de crecimiento.

Es necesario que se ingieran alimentos variados, de forma que se cumpla aproximadamente las proporcionesde una dieta equilibrada. De todas formas, no conviene dramatizar en exceso. No es de ninguna manera imprescin-dible que en cada comida se cumpla con total exactitud las proporciones de principios básicos. Ni siquiera es

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necesario hacer cálculos para saber si los porcentajes de alimentos ingeridos son los correctos o no. Es suficientecon tomar una alimentación lo más variada posible, que incluya todo tipo de alimentos y que no esté centrada enunos pocos: una alimentación variada (y moderada), cumple siempre las premisas de una dieta equilibrada.

b) Tanto la gasolina como los alimentos tienen energía interna que se puede aprovechar para que funcione unmotor o el cuerpo, respectivamente. Para que esto ocurra es necesario que se produzca la combustión de ambos.La diferencia entre uno y otro combustible estriba en el procedimiento que se lleva a cabo para poder utilizar suenergía interna: mientras que en el caso del motor de combustión se lleva a cabo de una forma brusca, en el caso delcuerpo los alimentos se queman en las células de una forma gradual y controlada para que el aumento de latemperatura no sea demasiado elevado.

3. LOS SISTEMAS CAMBIAN. LAS ENERGÍAS ASOCIADAS TAMBIÉNCAMBIAN

Unas de las características de la energía es que se presenta bajo formas diferentes, capaces de transformar-se unas en otras. Creemos oportuno remarcar este aspecto y por eso presentamos, en este epígrafe, varios ejem-plos para que el alumno los analice. Además, insistiremos en las transformaciones de energía en otras actividadesdel tema. Llamamos la atención sobre una dificultad que tienen los alumnos y que pasa desapercibida para losprofesores: en muchas ocasiones, los alumnos no advierten que un determinado cuerpo o sistema ha sufrido unatransformación, sobre todo cuando el cambio no es llamativo o espectacular. Así, cambiar de posición o tener una luzencendida en una habitación no suponen cambios para los alumnos. Es un problema importante ya que los erroresque cometen al identificar las transformaciones de energía se deben, en ocasiones, a esa dificultad para identificar elsistema que cambia.

Proponemos una modificación en la manera que tradicionalmente se analizan las transformaciones energéti-cas. (Repasar en la introducción de la unidad el apartado: ¿Se transforma la energía o se transforman lossistemas?) En lugar de señalar sólo los cambios en las formas en que se presenta la energía, conviene dejarexplícito que cada uno de esos cambios se corresponde con un cambio observable que ocurre en los sistemas. Deesa forma, no es que la energía cinética se haya transformado en energía potencial, como si fuesen algo indepen-diente de los sistemas a los que están asociadas, sino que los sistemas han cambiado y podemos decir que hacambiado la energía asociada a ellos.

Con ayuda de la transparencia nº 7 se puede explicar el ejemplo que se incluye en el libro del alumno antesde proponerles la A.13.

A.13.- Los alumnos no tienden a analizar las transformaciones desde un punto de vista energético. Quizássea debido a que buscan una causa evidente capaz de producir el efecto observado y que la energía no tiene esascaracterísticas. Tienen también dificultades para establecer claramente los estados inicial y final de una trans-formación y ver lo que cambia sin analizar los estados intermedios en los que, en muchas ocasiones, la transforma-ción es más evidente. Por eso, conviene hacer ejercicios donde se les obligue a hacer análisis de otro tipo.

Debemos recomendarles que establezcan los sistemas que van a cambiar, que se fijen en el estado inicial yluego se fijen en el estado final. Una vez establecidos los cambios observables que ocurren en los sistemas, escuando procede realizar la interpretación energética de dichos cambios. Las respuestas se recogen en una plantillapara remarcar tanto los dos niveles de descripción, el observable y la interpretación energética, como los dosestados, el inicial y el final. Para ayudarles, en los dos primeros ejercicios se explicita los sistemas que sufrencambios relevantes, así como los cambios que les ocurren. En los apartados c) y d) se indican sólo los sistemas perono los cambios, mientras que en el apartado e) no se indica ni los sistemas ni los cambios.

Es posible que algunos alumnos o alumnas centren su atención en cambios que nosotros consideremos pocorelevantes. Se debe tener presente que más que buscar una respuesta correcta, tal como la esperamos, el objetivode la actividad es hacer que los alumnos sean capaces de detectar los cambios que ocurren en los sistemas yrelacionarlos con cambios en las energías asociadas. Por eso, los cambios que propongan deben ser tenidos encuenta y analizados.

Dejaremos tiempo para cada apartado, pueden ser suficiente con 5 minutos en cada uno, y después de lapuesta en común se resaltarán los aspectos más importantes con ayuda de las transparencias. Sobre todo, seinsistirá en la necesidad de delimitar el o los sistemas que cambian, el estado inicial y el estado final, así como lainterpretación energética.

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ESTADO INICIAL


La bala está en reposo.

La pólvora está intacta.


La bala no tiene energía cinética.

La pólvora tiene mucha energía interna.

ESTADO FINAL


La bala está en movimiento

La pólvora se ha quemado.


La bala tiene energía cinética.

Los productos que se producen en la combus-tión tienen menos energía interna que la pólvora.

ESTADO INICIAL


La persona está descansada.

La pelota está en reposo.


La persona tiene energía interna.

La pelota no tiene energía cinética.

ESTADO FINAL


La persona está algo más cansada.

La pelota está en movimiento.


La persona tiene menos energía interna.

La pelota tiene energía cinética.

a) Cuando se dispara una bala con una pistola.

Disminuye la energía interna de la pólvora y aumenta la energía cinética de la bala. (Transparencia nº 8).

b) Cuando hervimos agua en una cocina de gas.

Disminuye la energía interna del sistema butano-aire y aumenta la del agua. (Transparencia nº 9).

c) Cuando le damos un puntapié a una pelota y ésta se pone en movimiento.

Disminuye la energía interna de la persona y aumenta la energía cinética de la pelota (Transparencia nº 10).

ESTADO INICIAL


El agua está fría.

El butano está intacto.


El agua tiene poca energía interna.

El butano tiene mucha energía interna.

ESTADO FINAL


El agua está caliente.

El butano ha ardido.


El agua tiene más energía interna

Los productos de la combustión tienen menosenergía interna que tenía el butano.

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En realidad también aumenta la energía interna del aire, debido a la respiración de la persona.

d) Cuando una planta crece en una maceta.

Es difícil que los alumnos se den cuenta de que el Sol cambia en ese proceso, será necesario hacer uncomentario sobre el hecho de que el Sol, igual que todas las estrellas, va evolucionando y perdiendo energía.(Transparencia nº 11).

En todos los ejemplos el aparato donde se transforman los sistemas y por lo tanto, la energía asociada a esossistemas, no sufre ningún cambio. Así la pistola, o la cocina de gas, estarán igual al principio que al final del proceso,(si no tenemos en cuenta el aumento de temperatura que sufren por las pérdidas de energía que tienen lugar).

e) Cuando una persona sube andando una escalera.

En realidad, también se transforma el aire. Además, como ya se dijo, en los cambios de energía potencial elsistema involucrado está constituido por el cuerpo que cambia de posición y por la Tierra, pero eso no lo tendremosen cuenta. (Transparencia nº 12).

Disminuye la energía interna de la persona y aumenta la energía potencial gravitatoria.

3.1 Degradación y conservación de la energía

Aclarados los cambios principales que ocurren en los ejemplos que hemos propuesto, tanto en los sistemascomo en las energías asociadas a esos sistemas, conviene detenerse en reflexionar sobre la información contenidaen la lectura. En muchas ocasiones, hay una cesión de energía al medio ambiente, la mayor parte de las vecesdebida al rozamiento. Ello provoca que, en muchas ocasiones, parezca que se ha perdido la energía, cuando enrealidad esa energía se encuentra en el medio ambiente aunque, eso sí, sin que sea útil para las personas.

Para poner de manifiesto la importancia del rozamiento se pueden realizar algunas experiencias muy rápidas

ESTADO INICIAL


La persona está en el fondo de la escalera,descansada.


La persona tiene energía interna, pero no tie-ne energía potencial gravitatoria.

ESTADO FINAL


La persona está en lo alto de la escalera, can-sada.


La persona tiene energía potencial gravitatoria.Tiene menos energía interna que antes.

ESTADO INICIAL


La planta es pequeña.

El Sol tiene una determinada constitución.


La planta tiene poca energía interna.

El Sol tiene mucha energía interna.

ESTADO FINAL


La planta ha crecido.

El Sol tiene una constitución algo diferente.


La planta tiene más energía interna.

El Sol tiene menos energía interna que antes.

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1Esta interpretación no es rigurosamente correcta, pero la consideramos adecuada para este nivel.

y sencillas. Por ejemplo, frotar una moneda contra el suelo hasta que aumente su temperatura lo que se puedecomprobar poniéndola sobre la frente. También se puede presentar un ejemplo muy claro comprobando cómo se hacalentado la broca después de hacer un agujero con un taladro. Otro ejemplo se observa frotando las palmas de lasmanos y se comprueba cómo ha aumentado su temperatura.

Quizás los alumnos no relacionen ese rozamiento con el que puede ocurrir en el aire. Se les puede comentarque las estrellas fugaces son meteoritos que se funden al ponerse en contacto con la atmósfera, ya que el rozamien-to produce un calentamiento tan importante que es capaz incluso de fundirlos. Algo semejante ocurre con las navesespaciales, que deben llevar una protección de cerámica para evitar que se fundan cuando vuelven a la atmósferadesde el espacio exterior.

A.14.- Se proponen nuevos ejemplos para ejercitar a los alumnos en el análisis de los cambios en los siste-mas y en las energías asociadas. En esta ocasión conviene que se tengan en cuenta las «pérdidas» de energía almedio ambiente que hacen que disminuya la energía disponible.

a) Cambia el paracaidista que cae desde los 1000 metros de altura, y el medio ambiente que se calienta,(aunque ese aumento de temperatura sea imperceptible).

La energía potencial gravitatoria del paracaidista cuando está a 1000 metros del suelo va disminuyendo almismo tiempo que va aumentando la energía cinética del paracaidista y la energía interna del medio ambiente. Alfinal, toda la energía que inicialmente era potencial gravitatoria está como energía interna del medio ambiente ypuesto que esa energía no es útil para el hombre, decimos que se «ha perdido». (Transparencia nº 13).

b) Podemos distinguir dos etapas. En la primera, la vagoneta sube desde la parte baja a la parte más alta, loque se consigue mediante un motor que está conectado a la electricidad. En la segunda, la vagoneta baja y subehasta terminar parada en la parte inferior; en esta etapa se transforman la vagoneta y el medio ambiente.

En la primera etapa, cuando la vagoneta sube hasta la parte más alta, disminuye la energía eléctrica yaumenta la energía potencial de la vagoneta. Cuando la vagoneta cae, disminuye la energía potencial y crece laenergía cinética. Al subir de nuevo, disminuye la energía cinética y aumenta la energía potencial y así sucesiva-mente, hasta que las perdidas de energía debido al rozamiento hace que la vagoneta pierda toda la energía quedandoparada en la parte baja de la «montaña rusa».

Al final, ha aumentado la energía interna del medio ambiente, energía que ya no resulta útil para las personas.

c) Se transforman las pilas, que se van gastando, y el medio ambiente, que va aumentando su temperatura.Disminuye la energía eléctrica y aumenta la energía luminosa1 . La energía luminosa se transforma en energíainterna del medio ambiente.

En el estudio de las transformaciones planteamos la conservación de la energía, aunque sólo de una formacualitativa. Será un primer paso, que ampliaremos en un curso posterior con la realización de balances energéticos.

En las actividades anteriores hemos insistido en que la energía no se destruye, aunque a veces parezca queha desaparecido. Hemos llamado la atención sobre el hecho de que esa energía está en el medio ambiente, pero detal forma que no es utilizable por las personas y por eso, a efectos prácticos, es como si se hubiese perdido. En lasactividades que siguen, centraremos la atención en el hecho de que la energía no puede salir de la nada. Nunca sepuede crear energía y a lo sumo, lo que podemos hacer es conseguir que aparezca una forma de energía, cuyautilización sea más cómoda, cuando desaparece otra forma de energía.

Es conveniente hacer notar que en muchas ocasiones utilizamos las expresiones «ley de conservación de laenergía» o «principio de conservación» como si todos sus términos fuesen perfectamente comprensibles para losalumnos. Los niños, a estas edades, entienden la palabra «ley» en un sentido legal o estatutario más que en elsentido científico, la palabra principio como el comienzo de algo y la palabra conservación en un sentido económicoo de ahorro.

Creemos que lo más adecuado es decir que se trata de un principio.

A.15.- Una observación no cuidadosa puede hacernos creer que una pelota «saltarina» es capaz de rebotarhasta una altura superior a aquella desde la que cae. Eso nunca ocurre, lo que puede comprobarse fácilmente deuna manera práctica. Desde el punto de vista energético, eso supondría que la pelota ha ganado energía de la nada,

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lo cual es imposible. Al llevar a cabo la comprobación experimental habrá que cuidar que la pelota no se lancecontra el suelo, sólo que se deje caer.

Cabe discutir qué ocurre en una cama elástica. En ese caso, la persona que esté saltando, sube cada vez amayor altura. Sin embargo, hay una diferencia fundamental: el aumento de altura, y por lo tanto de energía poten-cial, no ocurre a partir de la nada sino que la persona tiene que aportar parte de su energía interna; saltar en unacama elástica es un ejercicio que requiere el aporte de energía por parte del que salta. Si dejamos caer algo paraque rebote en una cama elástica, los botes serán cada vez de menor altura hasta que termina parándose.

Creemos que la discusión sobre estos ejemplos pueden servir para introducir la imposibilidad de crear laenergía sin que haya una transformación equivalente. Llamamos también la atención al hecho de que los alumnospuedan creer que suceden cosas que no se corresponden con la realidad, como que las pelotas «saltarinas» botancada vez a mayor altura.

A.16.- En este ejercicio los alumnos predicen con relativo éxito la posición que puede alcanzar la bola, peromuy pocos dan explicaciones basadas en la conservación de la energía. La bola no podrá nunca superar la posiciónC, que está a la misma altura que X, ya que la energía potencial máxima que puede alcanzar es la que tenía en elpunto de salida. En la práctica, nunca alcanzará ese punto C, pues debido a que la bola roza con el raíl, parte de ladisminución de la energía potencial gravitatoria se compensa por el aumento de energía interna de la bola y del raíl que vanaumentando de temperatura. Por eso, la bola llegará al punto B o al punto A, según sea el rozamiento menor o mayor.

4. TRANSFERENCIAS DE ENERGÍA: EL CALOR

En el curso pasado se estudió la temperatura como una de las propiedades básicas que permiten definir elestado de un sistema. En éste vamos a introducir un nuevo concepto científico, el calor, cuyo significado es muydiferente al que tiene en el lenguaje cotidiano.

Por calor se entiende la energía que se intercambia entre dos sistemas a causa de una diferencia de tempe-ratura entre ambos. Por lo tanto, siempre que hablemos de calor, será necesario identificar los dos sistemas entrelos que se produce el intercambio de energía, y siempre disminuirá la energía del que se encuentra a mayor tempe-ratura mientras que aumentará la del que está a una temperatura inferior.

En algunos libros puede leerse que el calor es la suma de las energías cinéticas que tienen todas las molécu-las de un sistema. Creemos que en esa definición hay dos errores: el primero, llamar calor a lo que hoy se llamaenergía interna, y el segundo, no tener en cuenta la energía potencial eléctrica del sistema de partículas que compo-nen el cuerpo. La energía interna tiene que ver no sólo con la temperatura sino que también influye, y mucho, el tipode unión que existe entre los átomos y moléculas y, en definitiva, la energía potencial asociada a las interaccionesentre los átomos.

Todo ese nivel es excesivo para los alumnos de 13/14 años y creemos que, en este curso, no conviene entraren detalles que relacionen el aspecto macroscópico que estudiamos con una interpretación a partir del modelocinético molecular. Este curso dedicaremos atención a establecer un significado correcto del término calor desde unpunto de vista macroscópico, como un concepto que se introduce en el estudio de las transferencias de energía.

4.1 Dilataciones: efecto de la temperatura sobre el volumen de los cuerpos

Se introduce uno de los efectos más importantes de la temperatura que puede ser observado fácilmente.

A.17.- a) La experiencia es fácil de realizar y pone claramente de manifiesto el aumento de volumen de unsistema gaseoso cuando aumenta la temperatura. El aumento de volumen se observa incluso cuando se calienta elmatraz cogiéndolo entre las dos manos.

b) La experiencia se puede llevar a cabo en clase para que la observen los alumnos. Conviene comentar queaunque la dilatación «parece» tan importante como en los gases, la dilatación en los líquidos es mucho menor que enel estado gaseoso. Hay que tener en cuenta que para poder observarla mejor se ha colocado un tubo fino en el queun pequeño aumento de volumen se traduce en un importante aumento de la longitud de la columna de líquido.

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c) La clásica experiencia del «anillo de Gravesande» puede servir para poner de manifiesto la dilatación delas sustancias en estado sólido. Puede sustituirse por una experiencia llevada a cabo con un tornillo y una tuerca,que ajustan perfectamente cuando se encuentran a la temperatura ambiente y no ajustan cuando se calienta eltornillo.

4.2 Medida de la temperatura: termómetros y escalas termométricas

Se explica que los termómetros están basados en la propiedad que acaban de ver, la relación entre el volumende un cuerpo y la temperatura. Lo que se hace es medir el volumen de una cantidad de sustancia conocida y de ahídeducir la temperatura. Claro que para evitar que se tenga que hacer cálculos, los termómetros hacen«automáticamente» la traducción, de forma que el fabricante escribe sobre el termómetro valores de temperatura enlugar de valores de volumen.

El termómetro clínico

A.18.- a) Los alumnos podrán observar que los termómetros clínicos se construyen de tal forma que sedificulta el retorno del mercurio al bulbo cuando disminuye la temperatura. El estrechamiento en el conducto en elque se encuentra el mercurio tiene esa función. Aunque ese estrechamiento dificulta el retorno del mercurio no loimpide totalmente; por eso, para bajar el mercurio se sacude enérgicamente el termómetro.

b) Se pueden señalar dos inconvenientes principales al utilizar un termómetro de laboratorio para medir latemperatura de una persona. El primero es que la sensibilidad de un termómetro de laboratorio es generalmentemenor que la de un termómetro clínico. Los alumnos pueden comparar un termómetro de los que se dispone en ellaboratorio escolar con un termómetro clínico y observarán que mientras que el primero aprecia grados, y a lo sumo,medio grado centígrado, el termómetro clínico aprecia décimas de grado.

Se puede comentar con los alumnos que en laboratorios «profesionales» bien equipados, se dispone determómetros capaces de apreciar centésimas e incluso milésimas de grado. Lo que pretendemos al tratar esteaspecto es referirnos a algunas de las características de los aparatos de medida, en un caso concreto.

Otro inconveniente de un termómetro de laboratorio es que tendríamos que medir la temperatura mientrasestá en contacto con el cuerpo de la persona, ya que al no disponer de estrechamiento, el mercurio volvería al bulbouna vez separado el termómetro del cuerpo.

Aunque cada día se emplean más los termómetros digitales creemos que sigue siendo interesante conocer elfuncionamiento de los termómetros clínicos de mercurio, que suponen una aplicación clara de la dilatación.

Escala Celsius, absoluta y Fahrenheit

Se explica el proceso de calibrado de un termómetro y se hace mención a las diferentes escalas. No creemosnecesario hacer ejercicios de cálculo de las equivalencias de temperaturas en las diferentes escalas, nos parecesuficiente que conozcan la existencia de las diferentes escalas y que una misma temperatura puede expresarse convalores diferentes según sea la escala utilizada.

4.3 Calor, temperatura y energía interna

A.19.- En todos los casos el alumno debe identificar claramente los sistemas que intervienen. No siempre esalgo evidente para ellos, sobre todo cuando uno de los sistemas es el medio ambiente que sufre un cambio pocoapreciable. El objetivo básico de interpretar el mundo que nos rodea exige la formulación de teorías, pero tambiénes condición imprescindible que se puedan observar los fenómenos con una profundidad y detalle superiores a laobservación superficial que es corriente en la vida cotidiana. Por eso, en las actividades siguientes, debemos procu-rar que los alumnos reflexionen sobre situaciones que son corrientes para ellos pero que quizás no se han detenidonunca a analizarlas.

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La expresión medio ambiente es un poco ambigua para los alumnos. Conviene, que cada vez que se utilice,el profesor se refiera también explícitamente a que ese medio está formado por el aire y los demás cuerpospróximos al sistema que se esté analizando. En realidad, con esa expresión, nos referimos a todo lo que es externoal sistema que estemos considerando.

a) Los sistemas que sufren transformaciones son el vaso con agua y el trozo de hierro caliente. El hierro seenfría y el agua se calienta hasta que al final las temperaturas de ambos son iguales, llegan al equilibrio térmico.

Aumenta la energía interna del agua mientras que disminuye la energía interna del hierro.

También hay un intercambio de energía entre el sistema formado por el vaso de agua y el hierro y el medioambiente pero no conviene analizar ese intercambio energético para no complicar el ejemplo. En el apartado b) sepropone una situación en la que explícitamente ha de tenerse en cuenta el medio ambiente. (Transparencia2 nº 14).

b) Los sistemas que participan son la lata de refresco y el medio ambiente. (En el medio ambiente se incluyetambién la mesa sobre la que está la lata). Al final ambos sistemas están a la misma temperatura, alcanzándose lasituación de equilibrio térmico. (Transparencia nº 15).

El medio ambiente está, en este caso, a una temperatura mayor que la lata. La lata se calienta (aumentandosu temperatura) y el medio ambiente se enfría (disminuye su temperatura). De nuevo, se comentará que la dismi-nución de temperatura del medio ambiente es muy pequeña debido a la gran diferencia de masas entre ambossistemas.

Al analizar qué ha ocurrido, los alumnos pueden decir que el frío sale de la lata y pasa al aire. En realidad unaexplicación de este tipo es perfectamente lógica. Pero en la ciencia, esa explicación no es necesaria pues introduceun nuevo concepto, «el frío», que no es imprescindible. Una de las características de las explicaciones científicas esque procuran utilizar el mínimo número de conceptos posibles.

La ciencia explica las transferencias de energía diciendo que disminuye la energía interna del medio ambien-te, sistema a mayor temperatura, mientras que aumenta la energía interna de la lata de refresco, sistema a menortemperatura. Se llama calor a la cantidad de energía que pierde el aire, que es igual a la cantidad de energía quegana la lata.

Conviene que se ponga de manifiesto la explicación que utiliza el «frío» como una especie de sustancia conuna existencia contrapuesta al calor. Esa es una idea que tenemos todos, que es propia del lenguaje cotidiano y quedebe quedar explícito su campo de validez: sirve para expresarnos en nuestra vida diaria pero es imprecisa en ellenguaje científico. Una y otra vez debemos repetir a los alumnos las diferencias entre ambos dominios.

A.20.- Una vez que ya se han puesto de manifiesto las ideas de los alumnos y se ha discutido sobre ellas ysobre el significado de esas palabras en la ciencia y el que tienen en el lenguaje cotidiano, se les propone quedescriban los mismos procesos utilizando un lenguaje lo más riguroso posible. Debemos tener cuidado que losalumnos no utilicen explicaciones como: «la temperatura pasa de un sistema a otro hasta que es la misma enuno que en otro», «el frío sale de la lata», «el frío y el calor se anulan».

Es el momento de mostrar las frases que se incluyen en la parte inferior de las transparencias nº 14 y 15.

A.21.- Pretendemos que los alumnos utilicen correctamente las palabras, lo que de alguna manera manifies-ta también una comprensión de los fenómenos que ocurren.

a) La temperatura del hornillo es mayor que la del agua. El calor es la cantidad de energía que pasa delhornillo eléctrico al agua, a causa de la diferencia de temperaturas entre ambos sistemas.

b) El medio ambiente (aire y mesa), que está a una temperatura superior a la del hielo, cede energía a éste loque permite que funda. El calor en ese proceso es la cantidad de energía cedida por el medio ambiente (aire y mesa)y ganada por el trozo de hielo.

c) El agua, que está a mayor temperatura que el aire y las paredes de dentro del congelador, cede energía aese interior lo que permite que disminuya su temperatura y que se congele. El calor en este proceso es la energía

2 Mientras se corrige esta actividad sólo mostraremos la parte superior de las transparencias 14 y 15. En la actividad 20han de escribir frases como las recogidas en la parte inferior de ambas transparencias. Será entonces el momento de mostrarlas.

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que cede el agua al interior del congelador.

Es posible que algunos alumnos pregunten por qué no se calienta el congelador como consecuencia de eseproceso. Se les debe responder que, en un primer momento, el congelador sí se calienta a causa de la energía quele cede el agua. Sin embargo, a continuación, esa energía es transferida al exterior del congelador para lo cuál esnecesario el concurso del motor del frigorífico. Esa energía no pasa por sí misma desde el interior del frigorífico alaire, ya que el interior del congelador está a menor temperatura que el aire (se necesita el motor).

A.22.- Se trata de hacer explícitos los significados de la palabra «calor» en el lenguaje cotidiano y en elcientífico.

a) En el lenguaje cotidiano la palabra calor se utiliza para describir: 1) una sensación: hace calor, tengo calor;2) para indicar una temperatura elevada: está caliente; 3) en un lenguaje figurado, como señal de afecto o cariño:tuvo una acogida muy calurosa.

b) En el lenguaje científico, significa la cantidad de energía transferida entre dos sistemas a causa de ladiferencia de temperaturas entre ambos. Su unidad es la misma que la de la energía: el julio. Otra unidad de calorque no es del SI es la caloría: 1 cal = 4,18 J.

4.4 Conductores y aislantes térmicos

Al estudiar los mecanismos de transferencia de calor generalmente se incluye la convección y la radiaciónademás de la conducción. Admitiendo la importancia que tienen tanto la convección como la radiación, las necesida-des de tiempo nos obligan a dejarlos para cursos posteriores. Dedicaremos ahora la atención a aclarar las diferen-cias que existen entre unos materiales y otros en cuanto a su capacidad para conducir el calor, y a la relación queeso tiene con las sensaciones con las que los percibimos como cuerpos fríos o cuerpos calientes.

A.23.- Las cacerolas, ollas y sartenes están hechas de metales que son buenos conductores del calor. Losmangos y asas de esos utensilios están recubiertos de plásticos o de madera que son malos conductores.

b) Todos los metales son buenos conductores, aunque hay diferencias entre unos y otros pero son pequeñassi se comparan con las conductividades de otros materiales. Los demás materiales como ladrillos, vidrio, madera,plástico, cuero, papel, corcho, lana o algodón son malos conductores. El aire es también un mal conductor, aunquelos fenómenos de convección y radiación puedan hacernos parecer lo contrario.

Puede hacerse una sencilla experiencia para comprobar la diferente conductividad de unos materiales uotros. Se cogen dos varillas de diámetro y longitud parecidas, una de vidrio y otra de hierro, y se calientan por unextremo en la misma llama. La mejor conducción del metal se puede apreciar porque el otro extremo aumenta másrápidamente de temperatura, lo que se nota simplemente al tacto.

A.24.- Los alumnos tienden a diferenciar entre materiales calientes y materiales fríos. No se considera de lamisma manera los fenómenos que ocurren con los cuerpos que están a temperatura superior a la ambiente que losque ocurren a los cuerpos que están a temperatura inferior a la que están habituados.

Un termo es un recipiente construido de tal manera que sus paredes dificultan el paso del calor. Esa dificultades la misma de dentro hacia fuera que de fuera hacia dentro. Por eso, un termo capaz de conservar caliente al cafétambién es capaz de conservar frío un helado que pongamos en su interior. En el primer caso actúa dificultando lasalida de energía del café hacia el medio ambiente; en el segundo caso su efecto es dificultar la entrada de energíadel medio ambiente hacia el interior. Se puede comprobar fácilmente lo anterior poniendo cantidades iguales deagua fría en un termo y en un recipiente sin aislar (mejor si es metálico); al cabo de unos minutos, 15 o 20, se puedemedir la temperatura en el interior del termo y en el interior del otro recipiente y se comprobará que sigue siendomenor la del agua que se puso en el termo.

Una vez comprobado que el termo puede tener ambos usos conviene insistir en el problema de fondo: noexisten materiales fríos ni calientes, la temperatura de los materiales depende del ambiente en el que estén y noexiste diferencia entre el «flujo de calor» y el «flujo de frío». En realidad, sólo es necesario suponer la existencia deun flujo, el de calor. El flujo de frío no es más que flujo de calor en sentido contrario.

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Sensación de frío o de calor

A veces se emplean expresiones como «cierra la ventana que entra frío», en la que se considera el frío, o elcalor, como si fuese una sustancia. En realidad, la expresión correcta debería referirse al flujo de aire frío o de airecaliente.

Una de las ideas previas que ya hemos comentado, es considerar la existencia de materiales fríos y demateriales calientes. Esa idea se genera a partir de las distintas sensaciones al tocar materiales diferentes. Esindiscutible que al tocar una barra metálica se tiene una sensación de frío mayor que si tocamos un trozo de madera(estando ambos a la misma temperatura). Esa sensación de frío es muy débil cuando se toca algo de lana o de otromaterial aislante.

Para explicar correctamente las sensaciones de calor y frío se debe tener en cuenta los dos factores: por unlado, la diferencia de temperatura entre el material y nuestro cuerpo y además, la conductividad de ese material. Esolo explicamos en la información previa a la A.26.

A.25.- a) Es posible que algunos alumnos digan que ambos están a la misma temperatura pues en el cursopasado se estudió el equilibrio térmico, pero habrá muchos que seguirán manteniendo que el hierro está más frío oa menor temperatura. Aunque las contestaciones sean correctas se insistirá en que las sensaciones son diferentesal tocar un trozo de madera y un trozo de hierro, y que a esa diferencia hay que buscarle una explicación. Ya que laexplicación no es la diferencia de temperaturas deberá estar en otra causa.

b) Hay que acudir a la diferencia de conductividades entre ambos materiales. El que es mejor conductor senota más frío (o más caliente, si su temperatura fuera superior a la de nuestro cuerpo), ya que permite que seintercambie calor más rápidamente.

c) Ya que la diferencia se debe a la distinta conductividad se tiene una sensación mayor de frío o calor altocar cuerpos buenos conductores, hierro, cobre, mármol, etc., mientras que la sensación es menos intensa al tocarmateriales malos conductores como la lana, el algodón, la madera, la goma, el plástico, etc.

A.26.- a) Seguimos insistiendo en que el problema de «frío» o «calor» es un problema de intercambio deenergía entre nuestro cuerpo y el medio ambiente. La lana, que es mala conductora del calor, dificulta que disminu-ya la energía interna de nuestro cuerpo y no tenemos sensación de frío.

b) Una explicación similar podemos dar para el oso polar. La piel de ese animal cubierta de un pelo largo ytupido es un excelente aislante y eso impide que salga energía del cuerpo del animal. Debemos estar atentos a sialgunos alumnos siguen diciendo que impide que entre el frío al cuerpo del oso. La idea del frío como algo contra-puesto al calor es algo que también cuesta trabajo superar.

A.27.- Aclaramos también una idea errónea sobre el papel que puede jugar un aislante. En el lenguajecotidiano es frecuente decir que una manta da mucho calor, e incluso un anuncio de TV cantaba la excelencia deuna determinada marca, sugiriendo que una manta podría incubar un huevo hasta sacar de él un polluelo.

Todas esas ideas son erróneas ya que la manta actúa como aislante y lo único que hace es dificultar eltránsito de energía. Por eso, la botella permanecerá a la misma temperatura a la que se encontraba inicialmente, ano ser que la temperatura de la habitación aumentase por causas ajenas a la manta y a la botella de agua.

Es posible que algunos alumnos se refieran a que cuando nos acostamos está la cama fría y que por lamañana, o al rato, ya está caliente, y que eso ocurre sólo si nos tapamos con una buena manta. (Si los alumnos nolo hacen, debe ser el profesor quien lo plantee). La situación tiene una diferencia fundamental con respecto a la dela botella puesto que ahora hay un sistema que está cediendo energía a la cama; ese sistema es nuestro cuerpo. Lamanta actúa como aislante, de esa forma la energía que nuestro cuerpo cede se queda en la cama y no sale hastael aire; por eso se calienta la cama y tenemos rápidamente la sensación de calor. Sin la manta tendríamos quecalentar toda la habitación y eso ya resulta más difícil.

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¡Cuidado con el lenguaje!

La diferencia entre el lenguaje cotidiano y el científico es una de las dificultades que se plantean en losprimeros contactos de los alumnos con la ciencia. No se trata sólo de diferencias en el significado de las palabrassino que refleja de alguna manera las diferencias que existen entre el conocimiento superficial que es suficiente parala vida cotidiana y el conocimiento científico, profundo, riguroso y sistemático.

No se trata se emplear el lenguaje científico en todas las ocasiones, sino de que tomen conciencia de lasdiferencias que existen entre ambos. Al mismo tiempo, dadas las deficiencias en lenguaje que tienen los alumnos,creemos que aquellos ejercicios que procuren ampliar su capacidad de expresión en cualquier campo tienen por símismos un efecto positivo.

A.28.- Las contestaciones podrían ser:

Alumno B: Pasa energía desde tu mano al trozo de hielo. Esa energía que pasa se llama calor.

Alumno B: El agua caliente tiene una temperatura alta. Si te refieres a la energía, el agua caliente tiene másenergía interna que el agua fría (siempre referido a la misma cantidad de agua).

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CONTROL DE CLASE A

1. Calcula la energía cinética y la energía potencial gravitatoria que tiene un pájaro de 4 kg que se desplazacon una velocidad de 25 m/s a una altura de 60 m por encima del suelo.

2. A veces, se oye decir en TV que la gasolina es energía. ¿Crees que es correcta esa expresión? Escribe unpequeño párrafo en el que se relacionen las palabras gasolina y energía, de manera que esté más de acuerdo con loque hemos estudiado.

3. Imagínate un proceso en el que un atleta lanza una jabalina. Analiza los cambios que ocurren en lossistemas, así como las energías que hay en el estado inicial y en el final, fijándote en aquellas energías cuyo valorcambia en el proceso. Considera como estado inicial cuando el atleta está a punto de lanzar la jabalina y comoestado final cuando la jabalina está volando a cierta altura.

4. ¿Son posibles los dos cambios siguientes? Explica tu respuesta:

a) En una bombilla de bajo consumo se obtienen 400 J de energía luminosa a partir de 180 J de energíaeléctrica.

b) La bala disparada por un rifle tiene 250 J de energía cinética que ha obtenido a partir de 500 J de energíainterna de la pólvora.

5. Explica las transformaciones energéticas que ocurren cuando una ballena se desplaza 30 km en el mar.¿Se ha perdido energía? ¿Se ha degradado? Explica las respuestas.

6. Califica como correctas o incorrectas en el lenguaje científico las siguientes expresiones. Corrige lasincorrectas, escribiéndolas según un lenguaje científico adecuado.

a) Una manta de lana da mucho calor.

b) El suelo de mármol es más frío que el suelo de madera.

c) El queso de la pizza tiene más calor que el hojaldre de la base.

ESTADO INICIAL


El atleta ...

La jabalina ...


ESTADO FINAL



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ESTADO INICIAL


Los libros ...

La persona ...


ESTADO FINAL



CONTROL DE CLASE B

1. Calcula la energía cinética y la energía potencial gravitatoria que tiene una pelota de tenis de 80 g que semueve con una velocidad de 24 m/s a una altura de 2 m por encima del suelo.

2. Imagínate un proceso en el que una persona coloca en lo alto de una estantería unos libros que estaban enel suelo. Analiza los cambios que ocurren en los sistemas, así como las energías que hay en el estado inicial y en elfinal, fijándote en aquellas energías cuyo valor cambia en el proceso.

3. a) ¿Es posible construir un motor que consumiendo 1000 J de energía eléctrica pueda subir agua de unpozo de forma que aumente la energía del agua en 1500 J? Explica la respuesta.

b) ¿Es posible que el motor de un coche aproveche sólo 20 J de cada 100 J que aporte la gasolina quemadaen el motor? ¿Qué pasa con el resto de la energía? ¿Se cumple el principio de conservación de la energía?

4. Explica las transformaciones energéticas que ocurren cuando un conejo corre 300 metros para esconder-se en su madriguera. ¿Se ha perdido energía? ¿Se ha degradado? Explica las respuestas.

5. a) ¿Qué le ocurre al volumen de un cuerpo en estado sólido cuando disminuye su temperatura? ¿Quénombre recibe ese proceso?

b) ¿En qué consiste la dilatación? ¿Le sucede a todas las sustancias o sólo a las que están en estado sólido?

6. a) En un caluroso día de verano, ¿dónde se conserva fresca el agua durante más tiempo, en una cantim-plora metálica o en una cantimplora recubierta con un forro de lana. Explica la respuesta.

b) ¿Qué tiene más calor, una taza de caldo caliente o un vaso de refresco frío? Explica la respuesta.


1. La energía cinética de la bala depende de su masa y su velocidad:

Ecinética = 1/2·4·252 = 1250 J

La energía potencial gravitatoria depende del peso y de la altura sobre el suelo. El peso es 4·10 = 40 N,mientras que la altura es de 60 m sobre el suelo; por lo tanto, la energía potencial gravitatoria será:

E potencial gravitatoria = 40·60 = 2400 J

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2. La gasolina no es energía. La gasolina es una mezcla de sustancias que tienen gran cantidad de energíainterna por unidad de masa, lo que se pone de manifiesto cuando se produce la combustión de la gasolina y seobtienen otros productos diferentes. En el párrafo siguiente se relacionan más correctamente las palabras gasolinay energía:

La gasolina es una mezcla de sustancias que tienen gran cantidad de energía interna. Puede utilizar-se para mover un coche mediante reacciones de combustión que se producen en el motor del mismo. Alquemarse la gasolina en el motor puede aprovecharse su energía para mover el vehículo.

3. Una posible respuesta a la situación planteada sería la siguiente, recogida en la transparencia nº 16:

Se puede comentar que el aire cambia su composición y temperatura debido a la respiración del atleta,imprescindible para que pueda hacer el ejercicio.

Este ejercicio se puede ampliar si tenemos en cuenta que la jabalina sube y luego cae. En ese caso, debemostener en cuenta que a partir de su posición más elevada, la jabalina comienza a caer aumentando la velocidad ydisminuyendo la altura. Así, aumenta la energía cinética y disminuye la energía potencial gravitatoria.

Podríamos considerar incluso una última etapa, en la que la jabalina cae al suelo y se clava sobre el césped.La altura sobre el suelo es cero, la velocidad es también nula, pero hay una aumento de temperatura tanto de lajabalina, como del suelo y del aire. Han disminuido las energías potencial gravitatoria y cinética y ha aumentado laenergía interna.

4. El proceso a) es imposible, según el Principio de Conservación de la Energía, ya que a partir de 180 J nose pueden obtener 400 J, aunque se trate de una bombilla de bajo consumo. La situación b) se refiere a un procesoen el que aparentemente hay una pérdida de energía. Eso tampoco es posible, pero esa energía «que falta» lapodemos encontrar en otras formas. Así, la bala, además de energía cinética tendrá energía potencial gravitatoria yademás habrá contribuido a aumentar la energía interna del aire.

5. Los sistemas que se transforman son la ballena y el agua del mar. La ballena tenía inicialmente unaconstitución (estaba formada por unas determinadas sustancias) y el agua del mar tenía una determinada tempera-tura. Después del desplazamiento, habrá cambiando la constitución de la ballena y el agua del mar tiene unatemperatura ligeramente superior. Si analizamos los cambios energéticos, en el estado inicial la ballena tenía másenergía interna que al final, mientras que al agua del mar le sucede al contrario, al final tiene más energía interna queal principio.

No se ha perdido energía, lo que pasa es que el aumento de temperatura del agua del mar es muy pequeño yprácticamente no se nota. Sí se ha degradado la energía, pues cuando estaba como energía interna de la ballena eramás útil que cuando está como energía interna del agua del mar.

ESTADO INICIAL


El atleta está descansado.

La jabalina está en reposo en el suelo.


El atleta tiene energía interna.

La jabalina no tiene energía cinética ni ener-gía potencial gravitatoria.

ESTADO FINAL


El atleta está algo más cansado.

La jabalina está en movimiento y a más alturarespecto al suelo que cuando se lanzó.


El atleta tiene menos energía interna.

La jabalina tiene energía cinética y energía po-tencial gravitatoria.

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6. a) Es incorrecto en un lenguaje científico decir que una manta de lana da mucho calor. Es más correctodecir que la manta es un buen aislante térmico que dificulta la transferencia de energía de nuestro cuerpo al aire.

b) Es incorrecto decir que el suelo de mármol es más frío que el de madera, ya que los cuerpos no soncalientes ni fríos. Es más correcto decir que el mármol es mejor conductor que la madera, por lo que podemosperder energía más rápidamente en contacto con el mármol que en contacto con la madera.

c) Es incorrecto afirmar que el queso tiene más calor que el hojaldre. Sabemos que los cuerpos no tienencalor, tienen energía interna. En todo caso, se debería decir que el queso tendría más temperatura que el hojaldre.Pero eso es también incorrecto, ya que todos los componentes de la pizza están a la misma temperatura cuando saledel horno, que coincide con la temperatura del horno donde se haya hecho la pizza.


1. La energía cinética de la pelota depende de su masa y su velocidad:

Ecinética = 1/2·0,08·242 = 23,04 J

La energía potencial gravitatoria depende del peso y de la altura sobre el suelo. El peso es 0,08·10 = 0,8 N,mientras que la altura es de 2 m sobre el suelo; por lo tanto, la energía potencial gravitatoria será:

E potencial gravitatoria = 0,8·2 = 1,6 J

2. Una posible respuesta a la situación planteada sería la siguiente, recogida en la transparencia nº 17:

Podríamos considerar también que hay un cambio en la temperatura del aire, que aumenta muy ligeramente.Eso supondría un aumento de la energía interna del aire que habría sido posible a partir de la disminución de energíainterna de la persona.

3. El proceso a) es imposible, según el Principio de Conservación de la Energía, ya que a partir de 1000 J nose pueden obtener 1500 J. La situación b) se refiere a un proceso en los que aparentemente hay una pérdida deenergía. Eso tampoco es posible, pero es que esa energía «que falta» la podemos encontrar en otras formas. Así, losgases que salen por el tubo de escape llevan parte de la energía que se obtiene al quemar la gasolina, el agua querefrigera el motor también toma parte de la energía, en definitiva, parte de la energía de la gasolina se «pierde»aumentando la temperatura del medio ambiente.

El principio de conservación de la energía se cumple siempre. En este caso, si tenemos en cuenta la energíaque se aprovecha y la energía que se cede al aire exterior tenemos toda la energía aportada por la gasolina.

ESTADO INICIAL


Los libros están en el suelo.

La persona está descansada.


Los libros no tienen energía potencialgravitatoria.

La persona tiene energía interna.

ESTADO FINAL


Los libros están en la estantería, en una posiciónmás elevada respecto al suelo.

La persona está algo más cansada.


Los libros tienen energía potencial gravitatoria.

La persona tiene menos energía interna.

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4. Los sistemas que se transforman son el conejo y el aire que tiene a su alrededor. El conejo estabainicialmente descansado y tenía una cierta constitución, mientras que el aire tenía una determinada temperatura.Después de correr, el conejo está más cansado, parte de las sustancias que hay en sus músculos han cambiado, yel aire tiene una temperatura ligeramente superior. En el estado inicial el conejo tenía más energía interna que alfinal, mientras que al aire le sucede al contrario, al final tiene más energía interna que al principio.

No se ha perdido energía, lo que pasa es que el aumento de temperatura del aire es muy pequeño y práctica-mente no se nota. Sí se ha degradado la energía, pues cuando estaba como energía interna del conejo era más útilque cuando está como energía interna del aire.

5. a) Cuando los cuerpos disminuyen su temperatura disminuyen su volumen. Ese proceso recibe el nombrede contracción.

b) La dilatación es el proceso inverso a la contracción , es decir, es aumento de volumen que experimenta uncuerpo cuando aumenta su temperatura. Le ocurre a todos los cuerpos, independiente de su estado de agregación,aunque es más acusado en el estado gaseoso, igual que la contracción.

6. a) En la cantimplora recubierta con lana se conserva el agua fresca durante más tiempo que en la cantim-plora metálica. La lana es un aislante, y lo mismo que dificulta la transferencia de energía de dentro hacia fueratambién lo impide desde fuera hacia dentro. Por el contrario, los metales son buenos conductores y el agua secalentaría más rápidamente, al entrar energía desde el medio ambiente al interior de la cantimplora.

b) La pregunta está mal formulada ya que los cuerpos no tienen calor. En todo caso se podría decir que unataza de caldo caliente tiene más energía interna que un vaso de refresco frío porque la temperatura es mayor.

5. EL CONSUMO ENERGÉTICO Y LAS FUENTES DE ENERGÍA

En este apartado queremos explicar las diferentes fuentes de energía que se utilizan en España situándolasen un contexto global del consumo energético. Las ideas que pretendemos que queden claras son:

a) España, como la mayoría de países desarrollados, consume una gran cantidad de energía.

b) El consumo de energía sigue aumentando en los últimos años, a pesar de que ya se consumía una grancantidad de energía hace unos 20 o 30 años.

c) No sólo aumenta el consumo total, también lo hace el consumo per cápita.

d) La mayor parte del consumo energético procede de los combustibles fósiles que aportan más del 80 % dela energía total consumida en España.

A.29.- La actividad tiene una doble intención. En primer lugar, contribuir a desarrollar la capacidad decalcular los porcentajes y a entender su significado. El segundo objetivo está relacionado con lo que ya hemos dichode tener una idea del aumento del consumo energético.

a) Deben obtener el dato del consumo energético en 2006 que se incluye en la información que precede a laactividad. A continuación deben plantear la proporción que les permita calcular el porcentaje de aumento del consu-mo de energía. El resultado es que el consumo de energía primaria aumentó el 61 % en los 16 años que van de 1990a 2006. Eso supone casi un 4 % anual.

b) El consumo de energía primaria fue de 145 millones de tep mientras que el consumo final, el realizado porlos aparatos realmente supuso 106 millones de tep. Eso supone que se aprovechó aproximadamente el 70 % deltotal de la energía consumida.

5.1 ¿Cómo se «produce» la energía eléctrica?

Es difícil explicar en qué consiste lo que llamamos energía eléctrica en niveles en los que no se tienen ideas

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sobre la energía potencial eléctrica asociada a la atracción eléctrica entre cargas. No pretendemos acercarnos a esenivel de comprensión, pero creemos que conviene incluir algunas referencias a la energía eléctrica por un doblemotivo: el primero, porque nuestra visión de la energía como concepto unificador de fenómenos exige la presencia dela energía eléctrica por su gran impacto en nuestra forma de vida y segundo, porque la procedencia de la «corrienteeléctrica» así como su producción es poco conocida para los alumnos, a pesar de su gran trascendencia económicay social.

En esta primera aproximación nos contentaremos con aclarar que la energía eléctrica se produce mediantelas dinamos o alternadores, en centrales de diferente tipo y llegan a las casas a través de los cables.

A.30.- Las posibles respuestas, y el debate en torno a esta actividad, pondrán de manifiesto las preconcepcionesque tienen los alumnos y alumnas sobre un tema tan importante y misterioso para ellos como es la electricidad.

Según López-Gay (1987), las respuestas suelen ser muy parecidas: «todos avanzan por los cables, yalgunos llegan hasta: un contador, un generador de electrones, un aparato que almacena la electricidad yque se encuentra detrás de la pared, algunos elementos (resistencias, voltímetros, amperímetros)... Otrossiguen avanzando hasta una caseta, una centralita o una central». Al llegar a la central las dudas y lossilencios abundan.

La idea que se pretende sacar al final, después de la puesta en común, es que la electricidad no surge de lanada sino que hay un proceso de transformación en el que simultáneamente a la producción de «energía eléctrica»desaparece otra clase de energía.

En cursos superiores matizaremos que es más correcto hablar de «corriente eléctrica» que de «energíaeléctrica» pues no se trata de un tipo de energía sino de una transferencia desde los centrales a los lugares de uso.

A.31.- En primer lugar harán una descripción del funcionamiento externo de la dinamo: «la rueda de labicicleta (por ejemplo) al rozar con la cabeza de la dinamo la hace girar y entonces la bombilla, que se encuentraconectada mediante dos cables, se enciende».

Al abrir la dinamo observarán que hay una parte fija llamada estator y otra parte que gira a la que llamamosrotor. Una de ellas es un imán y la otra una bobina, cuyos terminales hacen contacto con el circuito exterior a travésde las escobillas. Es importante que entiendan que se pueden intercambiar el estator y el rotor, produciendo elmismo efecto (de cuadro móvil o de cuadro fijo). También es muy importante que vean que cuanto más rápido girael rotor más intensamente luce la bombilla. Todo esto en cuanto a la descripción del funcionamiento.

En cuanto a la conceptualización, deben ver que la salida de energía es eléctrica, pero la entrada puede serde cualquier forma que sea adecuada para hacer girar el rotor. Se debe insistir en la enorme importancia que tienela dinamo en la producción de energía eléctrica en grandes cantidades. También deberíamos intentar que los alum-nos se diesen cuenta que hay que hacer más fuerza para hacer girar la dinamo cuando está produciendo electrici-dad que cuando sólo se trata de hacer girar el rotor pero no se produce electricidad.

A.32.- a) Las fuentes de energía no renovables son aquellas que se obtienen de sustancias cuya generaciónno se produce en tiempos comparables con la escala de vida humana. Aunque actualmente seguro que en algunoslugares del planeta se deben seguir generando petróleo, carbón, gas natural, etc., el tiempo necesario para que seproduzcan cantidades comparables con las que se están consumiendo se debe medir en millones de años, que esmucho tiempo comparado con la duración de la vida humana.

b) La principal ventaja de las centrales térmicas y nucleares es que están construidas y operativas. Suponenla parte fundamental del sistema actual de suministro de energía eléctrica. Sus inconvenientes principales se rela-cionan con el que no sean fuentes renovables, así como los problemas de contaminación que provocan.

6. FUENTES DE ENERGÍAS RENOVABLES

Las energías renovables han adquirido una importancia inimaginable hace poco tiempo. Hace sólo 10 ó 15años se consideraba irrelevante la aportación de las energías renovables, especialmente la eólica, termosolar ofotovoltaica. Incluso energías tradicionalmente utilizadas como la biomasa, se le asignaba un papel marginal.

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La crisis energética actual ha convertido en negocio algo que hace poco tiempo era algo anecdótico. Actual-mente las principales compañías del sector energético tienen su división de renovables, que precisamente es el quemás beneficios les está reportando. Estudiar un apartado dedicado a energías renovables era algo que había quejustificar hace unos años, mientras que hoy sería incomprensible no incluirlo desde las primeras etapas educativas.

6.1 Energía hidráulica

En ocasiones se confunden las fuentes de energía con los tipos de energía. Las fuentes de energía se refierena la procedencia de la energía que puede utilizar el hombre, mientras que las formas de energía describen la cualidada la que está relacionada la energía. Así, la energía potencial gravitatoria es una forma de energía, mientras que laenergía hidráulica es una fuente de energía, en la que se aprovecha la energía potencial gravitatoria del agua.

En algunos casos las personas pueden aprovechar la energía presente en fenómenos naturales, que de otraforma no sólo se perdería sino que además lo haría causando daños importantes. Se trata de ver cómo es posiblecontrolar el proceso, para poder utilizar la energía en algo útil en el momento que la necesitemos, y que no tengaefectos destructivos. Por tanto, la acción del hombre como «domador» de la energía pasa por la construcción deembalses que por una parte eviten la acción del agua (transferencias incontroladas de energía), y por la otra almace-nen esa energía para su utilización de forma moderada.

A.33.- Una ventaja de la energía hidráulica es que es renovable. Otra, que no «contamina», aunque elimpacto que puede tener una gran presa puede ser importante pues es necesario que las aguas cubran una gransuperficie de tierra en la que, a veces, hay pueblos pequeños que deben quedar sumergidos.

Entre los inconvenientes, la no regularidad de las lluvias provoca incertidumbre en cuanto a la cantidad deenergía que se podrá utilizar cada año. Por otro lado, la construcción de grandes presas tiene un elevado coste.

6.2 La energía solar

Dedicaremos atención a tres modalidades de aprovechamiento de la energía solar. La captación térmica abaja temperatura, tecnología conocida desde hace tiempo, sin ninguna complicación y que desafortunadamente noha tenido en España el desarrollo que debería.

La captación térmica a alta temperatura está empezando a despegar. Ya está en funcionamiento una centralde producción de energía eléctrica en Sevilla y varias en construcción. Puede ser que en los próximos años experi-mente un desarrollo importante.

Por último hablaremos de la captación fotovoltaica cuyo desarrollo está siendo posibilitado por la política deprimas que ha establecido el gobierno. Las posibilidades de su desarrollo son inmensas, de forma que el crecimientotan importante que ha tenido en los últimos años ha provocado que el gobierno baje las primas que la subvenciona-ban. En los próximos años, se abaratará el coste de las células de silicio y se bajará el precio de la electricidadobtenida por este procedimiento, siendo muy importante su potencial de crecimiento.

Recomendamos que los alumnos puedan observar tanto una placa solar para calentar agua como un panelfotovoltaico. En cooperación con la asignatura de tecnología puede construirse una placa solar para captación a bajatemperatura. Cuando los alumnos construyen una placa de ese tipo dudan de que pueda calentar agua. Se asom-bran cuando comprueban que, puesta al sol, se aprecia claramente que es capaz de elevar la temperatura del aguaque pasa por el serpentín.

A.34.- Pretendemos comprobar si han entendido cuáles son los elementos esenciales en un sistema decaptación de energía solar a baja temperatura con colectores planos.

Se insiste en la necesidad de aislar tanto el sistema colector como el sistema de almacenamiento. Se trata deno perder la energía que se ha captado.

La cubierta de vidrio se coloca para reducir las pérdidas por convección y por radiación al medio ambiente.

Se pinta de negro la superficie colectora para aumentar el poder absorbente de esa superficie. Se puedecomentar que se emplean pinturas especiales, negro de cromo o negro de níquel, que tienen un elevado coeficientede absorción para la radiación incidente y un bajo coeficiente de emisión para la radiación que emitiría la plancha,que es de mayor longitud de onda que la incidente.

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La necesidad del depósito acumulador es evidente desde el momento que la energía solar es discontínua.Necesitamos almacenar el agua caliente para el momento en el que no se disponga de radiación solar.

A.35.- En primer lugar se trata de que reflexionen sobre las dificultades tecnológicas que presenta el apro-vechamiento de la energía solar mediante la concentración sobre una pequeña superficie. Un espejo de 120 m2

tiene una superficie mayor que la de la mayoría de las clases de un centro escolar. Enfocar un espejo de esasuperficie es algo necesariamente complicado, teniendo en cuenta además de que el Sol cambia su posición relativaa lo largo del día, y además va cambiando también a lo largo de las diferentes estaciones.

A.36.- Entre las ventajas de la energía solar podemos decir:

No produce dióxido de carbono ni otros gases contaminantes. No contribuye al agotamiento de los combus-tibles fósiles, petróleo, carbón o gas natural. No genera residuos que exijan un posterior tratamiento. La fuente esinagotable. Se puede instalar a pequeña o a gran escala, siendo posible su utilización en países del tercer mundo. Enel caso de la captación a baja temperatura, la tecnología necesaria para su instalación y mantenimiento es asequible.

Los inconvenientes más notables son:

No es regular. Aparte de la variación día/noche existe variaciones por las nubes, etc.

La tecnología necesaria para la captación a alta temperatura es bastante compleja. Hay una limitaciónbásica. La captación fotovoltaica presenta el inconveniente de lo complejo que resulta la obtención del silicionecesario para la construcción de las células solares.

El coste es elevado en el caso de la energía fotovoltaica, al menos con las tecnologías actuales.

El rendimiento pequeño genera la necesidad de grandes superficies cuando se quieren obtener grandescantidades de energía.

6.3 La energía eólica

En primer lugar debemos resaltar que la energía eólica no es otra cosa que el aprovechamiento de la energíacinética que tiene el aire. Debemos resaltar el crecimiento que ha tenido la energía eólica en los últimos años.España, que es un país puntero en este tipo de energía, obtuvo a partir de la energía eólica el 8 % de la energíaeléctrica producida en el año 2007 y todas las perspectivas son que su aportación seguirá aumentando.

A.37.- Entre las ventajas de la energía eólica podemos citar:

No produce dióxido de carbono ni otros gases contaminantes, como ocurre con los combustibles fósiles. Nocontribuye al agotamiento de los combustibles fósiles, petróleo, carbón o gas natural. No genera residuos que exijanun posterior tratamiento. Es compatible con otras actividades agrícolas y ganaderas. Su coste es equiparable al deotras fuentes.

Entre los inconvenientes de la energía eólica más importantes:

No es regular. Cambia como lo hace el viento. Produce alteraciones paisajísticas, en función del número deaerogeneradores. Es mejor poner menos máquinas de mayor potencia. Tiene efectos negativos sobre la avifauna.Genera ruido, especialmente a distancias pequeñas.

6.4 La biomasa como fuente energética

La información recoge los principales métodos de aprovechamiento energético de la biomasa.

A.38.- a) La biomasa se puede utilizar con pequeñas transformaciones como combustible y también, sepuede realizar algunas transformaciones más importantes para obtener biogás que también se utiliza como combus-

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tible. Otra manera de aprovechamiento de la biomasa es utilizarla para producir biocombustibles, especialmentebioetanol o biodiésel.

b) Entre las ventajas del uso de la biomasa como fuente energética podemos señalar:

No produce dióxido de carbono. Los biocarburantes producen cuando se queman menos partículas sólidas ymenos tóxicas que las gasolinas. Los biocombustibles son biodegradables, por lo que en caso de accidentes seeliminan con facilidad. Puede ser una manera de revitalizar el sector agrario.

c) Entre los inconvenientes cabe señalar:

La dispersión. Producción estacional. Baja densidad energética. Necesidad de transformación (en general)para su utilización. Costes de recolección, transporte y almacenamiento. Posible incidencia sobre los precios de losproductos alimenticios. No tiene por qué ocurrir, pero puede detraer tierras dedicadas al cultivo de alimentos.

7. ALGUNAS CONSIDERACIONES SOBRE LA ENERGÍA EN EL FUTURO

Con estas actividades se pretende reflexionar sobre temas muy actuales desde una perspectiva algo másracional y analítica de lo que se suele hacer cotidianamente. Con lo estudiado en este curso sobre energía nopodemos ir muy lejos en nuestras discusiones; es necesario seleccionar algunos aspectos básicos que permitanpresentar ciertos problemas derivados del consumo energético y que faciliten la potenciación de ciertos hábitos quehagan posible un mejor aprovechamiento de la energía de que disponemos en nuestro entorno más próximo y en elque más podemos incidir. El trabajo se centrará por tanto en:

- Resaltar la importancia de la energía en nuestra vida actual.

- Analizar ventajas e inconvenientes del uso de determinadas fuentes o formas de aprovechar la energía.

- Reflexionar y discutir sobre algunos hábitos que en nuestra vida diaria podrían contribuir a un ahorro energético.

Teniendo en cuenta lo que han podido estudiar hasta ahora no se discutirán detenidamente las cuestionesrelacionadas con la contaminación ambiental, aunque es algo que se mencionará al analizar ventajas e inconvenien-tes de unas fuentes de energía sobre otras.

En colaboración con el área de ciencias sociales podría organizarse alguna actividad cuyo objetivo generalfuese poner de manifiesto la desigualdad en el «consumo de energía» entre países ricos y pobres así como entre lasdiversas capas sociales.

A.39.- Algunos de los errores más frecuentes de los alumnos cuando usan el concepto energía en susexplicaciones, se debe a que confunden la energía con las fuentes de energía, y especialmente con los combustibles.Es la cuestión que pretendemos aclarar con esta actividad, que también aprovechamos para resaltar que no hayrealmente contradicción entre el hecho de la conservación de la energía y el hecho de que nos planteemos laescasez de la misma (en realidad nos referimos al posible agotamiento de fuentes que nos permitan disponer de todala energía de calidad que necesitemos).

La frase a) es incorrecta, pues la energía no se acabará, sino que se podrán acabar los combustibles o lasfuentes de energía que podamos utilizar.

En el apartado b) se insiste en la distinción entre conservación y degradación de la energía. La energía seconserva, pero pierde calidad a medida que la usamos, por lo que llegará un momento en que esa energía no tendrá«calidad» suficiente para permitirnos hacer lo que pretendemos. La frase es incorrecta.

La frase es correcta. Los combustibles sí se gastan (transformándose en sustancias distintas con menosenergía) y puede llegar un momento en que no tengamos suficiente combustible. Incluso lo que podríamos llamar enestos niveles «el combustible solar» se gasta y llegará un momento en que el Sol «se agotará».

A.40.- Se ha utilizado deliberadamente la expresión tipos de energía, sin que sea imprescindible referirse aformas de energía. En la mayoría de los casos se identificará la energía eléctrica, la energía que se puede aprove-char de los combustibles (habitualmente gas natural o butano-propano y esporádicamente leña o carbón), la energíadel agua caliente (en lugares con calefacción central), y la energía que se obtiene a partir de los alimentos (que enmuchos casos es olvidada por los alumnos). La utilización de la energía eléctrica permite disponer de luz en cual-quier momento del día, además de permitir el empleo de electrodomésticos, calefacción, etc... (conviene recordarlo

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pues al ser algo obvio a veces no se le da importancia y es uno de los factores que más han podido cambiar loshábitos de vida de las personas en este siglo). En cuanto al aprovechamiento de la energía desprendida al quemarcombustibles mencionarán las cocinas, calentadores para el baño, etc.

Se debe recordar que la electricidad que llega a las casas es el resultado de unos procesos que pueden estarrelacionados con la combustión de algunas sustancias (fuel, carbón, etc.) o con saltos de agua, viento, el Sol, etc.

A.41.- Brevemente se puede poner de manifiesto que los tipos de energía empleados fuera de la casa sonsemejantes. Se mantiene el protagonismo de la energía eléctrica, que no en vano es considerada como la de más«calidad», aunque fuera de casa adquieren un mayor protagonismo los combustibles fósiles y otros tipos de fuentesenergéticas (carbón, petróleo o gas natural), especialmente por el uso que se hace de ellos en el transporte y en laindustria.

A.42.- Puede ser interesante el planteamiento de esta cuestión pues a veces, por asumir con naturalidad loque es habitual en nuestro ambiente, no se valora realmente la importancia de las aportaciones científicas y tecno-lógicas. La forma de vivir cambiaría esencialmente no sólo por el hecho de no contar con televisión o con otro tipode electrodomésticos, sino que al no contar con luz artificial la actividad humana quedaría muy limitada cuando nohubiese luz solar. Protegerse del frío también sería un problema. Asimismo la conservación de alimentos sin laposibilidad de recurrir al frío se basaría en salazones, ahumados, embutidos, etc. Aquí la imaginación de alumnos yprofesores puede generar infinidad de argumentos, que pueden llegar hasta la desaparición de una gran cantidad deactividades laborales.

A.43.- Con las informaciones que previamente han recogido, se puede encargar a los estudiantes que elabo-ren un cuadro o un póster en el que se recojan tales ventajas e inconvenientes. Entre las principales que puedensurgir estarán: los combustibles fósiles (carbón y petróleo) tienen la ventaja de que pueden utilizarse en pequeña ygran escala, se pueden emplear en cualquier momento y no siempre requieren tecnología sofisticada para su utiliza-ción. Por contra, tales recursos existen en cantidades limitadas (de hecho ya se habla de la necesidad de controlarel consumo y aprovechamiento que se hace de ellos) y, al aprovechar la energía desprendida en procesos decombustión, los residuos de la misma contaminan el medio lo que es especialmente grave en grandes concentracio-nes urbanas y en zonas industriales.

La energía hidroeléctrica tiene la gran ventaja de ser una fuente de energía limpia aunque tiene el inconve-niente de que se necesita inundar una gran extensión de terreno con el consiguiente deterioro de flora y fauna.Además, dado que depende del régimen de lluvias, su aporte es variable disminuyendo apreciablemente en épocasde sequía.

La energía eólica tiene la ventaja de que no contamina, es relativamente barata y no se acaba pero tiene elinconveniente de que no podemos utilizarla en cualquier parte (sólo en zonas donde haga viento con frecuencia) nien cualquier momento (sólo cuando haga viento) por lo que no puede tenerse como la única fuente de energía quehaya en un determinado lugar. En Andalucía, en la provincia de Cádiz, existen bastantes molinos para aprovecharla.

La energía solar es limpia, la fuente de energía, el Sol, tardará mucho tiempo en agotarse y por tanto resultaa la larga barata. Tiene sin embargo inconvenientes semejantes a la energía eólica, pues no se puede utilizar encualquier lugar ni en cualquier momento. Pese a ello es una de las que más futuro pueden tener. Andalucía es unazona especialmente indicada para el empleo de este tipo de energía. En la actualidad ya resulta rentable la utiliza-ción de energía solar para el suministro de agua caliente.

En cuanto a la energía nuclear basada en la fisión de núcleos tiene la ventaja de proporcionar gran cantidadde energía, aunque la materia prima es cara y requiere tratamientos industriales costosos, las instalaciones son muycaras pues requieren enormes gastos en mantenimiento y dispositivos de seguridad y pueden resultar altamentecontaminantes. Además se producen cantidades importantes de residuos radiactivos que han de ser almacenadosen lugares especialmente protegidos... En el futuro se espera aprovechar la energía nuclear procedente de la fusiónde núcleos. En ella la contaminación es menor y sobre todo mucho menos duradera, lo que evita el riesgo de losresiduos; la materia prima, el agua, es barata y se podrían aprovechar grandes cantidades de energía. Sin embargoaún no se dispone de tecnología adecuada para utilizar esta energía con fines pacíficos.

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A.44.- Se trata de propiciar la reflexión sobre el uso inadecuado que en muchas ocasiones hacemos de losmedios a nuestro alcance (agua, energía, alimentos). En este caso nos centramos en el caso de la energía. Hoymuchos de nuestros hábitos suponen un verdadero derroche de energía y entre ellos podemos citar: mantenerencendidas luces y electrodomésticos (sobre todo los televisores) cuando no se están usando; bañarse (en lugar deducharse) o bien mantener el grifo de agua caliente abierto mientras nos enjabonamos; mantener abierto el grifo deagua caliente mientras se enjabonan los platos; llamar dos ascensores al mismo tiempo; mantener la temperaturainterior de las casas muy alta en invierno o demasiado baja en verano, para lo que se tiene encendida la calefaccióno el aire acondicionado (no se olvide que el enfriamiento en verano no es proceso natural y por tanto requiere unconsumo de energía) durante muchas horas y regulados a una temperatura muy alta o muy baja etc.

A.45.- Antes que nada se debe aclarar que al hablar de ahorro de energía nos estamos refiriendo al ahorrode lo que hemos llamado fuentes de energía. Además de actitudes relacionadas con lo antes dicho sobre el baño,limpieza de la vajilla, ascensores, luces, etc, se puede mencionar la posibilidad de aislar adecuadamente las vivien-das como forma de ahorrar energía. Puede eso darnos ocasión para revisar y aplicar lo que hemos estudiado sobreaislantes y conductores e incluso, si alguien está interesado, se le podría decir que estudiara las distintas formas depropagación del calor y formas de evitarlas. Si hay tiempo y posibilidad de ello, cabría la organización de algunasactividades coordinadas con el área de Tecnología, de forma que se construyera una maqueta de una vivienda,indicando los puntos más probables de fuga de energía, forma de evitarlas, reciclaje de agua caliente, etc. Podría seradecuado también un estudio de ese tipo o un trabajo bibliográfico sobre los casos de granjas energéticamenteautosuficientes, sobre todo como forma de indicar a los estudiantes la gran diversidad de posibilidades que hay encuanto a un mejor aprovechamiento de recursos. Todo ello en un contexto en el que también se deben poner demanifiesto las limitaciones que actualmente tienen tales experiencias y las dificultades que habría para llevarlas a lapráctica.

A.46.- En el ámbito industrial o de la producción y distribución de energía eléctrica, se centraría sobre todoen el empleo de energías alternativas que, aunque por los motivos señalados no pueden ser por ahora las únicasfuentes de energía, su utilización disminuiría el consumo de combustibles fósiles. Sin embargo en ocasiones esto escaro y se trata de analizar pros y contras del empleo de unas y otras. También deberían tomarse medidas relacio-nadas con el uso de calefacción y el aire acondicionado. Es también necesario potenciar un uso racional de losmedios de transporte (se suelen ver vehículos particulares ocupados por una sola persona para hacer trayectos muycortos) recurriendo al transporte colectivo, no sólo lo que habitualmente entendemos como transporte público, sinoel uso de vehículos particulares por más de una persona. También supone un ahorro el limitar la rapidez a que seconduce en carretera. Este es un factor importante y muy de actualidad, no sólo ya por motivos de ahorro energé-tico sino porque la existencia de mejores vías de comunicación, autovías, autopistas, etc. debe entenderse máscomo un medio que permita una conducción más segura que como un medio para conducir con más rapidez. Dehecho hay muchos países que cuentan con magníficas vías de comunicación por carretera pero con estrictasmedidas de restricción de la velocidad máxima permitida.

A.47.- Una resolución del mapa conceptual propuesto, con las palabras que pueden servir de enlace, seríacomo la siguiente (transparencia nº 18):

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LA

EN

ER

GÍA

DE

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AT

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Pro

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la

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tiene

sese

sese

que

son

2

c

1=

2E

mv

pE

Ph

��

60


1. a) Se trata de aplicar la expresión que relaciona la energía cinética con la masa y velocidad del cuerpo.Hay que tener cuidado y expresar la masa en kg y la velocidad en m/s para que la energía cinética resulte en julios.

2 2cinética

1 10,1 · 400 8000 J

2 2= = =E mv

b) Normalmente, por muy despacio que vaya, tendrá mayor energía cinética el tren debido al valor enorme desu masa. Sólo en un caso extremo, si la velocidad del tren fuese muy pequeña podría ser mayor la energía cinéticadel coche de carreras que la del tren.

c) La energía potencial es igual al peso multiplicado por la altura. El peso se calcula multiplicando por 10 lamasa del niño: peso = 50·10 = 500 N

Ep = 500·20 = 10000 J

d) La respuesta más lógica es que la energía potencial mayor corresponde al agua contenida en el pantano,ya que su peso es tan enorme que compensa el hecho de que el avión se encuentre a mucha altura. Decir que es elavión el que tiene mayor energía potencial puede ser correcto si se dan razones adecuadas.

2. Si el tren está parado y arranca pasa de no tener a tener energía cinética. Ese aumento de energía tieneque corresponder con una disminución de energía en otro sistema. Si es un tren eléctrico, la energía eléctrica habrádisminuido y si es un tren cuya locomotora utilice fuel-oil como combustible, es la energía interna de este com-bustible la que habrá disminuido.

Durante el trayecto, como la velocidad es siempre la misma, la energía cinética permanece constante. Peroel motor del tren sigue funcionando ya que se necesita energía para vencer al rozamiento que dificulta el avance deltren. Esa energía se va transformando en energía interna del medio ambiente. Por último, al ir parándose el tren, laenergía cinética va desapareciendo mientras que aumenta la energía interna del medio ambiente. De hecho, latemperatura del medio ambiente ha debido aumentar en el movimiento del tren, pero lo hace en tan pequeñacantidad que no se nota.

3. Al principio hay butano y agua fría. Al final, el butano se ha quemado desapareciendo y apareciendo otrassustancias, mientras que el agua se ha calentado. Ha disminuido la energía interna que tenía el butano y ha aumen-tado la energía interna del agua. En ese proceso parte de la energía «se pierde» pues se calienta el medio ambiente.

Las pérdidas de energía son las que se producen al calentar el agua ya que también se calienta el aire que hayalrededor, y las que ocurren a lo largo de la tubería que conduce el agua caliente desde el calentador hasta la ducha.Para disminuir las primeras se le da una forma de serpentín al tubo por donde circula el agua fría dentro delcalentador. Para disminuir las pérdidas en la tubería, se la recubre de un material mal conductor; decimos que se leaísla.

4. La frase «consumo de energía» puede llevar a la idea equivocada de que la energía se gasta, desaparece.Cuando utilizamos 1 L de gasolina quemándolo en el motor de un coche, la energía interna que tenía desaparecepues la gasolina desaparece y aparecen otras sustancias, pero aumenta en una cantidad equivalente la energíainterna del medio ambiente, también aumenta la energía interna del propio motor que se calienta... Lo que sucede esque esa energía es ya prácticamente inútil para las personas.

Desde el punto de vista científico la energía nunca se gasta. Pero la energía que pasa al medio ambiente dejade ser útil para las personas por lo que se puede decir, desde un punto de vista práctico, que se ha gastado laenergía.

5. a) Es cierto. Para que disminuya la temperatura de los alimentos debe disminuir su energía interna;

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aumentará la energía interna del aire exterior al frigorífico.

b) Es falso. La energía se recupera mediante los alimentos. Otra cosa es que dormir nos recupere delcansancio pero también descansamos si nos sentamos un rato. El sueño es necesario para el equilibrio del sistemanervioso pero no nos sirve para ganar energía.

c) La energía no es una sustancia. Si fuera una sustancia se podría pesar y ocuparía un volumen. Es unapropiedad de los cuerpos que nos indica su capacidad para producir transformaciones.

d) Falso. No es necesario que sea un ser vivo para que tenga energía. Un poco de gasolina, una piedra en loalto del tejado, etc. tienen energía y no están vivos.

e) Falso. Los cuerpos no tienen calor; deberíamos decir que el volcán tiene mucha energía interna.

6. a) Sentimos frío cuando nuestro cuerpo pierde más energía de la que pierde normalmente. Eso ocurrecuando la temperatura exterior es muy baja y estamos en contacto con cuerpos que sean buenos conductores delcalor. Sentimos calor cuando nuestro cuerpo pierde menos energía de la que pierde normalmente. Eso ocurrecuando la temperatura exterior es alta, o el cuerpo está bien aislado del exterior.

b) Abrigarse significa aislar el cuerpo con un material que sea mal conductor térmico. La ropa de lana, losabrigos de piel, etc. son buenos aislantes térmicos y por lo tanto son buenos para abrigarse.

7. No sería bueno. Las cacerolas, sartenes, etc. tienen que estar construidas con un material que sea buenconductor del calor, aunque las asas y los mangos sí deben ser de un material aislante para que no nos quememosal cogerlos.

8. a) Antes de estudiar el tema diría: «no puedo coger la barra porque quema. Está muy caliente».

b) Después de estudiar el tema: «no puedo coger la barra, porque su temperatura es muy alta. Pasa muchaenergía desde la barra hacia mi mano, y eso me produce una quemadura».

Este es un ejemplo donde se pone de manifiesto que utilizar un lenguaje científico en la vida cotidiana resultaun poco pedante, ¿no crees?

c) Debería protegerse y cogerla con un trozo de lana o algún otro aislante térmico.

9. La energía que procede del Sol se aprovecha a través de los árboles y plantas, para los cuales es impres-cindible. Las personas la pueden aprovechar utilizando placas para calentar agua o bien células fotovoltaicas, queiluminadas por la luz del Sol, pueden producir energía eléctrica.

También se aprovecha, de forma indirecta, la energía del Sol mediante las centrales hidroeléctricas o aprove-chando los vientos, energía eólica, para producir energía eléctrica.

Todos los procedimientos anteriores corresponden a energías renovables.

La energía de los combustibles fósiles, carbón, petróleo o gas natural también procede del Sol, si bien suformación ha exigido millones de años. Por eso, los combustibles fósiles son una fuente de energía no renovable.

10. Al subir la cuesta, disminuye la energía interna del ciclista mientras que aumenta la energía potencialgravitatoria del ciclista y de la bicicleta. Al mismo tiempo, aumenta también la energía interna del medio ambiente(ten en cuenta, que el ciclista suda y cede energía al medio ambiente).

Al descender por la otra vertiente, disminuye la energía potencial al mismo tiempo que va aumentado laenergía cinética, y también aumenta la energía interna del medio ambiente. Al final, toda la energía se transforma,debido a los rozamientos, en energía interna del medio ambiente con lo que deja de sernos útil.

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A.1.- El pájaro tiene energía cinética pues está moviéndose. También tiene energía potencial gravitatoriapues se encuentra a una determinada altura sobre la superficie de la Tierra. Tiene también energía interna quedependerá de la estructura de las sustancias que lo forman y de su temperatura.

No podemos decir que el pájaro tenga energía luminosa, ni energía eléctrica, ni energía nuclear, aunque sianalizáramos con más detenimiento la estructura del pájaro podríamos llegar a la conclusión de que también tieneenergía eléctrica y nuclear, pero para alumnos de este nivel no son necesarias esas aclaraciones.

A.2.- Se trata de aplicar las expresiones que nos permiten calcular la energía cinética y la energía potencialgravitatoria. Para saber el peso conocida la masa, se multiplica ésta por 10. De esa forma, el peso del pájaro es de200 N.

2 2cinética

potencial gravitatoria

1 120 ·10 1000 J

2 2· 200 · 200 40000 J

= = =

= = =

E mv

E peso altura

A.3.- a) Los sistemas que cambian son el agua y el Sol. El agua está inicialmente fría y al final se encuentraa mayor temperatura. El Sol está al principio menos «gastado» que al final. En cuanto al análisis energético pode-mos decir: el agua tiene al principio menos energía interna que tiene al final, mientras que el Sol tiene al principiomás energía interna que tiene al final; es decir, el agua aumenta su energía interna mientras que disminuye laenergía interna del Sol. (Transparencia nº 19).

b) Los sistemas que cambian son el coche y la gasolina junto al aire. El coche está en el estado inicial en laparte inferior de la cuesta y en el estado final está en lo alto de la cuesta. La gasolina y el aire se encontraban alprincipio como tales sustancias, pero en el proceso la gasolina reacciona con el oxígeno dando lugar a otras sustan-cias. En cuanto al análisis energético, el coche no tiene al principio energía potencial gravitatoria y al final tienenenergía potencial gravitatoria; el sistema gasolina-aire, tiene al principio más energía interna que el sistema formadopor las sustancias que se han producido en la combustión de la gasolina. (Transparencia nº 20).

c) Los sistemas que cambian son la persona y la flecha. La persona está descansada antes de lanzar laflecha y después de lanzarla está un poco más cansada. La flecha está al principio en reposo y después en movi-miento. En cuanto al análisis energético, la persona tenía al principio más energía interna que tiene al final mientrasque la flecha tiene al final energía cinética que no tenía al principio. (Transparencia nº 21).

En los apartados b y c se puede comentar el cambio de energía interna en el aire como consecuencia de uncambio en las sustancias que lo componen y de la temperatura del mismo.

A.4.- Efectivamente, ha disminuido la energía del agua de la bañera, pero esa energía no ha desaparecidosino que habrá aumentado la energía interna de la bañera y la energía interna del aire circundante. Claro está queesas variaciones de energía son debidas a pequeñas variaciones de temperatura que no apreciamos, pero que si lasmedimos con un termómetro sensible podemos apreciarlas. En realidad, lo que debemos decir es que la energía seha degradado, ya que ahora tiene menos utilidad para las personas.

A.5.- La bola sube en los dos casos a la misma altura. Para llegar a esa conclusión debemos pensar entérminos de energía. En los dos procesos ocurre lo mismo, la bola que inicialmente tiene una determinada velocidadva disminuyendo de velocidad conforme aumenta su altura respecto al suelo; en términos energéticos, disminuye suenergía cinética conforme aumenta su energía potencial gravitatoria.

Como el enunciado dice que en los dos casos se lanza la bola con la misma velocidad, la energía cinéticainicial de la bola es la misma en ambos, por lo que también la energía potencial gravitatoria final debe ser la misma,lo que supone que en todos los casos se encuentre al final a la misma altura. Suponemos que no hay pérdidas deenergía de la bola debido al roce con el carril, o que si hay pérdidas son iguales en los dos casos.

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A.6.- Puesto que la leche procede del mismo recipiente podemos suponer que está a la misma temperaturaen los dos vasos, el pequeño y el grande, dado que la temperatura no depende de la cantidad.

La segunda pregunta está mal formulada. No podemos decir en qué vaso tiene más calor ya que los cuerposno tienen calor. Sí sería correcto decir que la leche tiene más energía interna en el vaso grande, ya que hay máscantidad de leche a la misma temperatura que en el vaso pequeño.

A.7.- Sí. Un material que nos protege de las altas temperaturas es un material mal conductor térmico, esdecir, un material aislante. Si queremos protegernos de las bajas temperaturas necesitamos también un materialaislante, y puede ser el mismo. Lo de conductor o aislante no tiene nada que ver con la temperatura exterior, es unapropiedad del material en cuestión.


1. LA ENERGÍA EN LAS REACCIONES QUÍMICAS

La energía es un concepto que se utiliza en la explicación de cualquier tipo de proceso. Por lo tanto, tambiénes útil en la explicación de las reacciones químicas. De hecho, hay reacciones químicas cuyo aspecto más notablees la transferencia y transformación de la energía de la que van acompañadas. Nos referimos a las reacciones decombustión que juegan un importante papel en la sociedad actual.

Aprovechamos para repasar los aspectos fundamentales de las reacciones químicas, incluyendo algunos delos conceptos que estudiamos en 1º de ESO.

1.1 Características de las reacciones químicas

A.1.- Queremos que clasifiquen cómo físico o como químico cada uno de los cuatro procesos que se lespresentan. Será suficiente con que lo justifiquen con una argumentación correcta sin necesidad de comprobarloexperimentalmente.

a) Proceso físico. La pelota cambia de posición pero no cambian las sustancias que forman la pelota.

b) Proceso físico. El hierro cambia de temperatura pero no cambia la sustancia que forma la barra.

c) Proceso químico. Las sustancias que componen el huevo crudo son diferentes a las sustancias que com-ponen el huevo frito.

d) Proceso químico. El óxido de hierro formado al oxidarse la barra de hierro es diferente al hierro queformaba la barra.

A.2.- Para estudiar un ejemplo de reacción química escogemos esta descomposición del dicromato de amonio.Los alumnos procederán como se dice en su libro. Deben tener la precaución de poner poco dicromato en el tubode ensayo para intentar evitar que el óxido de cromo que se produce sea lanzado fuera del tubo.

a) Los alumnos anotarán lo que hayan observado. Se hace una puesta en común para establecer un consensosobre lo que se ha observado. Debe quedar claro que ha desaparecido el color naranja y que lo que queda en el tubotiene color verde. En algunos casos es posible observar la formación de gotas en la parte superior del tubo, que songotas de agua. El profesor puede añadir que también se ha formado un gas, que podíamos haber recogido con unmontaje adecuado, gas que se podría comprobar que era nitrógeno.

b) Los alumnos dicen mayoritariamente que se trata de un proceso químico pero pocos son capaces deargumentarlo adecuadamente. La justificación debe dejar claro que se han producido nuevas sustancias que no seencontraban en el sistema inicial.

Para poner de manifiesto que las sustancias que hay en los productos no son las mismas que había en losreactivos deben comprobar que las propiedades características son diferentes. Una primera observación de los

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cristales naranjas reducidos a polvo y su comparación con el producto verde obtenido pueden hacernos sospecharque no se trata de las mismas sustancias. Sin embargo, la simple observación directa no es suficiente para afirmarque se trata de sustancias diferentes. Podríamos emplear alguna propiedad como el punto de fusión, punto deebullición, etc. En este caso, podemos emplear la diferencia de solubilidad de esas sustancias en agua, lo que sehará cualitativamente, viendo que los cristales naranja se disuelven fácilmente lo que no ocurre con el polvo verde.

c) Después de la discusión anterior será más rápida la discusión sobre si el proceso de quemar carbón en unabarbacoa es físico o químico. Los alumnos pueden llegar fácilmente a la conclusión de que se trata de un procesoquímico ya que los productos, en ese caso sólo dióxido de carbono, tienen propiedades diferentes a los reactivos,carbón y dioxígeno. Está claro que el carbón es sólido a la temperatura ambiente mientras que el producto, eldióxido de carbono, es gaseoso a temperatura ambiente, por lo que tienen diferente puntos de fusión y ebullición.

Átomos, símbolos y fórmulas

A.3.- a) Se trata de recordar algunos elementos que deben conocer.

b) El dióxido de carbono es una sustancia formada por moléculas de dióxido de carbono. Cada molécula dedióxido de carbono está formada por un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno. Las sustancias se representanpor fórmulas; así, CO2 corresponde a la fórmula del dióxido de carbono.

Recordamos la interpretación atómico-molecular de las reacciones químicas. El paso de reactivos a produc-tos se explica por la rotura de las moléculas de los reactivos y la formación de las moléculas de los productos.

A.4.- a) El clorato de potasio debe representarse por muchas piezas unidas, como una estructura tridimensional,en la proporción que indica la fórmula. En esta estructura tridimensional debe señalarse lo que representaría cada«molécula de clorato» (aunque el clorato de potasio es una sustancia iónica, en este curso todavía no se ha introdu-cido el concepto de ion, por lo que siempre hablamos de moléculas). Para reproducir lo que sucede en la reacciónserá necesario ir arrancando las piezas que representan el oxígeno y uniéndolas en agrupaciones de dos piezas,aisladas entre sí, que representan el estado gaseoso. Se debe construir una nueva estructura tridimensional formadapor piezas sobrantes de la anterior, que representan los átomos de cloro y potasio; la nueva estructura correspondeal clorato de potasio.

b) La reacción química, sin ajustar: KClO3 ⎯⎯⎯→ KCl + O2

c) La realización de los dibujos no presentará dificultades, después de haber simulado la reacción con elmodelo meánico. Se insistirá de nuevo en la ruptura de unas uniones y en la formación de otras nuevas, así como enla conservación de los átomos. (Transparencia nº 22).

d) Debe insistirse en que si bien los átomos de cloro, potasio y oxígeno no cambian, se conservan, en lasnuevas sustancias formadas están unidos de forma diferente a como lo estaban al principio. Las moléculas declorato sí han cambiado: han desaparecido y se han formado otras nuevas.

El hecho de que a partir de una sustancia se hayan podido formar dos sustancias tan diferentes se explicaporque en las moléculas de clorato hay tres tipos de átomos, por lo que pueden unirse formando dos clases demoléculas diferentes.

Conservación de la masa en las reacciones químicas

En primer lugar plantearemos la conservación de la masa como un hecho experimental y posteriormentejustificaremos la conservación de la masa a partir de la conservación de los átomos. En lugar de darlo como unainformación hemos preferido plantearlo como un problema para que el alumno haga sus hipótesis y las verifique.

A.5.- Creemos que la mejor forma de proceder es preparar en presencia de los alumnos las disoluciones desal común y de nitrato de plomo. Llenar una tercera parte de dos tubos de ensayo con cada una de las disoluciones.A continuación, vertir en un tubo de ensayo el contenido del otro y observar la formación del precipitado blanco (de

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dicloruro de plomo, aunque no es necesario decir qué sustancia es la que se ha formado). Una vez llevado a caboese proceso se plantea el problema referido a la conservación de la masa.

Es posible que algunos alumnos digan que pesa más lo que hay después de llevar a cabo la reacción porqueha aparecido una sustancia sólida que pesa más que las disoluciones. En caso de que ningún alumno diera unargumento de ese tipo o similar lo deberá plantear el profesor. Sin embargo, la mayoría de los alumnos dirá que pesalo mismo lo que había en los tubos de ensayo antes y después de mezclarlos porque allí sigue «habiendo» lo mismo.En ese momento es cuando se debe llevar a cabo la experiencia para comprobar cuál de las hipótesis es correcta.

Una vez comprobado que la masa es la misma antes y después de la reacción química, diremos que la masase conserva, se puede buscar una explicación con la teoría atómica. La explicación se encuentra en que en lasreacciones químicas se conservan los átomos, es decir, en los reactivos hay los mismos átomos y en igual númeroque en los productos.

A.6.- a) En primer lugar los alumnos deben reconocer el proceso entre el carbonato de calcio (podemosutilizar perfectamente bicarbonato de sodio o cualquier otro carbonato) y el ácido clorhídrico como reacción quími-ca. Los argumentos para concluir que ha sido una reacción química deben estar basados en que se forman sustan-cias nuevas y desaparecen las iniciales. Los alumnos deben plantear que para saber que han cambiado las sustan-cias deberíamos medir las propiedades características. Aunque no haremos la comprobación experimental, pode-mos decir que hay claros indicios que han cambiado las propiedades pues las sustancias iniciales estaban en estadosólido y líquido, mientras que ha aparecido una sustancia que, a la misma temperatura, está en estado gaseoso.

b) Una vez que se haya producido la reacción entre el carbonato de calcio y el ácido clorhídrico volveremosa pesar lo que queda en el vaso de precipitados comprobando que pesa menos que lo que había al principio. Comosabemos, eso se debe a que parte del dióxido de carbono producido ha salido del recipiente. Estableceremos que elprincipio de conservación de la masa se cumple siempre, pero que hay que tener en cuenta todos los reactivos ytodos los productos, lo que en ocasiones resulta complicado.

En cursos posteriores volveremos sobre el principio de conservación de la masa y se comentarán las dificul-tades que tuvo Lavosier para establecerlo y la importancia en el desarrollo de la química.

1.2 Transferencias de energía en las reacciones químicas

Se establece el significado de los términos exoenergético o exotérmico y endoenergético o endotérmicoaplicado a los procesos químicos y se ponen algunos ejemplos.

A.7.- Hacemos algunas preguntas relacionadas con la combustión del metano, componente fundamental delgas natural.

a) Es posible que los alumnos puedan escribir la ecuación de combustión del metano e identificar comoreactivos el metano y el dioxígeno y como productos el dióxido de carbono y el agua. La ecuación química ajustada es:

4 2 2 2CH + 2 O CO + 2 H O⎯⎯⎯→

b) En el apartado 2.3 de la unidad se estudió el significado del poder calorífico. Lo recordamos ahora referidoal caso concreto del metano.

c) Los alumnos pueden establecer la proporción correspondiente, cuidando de que las unidades utilizadassean coherentes. De esa forma obtendrán que al quemar 100 g de metano se desprende 5040 kJ.

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LISTA DE MATERIAL

1. ¿QUÉ ES LA ENERGÍA?

A.2 ventilador, mechero de gas

estufa eléctrica (optativa)

4. TRANSFERENCIAS DE ENERGÍA: EL CALOR

A.17 matraz erlenmeyer

tubo de vidrio fino y tapón horadado

mechero, rejilla y soporte

bola y anillo de Gravesande

A.18 termómetro de laboratorio

termómetro clínico

5. EL CONSUMO ENERGÉTICO Y LAS FUENTES DE ENERGÍA

A.31 Dinamo de bicicleta y dinamo didáctica.

6. LAS ENERGÍAS RENOVABLES

Placa solar térmica

Placa fotovoltaica


A.2 dicromato de amonio

mortero

tubo de ensayo y pinzas

mechero Buensen

agua destilada

A.5 cloruro de sodio

nitrato de plomo

tubos de ensayo

vasos de precipitados 2

balanza

A.6 carbonato de calcio (trozos)

disolución de ácido clorhídrico

vasos de precipitadosbalanza

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UNIDAD 3

LA LUZ Y EL SONIDO

INTRODUCCIÓN

La luz, el sonido y los fenómenos ópticos y acústicos sencillos son elementos cotidianos del entorno delalumno. Como en otros campos de la Física, el niño va construyendo ideas propias que le sirven para poder explicartales fenómenos. La observación de que estas concepciones estén más o menos alejadas del pensamiento científi-co nos crea la necesidad, dentro de un marco constructivista del aprendizaje, de conocerlas e intentar programaractividades que puedan lograr su evolución de modo que las acerque a las teorías aceptadas por la Ciencia. Portanto, nuestro interés reside tanto en lo familiar de estos conceptos como en la posibilidad de crear nuevos esque-mas explicativos más coherentes y generales.

La importancia de la óptica es evidente tanto en sus aspectos tecnológicos como en sus aspectos sociales.Prueba de ello son los grandes recursos que se mueven en la investigación en este campo y el múltiple crecimientode sus aplicaciones. También crece hoy día el interés por la investigación en la didáctica de la óptica. Ello hapermitido conocer bastante de las ideas previas de los alumnos sobre la luz o la visión, y parece que casi todos losinvestigadores vienen a coincidir en un dato bastante alarmante: la enseñanza tradicional de la óptica elemental noparece servir para evolucionar estas ideas, que persisten en los adultos y aún en los propios profesores (Jung, 1982;Smith, 1987; Feher y Rice, 1987; Kaminsky, 1989). Junto a los problemas tantas veces criticados de las metodolo-gías mayoritariamente transmisivas, el inductivismo dominante en las clases prácticas, etc., quizás un factor rele-vante para explicar esta situación sea suponer que ya se tiene un modelo básico de la naturaleza de la luz y de lavisión. En relación con este último dice Guesne (1989): «Efectivamente, muchos cursos de óptica y luz dan porsupuesto que los niños ya entienden la idea de que la luz viaja desde un objeto hasta el ojo. A menudo, un curso deéstos comienza proponiendo que la luz se propaga en línea recta. Para explicar esto, se muestra a los alumnos queno pueden ver la llama de una vela a través de una serie de agujeros practicados en unas cartulinas si no se hallanalineados. Los niños no están en disposición de valorar la demostración: no son capaces de interpretar el experimen-to en el sentido de que la luz recorre un camino desde el objeto hasta el ojo, dado que no relacionan la visión de lallama con la recepción de la luz por el ojo.»

Para el físico la luz es una entidad invisible1 que se propaga por el espacio a partir de una fuente, y alinteractuar con los objetos produce diversos efectos perceptibles, entre ellos el color. No es esa la interpretación quehace el alumno de la luz y de los fenómenos ópticos cotidianos; su visión puede responder a la siguiente descripciónrecogida por Hierrezuelo y Montero (La Rosa et al, 1984):

a) La luz es un fenómeno omnipresente en la vida. Estamos adaptados a vivir en un mundo donde luz yoscuridad se alternan rítmicamente. La luz, como el aire, es parte del entorno. La luz es la condición que nos permitever, y se establece instantáneamente en el espacio en presencia de una fuente de luz.

b) La luz está relacionada con la visión, pero esta relación no plantea problemas; sin luz no se puede ver, eso estodo. No hay razones pues para preguntarnos ¿qué es la luz?, aunque sí las hay para preguntar ¿cómo es que vemos?

c) La luz es también una propiedad de algunas cosas: las lámparas, el fuego, etc. Las fuentes artificiales danuna luz que en alguna forma es diferente de la luz natural del día.

d) Estamos inmersos en un lenguaje que usa la palabra «luz» para indicar las fuentes y la condición necesariapara ver. También las palabras que describen el comportamiento de la luz son ambiguas: usamos las palabras con uncarácter dinámico (la luz entra por la ventana, la luz del Sol llega a la Tierra) superpuesta a la experiencia estática dela luz como la condición para ver. La única experiencia de movimiento perceptible en relación a la luz es la que serelaciona con el movimiento de las fuentes de luz. Las palabras «entrar» y «llegar» no se usan pues con su significa-do dinámico sino en un sentido estático-geométrico.

1Al referirnos a la luz como invisible, queremos decir que, aunque penetre en nuestros ojos produciéndonos la sensa-ción de la visión, no podemos ver la luz que ocupa el espacio físico entre el objeto y nosotros.

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e) El color es visto como otra cualidad de las cosas. Generalmente se considera que no existe relación entreel color y la luz que nos permite ver las cosas y la única influencia reconocida es que con poca intensidad de luz sedistinguen peor los colores.

Partiendo de estas ideas en este tema intentaremos construir un modelo elemental de luz como entidaddiferenciada que nace en las fuentes de luz, se propaga en línea recta en el espacio a una gran velocidad, sedesvía al pasar por medios transparentes como las lentes, y choca con los objetos opacos reflejándose en ellos.La llegada de esta luz reflejada a nuestros ojos será condición necesaria para verlos. Trataremos también laformación de imágenes en el ojo y en la cámara oscura y la idea de la inexistencia de direcciones privilegiadas en lapropagación de la luz. Usaremos únicamente el modelo geométrico de rayos luminosos para representar esta propa-gación y para la formación de sombras. Con mayor brevedad iniciaremos el estudio del sonido tratando sus carac-terísticas principales y la naturaleza de su producción y propagación. Finalizaremos introduciendo la idea de onda yde su energía en el contexto de los fenómenos ondulatorios.

La secuencia escogida es:

- Tratamiento de la luz como una entidad que se propaga en el espacio.

- Propagación rectilínea de la luz. Características dinámicas.

- Formación de sombras e imágenes directas. La cámara oscura.

- El ojo. Mecanismo de visión. Defectos visuales. Lentes.

- Formación de imágenes por reflexiones en los espejos.

- La energía luminosa.

- El color.

- El sonido. Características, producción y propagación.

- Percepción del sonido.

- Introducción a la idea de onda.

Queremos con este tema ver un amplio abanico de situaciones experimentales que permitan paso a paso laconstrucción del modelo descrito. Por ello hemos hecho hincapié en la realización de actividades prácticas y hemoshuido de formulismos y problemas típicos de la óptica geométrica que no nos aportaban nada en este sentido.

Puede que sea problemático la obtención de los materiales descritos y lograr tener una clase que tenga laposibilidad de oscurecerse, condición necesaria para poder llevar a cabo las experiencias que se presentan. Por ellohemos intentado el uso de materiales baratos o fáciles de construir o que están normalmente en los centros en lamayoría de los casos. Sabemos que esto requerirá un esfuerzo del profesor, pero creemos que no se puedensoslayar estas experiencias u otras parecidas en el estudio de la óptica y el sonido, si de verdad queremos obtenerun aprendizaje útil y significativo.

Para concretar con mayor precisión las concepciones que sostienen sobre la luz y algunos fenómenos ópti-cos simples, podemos observar el siguiente cuadro comparativo entre los objetivos conceptuales que pretendemosy las ideas que con mayor asiduidad se encuentran en el pensamiento o en el discurso de los alumnos.

Punto a tratar

1. Noción de luz.

Objetivo conceptual

La luz es una entidad física dife-rente de las fuentes que la produ-cen y de los efectos que provoca.

Concepción intuitiva típica

Identificación de la luz con las fuentes de luz:Sol, bombilla eléctrica...

Identificación de la luz con sus efectos (zonasiluminadas, visión) o determinados estados (clari-dad).

La luz natural es diferente de la luz artificial: exis-te la luz del Sol que nos proporciona la luz deldía y también la luz que se hace, la luz eléctricapara alumbrarnos.

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2. ¿Dónde hay luz?

3. Definición de rayo de luz.

4. Propagación de la luz. Cua-lidades dinámicas.

5. Formación de sombras.

6. Imágenes en una cámaraoscura.

La luz se propaga en el espacio yes invisible.

El rayo es una representacióngeométrica de la trayectoria quesigue la luz. El diagrama de ra-yos nos sirve para explicar ypredecir los fenómenos ópticos.

a) La luz se propaga en el espa-cio en línea recta y lo hace a unavelocidad determinada.

b) Las fuentes y cada punto delas mismas, emiten luz en todasdirecciones.

a) La sombra se produce por laausencia de luz que ha sido blo-queada por un objeto.

b) No puede haber sombras en laoscuridad.

c) Se necesita luz unidireccionalpara formar las sombras.

El reducido tamaño del agujero deentrada permite el paso de un sólorayo de luz de cada punto objeto(idealmente). Esto causa la forma-ción de una imagen invertida.

Sólo hay luz en las fuentes de luz o en las zo-nas iluminadas.

La luz se puede ver.

Sólo existe luz si la podemos percibir.

El rayo de luz tiene una existencia real. Se pue-de ver en algunos casos.

El diagrama de rayos es ilustrativo no explicati-vo.

a) La luz no fluye continuamente de la fuente.En cuanto la fuente brilla el efecto permaneceidéntico (situación estática).

La luz se mueve si se mueve la fuente.

A veces la luz no se propaga en línea recta (ra-yos por ejemplo), la luz puede rodear obstáculos.

La luz llega más lejos de noche que de día.

Cuanto más intensa es más lejos llega(independientemente de cualquier fenómeno deabsorción).

Una fuente de luz débil (vela) no envía luz, sim-plemente se puede ver.

b) La luz es emitida tan sólo en ciertas direccio-nes (horizontal).

Cada punto de la fuente emite un solo rayo.

a) Cuando la luz choca con un objeto, éste pro-yecta su sombra.

La luz nos permite ver la sombra de un objeto.

Una luz más intensa provoca una sombra de ma-yor extensión.

b) Si la luz no choca con el objeto, éste no pue-de proyectar su sombra.

Existe la sombra pero no se puede ver.

c) La luz debe ser suficientemente intensa parapoder producir sombras.

El objeto emite imágenes de sí mismo que seestrechan para pasar por el agujero de entrada yse expanden hasta llegar a la pantalla posterior.

Es el agujero el que crea la imagen medianteuna «reflexión» o una «proyección» de la ima-gen.

El agujero gira la imagen y la invierte.

La luz al pasar por el agujero se invierte.

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7. Mecanismo de la visión.

8. Reflexión de la luz. Espe-jos

9. Formación de imágenescon lentes.

10. Las lupas

11. El color.

La luz reflejada por los objetos pe-netra en nuestros ojos y forma unaimagen en la retina.

a) Al iluminar un objeto, éste re-fleja luz.

b) La luz reflejada por un espejova en una única dirección.

c) La imagen se forma detrás delespejo a la misma distancia queestá éste del objeto.

d) Al iluminar una superficie no es-pecular se produce una reflexióndifusa.e) Las leyes de la reflexión sonde validez general.

Una lente convergente desvía laluz que proviene de un objeto for-mando normalmente una imageninvertida sobre una pantalla. Sieliminamos la lente no se formaimagen. Si tapamos media lentese forma la imagen completa peromenos brillante.

La lupa es una lente convergentey por tanto, puede converger la luzsolar en un punto. Si ponemos enese punto una hoja de papel sequema.

a) El color de un objeto es el re-sultado de la interacción de la luzque lo ilumina y el propio objeto.

b) Al interceptar la luz blanca conun filtro de color sólo pasa la luzque corresponde a ese color(aproximadamente).

Para ver es preciso que haya luz, que no hayaoscuridad.

Para ver un objeto es necesario iluminarlo.

La luz tiene que iluminar al objeto y mis ojostienen que dirigirse hacia él.

Los objetos de color claro no necesitan ser ilu-minados para verlos. La luz de una fuente lejana(linterna, faros del coche) se puede ver (de no-che) porque es clara, aunque su luz no lleguehasta el observador (no es iluminado por ella).

a) Un objeto iluminado no puede iluminar a otrosobjetos.

Al iluminar un papel, la luz se queda sobre elmismo o desaparece.

b) Un espejo refleja objetos.

Un espejo refleja todo, luz y objetos.

c) La imagen está sobre el espejo.

La imagen es como una sombra del objeto y seforma en la dirección que une objeto y ojos.

Al moverse el observador, la imagen se mueveen sentido contrario.

d) Si una superficie reflejara más luz se compor-taría como un espejo.

e) Tan sólo se cumplen en los espejos planos.

Si quitamos la lente se forma la misma imagenpero derecha.

Si tapamos media lente sólo se formará mediaimagen.

La lupa puede aumentar la intensidad de la luz.

Los rayos se acumulan en la lupa y son reduci-dos a un único rayo caliente.

a) El color es una propiedad intrínseca del obje-to, independiente de la luz.

El color de un objeto es la suma de su colornatural (el que tiene al iluminarlo con luz blanca)y el color de la luz que incide sobre él.

b) El filtro produce un cambio de color a la luzblanca (la colorea o la tiñe).

La luz blanca proyecta el color del filtro.

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1. LA LUZ

A.1.- Esta actividad está pensada para obtener explícitamente los preconceptos que los niños de esta edadtienen sobre la luz. Seguramente encontraremos ideas tales como la identificación de la luz con sus fuentes (lámpa-ras, Sol), con sus efectos (claridad, brillos) o con un estado (día más luminoso que otro) (Guesne, 1985). Es decir,que es probable que pocos tengan una noción de la luz como una entidad física diferenciada de la fuente y de susefectos, que se transmite en el espacio; esta minoría es la que responde correctamente en a) que hay luz en todaslas partes de la habitación y en b) marca toda la foto en los dos casos. Parece ser mayoritaria a los 13-14 años laasociación luz-efectos, aunque hay una evolución natural hacia la idea de luz diferenciada de fuentes y efectos, quees mayoritaria a los 16-18 años (Bouwens, 1987). El profesor, a lo largo de esta actividad, debe facilitar el diálogoentre los grupos de trabajo e ir sistematizando todas las ideas que expongan, con el objeto de tratarlas en la siguienteactividad.

A.2.- La idea de luz como entidad que se transmite en el espacio, debe ser el primer objetivo de la enseñanzade la óptica, por ser condición necesaria para empezar el estudio de los fenómenos ópticos (Hierrezuelo y Montero,1989).

Con esta actividad, después de la discusión de los grupos en la primera, podremos analizar con mayorprecisión, el estado en que se encuentran los alumnos respecto a la naturaleza de la luz:

- luz identificada con fuentes (c)- luz identificada con fuentes y efectos (b)- luz como entidad diferenciada en el espacio (a)

Hemos utilizado, pues, dos actividades que presentan situaciones distintas dado que el mismo sujeto puedeemplear una u otra concepción, según la situación, e incluso pasar de una a otra durante la explicación del mismofenómeno (Guesne, 1989).

Para los alumnos que no posean aún la noción que buscamos, podemos montar una experiencia parecida a lade la fotografía, y con la mano, tapar la trayectoria del foco o linterna, quedando ésta iluminada, para que vean queen todo punto del espacio hay luz; lo que sucede es que para percibir nosotros esa luz debe haber un objeto que larefleje y la dirija hacia nuestro ojo. No es necesario en este momento insistir en la reflexión de la luz y en elfenómeno de la visión que trataremos más adelante; centraremos su atención en que al poner la mano u otro objetoen el espacio, queda iluminado, lo que debe probar que en ese punto del espacio hay luz. Se les puede recordar cómoes posible ver «la trayectoria» de la luz en un cine o con un proyector de diapositivas, si existe humo o polvo en lasala. También se les puede mostrar esa experiencia.

Una experiencia interesante para poner de manifiesto la existencia de luz en el espacio es pasar finos rayosluminosos a través de una cámara de humo. Esta actividad que es posible que ayude a nuestro propósito, la pro-ponemos seguidamente.

A.3.- Podemos construir la caja de humo con una caja de zapatos, pintando el interior de negro o pegándolecartulina negra. Otra forma sencilla consiste en pegar tiras de cartón, las correspondientes a las paredes, sobrecartulina negra y después armarla en forma de caja pegando los bordes. En el lugar de la tapadera pondremos unalámina de acetato pegada o grapada a la caja sólo por un borde; así podremos abrirla e introducir una lente para versu efecto sobre los rayos de luz, experiencia que se puede utilizar más tarde. La cara por donde entrará la luz debeestar agujereada, o mejor aún, se le puede poner una doble pared con una pequeña ventana igual en ambas paredes;luego introduciremos entre la doble pared cartones perforados con agujeros que formen figuras distintas. Losagujeros deben hacerse bastante pequeños. También en esta pared conviene pegar un manguito exterior de car-tulina negra para acoplar la caja con la fuente de luz y evitar pérdidas. Finalmente en otra pared se le hace unagujero y se le pega un macarrón de goma con objeto de poder introducir el humo (de un cigarrillo, por ejemplo) enla caja.

El foco de luz debe ser de la máxima potencia posible, lo mejor es utilizar un proyector de diapositivasacoplado al manguito exterior de la caja. La clase deberá oscurecerse. La figura A nos muestra un esquema y lafigura B un posible montaje.

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Una vez conectada el foco de luz a la caja no se observará nada hasta que no se introduzca el humo. Alhacerlo se verán los «rayos de luz» que se corresponden a los agujeros de entrada a la caja. La luz atravesará todoel espacio hasta chocar con la pared posterior. En este momento se puede introducir una lente para que observen ladesviación que sufre la luz al pasar a su través.

Esperamos que esta «visualización de la luz», a partir de la luz reflejada por las partículas de humo, permitaconsolidar la noción estudiada: la luz como entidad diferenciada en el espacio. De todas formas volveremos sobreeste concepto en las actividades siguientes y sobre todo en el estudio de la formación de sombras.

Durante la experiencia les preguntamos acerca de cómo llega la luz a la caja para centrar la atención en elhecho de que la luz que nace en la fuente ha debido propagarse por el espacio de la caja en línea recta. Nointentamos aún estudiar el mecanismo de la visión, lo que complicaría el asunto, pero sí queremos introducir en estemomento el modelo de rayos y empezar a hablar de las propiedades dinámicas de la luz, cuestión que veremos enel próximo apartado. Para la primera pregunta supondremos que si hemos oscurecido la clase, no hay luz antes deencender el foco.

Con la información posterior del libro del alumno no pretendemos que adquieran las ideas expresadas deforma tan rápida; simplemente se trata de ir dibujando una concepción alternativa que sí esperamos que logrenconstruir a través de las actividades del tema.

La idea de luz invisible puede resultar extraña a los profesores porque parece evidente que para verla debepenetrar en el ojo. Sin embargo es bueno insistir en ello porque el mecanismo de visión que el profesor o la profesoratiene en su mente no se corresponde con el que tienen los alumnos que sólo señalan su existencia por los efectosque pueden percibir. Es necesario que comprendan que puede existir luz en un lugar determinado sin que podamospercibir sus efectos. No debemos olvidar que fueron necesarios 20 siglos para establecer el modelo de visión actual.Por otra parte, en una discusión de segundo orden, podemos preguntarnos si cuando entra luz en el ojo procedentede un objeto lo que vemos es el objeto o la luz misma.

1.1 ¿Cómo es la propagación de la luz?

A.4.- En esta actividad pretendemos sentar la idea de que la luz se propaga en línea recta, y en a) constatarde nuevo que es invisible. Para la realización de la parte a) debemos pedirles una predicción acompañada de unaexplicación verbal, y si es posible, también gráfica (pueden mirar previamente por los tres agujeros con la bombilladesenchufada). La respuesta correcta es que se verá la bombilla iluminada por el agujero superior y la pantallanegra por los otros dos (véase la figura). A veces usan un dibujo con rayos rectilíneos para interpretar la situación.Pero muchos pueden pensar que el cono luminoso se abre detrás del agujero y quizás otros digan que la luz rodealos obstáculos (La Rosa et al, 1984). También podemos encontrar alumnos que piensan que la luz se puede verdesde los tres agujeros ya que llega al primero y lo ilumina. Serían respuestas del tipo: por los tres agujeros severá el agujero de la pantalla A iluminado o se verá luz por los tres agujeros (Kaminsky, 1989). Después de

A B

Manguito decartulina negra

Doble pared

AcetatoAcetato

Fuentede luz

Lenteconvergente

73

esta discusión, en la que el profesor debe obtener las concepciones de los alumnos, será el momento de llevar acabo la experiencia: todos los alumnos deben mirar por los tres agujeros con la bombilla encendida, y contrastar susopiniones con sus observaciones. Se introducirá, si es necesario, las ideas que pretendíamos establecer:

1) Desde los agujeros inferior y central no se ve el otro agujero iluminado (quizás se vea iluminado el límitecircular del agujero si el corte ha dejado rebabas).

2) Sólo es posible ver la bombilla desde el agujero superior porque la luz emitida por la bombilla se propaga enlínea recta.

El montaje es sencillo, consta de una cartulina negra que actúa de pantalla, y otras dos, una con un agujero aunos 6 cm de altura (pantalla A), y la otra con tres agujeros a 3, 6 y 9 cm de altura (pantalla B). Se colocan comoindica el esquema, la bombilla mediante un portalámparas o cualquier soporte se coloca más o menos a la altura delprimer agujero. Los agujeros son más o menos, del diámetro de la bombilla. El profesor debe conocer las distanciasprecisas para que estén alineados la bombilla, el agujero de la pantalla A y el superior de la B. Para ello se puedeayudar usando como base un papel milimetrado con las marcas precisas. (Transparencia nº 23).

Con esta puesta en común y con el apartado siguiente, esperamos que quede clara esta idea de la propaga-ción rectilínea de la luz. En b) se trata de ver que dada la forma de la Tierra, y la rotación alrededor de su eje, haymomentos en que la luz del Sol nos ilumina y durante la noche ilumina otros países, pero no el nuestro. Podemoshacer uso de una transparencia, o mejor, una maqueta (puede ser un flexo que actúe de Sol y un globo terráqueo),para explicar esto teniendo en cuenta la trayectoria rectilínea de la luz (transparencia nº 24).

A.5.- Una vez que se concibe la luz como una entidad en el espacio que se propaga en línea recta, queremosque se entienda que ésta es una situación dinámica, que la luz se mueve de unos puntos a otros y así continúa si nohay un medio material que la absorba. Es probable que esto esté claro para la luz del Sol, ya que es evidente quetiene que atravesar una gran distancia hasta llegarnos. Sin embargo para una vela o una lámpara o un televisor, elalumno cree que no puede llegar tan lejos como la del Sol (Bouwens, 1987; Stead y Osborne, 1980). Parece que segenera una relación proporcional entre la intensidad de la luz y la distancia a la que puede llegar; y también unaidentificación de la percepción de la luz con su propia existencia. Por otra parte y en consonancia con lo anterior, elalumno cree que una misma luz viaja más lejos de noche que de día (Stead y Osborne, 1980). Intentaremos con estaactividad y con la siguiente sacar a la luz estas ideas y posibilitar en la discusión el esclarecimiento de la propagaciónde la luz y su independencia con el foco que la emite.

a) y b) La luz se propaga en todas direcciones y, teóricamente, puede hacerlo hasta una distancia infinita.Dos son los factores que debilitan una determinada luz. Por un lado tenemos que su intensidad disminuye con elcuadrado de la distancia. Esto es lógico, pues la luz se va extendiendo en un espacio cada vez más grande. Puedeverse en la figura que, una misma superficie en el caso A es atravesada por muchos más rayos provenientes de lafuente, que en el caso B, en el que la superficie está más alejada.

A esto se refiere la pregunta a) ya que al estar Mercurio mucho más cerca del Sol que Plutón, desde aquelplaneta se vería el Sol más brillante. La respuesta a ésta o a otras parecidas que puede proponer el profesor es

Pantalla negra

Pila

1

2

3

Bombilla

Pantallacon 1 agujero

Pantallacon 3 agujeros

+-

74

obvia para los alumnos y ayudarán para aclarar la importancia de este factor(transparencia nº 25).

Por otro lado, en nuestro medio natural, la luz es absorbida por las molécu-las de las sutancias que forman el aire al propagarse en la atmósfera. Éste es,pues, otro factor que debemos considerar en la pérdida de intensidad. Paraexplicarlo proponemos a los alumnos la pregunta b) en la que nos referimos alagua, pues es más fácil que comprendan el fenómeno de absorción en estemedio material que en la atmósfera que está constituida por sustancias enestado gaseoso. Posteriormente les proporcionamos en su libro una informa-ción sobre estos dos factores que afectan al debilitamiento de la luz en supropagación en el espacio.

A.6.- a) La luz de las estrellas es muy débil comparada con la del Sol debido a que se encuentran más lejos.Habrá que aclarar que si la intensidad de una luz es muy baja con respecto a la luz solar, será difícil percibirla, sobretodo si la distancia es grande. Podemos hacer analogías con el sonido: si tenemos la radio puesta a un gran volumennos limitará la posibilidad de escuchar otros sonidos del interior o del exterior de la casa.

b) Es importante poner de manifiesto la insuficiencia de los ojos para percibir algunas luces de baja intensidady la posibilidad de usar aparatos que sí pueden hacerlo (p. ej., la observación astronómica). El que podamos ver lavela u otras fuentes de débil intensidad por la noche y no por el día es otro ejemplo de lo tratado en la preguntaanterior.

c) La luz de la linterna llegaría a la Luna puesto que en este caso no habría absorción por la atmósfera, sinembargo el astronauta no la vería pues, debido a la gran distancia que hay entre la parte externa de la atmósfera yla Luna, la intensidad de la luz sería muy pequeña, por las razones expuestas en el apartado a) de la actividadanterior, y el ojo humano no podría percibirla.

A.7.- Como se dice en la lectura (que conviene comentar tras la actividad), es probable que estimen que esnecesario cierto tiempo para la llegada de la luz del Sol, dada la gran distancia que debe atravesar. No así con losotros casos en los que la percepción les indica un efecto instantáneo. Será necesario evitar que se diferencie la luzdel Sol de las demás. Para nosotros, en este momento, deben ser todas las luces de la misma naturaleza y llegar ala conclusión de que necesitan cierto tiempo para atravesar un determinado espacio, es decir, la luz tiene unavelocidad determinada. Esta velocidad debe ser muy grande dados los efectos instantáneos que percibimos alencender una lámpara, etc. En este contexto conviene insistir en esta naturaleza única de la luz proceda del focoque proceda, es decir, que hay diferentes formas de producir luz (combustión nuclear en el Sol, incandescencia deun hilo metálico, combustiones, pantallas fluorescentes, etc.), pero que una vez producida, la luz tiene unas caracte-rísticas únicas que han sido tratadas en las actividades desarrolladas hasta este momento. En realidad esto no esmuy exacto, dependiendo de la fuente, de su temperatura, etc., las luces producidas son distintas según sea suenergía o su frecuencia o su composición en términos de luces más simples; pero entrar en estos detalles sería unacomplicación innecesaria para los alumnos de estas edades. Con el dato de la velocidad de la luz puede hacerse uncálculo aproximado de lo que tardará en los casos que se presentan en la tabla. Por otra parte no será difícil queentiendan que la velocidad de la luz no depende de que sea de día o de noche.

1.2 ¿Qué son y cómo se forman las sombras?

Seguimos ahora con la formación de sombras que puede permitirnos consolidar las ideas sobre la propaga-ción rectilínea de la luz e introducir una noción nueva: la formación de imágenes. El pensamiento del alumno conrespecto a las sombras suele apartarse bastante de las ideas científicas: «los objetos arrojan o reflejan la sombra»o son «una luz más oscura». Las sombras son concebidas, a veces, no como ausencia de luz, sino como otra clasede imagen, algo que tiene existencia por sí misma y características como las de un objeto (Feher y Rice, 1987).

A.8.- En esta actividad pretendemos ver si los alumnos son capaces de ubicar correctamente una sombra,dado el objeto y la fuente de luz. Como es lógico, para una respuesta adecuada es necesaria la comprensión de la

A B

75

forma en que se propaga la luz. Esto lo comprobaremos al pedirles que expliciten una justificación para su elección.Debemos seguir utilizando el modelo de rayos para interpretar la situación. (Transparencia nº 26).

En b) se trata de introducir el mecanismo de formación de las sombras como ausencia de luz al interponerseun objeto opaco en el camino de una luz unidireccional.

La parte c) no es necesaria si no hay problemas en la primera. Se puede hacer para comprobar la primeraparte o no hacerla. Ahora bien, si existen alumnos que no tienen claras las ideas respecto a la sombra del árbol,convendrá detenerse más en la experiencia. Pedirles una predicción y estudiar luego lo que ocurre. En el montajede esta práctica, así como en otras posteriores, deberemos de evitar al máximo posible, la formación de penumbras,para no complicar la introducción que estamos haciendo. (Transparencia nº 27).

A.9.- No poseer un esquema coherente sobre la formación de sombras puede llevar a algún alumno asuponer que al aumentar la intensidad luminosa, crecerá el tamaño de la sombra. Igual que antes, si no hay dificulta-des podemos pasar rápidamente la experiencia. Si no es así, deberemos detenernos en ella, incluso dibujar loslímites de la sombra con la bombilla de baja potencia y comprobar luego con la más potente, si empleamos distintasbombillas. Aunque es quizás, más conveniente, utilizar un reostato y la misma bombilla. Así, no tocaremos el mon-taje a lo largo de la experiencia, y tendremos una gama muy completa de intensidades del foco de luz y una sombracompletamente «inmóvil». También podemos emplear cualquier tipo de foco luminoso en sustitución de la pila ybombilla, pero, tanto en uno u otro caso, debemos oscurecer la clase y poner la fuente de luz un poco elevada paralograr una sombra nítida.

Se debe insistir en la idea de que la sombra es ausencia de luz y el tamaño de la zona donde ésta no existeviene condicionado por el tamaño del objeto que obstaculiza a la luz, y, como se verá en la siguiente actividad, de ladistancia del objeto a la fuente.

A.10.- Otra actividad parecida de aplicación del modelo geométrico que usamos en la formación de som-bras. Como siempre, es conveniente que vean la experiencia y comprueben sus previsiones (mejor si las pedimos enforma de dibujo). Para que la sombra sea más pequeña debermos alejar la mano del foco mientras que si se acercala mano al foco la sombra será más grande (transparencia nº 28).

A.11.- Insistimos en la naturaleza de la formación de sombras, en este caso, en la necesidad de tener luzunidireccional (que se propaga en una dirección) para que se formen. Condición que no se da en un día nublado.Pueden existir dos tipos de errores (Bouwens, 1987) entre otros:

1) Pensar que las nubes absorben mucha luz. Es fácil demostrar que no es ésta la razón, ya que hasta la luzde una lamparita de linterna puede formar sombras, tal como habrán observado en actividades anteriores.

2) Que la luz no se propaga rectilíneamente al pasar por las nubes.Para evitar este error hemos propuesto la parte a), aunque es una actividad bastante complicada. Si es difícil

para los alumnos pensar en la reflexión de la luz por los objetos sólidos, lo será mucho más pensar en las reflexionesque se producen en la atmósfera, y por tanto en la luz difusa producida en esos días nublados. Por otro lado hay quetener muy claro la noción de luz como entidad en el espacio, que se mueve y atraviesa la capa de nubes ate-nuándose en ese trayecto. También aquí está en juego la idea de «claridad ambiental», producto de la luz difusa (luzque se propaga en todas direcciones) que proviene de las reflexiones en las moléculas del aire y en los demásobjetos que nos rodean. Es otro hecho difícil de explicar y sobre el que tendremos que volver más adelante, dada laimportancia y lo cotidiano de este concepto.

En definitiva, en a) queremos que se vuelvan a tocar ideas introducidas en actividades anteriores, pero muycomplejas para los alumnos, como que todos los objetos reflejan la luz que les llega, aunque parte la absorben, quelas nubes actúan de igual forma, atenuando la luz en su camino. Y queremos introducir la nueva idea de que esta luzreflejada es difusa, es decir, no es unidireccional. Así, en b) estableceremos como diferencia entre los casos A y B,la existencia o no de luz unidireccional, y la necesidad de ésta para que se formen las sombras.

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A.12.- Esta actividad se dirige directamente a la concepción que tiene el alumno en estos momentos sobre lanaturaleza de las sombras. Si obtenemos una zona de sombra, hemos impedido que a ella llegue luz, no es posible,por tanto, lograr una sombra en otra sombra. Este hecho puede no concordar con nuestra experiencia cotidiana quenos indica que muchas veces, aunque la zona de sombra sea más oscura, podemos ver objetos en ella. Si es así, sedebe a la claridad ambiental, producto de la luz difusa que proviene de todos los objetos, hecho ya comentado en lasactividades anteriores. Pero como esta luz es difusa no produce sombras.

Se puede comprobar que sobre una sombra (ausencia de luz) no podemos crear otra sombra. Para ello unestudiante se puede colocar junto a una pared que esté en sombra en el patio.

A lo largo de las actividades anteriores, en las discusiones, en las explicaciones y dibujos de alumnos, hemospodido entrever sus ideas y si éstas han ido cambiando. Esperamos que después de ésta y de las anteriores activi-dades se conciba la sombra como ausencia de luz, debido a la interceptación de la misma por un obstáculo, y seutilice el modelo geométrico de rayos rectilíneos que delimitan la sombra.

2. IMÁGENES

Además de consolidar las ideas anteriores, queremos ahora introducir la formación de imágenes. Para elloprimero veremos que cada punto de un objeto que emite luz, lo hace en todas direcciones. Esta idea parece que noes bien comprendida por alumnos y profesores, quizás debido a que en la formación de imágenes se suele prestaruna atención relevante, casi exclusiva, a los rayos luminosos que nos sirven para formar la imagen.

A.13.- Comenzaremos con una actividad que pondrá de manifiesto si los alumnos creen que existen direc-ciones privilegiadas de propagación de la luz. Para ello la lamparita está colocada por debajo del agujero y algunosalumnos pueden aducir que no se ilumina la pantalla de atrás porque no pasa luz a través de él. Son aquellos quecreen que existe una dirección privilegiada de propagación: la horizontal (Tiberguien et al, 1980). Insistiremos sobreeste punto en la próxima actividad. Podemos usar para esta práctica la cartulina con un agujero de A.4. Se debepedir que hagan una predicción y un dibujo que la explique, y tras hacer la experiencia discutir las ideas que sehayan puesto en juego. (Transparencia nº 29).

A.14.- La fuente luminosa se puede construir con un par de bombillas alargadas (de las utilizadas en lasmáquinas de juego) de unos 20 cm con sus soportes pegados en una tabla o chapón grueso (dos soportes deben irpegados directamente a la tabla, los otros dos, de la segunda lámpara, deben ir pegados a dos tacos de madera quea su vez se pegan a la tabla, para que la segunda pueda ir encima de la primera formando la cruz luminosa). Lapantalla debe estar colocada a unos dos metros de la fuente. Si no se dispone de una pantalla grande, se puedepegar una cartulina blanca a un chapón de madera o a un cartón fuerte.

a) Es posible que algunos piensen que en la pantalla aparecerá la cruz. Esta idea está ligada a pensar en unadirección privilegiada de propagación de la luz, y también, a pensar que la luz se propaga como un todo con la formade la fuente, en este caso una cruz, en una dirección preferente. Esta idea suele ser un verdadero obstáculo paraentender la formación de imágenes. Aunque parece extraño que ocurra así, ya que la experiencia cotidiana es la deque ni los fluorescentes ni las lámparas forman imágenes en la pared o en una pantalla (Feher y Rice, 1987).

Es importante seguir los pasos acostumbrados en la experiencia:1: Predicción acompañada de dibujos para que los alumnos expliciten y se discutan sus ideas.2: Realización de la experiencia. Los alumnos deben dibujar en la segunda pantalla lo que observan.3: Explicación de los alumnos del resultado, ver el porqué no se satisfacen sus expectativas (en los casos en

que esto ocurra).Finalmente se debe introducir la idea de que cada punto de luz de la fuente la emite en todas direcciones, por

lo que a cada punto de la pantalla (como el A y el B de la figura) no le llega un único punto de la fuente (en cuyo casose podría formar la imagen), sino luz procedente de todos los puntos de la fuente (se puede usar la transparencianº 30 con la figura siguiente).

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b) De nuevo se presenta una actividad de formación de sombras, que si se maneja correctamente el modelogeométrico de rayos rectilíneos no debe dar problemas. Quizás, si existen, nos encontraremos con predicciones deformación de la imagen de la cruz (forma de la fuente) o mezcla de la forma del agujero y la cruz. Para hacer laexperiencia pondremos el cartón con el agujero en el montaje anterior a unos 30 cm de la pantalla (se deben evitarla formación de penumbras tanto como sea posible). (Transparencia nº 31).

A.15.- Ahora al introducir entre la fuente y la pantalla un cartón con un agujero pequeño comparado con eltamaño de la fuente, logramos formar la imagen de la fuente, es decir, aparecerá una cruz luminosa e invertida enla pantalla. Esto será sorprendente para muchos; de nuevo encontraremos predicciones erróneas: se verá en lapantalla la forma del agujerito (igual que en la anterior) o mezclado con la cruz.

Aunque seguiremos tratando la formación de imágenes en las próximas secciones, conviene ya, aquí, expli-car mediante el modelo geométrico la formación de la cruz invertida.

Pantalla

Pantalla

Pantalla

B

A

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Se debe precisar que el reducido tamaño del agujerito sólo (en primera aproximación) deja pasar un rayo deluz de la fuente para cada punto (se dibujarán varios rayos desde un punto de la fuente y se verá que sólo uno pasacreando un punto de la imagen y así sucesivamente. Conviene hacer explícito en el dibujo que no existen direccio-nes privilegiadas para la propagación de la luz (transparencia nº 32).

Otro idea que se presenta es el pensamiento de que la cruz luminosa viaja como un todo, se empequeñecepara pasar el agujerito y luego se proyecta en la pantalla. El problema que se les plantea es explicar la inversión dela imagen, aunque lo pueden achacar a extrañas propiedades del agujero. Ideas como éstas conducen en la activi-dad anterior, a predecir imágenes de la fuente. Por ello les preguntamos en b) qué ocurre al tapar medio agujero.Algunos pueden creer que se verá solamente media imagen. Conviene tener estas ideas en cuenta y ver su evolu-ción en las próximas actividades. Al tapar medio agujero seguirá viéndose la cruz invertida con mayor nitidez ymenor luminosidad, ya que pasan por el agujero menos rayos de luz provenientes de cada punto de la fuente.

c) Podemos tener preparado el cartón con varios agujeritos de 1 cm de diámetro, tapados con cinta negra, yque iremos destapando en el transcurso de la experiencia. Será bastante sorprendente la aparición de una nuevaimagen cada vez que se destapa un agujero.

Esperamos que esta experiencia consolide la idea de que la luz se transmite en todas direcciones, que no setransmiten imágenes como un todo y se acepte como válido el modelo elaborado para explicar el mecanismo deformación de imágenes.

2.1 La cámara fotográfica

A.16.- En esta actividad pretendemos ver el efecto de cámara oscura que nos permitirá explicar el funcio-namiento de la cámara fotográfica y por analogía y a continuación, el mecanismo de la visión en el ojo.

La cámara la podemos construir con un rollo guarda planos o similar, pintado de negro en su interior (si sequiere mejorar la visión), cortándolo en trozos de unos 8 cm, tapando un lado con papel de aluminio y el otro conpapel vegetal, fijando ambos con una goma elástica. También se puede hacer con una caja de zapatos, pintándola denegro en su interior y haciendo dos ventanas en las dos caras paralelas pequeñas y tapándolas con el papel dealuminio y el papel vegetal respectivamente, con papel adhesivo. Se debe usar, para favorecer la visión, una prolon-gación de la cámara hecha de cartulina negra, por el lado del papel vegetal, para evitar interferencias de la posibleiluminación ambiental (lógicamente, cuanto más se oscurezca la habitación, mejor se verá la imagen). La bombillaque se utilice para ver su imagen, debe ser de cristal transparente para poder observar el filamento.

a) Para empezar se hace un agujero pequeño (con un alfiler o aguja de coser) en el papel de aluminio, y aldirigir la cámara hacia la bombilla encendida, que estará a corta distancia, veremos la imagen del filamento de labombilla invertido sobre el papel vegetal. Cuanto más grande sea el agujero practicado, más luz entrará y se verámejor, pero menos nítido, por lo que conviene que sea pequeño.

En b) obtendremos varias imágenes de la bombilla tal como ocurrió en la actividad anterior. En c) obtendre-mos de nuevo una única imagen. En d) perderemos la imagen. En e) arreglamos esto con el efecto de una lenteconvergente que actuará como objetivo de nuestra cámara. Habrá que acercar o alejar la lente hasta obtener unaimagen nítida. Además la lente debe tener la potencia o distancia focal adecuada para que los rayos convergan enla parte posterior de la cámara oscura.

La idea que queremos fijar es la de la formación de imágenes partiendo como en A.14, de que cada punto delobjeto emite rayos en todas direcciones, y es la pequeñez del agujero frente al objeto la que permite que entre «unsólo» rayo de luz proveniente de cada punto del objeto, y obteniéndose así, la imagen invertida. Al realizar variosagujeritos, como es fácil de explicar con este modelo, se producen varias imágenes. Con la lente obtenemos unasola imagen. Al unirlos y obtener un agujero grande desaparece la imagen ya que cada punto de la pantalla reciberayos de todos los puntos del filamento de la bombilla. Sólo obtendremos una mancha de luz con la misma forma queel agujero practicado. Después con la lente volvemos a obtener la imagen. Será fundamental explicar todos estosfenómenos con el modelo de rayos, haciendo hincapié en la emisión de rayos en todas direcciones por cada puntode luz. El uso de la lente nos permite seguir su estudio (ya vimos su efecto en A.3) viendo cómo existe un plano auna distancia determinada donde podemos lograr enfocar la imagen (depende de la potencia de la lente empleada).Debemos detenernos en el uso de la lente, explicando el efecto que produce: desvía los rayos de luz y hace que

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todos los rayos que provienen de un único punto, converjan en otro único punto, en este caso en el plano del papelvegetal. Esto nos permitirá entender la formación de imágenes en el ojo gracias al sistema córnea-cristalino, asícomo sus posibles defectos. Se puede usar la transparencia nº 33, en la que aparecen los dibujos siguientes, parala puesta en común de la actividad.

Finalmente se comentará la lectura posterior sobre la constitución y funcionamiento de una cámara fotográficarelacionando estos aspectos con los trabajados en la actividad. (Si se dispone de una cámara, se puede enseñarpara apoyar la explicación).

2.2 Estructura y funcionamiento del ojo. La visión

El fenómeno de la visión, para el alumno, está relacionado con la luz, pero generalmente de forma errónea: senecesita luz para ver, pero no se establece la necesidad de que la luz llegue al ojo. Según (Guesne, 1989), la mayoríade los niños no piensan en ningún mediador entre el ojo y el objeto. Las siguientes figuras ilustrarían cuatro concep-ciones sobre la visión en orden de complejidad:

La primera (A) simplemente representa un «baño de luz». El alumno no define ningún mecanismo entre el ojo,la luz y el objeto. En B, quizás la idea más extendida, no existe necesidad de un mediador entre el ojo y el objeto,pero la luz desempeña un papel más preciso: ilumina el objeto. En C el ojo toma un papel activo, de forma parecida

d)

e)

a)

b)

c)

A B C

Fuente Fuente Fuente Fuente

Luz ambiente(luz natural) Objeto Objeto Objeto

Ojo OjoOjoOjoOjo

Luz

Lu

z

Lu

z

Luz

Visión

D

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al uso de frases en el lenguaje ordinario, como «echar una mirada», «lanzar una mirada», etc. Esta idea parece sermenos frecuente. En D tendríamos un modelo deseable para nuestros alumnos: el objeto es iluminado y la luz reflejadapor él llega a nuestros ojos. Esta interpretación la hacen pocos alumnos, sobre todo si se trata de objetos sin luz propia,ya que existe un segundo problema: normalmente no consideran que los objetos no especulares reflejen la luz.

A.17.- Comenzamos este apartado con una información fisiológica del ojo. Pretendemos que se familiaricencon los términos que designan las diversas partes del ojo. Por ello, después de la información les proponemos querellenen la tabla para fijar la información. La solución es:

1: esclerótica 6: humor acuoso

2: nervio óptico 7: córnea

3: mácula 8: iris

4: retina 9: cristalino

5: humor vítreo 10: músculo ciliar

También incluimos un sencillo experimento para reconocer la existencia del punto ciego.

A.18.- a) Esperamos que a algunos alumnos se les pueda ocurrir utilizar la analogía con la cámara fotográ-fica y en el primer caso dibujen rayos que a través de la pupila y el cristalino, formen imagen en la retina. Si no esasí se les informará sobre esta construcción. El lápiz debe enviar al igual que la lámpara, luz hasta nuestros ojos,pero la idea general como hemos indicado, es la inexistencia de esta luz reflejada, la luz vista como condiciónnecesaria tan solo para iluminar al lápiz. En muchas de las actividades anteriores se ha tocado el tema sin intentarexplicitarlo, en un intento de ir formando paso a paso el modelo final, pero es posible que aún existan dificultades.Por tanto, lo primero es dejar claro el hecho de que los objetos al ser iluminados reflejan la luz, como condiciónnecesaria para entender que desde los objetos llega esta luz a nuestros ojos. (Transparencias nº 34 y 35).

Los apartados b) y c) están puestos para desarrollar esta noción. Si se iluminan, al abrir una rendija con elpostigo de la ventana o al elevar un poco la persiana, hasta las paredes y objetos a los que no llega la luz directamen-te, podríamos pensar que los rayos luminosos «se doblan», cuestión en contra de todas las experiencias hechashasta el momento (se les puede recordar la explicación de la sucesión del día y la noche). La otra explicación serála de la luz reflejada en paredes y objetos en todas direcciones. Otra situación parecida puede ser, en una clase ohabitación totalmente a oscuras (si es posible un laboratorio fotográfico) con varios alumnos en ella, encender unfoco dirigido hacia la pared y reflexionar sobre el porqué nos podemos ver unos a otros si «no estamos iluminados».Otra experiencia que ayuda es ver reflexiones de la luz con espejos o reflectantes y cambiarlos por papel blanco,viendo que el efecto es parecido aunque menor. Una vez establecida la razón por la que podemos ver el lápiz, haránla construcción geométrica con la formación de la imagen en la retina.

En definitiva, tras estas actividades queremos dejar claro que los objetos reflejan la luz que les llega y queésta tiene que llegar a nuestros ojos como condición necesaria para ver. No es necesario insistir en los tipos dereflexión y formación de imágenes con espejos ya que se tratan en un apartado posterior.

A.19.- Actividad en la misma línea que las anteriores, para seguir discutiendo sobre la necesidad de que la luzllegue a nuestros ojos o a la cámara fotográfica para que podamos ver o tomar una fotografía. En primer lugardeben tener claro que hay luz en las cuatro zonas. Si no fuera así no saldría ninguna foto. La luz debe haber llegadoa la cámara. También llega al fotógrafo, que puede ver los faros del coche. La luz reflejada por el fotógrafo esdemasiado débil como para que la puedan apreciar los ojos del conductor.

A.20.- Es un tanto sorprendente: la sombra producida por el lápiz se ve invertida. Como el lápiz está derecho,su sombra sobre la retina debe estar también derecha, pero el cerebro la interpreta invertida, y así la observamos.Para poder realizar la experiencia la punta del lápiz debe estar cerca del ojo por lo que hay que tener cuidado almoverlo de lado a lado para localizar la sombra.

Como es lógico, la sombra no se forma en el agujero, como puede parecer, sino sobre la retina. La luz pasapor el pequeño agujero de la cartulina y el lápiz la intercepta, formándose la sombra correspondiente.

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2.3 Defectos visuales. Lentes

A.21.- Se puede construir un modelo mecánico para si-mular la formación de imágenes en un ojo normal, miope ohipermétrope utilizando para ello: un matraz grande, o mejor unapecera esférica, con agua y un poco de disolución de fluoresceínaen alcohol, un foco de luz potente (por ejemplo un proyector dediapositivas) con un colimador (cartón o similar con un agujeropequeño que será el objeto cuya imagen deberá formarse en lapared posterior de la pecera) y un portalentes con una lente con-vergente que simule el sistema córnea/cristalino en cada uno delos casos y que situaremos delante de la pecera.

Para simular el ojo normal escogeremos una lente conver-gente de potencia media de entre las que dispongamos (p. ej., de+10 dioptrías). Una vez escogida la potencia de la lente, sólohabrá una posición de la lámpara (distancia a la pecera) paraque los rayos de luz converjan en la «retina» (pared posterior delmatraz). Para evitar confusiones, deberemos haber localizadoesta posición antes de la experiencia.

Luego usaremos sucesivamente otras dos lentes, sustitu-yendo a la primera, para ver su efecto y lo «arreglaremos» consendas lentes correctoras que situaremos delante de aquellas(nosotros hemos utilizado una lente de +12 dioptrías para el ojomiope y de +5 para el hipermétrope; en el primer caso lo hemoscorregido con una lente divergente de -15 dioptrías y en el se-gundo con una lente convergente de +12; con estas lentes seproducen buenos resultados aproximados, se pueden mejorar sise dispone de un conjunto de lentes más surtido). Por supuesto,es necesario oscurecer el aula para realizar las experiencias.

Colimador

Lente convergente

Colimador

Lente convergente

Ojo normal

Ojo hipermétrope

Ojo miope Corrección ojo miope

Corrección ojo hipermétrope

Lente convergente

Lente divergente

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2.4 Las imágenes en los espejos

Ya hemos hablado de la reflexión de la luz al referirnos al mecanismo de visión: para ver un objeto la luz querefleja debe entrar en el ojo. Pero lo que hemos estudiado nos puede llevar a la conclusión de que todas las imágenesque se forman en la retina son directas, desde el objeto hasta el ojo, cuando objetos tan cotidianos como losespejos, en los que la luz sufre una reflexión distinta a la difusa, crean otro tipo de imágenes: las especulares. Lareflexión especular producida en un espejo hace posible que la luz emitida por un objeto, sea propia o proveniente dela reflexión difusa, pueda entrar en el ojo tras haber cambiado completamente su dirección. Debido a que el ojopercibe los objetos en línea recta, en este caso mediante la prolongación de los rayos que emergen del espejo, losvemos detrás de espejo, en el lugar donde se ha creado una imagen virtual.

A.22.- a) Según las leyes de la reflexión vistas anteriormente y teniendo en cuenta que se trata de unareflexión especular, no se debe ver nada si operamos según el esquema propuesto en el dibujo.

La respuesta y las explicaciones que den los alumnos nos puedenpermitir saber si han comprendido las leyes y el concepto de reflexiónespecular, además de poner de manifiesto si piensan que por el hecho dellegar luz al espejo ya la podrán ver, es decir un mecanismo de visión sin lanecesidad de que la luz llegue al ojo.

En la realización de la actividad sería muy conveniente tener unabuena oscuridad en la clase para que incluso no se viera ni el espejo enlas condiciones en las que se haga. El montaje lo haremos con cartulinanegra, o con cartón pegado a la cartulina, de forma que tengamos unrecinto con dos rendijas o ventanas, una para que entre la luz del foco yotra para mirar dentro. Colocaremos en el interior el espejo, en unapared, y miraremos desde la pared que está enfrente. El foco debe en-viar la luz de forma que, tras la reflexión, choque con la pared lateral yno pueda llegar al ojo, tal como está indicado en el esquema.

b) En este caso se producirá reflexión difusa y se podrá ver la cartulina ya que habrá rayos de luz queentrarán en el ojo y formarán la correspondiente imagen.

2.5 Formación de imágenes especulares

A.23.- Pasamos ahora a la formación de imá-genes en espejos planos. En primer lugar queremos sa-ber dónde está la imagen. Normalmente los alumnoscreen que está sobre el espejo y se necesita hacer algu-na experiencia para disuadirlos de ello. La experienciaque proponemos consiste en colocar un cristal vertical,que hará el papel de espejo, sobre una cartulina negra ydibujar una cruz con una tiza, observar su imagen y mar-car otra cruz donde se la ve, tal como indica la figura (elcristal permite observar a la vez la imagen de la cruz y lamano por detrás). Así podrán comprobar el lugar queocupa la imagen y la igualdad de distancias del objeto yla imagen al «cristal-espejo». Posteriormente se les in-forma en su libro de cómo se forman las imágenes especulares.

A.24.- Insistimos en la formación de imágenes, dada su dificultad. Probablemente muchos pensarán que laimagen se forma como si fuese la construcción de una sombra, es decir, el que está a la derecha cree que la imagense formará a la izquierda de la vela y viceversa. La experiencia les mostrará lo contrario. La imagen se formasiempre en el mismo lugar: frente al espejo y a una distancia de él igual a la que hay entre el espejo y el objeto. Por

Foco

Ojo

Cristal

83

tanto Pedro la verá a la derecha de la vela y Ana la verá ala izquierda, dadas las posiciones de observación. De nue-vo la explicación pasa por el correspondiente dibujo.

Juan no verá la imagen pues la línea recta que unesu ojo con la imagen no pasa por el espejo. Es decir, queningún rayo reflejado por el espejo puede llegar a su ojo.

2.6 Formación de imágenes por refracción

A.25.- En esta actividad estudiaremos el fenómeno de la refracción. Primero observamos el «lápiz doblado»al que se refiere la información precedente y luego utilizamos la moneda esperando un dibujo en el que se muestrenlos rayos desviados al salir del agua. Conviene que los alumnos en la primera parte estén en una posición tal que novean la moneda, pero en el límite de poder verla. Desde esta posición deben explicar gráficamente por qué no lapueden ver: no hay ningún rayo que provenga de la moneda y pueda llegar al ojo. Al añadir agua en la situaciónanterior, verán la moneda perfectamente. De nuevo deben hacer un dibujo intentando explicar cómo ahora sípueden verla. Hay que prestar atención a la explicación que dan del fenómeno pues puede que alguno crea que losrayos proceden del ojo y se doblan al entrar en el agua (Andersson y Karrqvist, 1983). La idea que se introduce esque la luz desvía su dirección de propagación al pasar de un material no opaco a otro y a este fenómeno lo llamamosrefracción. (Transparencia nº 18 de 4º ESO).

Finalmente se reflexiona sobre el hecho de que las imágenes obtenidas con luz refractada no coinciden con ellugar que ocupa el objeto, y se introduce la noción de espejismo. El caso de la moneda es muy claro para estepropósito y permite introducir la idea de que si en tan corta distancia varía tanto la posición de la imagen, endistancias más grandes lo puede hacer mucho más. Así podemos hablar de los clásicos espejismos en el desierto.

A.26.- Los experiencias anteriores han sido explicadas por una «supuesta desviación» de los rayos de luz.Como siempre, dada la edad de estos alumnos, conviene hacer los modelos lo más concretos posibles. Para ellopodemos «visualizar» de nuevo el camino seguido por los rayos al refractarse en una lente utilizando la cámara dehumo o algunas de las experiencias parecidas que se pueden hacer si se dispone de equipos de óptica.

Colocaremos lentes convergentes e informaremos del concepto de foco de la lente como aquel punto pordonde pasan todos los rayos que llegan paralelos a la lente. Después se puede observar el efecto de una lentedivergente y ver cómo el foco de esta lente se obtiene por prolongación de los rayos hacia atrás, tal como puedeobservarse en el dibujo que acompaña a la lectura.

Si queremos usar una caja de humo y no disponemos de ella, la podemos construir con una caja de zapatos,pintando el interior de negro o pegándole cartulina negra. Otra forma sencilla consiste en pegar tiras de cartón, lascorrespondientes a las paredes, sobre cartulina negra y después armarla en forma de caja pegando los bordes. Enel lugar de la tapadera pondremos una lámina de acetato pegada o grapada a la caja sólo por un borde; así podremosabrirla e introducir una lente para ver su efecto sobre la luz. La cara por donde entrará la luz debe estar agujereada,o mejor aún, se le puede poner una doble pared con una pequeña ventana igual en ambas paredes; luego intro-duciremos entre la doble pared cartones perforados con agujeros que formen figuras distintas. Los agujeros debenhacerse bastante pequeños. También en esta pared conviene pegar un manguito exterior de cartulina negra paraacoplar la caja con la fuente de luz y evitar pérdidas. Finalmente en otra pared se le hace un agujero y se le pega unmacarrón de goma con objeto de poder introducir el humo (de un cigarrillo, por ejemplo) en la caja.

El foco de luz debe ser de la máxima potencia posible, lo mejor es utilizar un proyector de diapositivasacoplado al manguito exterior de la caja. La clase deberá oscurecerse. La figura A nos muestra un esquema y lafigura B un posible montaje.

Juan

Zona de visión de la imagen

Ana Pedro

84

Una vez conectado el foco de luz a la caja no se observará nada hasta que no se introduzca el humo. Alhacerlo se verán los «rayos de luz» que se corresponden a los agujeros de entrada a la caja. La luz atravesará todoel espacio hasta chocar con la pared posterior. En este momento se puede introducir una lente para que observen ladesviación que sufre la luz al pasar a su través.

A.27.- Con el mismo montaje experimental de la actividad anterior, la caja de humo o el banco de óptica,podemos utilizar varias lentes convergentes de distinta potencia para observar sus diferentes longitudes focales ycómo varían éstas.

3 EL COLOR

Iniciamos una breve introducción al color de los cuerpos y de la luz. Debemos intentar dejar claro que el colorde la luz lo entendemos como la sensación que nos produce esa luz al entrar en el ojo.

A.28.- Nos conformaremos con que capten la idea de la complejidad de la luz blanca como mezcla de variasdiferentes, hasta el punto de que puedan explicarse el fenómeno del arco iris.

Una experiencia sencilla para producir un arco iris es colocar un vaso de plástico con agua encima de unretroproyector encendido; en el techo se proyectará un arco iris.

Para la dispersión de la luz blanca colocaremos en la misma dirección el foco, la lente, el diafragma, el prismay la pantalla, por ese orden. Así obtendremos la banda de colores sobre la pantalla. Si interponemos antes del prismafiltros de colores observaremos como parte de la luz es absorbida y en la pantalla no aparecerán unos determinadoscolores, dependiendo del color del filtro. También podemos colocar un segundo prisma tras el anterior, obteniendoen el primer caso, de nuevo luz blanca, al mezclarse otra vez todas las luces; pero si tenemos puesto filtros, ya noobtendremos la luz blanca, sino una luz mezcla de las que no han sido absorbidas.

3.1 Interpretación de los colores

El objetivo a conseguir es que se llegue a la conclusión que el color de los cuerpos es el resultado conjunto de

Vio

leta

Azu

l

Ver

de

Am

aril

lo

Nar

anja

Rojo

Foco

PrismaPantalla

A B

Manguito decartulina negra

Doble pared

AcetatoAcetato

LenteconvergenteFuente

de luz

85

tres factores, la luz que ilumina al cuerpo, la superficie del cuerpo y el ojo.

A.29.- Tras la información proponemos aplicaciones de estas ideas. Si el color blanco refleja mucha luz, alcontrario que el negro, es lógico que se usen colores claros en la ropa de verano o se pinten de negro las placassolares para que absorban el máximo de la radiación que les llega y aumenten todo lo posible su temperatura. De ahítambién la diferencia de los coches de colores claros y los oscuros, por ejemplo en verano. Éstos últimos absorbenmás energía y se calientan más.

En definitiva: los colores oscuros absorben gran parte de la luz, y por ello su energía, mientras que los coloresclaros reflejan gran parte de la luz que reciben y por tanto, absorben menos energía.

Cuerpos iluminados con luces de colores

A.30.- Intentamos que entiendan que el color no es una propiedad de los objetos sino el resultado de las lucesque absorbe y refleja. Pueden pensar que el color que ven con el filtro es la suma de su color natural, el que tienecuando se ilumina con luz blanca, más el color de la luz que incide sobre él (La Rosa et al, 1984).

Queremos que construyan la idea de que es la luz que dejan pasar o que reflejan (en el caso de cuerposopacos) la responsable del color que observamos en los objetos. El color no es, por tanto, una propiedad intrínsecade ellos. Para centrarnos sobre esto podemos cambiar el color de objetos, como, por ejemplo, cartulinas o placas deplástico; para ello las iluminaremos con un foco y haremos que la luz pase por filtros rojo, verde y azul y tomaremosnota del color que observamos en los objetos iluminados.

Al iluminar por ejemplo, un objeto de color rojo con luz blanca lo vemos rojo. Esto es así porque el objeto debeabsorber todas las luces que componen la luz blanca excepto un rango de ellas que refleja y producen la sensaciónfisiológica que llamamos color rojo. Si colocamos un filtro que no permita el paso de la «luz roja» (el verde o el azul),el objeto no debe reflejar luz alguna (idealmente) por lo que deberíamos verlo negro.

En la práctica esto es difícil porque para empezar necesitaríamos oscuridad total en el lugar de la experienciapara que el objeto sólo reflejase la luz filtrada que usamos para iluminarlo. Por otro lado, los pigmentos que absorbenluces, lo hacen en rangos no demasiado discriminatorios. Es decir que un objeto de color rojo, no sólo refleja la luzque corresponde a frecuencias de color rojo sino que emite normalmente un rango de frecuencias bastante ampliopor lo que al llegarle la luz filtrada con filtros verde o azul, puede que algunas frecuencias las reemita.

Por ello nos contentaremos con que constaten que el color del objeto es diferente según lo veamos iluminadocon luz blanca o con cada una de las iluminaciones filtradas.

86

CONTROL DE CLASE A

1. ¿Desde qué ventanas (si estamos dentro, entre las ventanas y lapantalla) podemos ver la lámpara?

¿Cuál de las ventanas es iluminada por la luz de la lámpara?¿Qué parte de la pantalla está iluminada si las ventanas están abier-

tas? Explica las respuestas.

2. ¿Qué luz tarda más en llegar hasta ti: a) la luz del Sol; b) la luz de tu cuarto; c)la luz del televisor; d) la luz de una vela?

3. Explica, ayudándote de un dibujo, la sucesión del día y la noche en nuestroplaneta.

4. Con un foco con forma de cruz iluminamos una pantalla y colocamos entreambos una pequeña bola, tal como muestra la figura. Dibuja lo que se verá en la pantalla.Justifica tu respuesta.

5. ¿Qué propiedades de las siguientes tienen los rayos de luz? Explica tu respuesta.a) Son visibles, al menos en algunas ocasiones.b) Tienen gran longitud.c) Son muy estrechos.d) Están constituidos por luz.e) Representan el camino que sigue la luz.

6. ¿En qué consiste un espejismo? Explica por qué se produce.

7. Explica qué defecto presenta el ojo de la figura. ¿Qué tipo de lente debe utilizarse para corregirlo?Explícalo con un dibujo.

8. ¿De qué color se verá una libreta roja iluminada con luz roja? ¿Y con luz azul?. Explica tu respuesta.

Pila Lámpara

+-

Ventanas Pantalla

A

B

C

Pantalla

Imagen

871

23

4

espejo

FocoCubo

Pantalla

Cuadrado Rombo Rectángulo HexágonoPentágono

CONTROL DE CLASE B

1. Recuerda un día en el que estuvieses viendo de noche la televisión en tu casa. Indica en qué lugares había luz.

1. ¿Qué luz crees que puede llegar más lejos, la de una bombilla de tu casa de día, la de esa bombilla de nocheo la luz de una linterna en la oscuridad?

2. Sosteniendo el cuboentre la fuente de luz y la pan-talla, ¿cuáles de estas formasde sombra puedes hacer conel cubo? ¿Cuáles no se pue-den hacer?

3. Observa el montaje de la figura.Completa el dibujo con rayos e indica lo quese observará en la pantalla.

4. Marta y su profesora de Física están discutiendo sobre la visión.Profesora: Explica cómo puedes ver el libro.Eva: Señales que van a través de los nervios, entre los ojos y el cerebro.Profesora: Sí, esto sucede entre los ojos y el cerebro. Pero hay alguna

distancia entre el libro y los ojos. ¿Qué ocurre entre ellos?¿Cuál sería tu respuesta? Dibuja y explica.

5. En el dibujo del ojo indica con flechas donde se encuentra: la córnea, la retina,el cristalino y la pupila. Explica la función de cada una de estas partes del ojo.

7. En el esquema siguiente podemos mirar hacia la pareddonde está el espejo desde varios puntos (donde se encuentranlas pajitas). Si queremos ver la imagen de la bolita, desde quéposición miraremos.

8. ¿Por qué es blanco un folio iluminado a la luz del día?

Pantalla

88


1. Sólo desde la ventana A se puede observar la lámpara, ya quetan sólo mirando por ella podrán estar alineados foco, ventana y observa-dor. Igualmente, sólo es iluminada la ventana A. Puede que algunos alum-nos piensen que la luz puede rodear los obstáculos e iluminar todas lasventanas. Mediante un diagrama de rayos se puede justificar la respues-ta correcta y qué zona estará iluminada en la pantalla. Otro error fre-cuente en la última pregunta corresponde a aquellas respuestas que indi-can que el cono luminoso se abrirá al pasar la ventana, iluminando unazona mayor que la que corresponde, incluso a toda la pantalla.

2. Una vez emitida por la fuente, la luz lleva la misma velocidad si se propaga en un medio determinado. Eneste caso habrá que estar atento a los alumnos que establezcan una relación entre la intensidad de la luz y suvelocidad y por otro lado, la conciencia de esta velocidad, dado que los efectos de estas luces parecen ser instantá-neos, salvo en el primer caso, por la lejanía del Sol. Por tanto, deben dejar claro que dado que en todos los casos lavelocidad es la misma, el tiempo que tarde en llegarnos dependerá de la distancia a la que nos encontremos de lafuente de luz.

3. Deberán utilizar el modelo geométrico de rayos de luz provenientes del Sol para explicar la zona iluminadade la Tierra. Esto unido al fenómeno de rotación del planeta alrededor de su eje justifica la sucesión del día y lanoche.

4. El diagrama de rayos nos muestra una situación inversa a una actividad que se hizo de construcción deimágenes. En este caso la bolita intercepta un pequeño cono (en la figura se muestra un sólo rayo) de cada punto delobjeto, lo que provocará la formación de una sombra «imagen» para cada punto del objeto. La respuesta corriente esque no se formará sombra en la pantalla dado el pequeño tamaño de la bola. (Se puede usar la transparencia nº 36).

5. Sólo la respuesta e) está de acuerdo con el concepto de rayo que se ha expuesto en el tema. El rayoconstituye una forma simbólica de representar el camino que sigue una luz; no es ningún elemento del mundo físico:no es visible ni está constituido por luz.

6. Hablamos de espejismos cuando observamos algo que no se encuentra en el lugar que percibimos. Lasdesviaciones de la luz, es decir, la refracción producida cuando la luz cambia de medio material por el que sepropaga o manteniendose en el mismo, cambian sus propiedades, explica este fenómeno.

7. Se trata de un ojo miope que necesitará una lente divergente para su corrección.

Pila Lámpara

+-

Ventanas Pantalla

Pantalla

Imagen

89

8. En el primer caso, la observaremos roja, ya que la libreta al ser iluminada con luz blanca, absorbe todas lasluces y reemite sólo luz roja, al enviarle luz roja, la reemitirá y se verá roja. Con luz azul se verá negra, ya que estaluz será absorbida por la superficie de la libreta.


1. En una habitación de noche, aunque sólo esté encendida la televisión, habrá luz en todas partes: la emitidapor el aparato que será reflejada por los objetos a los que llegue.

2. Una vez emitidas todas tienen las mismas cualidades. En teoría su propagación sería infinita si nointeraccionase con la materia. Por ello, dado que no hay gran diferencia de potencia del foco, en principio todastendrían el mismo comportamiento. Otra cosa es su percepción diferente si se realiza de día o de noche. Pero ladistancia que recorren no depende de que se puedan o no percibir.

3. Puedes lograr las formas cuadrada, rectangular y rómbica, dependiendo de cómo coloques el objeto. Nopodrás obtener formas penta o hexagonales (transparencia nº 37).

4. Si entienden bien la condición de formación de imágenes formarán dos en la pantalla con el correspondien-te diagrama de rayos (transparencia nº 38).

5. El dibujo o la explicación debe presentar el mecanismo de visión actualmente aceptado: la luz que provienede fuentes (directas o indirectas) es reflejada en todas direcciones por las páginas del libro y penetra en los ojos deMarta produciendo la correspondiente imagen en su retina.

Pantalla

90

6. El dibujo sería:

7. Teniendo en cuenta que la posición de la imagen estará detrás del espejo a la misma distancia que el objeto,sólo podremos observarla con la pajita 4, tal como muestra el esquema.

8. Un folio iluminado con luz natural, por tanto blanca, absorbe y reemite todos las luces que le llegan.

Retina

Córnea

Cristalino

Pupila

12

3

4

espejo

91

4. EL SONIDO

4.1 Cualidades del sonido

A.31.- Los alumnos clasificarán los sonidos atendiendo a distintos criterios, algunos de ellos pueden serinsospechados por el profesor. La primera clasificación que suelen hacer es entre sonidos fuertes y débiles, aunqueellos puedan utilizar otras palabras, como sonidos grandes o pequeños, o alguna otra denominación similar comosonidos de volumen elevado o bajo volumen, derivada de sus experiencias con los aparatos reproductores de sonidos.

Se pueden presentar sonidos procedentes de diversas fuentes, entre los que se deben incluir algunos conintensidad alta y otros de intensidad baja, así como sonidos graves y sonidos agudos. El profesor o profesora podráutilizar su ingenio para presentar una variada muestra de sonidos, aprovechando la ocasión para provocar unasituación agradable y divertida. Si se opta por una presentación más seria puede utilizarse un órgano electrónico, yvariando el volumen y la tecla que se pulse, tendremos sonidos de mayor o menor intensidad y más graves o másagudos.

A.32.- Una vez introducidos los conceptos de intensidad y tono, se vuelven a repetir los sonidos producidosen la actividad anterior y se pide a los alumnos que los clasifiquen según los dos criterios que se han introducido. Setrata de diferenciar entre ambos conceptos. Puede existir alguna dificultad con los sonidos muy agudos, que resul-tan desagradables de oír y que los alumnos pueden clasificar de fuertes.

La información que se incluye en el libro del alumno tiene un carácter fundamentalmente descriptivo. No esposible definir el decibelio de forma rigurosa en este curso y nos contentamos con que los alumnos puedan hacerseuna idea de los valores en decibelios que corresponden a algunas situaciones comunes. De igual manera se indicanalgunos valores de frecuencias y se mencionan los valores límites que pueden ser percibidos por el oído humano.

A.33.- Al igual que ocurre con la luz infrarroja, que no estimula el sentido de la vista, los infrasonidos noestimulan el sentido del oído (siempre referido al hombre). El comentario es idéntico en el caso de la luz ultravioletay los ultrasonidos, no percibidos por las personas.

Con ayuda de un generador de sonidos, podemos producir sonidos de diferentes frecuencias hasta superar laaudibles. Con el osciloscopio podemos detectar la existencia de sonido y comprobar que aunque no se oiga sesiguen produciendo sonidos. El osciloscopio puede usarse también para comprobar que la voz humana es muycompleja. Esta situación experimental es muy llamativa para los alumnos, aunque exige un material sofisticado queno se encuentra en todos los centros.

4.2 ¿Cómo se produce el sonido?

A.34.- Pretendemos que puedan comprobar que todo cuerpo que emite sonidos de forma continua se en-cuentra vibrando. Para ello, se utilizarán diversas situaciones en las que puede observarse el movimiento de lafuente productora del sonido a simple vista, o poniéndola de manifiesto con la ayuda de una bolita de médula desauco, o una pelota de ping-pong que al tocar el cuerpo que vibra se mueve con una amplitud mayor, lo que hacemás evidente el movimiento de la fuente. Como fuentes sonoras se pueden utilizar: láminas metálicas, gomaselásticas, cuerdas de guitarra, un diapasón, un altavoz de equipo de música en funcionamiento, un tambor. En todosestos casos es posible observar el movimiento de la superficie que produce el sonido.

Relación entre la fuente de sonido y las características del mismo

A.35.- Se trata de asociar la intensidad del sonido con la amplitud de la vibración en el cuerpo que produceel sonido. En todos los casos, puede comprobarse que si aumentamos la amplitud: separando más la cuerda de suposición de equilibrio, golpeando con más fuerza el diapasón o el tambor, el sonido es más fuerte.

92

A.36.- Para conseguir sonidos más agudos o graves hay que incidir en la rapidez con la que vibren loscuerpos productores del sonido. Así, la cuerda de guitarra puede emitir sonidos más agudos cuando acortamos sulongitud, de forma que su vibración sea más rápida, aunque en este caso no es posible observar a simple vista larapidez del movimiento.

En el caso del diapasón de horquilla o del tambor no es posible conseguir sonidos de diferente tono, a no serque se modifiquen de alguna manera. Por ejemplo, al diapasón se le puede acoplar un suplemento en uno de susbrazos y según la posición del suplemento se consiguen diferentes frecuencias.

4.3 Propagación del sonido

A.37.- a) La propagación en el aire está clara mientras que la propagación en un medio sólido se puedecomprobar con diversos procedimientos. Por ejemplo, golpeando una barandilla metálica y aplicando el oído a lamisma a bastante distancia se puede comprobar que el sonido se propaga por el sólido y se oye mejor que el que sepropaga por el aire. Otra forma es el clásico «telefonillo» hecho con dos vasos de yogurt unidos por un hilo tenso.

b) Para comprobar que el sonido no se propaga en el vacío es necesario disponer de un material que no esfrecuente que esté en los centros. Se puede ilustrar mediante algún vídeo que presente esa experiencia.

c) No debe mucha dificultad pues los alumnos tienen evidencias de que la propagación del sonido no esinstantánea.

A.38.- Con esta actividad sólo se pretende que se puedan hacer una idea de la rapidez del sonido. El sonidoes más rápido que un hombre o un coche, lo que se pone de manifiesto porque podemos oír el sonido emitido por elclaxon antes de que llegue el coche. En cuanto a la velocidad del sonido y de los aviones, la situación es menos clarapues hay aviones que se desplazan a velocidad inferior a la del sonido y otros que lo hacen a mayor velocidad. Losaviones comerciales, generalmente llevan una velocidad inferior a la del sonido, mientras que los aviones de comba-te pueden superar la velocidad del sonido.

Se insistirá de nuevo en que aunque la velocidad de la luz es muy superior a la del sonido, tampoco es infinita.

Reflexión del sonido

A.39.- Si tomamos 340 m/s como valor de la velocidad del sonido en el aire y es 0,1 s el tiempo mínimo paraque se produzca el eco, es decir, el intervalo de tiempo necesario para que el cerebro pueda diferenciar entre elsonido directo y el reflejado, la distancia mínima a la que debe estar situado el objeto que refleja el sonido es 17 mya que el sonido recorrerá una distancia de 34 m en ese tiempo: 17 m de ida y otros tantos de vuelta.

4.4 Producción y percepción del sonido en las personas

En este apartado se explica brevemente cómo producimos sonidos y cómo los percibimos. Si el profesor loconsidera conveniente podrá profundizar más en la descripción fisiológica o proponer algún tipo de actividad para fijarlas distintas partes de nuestro organismo que entran en juego.

5. INTRODUCCIÓN A LA IDEA DE ONDA

A.40.- El fenómeno de resonancia nos permitirá poner de manifiesto que el sonido transmite energía sin quehaya transmisión neta de partículas. Si golpeamos un diapasón, emite un sonido que se va propagando en el espacio.Ese sonido, al llegar al otro diapasón es capaz de ponerlo en vibración, lo que podemos notar si detenemos lavibración del primero. Eso se interpreta suponiendo que el sonido tiene la capacidad de producir cambios en elcuerpo al que llega, es decir, tiene energía. Ese capacidad del sonido para producir cambios, se manifiesta siempreque oímos, pero al ser la audición algo normal el alumno no lo asocia con ningún cambio, por lo que conviene

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proponer un fenómeno que ilustre más claramente la capacidad de provocar cambios por parte del sonido. De igual forma se podría poner de manifiesto que haciendo vibrar un diapasón se puede poner en movimien-

to la superficie del agua contenida en un recipiente de boca ancha. La interpretación supone que si se ha producidoun cambio en la superficie del agua es necesario que haya presencia de energía, que en éste caso sólo se explicaríasi consideramos el sonido como un fenómeno en el que se transporta energía.

A.41.- Mediante la oscilación horizontal del extremo de la cuerda los alumnos pueden observar la producciónde ondas en una cuerda y la propagación de energía cinética desde su mano hasta la piedra.

Aunque la definición de onda no sea muy rigurosa, la creemos aceptable en este nivel de introducción. Eneste momento se debe realizar una síntesis de los fenómenos ondulatorios estudiados: luz y sonido, diferenciándolos(en el marco de la Física Clásica) de los fenómenos corpusculares que han estudiado en las primeras unidades.

A.42.- Aplicación de lo anterior. Serían fenómenos ondulatorios las olas del mar (lejos de las playas); encen-der el televisor con el mando a distancia o un terremoto. Habría transporte neto de materia, y por tanto, no seríanfenómenos ondulatorios, el viento de un huracán, romper el cristal y oler una flor.

A.37.- Una resolución del mapa conceptual propuesto, con las palabras que pueden servir de enlace, seríacomo la siguiente (transparencia nº 39):

LA LUZ

LAS ONDAS

Fuentes El espacio

Fenómenos en los que

se transmite energía sin

transporte de materia

EL SONIDO

Vibración de

un cuerpo

Trayectoria

rectilínea

Sombras

Reflexión

especular

Reflexión

difusaImágenes

El ojo

PupilaCórnea y

cristalinoRetina Diafragma Objetivo Película

La cámara

fotográfica

Cuerpos Espejos

Intensidad Tono Timbre

CualidadesLos medios

materiales

Distintos

instrumentos

o personas

Sonidos

agudos y

graves

Sonido

fuertes y

débiles

Sol

Bombillas

TV ...

como

se produce

en

se transmite

por

puede formar produce produce

como con

puede formar

en

que consta de que consta de

al chocar con al chocar con

se produce por se transmite por tiene

como

que permite

diferenciar

entre

que permite

diferenciar

entre

que permite

diferenciar

entre

son

94


1. a) La única fuente de luz propia es la lámpara del proyector de diapositivas. Las partículas de humo y lapared reflejan la luz que les llega. Como es una reflexión difusa (reflexión en todas direcciones), podemos verlasdesde cualquier sitio.

b) Las partículas de humo que están entre el proyector y la pared, al ser alcanzadas por la luz, la reflejan ydifunden a toda la habitación. Al llegar esta luz reflejada a nuestros ojos podemos ver estas partículas y nos pareceque vemos la trayectoria de la luz, aunque en realidad, lo que vemos son las propias partículas que están en esatrayectoria.

c) En este caso las partículas que vemos son las del polvo que hay en el aire.

2. La luz siempre se propaga en línea recta. Así se propaga desde el rayo hasta nuestros ojos o a la cámaraque tomó la fotografía. Lo que observamos en la foto es la forma que tiene la fuente de luz (el relámpago) no latrayectoria que sigue la luz. Es lo mismo que cuando vemos una bombilla y observamos que el hilo interior no esrecto, pero la luz que emite siempre irá siempre en línea recta.

3. Estas piezas nos permiten apuntar el fusil ya que como la luz viaja en línea recta desde el objeto al queapuntamos hasta nuestro ojo, si alineamos el objeto y las dos piezas, es probable que le acertemos.

4. El año-luz es una medida de longitud (distancia que recorre la luz en un año), no de tiempo, por tanto lafrase es incorrecta. Se podía haber dicho: «un satélite recorrió una distancia de 8 años-luz...».

5. Primero se ve el rayo, luego se oye el trueno. La explicación es sencilla: la luz es muchísimo más veloz(300000 km/s) que el sonido (330 m/s).

6. Para empezar pasaremos el dato de tiempo a segundos. Como cada minuto tiene 60 segundos, tendremos:8 · 60 + 20 = 480 + 20 = 500 segundos.

Como la luz viaja a una velocidad de 300000 km/s, es decir, en cada segundo recorre una distancia de300000 km, la distancia entre la Tierra y el Sol será:

300000 · 500 = 150000000 km.

7. La razón es porque los árboles impiden pasar la luz.

8. Sí que lo alcanza, si no llegara luz a la cámara fotográfica, nohabría foto posible. Si el fotógrafo ve el edificio es porque le llega luzdesde el mismo. Pero parece evidente que la luz que llega del edificio esmuy poco intensa, insuficiente como para leer un libro en esa posición.

9. Al entrar los rayos de luz procedentes de un objeto en el ojo o enla cámara oscura las imágenes se forman invertidas, por tanto, la macetadebería estar invertida y en el recuadro de abajo, no en el de arriba.

Ventana

Cámaraoscura

95

10. La imagen no cambiará de posición, aunque te desplaces de izquierda a derecha. Lo que puede ocurrir esque a partir de determinada posición dejes de ver la imagen.

11. La miopía es un defecto de la visión ya que el sistema córnea-cristalino en el estado de acomodaciónrelajada (cuando los músculos ciliares están relajados), no forma las imágenes de los objetos sobre la retina, sino unpoco delante de ella. Así, los rayos que forman un punto imagen, al converger delante de la retina y seguir su caminohacia ella incidirán sobre la retina ocupando una zona mayor a la del punto que debían formar y se confundirán unospuntos con los adyacentes. El resultado será una imagen borrosa para los objetos lejanos (los que enfoca el ojo enacomodación más o menos relajada).

Para corregir la miopía usamos lentes divergentes (gafas o lentillas) cuyo efecto de diverger los rayos de luzque por ella pasan producirá la formación de los puntos imagen justo sobre la retina.

12. A) Es incorrecta porque la luz que le tiene que llegar no es la de la lámpara sino la del libro (en ese casovería la lámpara no el libro).

B) Es incorrecta, no es Lola quien lanza la mirada al libro, debe ser el libro quien lance luz hasta sus ojos.C) Es correcta.D) Es incorrecta por la misma razón que en B). Además, ni se tiene en cuenta que la lámpara ilumina al libro.

13. En el esquema se muestra cómo la luz procedente del exterior del submarino incide en el espejo superiorsiendo reflejada en la dirección del tubo del periscopio, y vuelve a reflejarse en el espejo inferior para incidir en el ojosituado en el visor.

14. Los rayos que proceden del objeto dentro del agua sufren un cambio de dirección al pasar del agua alaire. Cuando esos rayos entran en el ojo, el cerebro interpretan que han seguido una trayectoria rectilínea, por lo queconsideran que proceden de un punto que no es el que realmente los ha emitido. Eso es lo que produce esasensación de que el objeto está «doblado».

15. Si el objeto es violeta al ser iluminado con luz blanca (luz solar) quiere decir que absorbe todos los coloresy sólo emite luz de color violeta. Si lo iluminamos con luz amarilla, la absorberá y no emitirá ningún tipo de luz. Porlo tanto, se verá negro.

16. La velocidad del sonido es mayor en sólidos y líquidos que en los gases, por lo que pegando el oído a tierrao a la vía del tren intentamos percibir el sonido que llega por estos medios sólidos, que lo hará antes que el que lleguepor el aire.

Espejo

Espejo

96

17. La velocidad de la luz es de tal magnitud que podemos considerar despreciable el tiempo que tardamosen percibir el relámpago. No ocurre esto con el sonido. Si consideramos el valor de 340 m/s como el de la velocidaddel sonido en el aire, esto significa que cada segundo que transcurra el sonido producido, el trueno, recorre 340 m.Si han pasado 8 s, el sonido ha recorrido una distancia:

distancia = 340 · 8 = 2720 mPor tanto, la tormenta se debe hallar a esta distancia de ti.

18. a) La voz de dos cantantes se diferencia por el timbre que tienen esas voces.b) Empujar la tecla del piano con mayor o menor velocidad hará que cambie la intensidad del sonido produ-

cido.c) El timbre.d) El tono, ya que son dos notas distintas, y la intensidad al golpear con más o menos fuerza.e) El acortamiento de una cuerda producirá notas más agudas, por tanto, el tono.f) El tono y el timbre.

19. Tiene tres partes:a) El oído externo, formado por la oreja, el conducto auditivo y el tímpano. Su función es recoger sonidos que

harán vibrar el tímpano.b) El oído medio, que transmite la vibración del tímpano hasta la ventana oval por medio de tres pequeños

huesos: martillo, yunque y estribo.c) El oído interno con la cóclea llena de líquido en la que las vibraciones producirán señales eléctricas que se

dirigen por el nervio auditivo hasta el cerebro. También posee los canales semicirculares encargados de regular elsentido del equilibrio.

97


A.1.- Habrá luz en toda la habitación.

A.2.- Se pueden nombrar varias: se propaga en todas direcciones, en línea recta en los medios homogéneos,a una velocidad aproximada de 300000 km/s en el aire, se debilita al propagarse, etc.

A.3.- Una vez emitida la luz tiene las mismas características (de las estudiadas en este curso).

A.4.- Se propaga la misma distancia independiente de que sea de día o de noche. Otra cosa es la posibilidadde percibirla, que será mayor de noche.

A.5.- Si hay luz y no se ve nada no debe producirse ninguna difusión de la luz, ni en el aire (no puede haberpartículas de polvo, humo...) ni provocada por ningún objeto de la habitación. Es decir, debería ser completamenteabsorbida por la pared u objeto al que llegue. Estas condiciones son algo ideales.

A.6.- Un rayo es una línea que representa la trayectoria que sigue la luz. El rayo es una representacióngeométrica, no es ningún objeto real que pueda percibirse. Las líneas del dibujo son representaciones geométricasdel camino que sigue la luz solar. Cuando observamos un «rayo de luz», en realidad lo que vemos son partículas depolvo en el aire que difunden en todas direcciones la luz que proviene de una fuente.

A.7.- a) Una sombra es ausencia de luz ya que ha sido intercepta-da por un objeto opaco.

b) Lo que llamas «tu sombra» es la zona a la que no llega la luz delfoco ya que la intercepta tu cuerpo. Si no hay luz, no hay sombra.

A.8.- El dibujo puede ser como el de la derecha.

A.9.- Cada punto del objeto debe emitir luz por reflexión de la luzque lo ilumine. Un cono de esta luz al entrar en el ojo converge sobre laretina formando un punto imagen. El conjunto de estos puntos forma laimagen del objeto en la retina.

A.10.- Funcionan de forma similar. Las principales diferencias podrían ser: 1) La retina trabaja continua-mente siempre que entre luz en el ojo; la película no puede hacerlo por lo que se necesita que el objetivo sólo dejepasar la luz en el momento en el que hacemos la foto. 2) Para enfocar el ojo no cambia su posición sino que cambiasu curvatura gracias a los músculos ciliares; El objetivo de una cámara debe variar las distancias de las lentes a lapelícula para enfocar.

a) El objetivo se corresponde con el sistema córnea-cristalino. Su función es la de una lente convergente queforma imágenes sobre la retina.

b) El obturador no tiene correspondencia (en todo caso podríamos pensar en los párpados). Su misión esdejar el paso de la luz hacia el interior de la cámara durante un tiempo determinado.

c) Ya hemos señalado a los músculos ciliares como responsables del enfoque, es decir, que se formenimágenes nítidas sobre la retina.

d) La película se corresponde con la retina con las salvedades que hemos expresado antes.

A.11.- a) Los rayos que llegan paralelos al objeto después de reflejarse siguen paralelos en la nueva direc-ción en el caso de la especular. No es así en la difusa, los rayos van en todas direcciones.

Ventana

Cámaraoscura

98

b) La reflexión difusa permite formar en la retina, imágenes directas de los objetos. La especular permite lacreación en espejos de imágenes especulares, cuando vemos un objeto lo situamos detrás del espejo en donde secortan las prolongaciones de los rayos que inciden en nuestros ojos.

c) Los cambios de dirección que sufre la luz en su propagación al ser refractada, en primer lugar, y ensegundo, la percepción que realiza el cerebro, que hace suponer que la luz que proviene de un objeto y forma lacorrespondiente imagen en la retina, se transmite en línea recta, nos hace creer que el objeto está en una posicióndistinta a la que realmente ocupa.

A.12.- La luz blanca que normalmente ilumina la página es absorbida por los pigmentos de la superficie delpapel, que reemiten sólo luz azul, lo que crea esta sensación en el cerebro. Si la iluminamos con luz «de otro color»,la sensación puede ser distinta, ya que la luz emitida por la superficie de la página puede ser diferente.


LA CÁMARA ESTENOPEICA

A.1.- Para terminar esta unidad incluimos esta actividad que además de ser muy interesante, hace máscreíble todo lo que se ha tratado sobre formación de imágenes y lo dota de una buena utilidad.

El diámetro del agujero que se realiza en la hoja de papel de aluminio depende de la distancia a la parteposterior de la caja.

Diámetros óptimos del orificio para determinadas distancias entre orificio y película

Distancia desde el orificio a la película en milímetros 50 75 101 152 254

Diámetro óptimo del orificio en milímetros 0,26 0,31 0,36 0,44 0,57

Valor f aproximado 190 243 282 346 450

Diámetros que proporcionan las agujas standard

Número 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 16

Diámetro 0,9 0,8 0,73 0,66 0,58 0,5 0,46 0,40 0,35 0,33 0,3 0,25

La calidad de la imagen dependerá principalmente de lo bien hecho que esté el orificio: pequeño, muy redon-do, sin rebabas, sobre un material delgado y situado en el centro.

Dado que los tiempos de exposición necesarios (ver tabla) son grandes, no se pueden realizar fotos conmovimiento. Lo mejor es realizar un paisaje urbano, una foto del edificio del centro y si se hace a los alumnos de laclase, éstos deberán estar «muy quietecitos».

Si no se dispone de un laboratorio fotográfico en el centro, para cargar y descargar la caja y posteriormenterevelar la película y positivarla, se podrá recurrir al Centro de Recursos correspondiente o a un laboratorio profesional.

Tiempos de exposición recomendados (variarlos de acuerdo con la experiencia)

Sensibilidad de la película Tiempo de exposición

32 ISO de 15 segundos a 3 minutos

64 ISO de 5 segundos a 1 minuto

125 ISO de 2 a 30 segundos

400 ISO de 0,5 a 8 segundos

1200 ISO de 0,125 a 2 segundos

99

2. MEZCLA DE COLORES

2.1 Síntesis aditiva

A.1.- El objetivo es ilustrar el fenómeno de la síntesis aditiva de la luz cuya importancia es evidente.La experiencia consiste en iluminar una pantalla con tres focos provistos de filtros con los colores primarios.

En la pantalla podremos observar estos colores y en las zonas de intersección otros colores formados por lacombinación de las luces de los focos. Si los filtros son correctos y los focos nos dan la misma intensidad obtendre-mos en la intersección de los tres colores, el color blanco, y en las intersecciones de dos focos, los colores amarillo(rojo más verde), azul cyan (azul más verde) y magenta (rojo más azul). Si podemos variar la intensidad de los focosobtendremos otras tonalidades.

Si se quiere utilizar unos filtros de un color más preciso, se pueden recomendar los siguientes: Kodak Wratten25 para el rojo, 58 para el verde y 47B para el azul.

Se informará sobre la obtención de los distintos colores y de las aplicaciones más corrientes: televisión encolor y el mecanismo de visión del color.

2.2 Mezclas de pinturas: síntesis sustractiva

A.33.- También introducimos el fenómeno de la síntesis sustractiva, más relacionado con la visión generaldel color de los objetos. En este caso ocurre lo contrario que en la aditiva, cada pigmento de la pintura que recubreun objeto o la propia superficie si carece de pintura, sustrae una gama de colores. Es lo mismo que si pasamos la luzblanca a través de varios filtros.

Para fijar estas ideas se pueden mezclar colores de acuarela para obtener otros colores como los que seobservan en el diagrama de la síntesis sustractiva.

Aunque en el libro no pusimos ninguna dirección Web para estas cosas, podemos decir que estas prácticas sepueden simular bien con applets como los que encontramos en http://www.educaplus.org/luz/color.html

LISTA DE MATERIAL

1. LA LUZ

A.3 Caja de humoLente convergenteFuente luminosa

A.4 Bombilla, cables y pilaPantalla o cartulina negraCartulina con tres ventanasPantalla o cartulina con un agujero

A.8 Bombilla y pilaBarraPantalla

A.9 Pila de petacaDos bombillas de distinta potenciao una y reostato de 10 ohmios aprox.Caja

A.10 FocoPantalla

2. IMÁGENES

A.13 Bombilla y pilaPantallaCartulina con ventana

100

A.14 Dos bombillas y 4 casquillos:Sofito 40 W opal (25*254 mm)Sofito 40 W opal (25*221 mm)Cables, soportes.PantallaCartón rígido con un agujero de 25 cm de diámetro

A.15 Material de A.14Cartulina negra con varios agujeros de 1 cmde diámetro (todos tapados menos uno)

A.16 Caja de zapatos o trozo de rollo tipo guarda-planos o lata sin tapaderas inferior y superiorPapel vegetal (traslúcido)Papel de aluminioGomillas (lata o rollo) o papel adhesivo (caja)Cartulina negraPintura negra, brochas.LámparaAgujaLente convergente

A.20 Ficha de cartulinaAlfilerLápiz o bolígrafo

A.21 Pecera esféricaDisolución de fluoresceínaTres lentes convergentes (cristalino del ojo)Lentes correctoras, una convergentey otra divergenteFoco de luzColimador

A.22 espejocartulina negra con ventanasfoco de luzcartulina blanca

A.23 cristal y soportepapel negrotizaregla

A.24 espejosoportesvelacerillas

A.25 vaso opacoaguamonedalápiz

A.26 cámara de humo y fuente luminosa o montajesimilar con banco de ópticalentes convergentes y divergentes

A.27 material de la actividad 25lentes convergentes de distinta potencia

3. EL COLOR

A.28 Fuente de luzLente convergente de +10 o +20Diafragma con una rendijaPrismas y soportesFiltros de coloresPantallaRetroproyectorVaso de plástico con agua

A.30 focofiltroscartulinas u objetos de color: rojo, azul, verde,blanco y negro

4. EL SONIDO

A.31 Fuentes de sonido

A.34 Fuentes de sonidoBolita de médula de sauco o pelota de pingpong

A.35 GuitarraA.36 Diapasón de horquilla

Tambor

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BOUWENS, R. E., 1987, «Misconceptions among pupils regarding geometrical optics». Proceeding of the SecondInternational Seminar misconceptions and educational strategies in science and mathematics, Cornell University,Ithaca, vol III, pp 23-38.

FEHER, E. y RICE, K., 1987, «Misconceptions among pupils regarding geometrical optics». Proceeding of theSecond International Seminar misconceptions and educational strategies in science and mathematics, Cornell University,Ithaca, vol II, pp 108-117.

GUESNE, E., 1985, «Ideas de los niños acerca de la luz» (en Nuevas tendencias en la en-señanza de la física,Unesco).

GUESNE, E., 1989, «La luz» (en DRIVER et al, Ideas científicas en la infancia y la adolescencia. Morata/MEC,Madrid).

HIERREZUELO, J. y MONTERO, A., 1991: La Ciencia de los Alumnos. Ed. Elzevir, Vélez-Málaga.

JUNG, W., 1982, «Conceptual Frameworks in Optics. Proceedings of a International Workshop, heldin 1981. SelbstverlagPädagogische Hochschule, Ludwigsburg.

KAMINSKY, W., 1989,»Conceptions des enfants (et d’autres) sur la lumière». Bulletin de L’Union des Physiciens, nº716, pp 973-996.

LOPEZ RUPEREZ, F. et al 1983: «Las nociones de trabajo y energía. Análisis conceptual y didáctico» Bordón, nº249, pp 497 506.

LOPEZ-GAY, R. 1987: «Las representaciones de los alumnos como punto de partida. El caso de la energía» Inves-tigación en la escuela, nº 3, pp. 47-54.

SEXL, R.U, 1981: «Some observations concerning the Teaching of the Energy Concept» European Journal of ScienceEducation, Vol 3 pp 285 289.

SMITH, D.C., 1987, «Primary teacher’s misconceptions about light and shadows». Proceeding of the SecondInternational Seminar misconceptions and educational strategies in science and mathematics, Cornell University,Ithaca, vol II, pp 461-476.

STEAD, R. y OSBORNE, R., 1980, «Exploring Science Students concepts of light». The Australian Science TeachersJournal, vol 26, pp 84-90.

TIBERGUIEN et al, 1980, «Conceptions de la lumière chez l’enfant de 10-12 ans». Revue Française de Pédagogie,vol 50, pp 24-41.

5. INTRODUCCIÓN A LA IDEA DE ONDA

A.40 Dos diapasonesMartillo de goma

A.41 cuerdapiedra


1. LA CÁMARA ESTENOPEICA

A.1 Caja de zapatosPintura negra, brocha

Papel de aluminioCinta adhesiva opacaTijerasAgujaTrozo de película de 6 cm

2. MEZCLA DE COLORES

A.1 tres focostres filtros: rojo, verde y azulpantalla

A.2 acuarelas y pinceles

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C A P Í T U L O

LAS FUNCIONES DELOS SERES VIVOS YSUS INTERACCIONES

2

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INTRODUCCIÓN

Con la intención de adaptar el planteamiento de nuestro proyecto curricular de etapa a las nuevas exigenciascurriculares, en este curso vamos a plantear un conjunto de conceptos que van desde una fisiología a una ecologíaelemental. En efecto, habiendo planteado en el 1º curso la noción de unidad y diversidad en la naturaleza, que constituye elprimer nivel de complejidad en la aproximación al conocimiento de los fenómenos biológicos, en este curso tratamos dealcanzar un nivel de profundización que permitirá la adquisición de algunas nociones claves para los complejos conceptosbiológicos que se reservan para cursos posteriores. Desarrollaremos con mayor extensión los conceptos de funcionesbiológicas, deteniéndonos algo más en las funciones de nutrición porque nos permite desarrollar mejor otras nocionesecológicas relativas a las interacciones alimentarias entre los seres vivos.

De este modo, este capítulo de biología lo hemos estructurado en dos unidades didácticas. La primera de ellas secentra en la unidad de funcionamiento de los seres vivos, lo que nos lleva a considerar los tres grupos básicos (nutrición,relación y reproducción). Nos detenemos algo más en la fisiología de la nutrición, tanto de los animales como represen-tantes del heterotrofismo como del desconocido mundo vegetal como representante del autotrofismo. Se trata de unafisiología elemental que se deberá completar en el siguiente curso, con ocasión del estudio del cuerpo humano, alcanzan-do aquí el nivel de profundidad suficiente como para fundamentar las nociones que se abordarán en la siguiente unidad,destinada a las relaciones entre los seres vivos.

En la unidad nº 1 desarrollaremos los aspectos básicos de las funciones de los seres vivos, las funciones denutrición, de relación y de reproducción, empezando primero con los animales, que son más cercanos al pensamientointuitivo del alumnado, así como su propia experiencia como seres del reino animal. Centrándonos en las funciones denutrición, el caso de la nutrición animal se abordará sólo en los aspectos más esenciales: el fundamento del heterotrofismo,para introducirnos luego en la noción de adaptación alimentaria, que vendría a ofrecer una respuesta sobre la relaciónentre morfología y función. A la fisiología nutricional de los animales sigue la nutrición de los vegetales, que se estudia conun poco de mayor detalle, al ser nueva en la etapa y representar mayor dificultad conceptual, dada la tendencia natural deatribuir a los vegetales una nutrición de tipo heterotrófico, concepción que exige prever más tiempo para que evolucione aconcepciones científicamente más aceptables. Las unidades se van secuenciando en función de una progresión desdelas concepciones heterotrofistas (importancia del suelo) a concepciones más autotrofistas (importancia del aire) y, final-mente, el tratamiento de la respiración en los vegetales, como proceso común a todos los seres vivos aerobios.

El estudio de la fisiología de la nutrición en la unidad nº 1, nos permitirá desarrollar mejor las nociones ecológicasde la unidad nº 2, Componentes y dinámica de los ecosistemas, en particular el concepto de régimen alimentario, alestudiar los dos tipos fundamentales que, para nuestros propósitos, vertebran la noción de «cadena alimentaria»: elrégimen autotrófico y el heterotrófico, que desarrollaremos a partir del estudio de la nutrición vegetal y animal respectiva-mente. Si bien desde una lógica disciplinar habría que comenzar por el estudio de la nutrición vegetal, como primer«eslabón» de la cadena, una consideración más psicológica nos lleva a estudiar primero la nutrición animal, más próximaa la experiencia del alumno y más identificable con su propia nutrición. Desde aquí surgirá la necesidad de abordar lanutrición vegetal, para dar sentido al origen de los alimentos.

Estudiado el régimen alimentario comenzamos el desarrollo de una ecología elemental, centrada en las relacionesalimentarias. Como es sabido, lo importante de la ecología es el establecimiento de relaciones interactivas, la concepcióncompleja de la realidad. En un primer nivel de aproximación, consideramos que el tratamiento de las relaciones alimentarias,puede constituir un comienzo aceptable para los alumnos de este curso. En efecto: el régimen alimentario fundamenta elestablecimiento de relaciones alimentarias que, en un primer nivel de aproximación constituyen imágenes concatenadas:cadenas alimentarias, para progresar en complejidad y ofrecer la noción de redes alimentarias, con todo lo que suponeen términos cuantitativos en cada eslabón (pirámides ecológicas). Finalmente, la consideración de organismos detritívorosy descomponedores permitirá una visión de la economía de la naturaleza: el ciclo de la materia, una primera noción clavepara la comprensión del complejo concepto de autorregulación en los ecosistemas, que, aunque se desarrollará conmayor detalle y fundamento en el último curso de la etapa, aquí debe servir como característica de la compleja noción deecosistema, así como la noción de adaptación, fundamental para entender la causa de la coexistencia de determinadasespecies ante unos mismos factores del medio. Estas nociones nos servirán para mostrar que bajo unas condicionesambientales concretas los ecosistemas pueden ser de tamaño muy diverso, siendo los mayores los que conocemoscomo biomas, que forman parte de un conjunto superior llamado biosfera.

Como sucede en cualquier propuesta curricular que se base en un programa de contenidos prescrito legislativamente,siempre habrá una tensión entre lo programado con arreglo a estas exigencias legales y lo que realmente se puede haceren el tiempo disponible en un curso. El enfoque constructivista que hemos adoptado en este proyecto necesariamenterestringe el abanico de contenidos de conocimiento en favor de otros contenidos (procedimentales y actitudinales) quetambién son exigibles en el currículum, que en la práctica supone una mayor lentitud que los métodos expositivos tradicio-nales. Por todo ello, el profesorado deberá decidir el peso que ha de dar a la gama de contenidos que se prevé abordar enesta propuesta, en función del nivel de partida, ritmo de aprendizaje, clima del aula, etc. Así, por ejemplo, si el alumnadoviene ya con un conocimiento básico aceptable sobre la nutrición animal (por ejemplo, del hombre), se puede acortarnotablemente la primera unidad didáctica. Por otra parte, muchas actividades de laboratorio, que tienen un carácter com-plementario, pueden ser suprimidas en caso de necesidad.

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UNIDAD 1

LA VIDA EN ACCIÓN:LAS FUNCIONES VITALES

A.1.- Comenzamos por el planteamiento general de las funciones básicas de todo ser vivo, que se esbozó enel curso pasado. En esta unidad se profundizará un poco más, especialmente en las funciones de nutrición.

a) Se debe empezar por caracterizar a un ser vivo, para ello proponemos al alumnado que compare un servivo con un ser inerte. Las respuestas más frecuentes estarán dominadas por el animismo propio de las concepcio-nes de esta edad. El profesorado deberá guiar las discusiones para exigir caracterizaciones cada vez más genéri-cas. Por ejemplo, ante la respuesta de: «un ser vivo se mueve por sí mismo y una piedra no», el profesor puedeindicar que un árbol tampoco se mueve de su sitio por sí mismo, ni tampoco algunos animales, como la bellota demar. Ello exigirá al alumno buscar otra característica más general para los seres vivos, como la de que tomannutrientes del medio externo, lo cual dará pie a la primera de las funciones vitales: la nutrición.

b) En este apartado, cuya respuesta puede haberse iniciado en el debate anterior, se debe concluir con laexistencia de unas funciones biológicas que permiten la subsistencia del individuos (nutrición, relación) y otras quepermiten la perperpetuación genética de una generación a la siguiente (reproducción).

Las funciones de los seres vivos

Llegados a este punto es conveniente recapitular proporcionando una información sucinta sobre los tresgrupos de funciones básicas de todo ser vivo, que los alumnos deben haber estudiado en 1º de ESO.

A.2. Con objeto de que los estudiantes no obtengan la errónea visión de que los organismos desarrollan lastres funciones de manera independiente, es conveniente que vean cómo se interrelacionan. Los ejemplo son abun-dantes. Por ejemplo, para lograr la reproducción, un individuo (de un sexo) ha de localizar a otro individuo (de otrosexo) y ello requiere desplegar las funciones de relación. Todo ello requiere un gasto energético que sólo puedelograrse mediante una adecuada nutrición, etc.

1. LA NUTRICIÓN HETERÓTROFA

En este apartado vamos a recordar los conceptos fundamentales de la nutrición animal que se ha debidoestudiar en la Educación Primaria y se esbozaron en el 1º curso de la ESO. El profesor deberá decidir el grado deprofundización que requieren estos conceptos, a tenor de los conocimientos de partida que traen los alumnos.

Como sabemos, todos los seres heterótrofos necesitan nutrientes o principios inmediatos (glúcidos, lípidos,prótidos, biocatalizadores, agua y sales minerales), entre los que destacan los nutrientes energéticos (por ejemplo,glucosa) para obtener energía. Estos nutrientes sólo se encuentran en la biosfera, es decir, formando parte delcuerpo (tejidos y órganos) de otros seres vivos. Para obtener energía de estos nutrientes hay dos procedimientosbásicos:

a) Incorporar estos tejidos y órganos (que llamamos «alimentos») en el cuerpo (como hacen los animales).Pero para que los nutrientes que forman parte de estos alimentos lleguen a su destino final, que son las células delanimal, es preciso que estos tejidos sean «digeridos», obteniendo los nutrientes a partir de las macromoléculas que

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forman los tejidos. Estos nutrientes ya pueden ingresar (mediante el sistema circulatorio) en las células y una vez allícumplir su función de «combustibles» para la vida heterótrofa.

b) No incorporar directamente los alimentos, como en el caso de los hongos y bacterias que se limitan adescomponer en el exterior de sus cuerpos las macromoléculas de los tejidos animales y vegetales hasta convertir-las en nutrientes aptos para ser ingresados en sus células, y allí cumplir con su función. Este esquema de acción espropio de seres unicelulares o de organización muy sencilla, y que no necesitan aparato digestivo.

Se ha de insistir a lo largo de este apartado que el énfasis en las necesidades energéticas de los seresheterótrofos no quiere decir que ésta sea la única justificación de la nutrición heterótrofa, sino que en el mismo nivelde importancia se encuentra la necesidad de contar con ciertas sustancias que no somos capaces de sintetizar,como los aminoácidos, las sales minerales o las vitaminas, que están más relacionados con la vertiente biosintetizadorao anabólica del metabolismo. Bien es cierto, que para que se realice esta función de biosíntesis se necesita unafuente de energía que es la que proviene de la respiración celular, es decir, del catabolismo, de ahí que se pongaénfasis en las necesidades energéticas de los seres heterótrofos.

A.3.- Con esta actividad se pretende iniciar la construcción del concepto de respiración celular que subyaceen la noción de régimen alimentario, basándonos exclusivamente en la necesidad de la alimentación.

a) Nos parece indicado trabajar con algunas cifras que llamen la atención sobre el carácter ininterrumpido denuestra actividad alimentaria, que se puede reflejar en los sencillos cálculos que proponemos y cuyos datos puedenresumirse en el siguiente cuadro:

DATOS para 1 día TOTAL en 70 años

Alimentación 3 comidas 76650 comidas

Inspiraciones 30000 veces 766500000 veces

b) Es preciso tener presente que los alumnos suelen tener ideas espontáneas sobre esta cuestión, por lo queaparecerán nociones de «sentido común», como la de conseguir energía, o bien tautológicas como la de «paramantenerse vivo». En sus respuestas podremos comprobar el grado de adquisición de las ideas relacionadas con lanutrición.

A la pregunta de para qué necesitamos comer, esperamos que los alumnos se refieran al papel que juegan losalimentos en el aporte energético, que corresponde a la vertiente catabólica del metabolismo. Sin embargo, nohemos de descartar otras finalidades de la alimentación, como la de incorporar vitaminas, sales minerales y prin-cipios inmediatos destinados a la biosíntesis de macromoléculas, que corresponderían a la vertiente anabólica delmetabolismo. De hecho, es posible que algunos alumnos resalten el papel de las vitaminas en la alimentación,cuestión ésta muy inculcada en los propios medios familiares.

La inclusión de la inspiración (incorporación de oxígeno) en la discusión sobre la alimentación nos permitiráadvertir las ideas previas que, en relación con la nutrición tienen los alumnos, observando si, por ejemplo, se consi-dera que la nutrición sólo consiste en la «alimentación» (incorporación de alimentos) o por el contrario se tiene lanoción de que la nutrición incluye la necesidad de incorporar oxígeno y que el destino final es la célula, donde seproduce la «combustión» de los nutrientes que se obtienen de la digestión de los alimentos, para obtener energía, quees una de las grandes finalidades de la nutrición.

c) La razón por la que necesitamos ingerir alimentos y respirar con frecuencia está relacionada con el hechode que se necesita energía de forma continua y porque no podemos almacenar grandes cantidades de nutrientes nide oxígeno. Debido a que resulta más difícil almacenar el oxígeno, es por lo que es necesario respirar con tantafrecuencia.

Si se estima conveniente se puede poner algún contraejemplo como el de los animales que hibernan, comopor ejemplo los osos polares. Esto puede permitir discutir la relación entre actividad y nutrición, así como el papel delas reservas.

d) En el apartado anterior se ha enfocado la alimentación fundamentalmente desde la perspectiva del cuerpohumano, pero hemos de proponer la extensión del concepto a otros seres vivos. En un principio habrá acuerdo sobreel hecho de que la alimentación es necesaria en todos los animales.

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Más dificultades habrá al responder sobre la «alimentación» en los vegetales, pues una buena parte de losalumnos mantendrán ideas alternativas, creyendo que los vegetales «se alimentan del suelo», extendiendo elheterotrofismo a la vida vegetal. Sin embargo, como es sabido, los vegetales no necesitan alimentarse, sino quesintetizan los alimentos a partir de ciertos «nutrientes» inorgánicos que obtienen en el medio. Puesto que es unproblema complejo, que está previsto abordar en los apartados 2, 3 y 4, nos centraremos aquí en la nutrición animal,o mejor precisado, en la nutrición heterótrofa, y nos limitaremos a advertir que la alimentación vegetal presentagrandes diferencias con la alimentación animal. En realidad es posible que haya algunos alumnos que señalen esasdiferencias, pero no debemos entrar en este momentos en más detalles.

El heterotrofismo no es exclusivo de los animales, de modo que otros seres, como los hongos y bacterias,también están incluidos en este grupo. Sin embargo, estos seres (que luego llamaremos «descomponedores») tienenun comportamiento nutritivo muy diferente de los animales y esta diferencia se basa en la distinción entre nutrientey alimento, que conviene aclarar desde el principio y al que nos referimos en la información que se le proporcionaal alumno a continuación de esta actividad.

En este momento sólo debemos señalar que los hongos y bacterias son seres heterótrofos dejando la diferen-cia con los animales para el apartado 3 de la unidad 2 en la que se tratará con más detenimiento el papel de estosorganismos en el ciclo de la materia.

Alcanzado un nivel satisfactorio de debate, en el que debe cobrar especial importancia el recuerdo de nocio-nes sobre nutrición, vistas en cursos anteriores, conviene detenerse en una síntesis sobre el concepto de nutriciónheterótrofa, resaltando que su fundamento se encuentra en una dependencia energética que sólo puede resolversea partir de sustancias ricas en energía que se encuentran formando parte de los tejidos y órganos de otros seresvivos (sean vegetales o animales).

A.4.- Se trata de aclarar, en primer lugar, qué sistemas cumplen la función de proporcionarnos nutrientes, yde entre ellos, identificar aquellos cuyo papel es el aporte energético.

Entre los sistemas citados aportan nutrientes los alimentos, mientras que son nutrientes en sí mismos el agua,las sales minerales, las vitaminas y el oxígeno. Ahora bien, nutrientes energéticos sólo aportan los alimentos. Elagua, las sales minerales y las vitaminas no intervienen en la función energética, pues son sustancias que no puedenproporcionar energía biológicamente útil.

Algunos alumnos pueden decir que es posible vivir mucho tiempo tomando sólo agua (lo que se llama «ayu-na») pero, como sabemos, esto se debe a que el organismo va utilizando sus propias reservas energéticas e inclusodestruyendo sus propios tejidos para obtener la energía que necesita (de ahí el «adelgazamiento» que se producecon el ayuno). El agua es necesaria porque es una sustancia que participa en la composición de todos los seresvivos, constituye el sustrato necesario para la realización de la mayoría de las reacciones metabólicas, dadas suspropiedades químicas y a su vez interviene en multitud de procesos, de ahí que sea necesaria su reposición anteconstantes pérdidas, tanto desde el metabolismo celular como desde los procesos fisiológicos (excreción, sudora-ción, etc).

Por otro lado, las vitaminas y sales minerales son realmente útiles para el cuerpo, pero no por su energía, sinopor su papel en la regulación de los procesos bioquímicos.

Respecto al oxígeno debemos decir que también es un nutriente. Aunque directamente no aporta energía, porlo que no podemos considerarlo como nutriente energético, sí se debe dejar claro que participa en la funciónenergética en el sentido de que debe reaccionar con los «nutrientes energéticos».

En cuanto a la luz solar es posible que sea rechazada como nutriente por la mayoría de los alumnos, que larelacionarán vagamente con los vegetales. Es posible que alguno la clasifique como nutriente, precisamente pen-sando en el papel que juega en la fotosíntesis. Debemos aclarar que la luz no es ninguna sustancia y que por lo tanto,no es un nutriente.

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1.1 Materia orgánica y energía interna

Los alumnos consideran la energía como algo casi material que algunos cuerpos pueden tener. La energía esvista como un ingrediente «dormido» del sistema que espera un disparador que la libere. Por ejemplo, los alimentostienen energía que no se manifiesta hasta que no son comidos y el hecho de comerlos hace que esa energía selibere. Se confunde la energía, que es una propiedad de la materia, con la materia misma. En eso, el lenguajeutilizado tiene mucha importancia: se dice que al hacer ejercicio «se queman calorías», o que en una reacciónquímica de combustión se produce dióxido de carbono, agua y energía.

Para evitar en lo posible esta confusión creemos que conviene presentar la energía asociada siempre a algunasustancia que es la que tiene esa propiedad. Así, en la respiración celular, procuraremos que quede claro que laenergía interna de los nutrientes no queda «liberada» en el proceso de combustión, sino que simultáneamente con lacombustión se produce otra reacción química de formación de moléculas con mucha energía, siendo estas molécu-las las que tienen ahora la energía que antes tenían los nutrientes. Por no complicar la información hablaremos sólodel paso de ADP a ATP.

A.5.- Esta actividad se destina a la distinción entre el concepto de alimento y el de nutriente, esencial paracomprender algunas nociones básicas de nutrición. Se trata de aplicar nociones que se han ido trabajando enactividades anteriores, con objeto de concluir con una correcta distinción entre nutriente y alimento. De aquí sederiva la diferenciación entre «alimentación», como proceso de ingestión de alimentos (tejidos, órganos y sustanciasprocedentes de otros seres vivos) y «nutrición» como proceso de obtención de nutrientes básicos para la vida oprincipios inmediatos (glúcidos, lípidos, prótidos, biocatalizadores, agua, sales minerales).

Alimentos y nutrientes

Es preciso detenernos para realizar un balance de los conceptos que se han ido barajando hasta ahora,concluyendo sobre la distinción entre alimento y nutriente y sobre la función del oxígeno en la obtención de energía.En esta información se deben resaltar los elementos que intervienen en la combustión (más correctamente, elcatabolismo o respiración celular) de una sustancia orgánica, que conducen a la obtención de energía: los nutrientesenergéticos y el oxígeno.

A.6.- a) Una persona que «coma mucho» puede tener una alimentación desequilibrada (por ejemplo, sólo abase de carne que proporciona sobre todo prótidos) en cuyo caso decimos que está «mal nutrida». Esta distinción esbásica para poner de manifiesto que la alimentación no sólo va destinada a la obtención de nutrientes energéticos,sino también a la de otros nutrientes cuyo papel es diferente: plástico, regulador, etc.

b) Para finalizar, se propone un listado de sustancias sobre las que se discutirá su carácter de «nutriente» ode «alimento». Las respuestas deberían ser las siguientes:

Son nutrientes: glucosa, oxígeno, sal común (NaCl), agua y vitaminas.

Son alimentos: leche, azúcar, carne, aceite, naranja.

Sustancias como la sacarina, que no son ricas en energía ni desempeñan otra función, no cumplen ninguno delos requisitos para ser un nutriente o un alimento. Lo mismo sucede con la celulosa que es una macromolécula queno es digerible para la especie humana (en realidad sólo en los herbívoros se podría considerar como alimento, delque se obtienen nutrientes tipo monosacáridos).

Está claro el carácter de «alimento» de la carne, la leche o la naranja pues tienen muchas clases de nutrien-tes, pero esta noción no es tan clara en el caso del azúcar (que en realidad es sacarosa, un disacárido que en ladigestión da lugar a dos monosacáridos), el aceite (que en la digestión da lugar a ácidos grasos y glicerina), por loque, siendo estrictos, hay que considerarlos como «alimentos» (susceptibles de ser digeridos). Si bien es cierto quenormalmente el azúcar y el aceite lo tomamos, como condimento, de forma aislada, extraída artificialmente de losalimentos (de la remolacha o la caña y de la aceituna, respectivamente), en la naturaleza forman parte de muchosalimentos y necesitan ser digeridos para poder cumplir su función como nutrientes.

El agua, las vitaminas y las sales minerales las clasificamos como nutrientes y no como alimentos, pues nonecesitan ser digeridos. Para aclararlo mejor se puede comentar que el agua, las vitaminas y las sales minerales sepueden suministrar inyectándolos en vena mediante sueros (vía parenteral).

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La nutrición en los animales

Aquí conviene dar un repaso general a la anatomía y fisiología de los órganos y aparatos implicados en lasfunciones de nutrición. El profesorado deberá apoyarse en esquemas anatómicos para que el alumnado adquiera unanoción de la localización aproximada de los distintos órganos, así como sus funciones, siempre de una maneraesquemática y general, pues su función no es tanto el dominio de estos conocimientos como el de favorecer lacomprensión de este tipo de funciones. Se puede usar la transparencia nº 1.

A.7.- a) Como actividad de aplicación, se pretende reforzar las nociones explicadas en la información ante-rior. Así, el alumnado deberá tener la noción de que la función de la digestión es la de descomponer el alimento paraobtener nutrientes y expulsar los desechos. La función de la respiración es la incorporación del oxígeno comonutriente gaseoso (y también la de la excreción del dióxido de carbono, como gas de desecho). La función delcirculatorio es la de transportar tanto los nutrientes del aparato digestivo como el oxígeno de los pulmones a todasy cada una de las células de un organismo pluricelular.

b) Muchos alumnos limitan las funciones de nutrición únicamente a «incorporar sustancias» y excluyen laimportante función de «expulsar sustancias». Es preciso hacerles recordar que el aparato excretor es responsablede la expulsión de sustancias de desecho, bien porque sean tóxicas o porque las tenemos en exceso (por ejemplo,agua).

A.8.- Se plantea una reflexión sobre el significado de la digestión y el recorrido de los nutrientes antes dealcanzar su lugar de destino: las células.

a) Es particularmente importante que los alumnos adviertan que la digestión no consiste en romper losalimentos en «trozos más pequeños». La digestión es un conjunto de reacciones químicas en las que los alimentosreaccionan con los jugos gástricos y dan como resultado final los monómeros de los polímeros o macromoléculasque forman parte de los alimentos (azúcares, grasas y proteínas) y que conocemos como nutrientes (monosacáridos,ácidos grasos y glicerina, aminoácidos), además de otros nutrientes no energéticos: sales minerales, vitaminas, etc.

b) El destino final de los nutrientes es la célula, que es el único lugar en el que es posible realizar los complejosprocesos de combustión para la obtención de energía. Si ya tenemos los nutrientes en las células, habría queplantear el paso siguiente, es decir: el uso real de esos nutrientes, aspecto éste que afecta al concepto de metabolis-mo. Es preciso apuntar la exigencia de la concurrencia del oxígeno en la célula para que se pueda obtener laenergía.

c) Deben citar en primer lugar el recorrido del alimento hasta el momento en que es digerido. Tras ladigestión se debería reconstruir el proceso de absorción y transporte y difusión hasta las células por el torrentecirculatorio. No se ha de perder de vista que para que haya combustión ha de haber oxígeno, lo que exige recordartambién la respiración y transporte de oxígeno a las células.

Es preciso asegurarse de que no persisten ideas sobre una circulación abierta, sino que la relación entresangre y pulmones siempre se realiza a través de capilares. Finalmente, es conveniente recordar el papel de lahemoglobina de los glóbulos rojos en el proceso, sin necesidad de abordar los problemas físico-químicos inherentesa la difusión de gases.

Si es preciso, el profesor puede recordar las fases principales de todo el proceso, con la ayuda de algunalámina anatómica.

La respiración celular

Es importante que se aclare que el término «respiración» es más correcto asociarlo al conjunto de procesosbioquímicos que tiene lugar en la célula y que permite la obtención de sustancias de alto contenido energético, comoel adenosín trifosfato o ATP; a este proceso lo llamamos respiración celular. Lo que se llama «respiración» en ellenguaje cotidiano, no es más que un mecanismo de simple «ventilación» (entrada y salida de gases) a nivel depulmones. En lo sucesivo hablaremos de la «inspiración» como un proceso básico en la nutrición, y la «espiración»como un proceso más de excreción, como parte de las funciones de nutrición.

Como resultado de la respiración celular aparece una nueva sustancia gaseosa: el dióxido de carbono, como

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producto de desecho que ha de recorrer el camino inverso descrito para el oxígeno. Conviene que nos aseguremosque se ha comprendido que este gas, presente en el aire aunque en pequeña proporción, aparece en los animalescomo un producto final de la combustión o respiración celular.

No consideramos necesario en este nivel aclarar el mecanismo bioquímico de obtención de energía, pero esinteresante hacer ver la necesidad de que esta combustión se realice gradualmente. Algunas cifras podrían ayudar aello. Por ejemplo, si una persona de 60 kg quemara de golpe un trozo de chocolate de unas 400 Calorías (equivalentea 400000 calorías), podría aumentar la temperatura de su cuerpo hasta unos 47 ºC, lo que sin duda provocaría sumuerte instantánea. De ahí la necesidad de que esta oxidación o combustión se realice muy lentamente.

Creemos conveniente asociar íntimamente el proceso de combustión en la célula con el de formación de ATP.Así, la energía no se considera nunca como algo material con existencia independiente de las moléculas. Lo queocurre son dos reacciones acopladas: la combustión de los nutrientes y la formación de ATP (en realidad, comosabemos, es un ciclo de reacciones conocido como fosforilación oxidativa), de forma que la menor energía internaque tienen los productos de la primera está compensada con la mayor energía interna que tiene el ATP frente al ADP.

A.9.- a) Se plantea una reflexión sobre el hecho de que estando los alimentos formados por macromoléculasricas en energía, para que puedan ser aprovechados es necesario que el animal esté adaptado para ello. Aunque lacabra y nosotros somos heterótrofos, no estamos igualmente adaptados para cualquier tipo de alimento. Nuestroorganismo es incapaz de digerir la celulosa, pues carece del enzima digestivo necesario para obtener las moléculasde glucosa de que está constituida, hecho por el cual hemos de expulsarla como heces. En cambio, la cabra, comoherbívoro, sí tiene esta cualidad, hecho que le permite extraer nutrientes de la celulosa.

b) Por el mismo razonamiento, nuestras heces, ricas en sustancias orgánicas que nuestro cuerpo no hapodido digerir, pueden ser alimento de otros animales que sí tienen esa capacidad (coprófagos), pudiendo extraernutrientes de esta fuente alimenticia que para nosotros es un desecho.

A.10.- a) Se ha de concluir que a mayor ejercicio físico, más necesidades energéticas y por tanto mayoringestión de alimentos ricos en nutrientes energéticos. Por ello, se supone que el carpintero tiene más necesidadesalimenticias (en términos cuantitativos) que un oficinista.

b) Cuando la ingestión de alimentos es superior a las necesidades del gasto energético, los nutrientes que setoman en exceso son almacenados en forma de grasas, en células especializadas (adipocitos) que normalmente seencuentran bajo la piel, lo que externamente se evidencia como un aumento del peso y, a partir de cierto nivel deexceso de peso, se alcanza la obesidad, que es considerada como factor de riesgo para muchas enfermedades ydisfunciones orgánicas.

c) El alumno ha de establecer una relación entre el ejercicio físico y el aumento de la respiración celular. Elejercicio exige mayor aporte energético que el estado de reposo, lo que supone que debe aumentar la respiracióncelular y por lo tanto el aporte de oxígeno. Eso se consigue mediante un mayor número de inspiraciones junto conun mayor trabajo del corazón para bombear este oxígeno a los tejidos musculares.

Si se considera oportuno, se puede informar que los nutrientes energéticos los tienen los músculos en formade glucógeno, un polisacárido de reserva energética del que las células van extrayendo moléculas de glucosaconforme se va necesitando en la respiración celular de las fibras musculares, para la realización de la contracciónmuscular, una actividad que exige aporte energético.

Conviene que se discuta detenidamente el apartado c) poniendo de manifiesto que la hipótesis fundamentalque estamos usando, la respiración celular, es coherente con las observaciones que podemos hacer. Dado que eneste nivel es difícil la observación directa de la respiración celular, deben acumularse pruebas indirectas de suexistencia. En este sentido, ya se puso de manifiesto la necesidad del oxígeno, la expulsión de dióxido de carbono,y en este momento podemos insistir en la necesidad de que llegue a las células más cantidad de oxígeno, lo queexige un aumento de la circulación sanguínea, fácilmente detectable por el aumento del pulso.

Hambre, subalimentación y sobrealimentación

Como contenido transversal directamente relacionado con el tema científico que estamos estudiando, plan-teamos unas cuestiones relativas a la salud y la solidaridad que muestran la problemática de las desigualdadeseconómicas en el mundo.

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A.11.- a) Junto a la desigualdad se debe poner de manifiesto el enorme despilfarro del que hacen gala lospaíses desarrollados, cuyo exceso de consumo provoca problemas de obesidad y grandes acúmulos de alimentosdesaprovechados que acaban en los vertederos. El corolario de esta observación apunta hacia una mayor austeri-dad y un control de las necesidades reales de los distintos países y así compensar las diferencias, al menos entérminos alimentarios.

b) Es evidente que si en unos lugares la comida sobra hasta el punto de generar obesidad o enormes cantida-des de basura orgánica, estos excesos podrían bien ser corregidos y usarlos como fuente de alimentación para otroslugares donde hay déficit. La aplicación de la «ley del más fuerte», que ha prevalecido como sistema de dominio deunos grupos humanos sobre otros, es repudiable desde nuestro concepto de justicia, igualdad y solidaridad. Laaplicación de esta ley ha llevado a grandes desigualdades y a la persistencia de la violencia en el mundo, con clarosperjuicios para la gran mayoría de la humanidad y el beneficio de unos pocos.

c) La solución del problema de la alimentación a escala mundial es compleja. El alumno tenderá a expresar,por sentido común, que enviemos nuestros «excesos» a los países más pobres. Sin embargo, se ha de hacer ver quelas simples medidas de solidaridad, con ser un primer paso, no erradican el hambre y las desigualdades, siendonecesario un apoyo en la dirección del desarrollo de estos países, ajustando su modelo de desarrollo a las caracte-rísticas ambientales y los recursos disponibles, con un apoyo científico y tecnológico por parte de los países másdesarrollados (sin que ello suponga exportar nuestra forma de entender la «civilización») para el desarrollo denuevas formas de cultivo ajustadas a estas características (por ejemplo, variedades de trigo adaptadas a condicio-nes extremas de sequía) y una condonación de la enorme deuda que tienen contraidos estos países, principal lacraque les impide un desarrollo progresivo. Estas y otras medidas, pues repetimos que el asunto es complejo, podríanir saliendo en el debate que se establezca en el aula.

2. LA NUTRICIÓN AUTÓTROFA

De todos los conceptos biológicos, tal vez sea la nutrición vegetal uno de los que mayores dificultadespresentan para los alumnos. La investigación educativa reciente muestra que esta dificultad es general, apareciendoen todos los segmentos educativos. Al mismo tiempo, es evidente que una buena conceptualización de la nutriciónautótrofa es esencial para comprender conceptos ecológicos, tales como las cadenas alimentarias y el flujo de laenergía en los sistemas biológicos. Por ello, consideramos que el profesor ha de prestar especial atención a estetema que abordaremos en éste y los siguientes apartados:

El apartado 2 se ha elaborado a partir de las concepciones previas de los alumnos, es decir, partiendo de lanoción de nutrición vegetal centrada en el suelo (aparejada a una concepción heterotrófica de la nutrición vegetal)aprovechando dicha concepción para completar sus implicaciones en cuanto a la absorción radicular, la circulaciónde la savia bruta y la transpiración.

En el apartado 3 se avanza hacia una noción centrada en los factores que se pueden encontrar en el aire(dióxido de carbono, luz), que junto al dominio del suelo, nos dará la clave de la fotosíntesis y la circulación de lasavia elaborada.

Para completar el cuadro nutricional de los vegetales, es esencial el tratamiento de la respiración vegetal, conside-rando la respiración como fenómeno común de los seres heterótrofos y autótrofos, que haremos en el apartado 4.

Esta estructuración del tema puede ofrecer al alumno una visión compartimentada de la nutrición vegetal yaque se van investigando los conceptos separadamente, lo que les puede llevar a cierta desorientación. Por ello, esmuy importante que el profesor recuerde reiteradamente el proceso en su conjunto. Al final, es aconsejable que losalumnos realicen un mapa conceptual que relacione todos los conceptos.

Los experimentos adecuados para el desarrollo de los conceptos de esta unidad son necesariamente lentos,pues hay que esperar los resultados del crecimiento vegetal ante determinadas condiciones. Para evitar el colapsode la secuencia de actividades y, al mismo tiempo, evitar la incoherencia de diseñar experimentos sin observarresultados, hemos utilizado dos procedimientos: en unos casos, sustituimos la observación de los resultados poruna descripción de cómo fue llevado a cabo una experiencia similar por algún científico relevante y en otros casos, elprofesor informará del resultado que se va a obtener para poder seguir trabajando, mientras que el experimento sedeja que prosiga su curso. Se debe considerar el resultado aportado por el profesor como una hipótesis de trabajo,que permita el avance.

Paralelamente, los alumnos irán haciendo las observaciones pertinentes en su dispositivo experimental hastaobservar algún resultado, en cuyo caso verificaría la idoneidad de tal hipótesis de trabajo. Para evitar un solapamiento

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de experiencias, se recomienda que cada experimento sea seguido por un solo equipo y que éste sea el quefinalmente comunique los resultados a sus compañeros.

Comenzando con las concepciones del alumnado, dentro del primero de los tres apartados previstos para eldesarrollo de la nutrición vegetal, se observará una concepción infantil que puede persistir aún a esta edad, laextensión del heterotrofismo para el caso de las plantas: las plantas se alimentan «del suelo», literalmente, «comentierra». Esa idea es la que genera el sentido común y que, según nos muestra la historia de la ciencia, resultó ser unobstáculo epistemológico en el desarrollo de la comprensión científica de los procesos de nutrición vegetal ; como sepone de manifiesto en numeros trabajos de investigación didáctica (Driver, 1984; Bell et al, 1984) es una idea previacomúnmente mantenida por muchos alumnos de estas edades.

A.12.- La actividad se basa en una pregunta derivada del experimento clásico de Van Helmont.

a) Las ideas de los alumnos pueden ser debidas a que extienden el heterotrofismo, tipo de nutrición propio delos animales, que está más cercano a su esfera de experiencias, a todo tipo de seres vivos. Por ello, las respuestassuelen acercarse más al suelo como fuente de «alimento», sea el agua o la «tierra» (sin distinguir sales minerales).Además de esta idea de alimentación del suelo, es posible que otros alumnos mencionen también la luz, pues en suscasas han debido aprender algo sobre la importancia de la luz para las plantas de interior. Incluso, en este nivel, esposible que haya alumnos que aludan directamente al proceso de fotosíntesis, como ciencia declarativa aprendida(aunque raramente signficativa) en niveles más elementales.

En este momento, no deben discutirse en profundidad todas estas propuestas, sino tomar nota de ellas y decirque comenzaremos a discutirlas a partir de la actividad siguiente. Si se observase que un porcentaje alto de alumnosjustifican el aumento de peso por el proceso de fotosíntesis, podemos admitir que esa es la explicación científicaactualmente aceptada, pero que nosotros vamos a demostrar previamente que las otras razones no son correctas.

b) La hipótesis predominante en los alumnos es que el exceso de peso se debe al alimento que ha obtenido elarbolito del suelo. En función de ello, los diseños experimentales que se suelen proponer consisten en situar a laplanta experimental en situación de falta de agua o de tierra, lo que indefectiblemente conduce a la muerte de laplanta. Sin embargo, se ha de hacer ver que la muerte de la planta indica que estos factores son esenciales para lavida, pero no necesariamente únicos, quedando planteado el interrogante sobre los «otros factores» posibles.

2.1 El papel del agua y las sales minerales

El relato de Van Helmont es un paso interesante en esta secuencia. Además de mostrar al alumno un casoverídico de «ciencia oficial», se ofrece una experiencia que puede ser similar a la diseñada por ellos mismos en laactividad anterior. En efecto, Van Helmont no incluía en su hipótesis el papel del dióxido de carbono (que entoncesera desconocido), por lo que tan sólo le quedaba la tierra y el agua como fuente de «crecimiento».

A.13. a) De los resultados experimentales está claro que se debe descartar la hipótesis de que fuese la tierrael origen de la materia necesaria para el aumento de peso de la planta. El aumento de peso de la planta había sidode 82 kg mientras que la tierra sólo había disminuido en 0,5 kg. Admitiremosprovisionalmente la conclusión de Van Helmont de que el aumento de peso de lasplantas se deben a que toman agua del suelo.

b) Se les plantea a los alumnos la realización de un diseño experimental,para comprobar que las plantas toman agua, que se pueda llevar a cabo en ellaboratorio en un plazo de tiempo prudencial. Los alumnos no suelen adoptar dise-ños experimentales muy diversos: desde el burdo diseño de colocar a la planta conlas raíces hacia arriba hasta cortar la raíz y experiencias de este tipo.

Una experiencia sencilla de realizar es colocar una planta que tenga lasraíces intactas (lo ideal serían plantones de semillas de leguminosas germinadasen el laboratorio o de semilleros comerciales) en un recipiente con agua, y sepuede comprobar que el nivel va disminuyendo (para evitar la pérdida por evapora-ción el recipiente debe estar tapado). En un par de días ya se puede advertir ciertavariación en el nivel del agua.

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Si se considera conveniente, se puede hacer un diseño para demostrar que el lugar por donde se toma el aguaes por las raíces. Para ello se utilizarán dos plantas iguales: una con raíces y otra sin raíces, que se colocaran en dosbotes iguales que contengan la misma cantidad de agua; se podrá observar que la disminución del nivel del agua esmayor en la planta con raíces. (En la planta sin raíces también baja el nivel del agua, ya que toma algo de agua porcapilaridad: fundamento de la duración temporal de los ramos de flores).

La conclusión de Van Helmont de que el aumento de peso se debía al agua, es fácil de refutar con losconocimientos actuales de química, ya que si fuese cierta, en la materia del vegetal habría fundamentalmenteátomos de hidrógeno y de oxígeno, pero no habría átomos de carbono. Sin embargo, esto escapaba a la capacidadde análisis de este científico, ya que como sabemos sus experiencias son anteriores a la teoría atómica. En cualquiercaso, este argumento no lo plantearemos en este momento, sino que lo utilizaremos más adelante, cuando se intentesuperar la concepción heterotrófica de la nutrición vegetal que tienen los alumnos y se empiecen a considerar losnutrientes que se puedan encontrar en el aire (dióxido de carbono).

En este momento, refutada la idea que defendía el suelo como «alimento» de las plantas, podríamos pasar alestudio del papel del aire, (o mejor, del dióxido de carbono) en la nutrición vegetal. Sin embargo, consideramosconveniente estudiar previamente la manera en la que se absorbe y en la que circula el agua en las plantas.

Esta estrategia es igualmente planteada por autores como Gene (1987), quien además considera que espositivo para presentar al alumno una imagen más real de la ciencia, ya que, tal como muestra la historia de laciencia, muchos descubrimientos no se efectuaron hasta que no se removieron los obstáculos que impedían quefuesen conocidos antes, por lo que muchos problemas quedaban sin resolver o mal explicados.

A.14.- Se pretende reflexionar y observar directamente la absorción y circulación del agua (las sales mine-rales se verán posteriormente), a partir de diseños experi-mentales sencillos.

a) Demostrada la entrada de agua por las raíces, que-daría por plantear la circulación y el lugar de destino. Pode-mos intentar mostrar el lugar por donde se verifica la circula-ción con un sencillo experimento.

En un bote que tenga tapadera que nos permita suje-tar la planta, pondremos una disolución acuosa de anilina decolor azulado e introduciremos una planta herbácea con lasraíces seccionadas.

Se opta por prescindir de las raíces para facilitar laentrada del colorante pues de lo contrario entraría solamenteagua, en virtud de los mecanismos osmóticos. Para demostrarque el agua teñida ha circulado por el tallo, al cabo de ciertotiempo (por ejemplo, al día siguiente) de estar en contacto eltallo con el agua teñida con anilina, se hace una sección deltallo y se advierte la región que está teñida por la anilina.

Este es el fundamento de la tinción de flores, que se puede sugerir. Para ello, tomar un ramo de flores blancas(por ejemplo, claveles blancos) y colocarlo en un florero con agua teñida con anilina (se puede ensayar con varioscolores).

b) Seguimos razonando admitiendo la hipótesis de que el aumento de peso del vegetal se debe a que toma agua. Eneste sentido, si el aumento de peso de la planta es menor que el peso del agua absorbida no hay más remedio que suponerque parte de ese agua absorbida se debe expulsar de nuevo. Es decir, parte del agua que toman las plantas la debeneliminar.

c) Enlazando con lo anterior, se presenta la posibilidad de comprobar también que las plantas transpiran.Sugerimos dos sencillas experiencias:

Experiencia 1: Observación de la formación de gotitas, que proceden de la condensación de agua, cuandose encierra la planta en una bolsa de plástico o cualquier otro recipiente.

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Experiencia 2: Observación de la disminución del nivel del agua en una planta con hojas frente a la mismaplanta sin hojas.

El movimiento del agua en las plantas

En la información se recogen las conclusiones a las que se pueden llegar tras la realización de la actividadanterior. De momento no contemplamos el problema del mecanismo de la circulación de la savia bruta.

A.15.- Mostramos la necesidad de un mecanismo de adaptación en las plantas, que evite el exceso o eldefecto de la transpiración, en función de la climatología (humedad relativa del aire) del hábitat en que se encuentreadaptada.

a) La reducción de las hojas (en caso de hábitat seco) y la ampliación de superficies foliares (en caso dehábitat húmedo) otorga a la hoja un papel esencial en la transpiración. Los alumnos ignoran aún el funcionamientode los estomas cuya apertura o cierre contribuye al control de la transpiración, por lo que su explicación ha de giraren torno a la idea intuitiva de «a mayor superficie foliar más evaporación».

b) En consecuencia, si las plantas que viven en lugares áridos tuviesen grandes superficies foliares, obvia-mente perderían mucha agua y se secarían. Por el contrario, un cactus en un clima muy húmedo, tendría problemaspara eliminar los excesos del agua que, estancada en los alrededores de la raíz, determinaría la podredumbre ymuerte de la misma y, por tanto, de la planta.

A.16.- Una vez desmontada la teoría de que las plantas «comen» del suelo, tan sólo quedaba el agua comosustancia que realmente entra en la planta. Sin embargo, se puede retomar parte de los elementos que sustentabansu antigua teoría diciendo: «si las plantas sólo tomaran agua, ¿por qué es necesario echar abono (sales minerales)cuando el suelo es malo?».

a) En primer lugar conviene aclarar conceptualmente la expresión de «suelo fértil». Con independencia deotros factores que intervienen en la fertilidad de un suelo (textura, contenido orgánico, etc.) el alumnado intuirá almenos que un suelo fértil es aquél que permite una buen desarrollo de las plantas, que tiene suficiente «abono», yaque cuando no es fértil hay que echárselo.

b) Partiendo de la hipótesis de que«algo» del suelo (que no es el agua) es nece-sario, los alumnos han de diseñar una expe-riencia que lo demuestre. En efecto: si en elsuelo hay «algo» (que no sea agua) que pue-de servir a las plantas, bastará con colocardos plantas iguales en dos recipientes: uno conagua destilada y el otro con agua procedente

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de la filtración de una mezcla de suelo y agua destilada, previamente agitada. Al cabo de unos días, la planta quesólo posee agua comenzará a acusar síntomas de carencias, mientras que la otra no. Una experiencia más ambi-ciosa pero similar, contaría con el empleo de cultivos hidropónicos en los que es más fácil controlar las salesminerales que hay, pero no lo vemos conveniente en este ciclo.

Las sales minerales

Para los alumnos es poco evidente que las plantas necesiten sales minerales. Su idea es que las plantas«comen suelo», pero ese suelo no es visto como constituido por sales minerales. Desmontada la idea de que lasplantas se alimentan del suelo (como tal "alimento"), conviene ahora aclarar que en el suelo, además del agua, hayotras sustancias que son necesarias para las plantas, aunque sea en mucha menor proporción, y que por tantotienen la categoría de nutrientes. Además, se informa que es necesario añadir esas sustancias cuando debido alcultivo intensivo, el suelo tiene una carencia de las mismas. También se informa sobre la diferencia entre añadir alsuelo sales minerales (abonado) y añadir estiércol.

A.17.- Con esta actividad podemos probar y, en su caso, aclarar, la comprensión de los conceptos que se hanintroducido en la información anterior.

Dado que aún no se ha llegado a desmontar la concepción heterotrófica de la nutrición vegetal, es muyposible que los alumnos asocien el abonado (en general) como una forma de «alimentar» a las plantas. Algunosindicarán que el papel del abono es algo similar al de las vitaminas. Pero se insistirá en el hecho de que el estiércolno es lo mismo que el abono, ya que a diferencia de éste, tiene sustancias orgánicas cuyas moléculas son de grantamaño como para atravesar la epidermis radicular. Esto obligará a la consideración de que el estiércol es «abonopotencial», una vez realizada su descomposición por seres microscópicos. En la unidad destinada a las relacionesalimentarias, se insistirá en este punto. En esta ocasión, baste simplemente dejar planteado el problema en el puntoen que los alumnos puedan llegar con sus concepciones. De acuerdo con esto:

a) El alumno ha de recordar que el estiércol no es el abono, sino la «fuente» del abono, es decir, un sustratoorgánico propicio para que los microbios del suelo proporcionen gradualmente sales minerales como productos dedesecho de su propia alimentación a expensas del estiércol.

b) En consecuencia, cuando se abona con estiércol hay que esperar un tiempo para que sea descompuestopor los microrganismos del suelo, por lo que sus efectos no son tan inmediatos como las sales minerales en estadopuro, como las que componen el abono químico.

c) Se recordará que la necesidad de abonar la tierra se debe a que en cada cosecha nos llevamos muchassales minerales del suelo (en los cuerpos de los vegetales extraidos, que a su vez las tomaron de ese suelo). En losbosques, la materia muerta cae al suelo y allí es descompuesta por los microrganismos, por un proceso similar al queocurre con el estiércol, reintegrando así la materia mineral que en su día tomó por las raíces. Es una noción que,como se verá en la última unidad didáctica, permite comprender el concepto ecológico de ciclo.

d) Se reincide sobre la cuestión planteada anteriormente, pero esta vez centrándonos en el problema deltamaño molecular. El estiércol no es un nutriente, sino un alimento, que necesitaría una digestión previa para poderingresar por las paredes celulares de las células de la raíz. Esta digestión externa no la puede hacer una planta, perosí las miríadas de microrganismos del suelo que finalmente transforman el estiércol en sales minerales, que sí sonnutrientes válidos para ingresar en la planta.

2.2 El papel de los gases del aire

Retomamos el problema del origen del crecimiento de las plantas, abandonado provisionalmente en el co-mienzo del apartado anterior. Se ha de recordar al alumno cuál fue el problema que quedó sin resolver: ¿de qué sealimentan las plantas para poder crecer? Sin entrar aún en la refutación de la hipótesis provisional (aumentan de pesogracias al agua), hacemos ver la insuficiencia de la misma pues con ella no se puede explicar el origen de la grancantidad de carbono que se encuentra en las plantas. Así pues, se pretende hacer ver la importancia de la hoja en lanutrición vegetal. A lo largo de este apartado se irán planteando los ingredientes «aéreos» de la nutrición vegetal,haciendo ver la importancia del dióxido de carbono atmosférico, la clorofila y, finalmente, la luz, que, junto a los

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provenientes del suelo (agua y sales minerales), interviene en la fotosíntesis. El último ingrediente en la nutriciónvegetal, el oxígeno, por ser común a los heterótrofos, será abordado en el siguiente apartado, dedicado a la respira-ción en los vegetales.

A.18.- Para poder avanzar en la línea del papel del aire en la nutrición autótrofa, es preciso que abordemosel papel del dióxido de carbono como fuente esencial de la fotosíntesis. Para ello, hemos de abordar, a lo largo de launidad, el concepto de reacción química, que ya se ha estudiado. Debemos ser conscientes de las dificultades queentraña la comprensión de este concepto para los alumnos de esta edad.

a) Para introducirlo, partimos de un razonamiento en el que se van excluyendo las posibles fuentes decarbono, para dejar como única fuente el dióxido de carbono de la atmósfera, un gas que el alumno conoce de susconocimientos sobre la respiración celular.

b) Respecto al lugar por donde entra el gas en la hoja, es posible que los alumnos lo relacionen con latranspiración, indicando la existencia de unos «poros» (que son los estomas), por donde entre el dióxido y salga elagua. El alumno conoce ya la existencia de estas estructuras, pues fueron tratadas con ocasión del estudio de latranspiración, por lo que es fácil que se recurra a ellas para contemplar una posible entrada de los gases.

Los estomas: unos orificios especiales

Para poder acercarnos a una nueva dimensión de la nutrición, es preciso presentar una información quediscrepa de la concepción que muchos alumnos tienen, pues creen que la base de la alimentación de la planta es elagua (y las sales). Para ello, sin necesidad de abordar aspectos bioquímicos complicados, se aborda el papel deldióxido de carbono como fuente esencial de la fotosíntesis. Para introducirlo, hemos partido de un razonamiento enel que se van excluyendo las posibles fuentes de carbono, para dejar como única fuente el dióxido de carbono de laatmósfera.

Con esta necesaria información razonada previa, se apunta la siguiente cuestión (y con ello se relaciona conla hoja): el lugar por donde entra este gas en la hoja. Los alumnos suelen estar aquí en situación para trabajar ya conel concepto de asimilación del carbono atmosférico. Aunque de forma aún intuitiva, ven la importancia del dióxido decarbono en la nutrición de las plantas. Esta primera intuición irá afianzándose en observaciones posteriores.

Se debe subrayar que las plantas tienen capacidad para abrir o cerrar sus estomas, merced a mecanismosbiofísicos, para controlar la evapotranspiración foliar, aunque por su complejidad este proceso no se aborde enprofundidad. La planta tiene que resolver el compromiso de aprovechar la luz para poner en marcha la fotosíntesis (loque conlleva la apertura de estomas para la entrada de dióxido de carbono) y controlar la transpiración, que precisa-mente se incrementa en determinadas horas del día, de máxima radiación solar. Parece ser que los periodos deapertura y cierre de los estomas dependen mucho de las condiciones en que vive la planta, de forma que, a lo largodel día, mantienen cerrados los estomas cuando existe oscuridad y abiertos cuando hay luz, y dentro de esteperiodo se vuelven a cerrar a las horas de máxima insolación o sequedad.

El mecanismo de apertura y cierre de los estomas parece estar regulado por procedimientos osmóticos, yaque una turgescencia (por entrada de agua) en las células estomáticas actuaría provocando el cierre del ostioloestomático y una plasmolisis (salida de agua), su apertura.

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A.19.- Pese a haberse indicado anteriormente con ocasión de la transpiración, es preciso presentar unainformación al alumno acerca de la existencia de tales poros o estomas y su papel en la regulación del agua en laplanta.

a) Tras dar una información sobre la técnica de observación de estomas, se puede intentar que los vean en unmicroscopio. Conviene que el alumno advierta directamente estos importantes órganos, ya que ayuda a la cons-trucción del concepto de «intercambio de gases» en las plantas: de esta forma, ya puede situar los conceptos en unlugar concreto. Por otra parte es importante que observe que estas estructuras están ligadas, necesariamente, aórganos aéreos, especialmente cercanos a los lugares donde se encuentran las partes más verdes. Más tarderelacionará ambos hechos.

b) Según la hoja escogida, los estomas tendrán aspectos ligeramente distintos. No obstante, se ha de resaltarbien la presencia de un orificio central y mostrar esquemas tridimensionales, para evitar una concepción bidimensionaldel conjunto. A partir de aquí, se puede sugerir la confección de un modelo tridimensional con plastilina.

c) Si se dispone de tiempo y el profesorado lo ve conveniente, se podría realizar una comprobación de quedichas estructuras se encuentran en las hojas de cualquier planta. También se puede comprobar que la densidad deestomas en el envés es generalmente mucho mayor que en el haz.

A.20.- Debemos proseguir con la búsqueda de elementos del dominio aéreo que puedan tener algunaconexión con la nutrición vegetal. Con esta actividad se pretende abordar el papel de la clorofila en la vida de laplanta. Como primera aproximación, nos contentaremos con la constatación de su presencia en gran parte de laszonas aéreas de la planta. Es decir, el hecho general de que es un pigmento característico de los vegetales, y quetiene cierta relación con la luz, como se pone de manifiesto por el hecho de que sólo aparece en los órganos aéreosde la planta.

a) Naturalmente, se ha de saber algo de la naturaleza de esta sustancia. Muchos alumnos ya saben larelación color verde-clorofila. Igualmente sabrán que las hojas verdes, cuando se secan, van cambiando de color, loque atribuyen a que la clorofila «se ha secado» o «se ha estropeado».

b) La no existencia de clorofila en lugares ocultos a la luz, como las partes subterráneas ya nos está indicandouna relación clorofila-luz, como veremos. Puede plantearse el interrogante de que otras partes expuestas a la luz,como flores y frutos, frecuentemente no tengan coloración verde, lo que obedece a la existencia de otros pigmentos.De este modo queda la hoja y, en las plantas herbáceas, el tallo, para entrever la existencia de ciertas áreasespecializadas por la presencia de clorofila.

La clorofila y la luz

A pesar de que los alumnos relacionan sin ninguna duda el color verde con la clorofila, es preciso que aporte-mos una información, en términos sencillos, sobre este pigmento, que nos permita proseguir. Naturalmente, primerohay que saber algo de la naturaleza de esta sustancia. Para ello, partimos de la relación color verde-clorofila, comoelemento a partir del cual se puede distinguir una planta con capacidad de sintetizar sus propios alimentos (salvo quedicho pigmento esté enmascarado por otros pigmentos de distinto color).

Posiblemente no sea prudente indicar en este nivel que la clorofila no es el único pigmento implicado en lafotosíntesis. Es sabido que existen dos clorofilas (A y B) y otros pigmentos llamados carotenoides (carotenos yxantofilas), pigmentos responsables de los tonos amarillentos y anaranjados que dan el color característico a lashojas marcescentes. Esta aclaración sólo tiene sentido en caso de que se haga un ejercicio de separación depigmentos en la hoja.

A.21.- Se pretende indagar acerca del papel que otorga el alumno a la luz en el desarrollo de la clorofila.

a) Esta pregunta está inspirada en un test utilizado por Bell et al (1984) en el proyecto CLIS de la Universi-dad de Leeds. Según los estudios de estos autores, el 42 % de los alumnos de 15 años, dan respuestas alternativaspara la diferencia de color: por enfermedad, por la falta de agua, etc. Otras respuestas incluyen elementos acepta-bles, como la influencia de la luz y la presencia o no de clorofila, o ambas cosas a la vez.

b) Esta segunda pregunta plantea el problema a la inversa, además de considerar que se ha producido un«cambio», emplea el factor tiempo. Bell et al (1984) encontraron con este test que el 53 % de los alumnos de

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0 600 800 1000 1200

2

3

5

6

1

0

200

4

7

400

8

9

10

Cosecha

de tomate (kg/m )2

Dióxido decarbono (ppm)

15 años daban explicaciones alternativas a estos cambios de color. Así un buen porcentaje lo atribuye al resultadode una nueva etapa de crecimiento (posiblemente por asimilación de la decoloración otoñal y la coloración primave-ral), o bien al hecho de que la planta que se ha cortado se seca y la que queda puede obtener agua, etc. Sólo el 21%incluye elementos satisfactorios en sus explicaciones.

La idea que ha de obtenerse al cabo de estas actividades es que las plantas deben su coloración verde a laclorofila y que ésta sólo se desarrolla en presencia de la luz. Aún de forma intuitiva, se ha de ir relacionando la luzy la clorofila con la síntesis de sustancias alimenticias en la hoja.

c) El diseño experimental es obvio (no se ha de olvidar el control de variables y la planta testigo): situar a laplanta en condiciones de oscuridad. Las plantas que crecen en la oscuridad no pueden realizar la fotosíntesis,limitándose al crecimiento, a partir de las reservas de la propia planta. El resultado es el estilizamiento de la plantay amarilleo de sus órganos verdes. Con frecuencia los alumnos quedan sorprendidos por el experimento, ya queellos suelen esperar que la planta no crezca. Sin embargo, advierten al menos que la planta «crece mal», de forma«no sana». Es de esperar que los alumnos apunten alguna de estas hipótesis y diseñen un experimento consecuente.

La fotosíntesis de las plantas verdes

Alcanzado este punto, es preciso formular una síntesis de todo este apartado destinado a la nutrición autótrofa,resaltando las condiciones que son necesarias para que se verifique la fotosíntesis. Todas las conclusiones que sehan ido viendo de forma fragmentaria, han de ser reconceptualizadas desde esta perspectiva global. Recuérdese queen este trayecto los alumnos suelen tener dificultades para encontrar un sentido coherente a todas las investi-gaciones realizadas, por lo que es muy importante que el profesor haya realizado constantes síntesis, formulando loque en cada paso se ha ido concluyendo.

Presentamos una información muy sencilla, no abordando la bioquímica del proceso, que consideramos muyalejada de nuestros objetivos y de las posibilidades de conceptualización por parte de los alumnos. Hemos utilizadoel modelo atómico de Dalton para representar la síntesis de glucosa a partir de sustancias inorgánicas, aprovechan-do el hecho de que este modelo ha debido ser manejado en las unidades de química del curso anterior. Del mismomodo, suponemos que los alumnos tienen ya una noción elemental del concepto de energía, especialmente delprincipio de la conservación , ya que en la fotosíntesis aparece como concepto ineludible. En caso contrario, elprofesor deberá emplear un tiempo en introducir este importante concepto.

El profesor podría indicar que la fotosíntesis, con ser el proceso de autotrofismo cuantitativamente más impor-tante que existe en la biosfera, no es la única modalidad, existiendo otras fórmulas (autotrofismo quimiosintético),presentes en determinadas bacterias, que obtienen la energía de ciertas reacciones químicas del medio externo, enlugar de la energía luminosa. Como veremos más adelante, estos microrganismos son esenciales en el ciclo de lamateria y en la creación de microecosistemas. Esta indicación sería únicamente a título informativo, pues no consi-deramos oportuno desarrollarla en este nivel dada la complejidad que introduciría.

A.22.- Como actividad de aplicación, que conecta con los intereses sociales y económicos de los conoci-mientos científicos (planteamiento de Ciencia-Tecnología-Sociedad), proponemos una actividad relacionada con laproductividad vegetal, de interés para una agricultura científi-camente fundamentada. Además de proporcionar una opor-tunidad para el fomento de una destreza científica (inter-pretación de tablas, confección de gráficos) hacemos notarque los conceptos adquiridos tienen «utilidad» para los inte-reses humanos.

a) En primer lugar, los alumnos han de confeccionaruna gráfica con los datos que se proporcionan en la tabla,obteniéndose una figura como la adjunta. Se puede usar latransparencia nº 2.

b) La interpretación de esta gráfica revelará que existeuna correlación entre la productividad en la cosecha de to-mates y la concentración de dióxido de carbono, lo que ha-brá de ser interpretado por el hecho de que la participacióndel dióxido de carbono en la fotosíntesis hace que se

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incremente la actividad fotosintética y, por tanto, el crecimiento y la producción de frutos.

c) Se observará que la productividad aumenta hasta que la concentración alcanza el valor de las 1000 ppm,más allá de cuya concentración no es posible incrementar la producción vegetal. Se puede advertir que a partir de las800 ppm la productividad cambia muy poco.

d) A igualdad de concentración de dióxido de carbono, será la luz, el agua o las sales minerales, los ingredien-tes que intervendrían en la mejora de la productividad vegetal.

e) Si no los controlamos no podríamos saber si el aumento de la productividad se debía al aumento de laconcentración de CO2 o si era debido al cambio de otros factores.

La respiración de las plantas

Demostrado que los vegetales se «alimentan» de una forma especial, es conveniente completar el cuadro dela fisiología nutricional de las plantas. En primer lugar, centraremos la atención en el doble intercambio gaseoso conla atmósfera, constatando que ingresan y expulsan tando CO2 como O2, a diferencia de los animales que ingresansólo O2 y expulsan CO2. En segundo lugar se relacionará la incorporación de oxígeno con los procesos de nutricióna nivel celular: la respiración celular, común en las plantas y animales. Los alumnos conocen bien este proceso enlos animales pues se ha debido abordar en cursos anteriores, con ocasión del estudio del cuerpo humano, y en estemismo curso en la primera unidad, como mecanismo básico de la nutrición heterótrofa.

El trabajo del profesor es hacer ver que la respiración celular es necesaria para los vegetales y diferenciarlo delproceso de fotosíntesis, con el que los alumnos lo confunden con bastante frecuencia. En ese sentido, se deberáinsistir en que la respiración se realiza tanto con luz como con oscuridad mientras que la fotosíntesis está circuns-crita a situaciones en las que hay luz.

A.23.- En esta actividad se plantea la posibilidad de que los vegetales respiren de manera similar a losanimales. Se pretende explicitar las ideas de los alumnos sobre este tema sin discutir, por ahora, sobre si soncoincidentes con la formulación científica.

a) Muchos alumnos afirmarán que los vegetales también respiran, pero «no como los animales», refiriéndosea los órganos implicados: «los vegetales respiran por las hojas, no por los pulmones». Pero esta observación, con sercierta, revela una visión de la respiración limitada a tan sólo el intercambio de gases, cuestión ésta que ha debido sersuperada en unidades anteriores, con ocasión del tratamiento de la respiración celular. Otros alumnos darán expli-caciones alternativas que revelan aprendizajes erróneos de la fotosíntesis: «las plantas respiran (inspiran) dióxido decarbono, mientras que los animales respiramos (inspiramos) oxígeno».

Es conveniente que emerjan estas concepciones y que los alumnos sean conscientes de ellas. Por el momen-to, el profesor se ha de limitar a hacer consciente al alumno de sus afirmaciones. En próximas actividades tendre-mos ocasión de discutir sus ideas con nuevos elementos.

b) Si la hipótesis es que las plantas respiran tomando dióxido de carbono y expulsando oxígeno, el diseñoexperimental habrá de ser muy similar a los propuestos anteriormente para demostrar este mismo intercambio degases en la fotosíntesis. En cambio si la hipótesis es que las plantas respiran como los animales, los diseños experi-mentales podrían variar desde mantener a la planta en un recipiente en el que se hace el vacío (con lo que quedaríael problema de si muere porque no puede hacer la fotosíntesis, pues tampoco habría dióxido de carbono), hastadiseños parecidos a los usados para el intercambio de gases en la fotosíntesis, pero esta vez a la inversa: el gas quese expulsa apaga una astilla en ascuas. Para ello, el alumno tendría que realizar estas comprobaciones en ausenciade luz, pues es la única forma de asegurar que el único gas que la planta desprende es el dióxido de carbonoprocedente de la respiración.

A.24.- Se plantea el mecanismo de la respiración celular, partiendo del hecho de que este proceso, al igualque sucede en los animales, exige la glucosa como punto de partida. No obstante, antes de llegar a este punto departida, las plantas ofrecen sus propias singularidades, que es lo que pretendemos poner de manifiesto.

a) En primer lugar, es preciso que los alumnos vean que son similares las funciones de nutrición en las plantasy en los animales, al menos, que se vean similares las necesidades de nutrientes para los animales y para las plantas.Las plantas necesitan los nutrientes para la obtención de energía necesaria para su crecimiento (construcción de las

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SEMEJANZAS

La respiración celular es la misma en am-bos casos. Intervienen las mismas sustancias:nutrientes (que en última instancia siempre es laglucosa) y oxígeno.

Como resultado de esa respiración se pro-ducen moléculas ricas en energía biológicamenteútil: ATP, que, a su vez, luego se utilizan comofuente de energía para las realización de fun-ciones vitales.

Los productos de desecho de la respira-ción celular vegetal y animal son idénticos ycomunes a los de cualquier combustión orgáni-ca: dióxido de carbono y agua.

DIFERENCIAS

El mecanismo de entrada del oxígeno es diferente enlos animales y los vegetales. Mientras que en los animales seproduce una entrada por pulmones, branquias, piel, etc., enlas plantas la entrada del oxígeno es a través de los estomas.

Los animales toman los nutrientes energéticos a partirde los que forman parte del cuerpo de otros seres vivos(alimentos). Los vegetales sintetizan sus propios nutrientesenergéticos a partir de nutrientes sencillos de naturalezainorgánica, gracias a la fotosíntesis.

La eliminación de dióxido de carbono se realiza por lospulmones en los animales y por los estomas de las hojas enlos vegetales. El agua (en exceso) se elimina por los riñones(también por los pulmones y la piel) en los animales y por losestomas en los vegetales.

moléculas con las que construye su estructura) y para otras funciones vitales, como la de reproducción (formaciónde flores, semillas y frutos), y en general para el mantenimiento de todos los procesos bioquímicos endotérmicos(anabolismo), como, por ejemplo, el transporte activo de sustancias a través de las membranas. De este modovamos aproximando más el mundo vegetal al mundo animal, paso necesario para comprender el sentido de larespiración en las plantas.

b) Establecida la necesidad de energía por las plantas cabe preguntarse si el proceso será similar al queocurría en los animales. Centramos la atención en el proceso que ocurría en cada célula, que era lo determinante dela respiración en los animales. En este momento los alumnos no tienen elementos de juicio para decir si en lasplantas se presenta la respiración celular por lo que sólo podrán decantarse por una u otra opción como unahipótesis. El experimento adecuado trataría de comprobar si las plantas necesitan oxígeno. Para llevarlo a cabosería necesario colocar una planta en una atmósfera sin oxígeno y comprobar qué ocurriría. Por ejemplo, se podríacolocar la planta en una campana de cristal herméticamente cerrada.

Sin embargo, no es fácil llevar a cabo esa experiencia controlando las demás variables pues en el experimen-to anterior se produciría oxígeno debido a la fotosíntesis; tendríamos que colocar una sustancia capaz de retirar eloxígeno pues si hiciéramos el experimento a oscuras, para evitar la fotosíntesis, el deterioro de la planta no sabría-mos si atribuirlo a la falta de oxígeno o a la ausencia de fotosíntesis.

Dadas estas dificultades, creemos que en este caso será suficiente con que se les diga el resultado delexperimento diseñado sin necesidad de llevarlo a cabo: una planta no puede vivir en una atmósfera en la que nohaya oxígeno. La demostración de que la planta produce dióxido de carbono (señal de que respira) ya se harealizado en la actividad anterior, siguiendo un procedimiento similar (pero a la inversa) del usado en la demostra-ción del intercambio de gases en la fotosíntesis, visto en la unidad anterior.

c) Creemos que la comparación de la respiración en los animales y vegetales contribuirá a aclarar su signi-ficado. Será necesario diferenciar muy bien el mecanismo de ingreso de las sustancias que participan en la respira-ción y el proceso de respiración celular. En el siguiente cuadro se exponen las principales semejanzas y diferencias.Se puede usar la transparencia nº 3.

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Alcanzado este punto, creemos conveniente formular una síntesis, que muestre los rasgos más significativosdel proceso de respiración vegetal. El alumno ha de advertir que el proceso es común a la respiración celular vista enlos animales, y en este sentido no cabe admitir que los vegetales «respiran de otro modo», ya que el proceso básico,el que se realiza en las células, es el mismo. Al igual que sucedía con éstos, es conveniente que no confundan esteproceso con el hecho en sí del intercambio gaseoso a través de los estomas.

Como en el caso de la fotosíntesis, presentamos los procesos químicos de una manera figurativa e icónica,siguiendo el modelo atómico de Dalton, con objeto de suprimir elementos que puedan añadir complejidad a la debidaconceptualización y que, de cualquier forma, consideramos innecesario en este nivel.

A.25.- Se basa esta pregunta en la existencia de una idea acerca de que las plantas «roban» el oxígeno quenecesitamos, si pasan la noche en el dormitorio. Esto lleva a ciertas personas a trasladar macetas fuera del dormi-torio, antes de disponerse a dormir.

a) Se trata por supuesto de una exageración del corolario de la respiración vegetal. Obviamos el hecho deque las plantas tienden a cerrar los estomas en la oscuridad (entre los factores que determinan la apertura de losestomas está la luz), lo que invalidaría esta creencia, al menos como tal temor. Pero considerando la cuestión,independientemente del hecho de que el volumen de oxígeno de una habitación es más que suficiente para laspersonas y las plantas que normalmente hay, el error más importante es el hecho de considerar sólo la respiraciónde la planta e ignorar la del animal (por otra parte: ¿no le roba la madre el oxígeno a su bebé?).

b) Se pretende llamar la atención sobre el hecho de que la respiración es un proceso esencialmente similar entodo ser vivo y que, además, durante la respiración el volumen de oxígeno que se consume no llega a justificar estasprecauciones. Se puede informar que para renovar el oxígeno consumido en una habitación basta tener abierta laventana diez o quince minutos pues, si nos basamos en el mecanismo físico de la difusión, los gases del airedifundirán rápidamente a este compartimento, lo que invalida la costumbre de mantener abierta la ventana durantemucho tiempo. Por otra parte, y basándonos en estos mismos hechos, también es discutible la costumbre de dormircon la ventana abierta, que se basa en la creencia citada de que el oxígeno de una habitación se consume y que es«más sano» dormir con mayor fuente de oxígeno, como si hubiese una relación proporcional entre cantidad deoxígeno y salud.

A.26.- Se plantea un conjunto de cuestiones relacionadas con el destino de los nutrientes elaborados en lafotosíntesis y que genéricamente denominamos savia elaborada. Al mismo tiempo, se pretende conectar los cono-cimientos de la circulación de la savia bruta con los de la savia elaborada y establecer algunas diferencias básicas.Finalmente, se aborda el problema de la reserva de los excesos de producción.

a) Ya que los nutrientes sintetizados son necesarios para obtener energía y esto ocurre en las células, losnutrientes tendrán que ir a todas las células y de forma especial a los lugares en que más se utilizan: tejidosmeristemáticos o de crecimiento.

Respecto a cómo llegan desde las hojas a las células de toda la planta, el profesor explicará brevemente elfenómeno de la capilaridad. Se les dirá que el mecanismo de transporte de la savia elaborada es algo diferente, perodada la dificultad que tiene la comprensión del mecanismo (procesos de transporte activo con consumo de energía,que ni la ciencia conoce aún bien), no consideramos que sea oportuno referirnos a ello en este nivel.

b) Es evidente que una planta tiene un ritmo de vida mucho mas lento que un animal. Un animal tiene queconsumir constantemente una cantidad de energía que supera con mucho la que necesita la planta para su ritmonormal de crecimiento. Sin embargo, una planta produce todos los días un volumen determinado de nutrientesmientras dure la luz y estén abiertos los estomas. Si todos estos nutrientes no se consumen, y no se advierte en laplanta un sistema de eliminación de los excendentes, en alguna parte han de ser almacenados. En efecto: la plantatiene determinados órganos (por ejemplo, raíces, tallos, frutos, semillas, etc.) y tejidos (parénquimas de reserva,meristemos de crecimiento secundario o en grosor, etc.) donde se van almacenando estos excendentes, hecho queconvierte a las plantas en las auténticas despensas del mundo heterotrófico.

c) Se pretende centrar la atención sobre el exceso de alimentos, relacionándolo con las reservas. Si estosorgánulos tienen almidón y el almidón no es más que largas cadenas de glucosa, éste podría ser un procedimientopara almacenar los excesos de producción de glucosa en la fotosíntesis.

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El caso de la patata permitirá advertir este exceso. Para completar esta visión se indica la conveniencia deobservar los gránulos de almidón al microscopio. Se les puede recordar a los alumnos la circulación de nutrientesdesde los lugares en que se fabricaron (las hojas) hasta los tubérculos.

Si el profesor o profesora lo considera conveniente puede comentarle a los alumnos que los gránulos dealmidón no son más que unos orgánulos (plastos) que se han especializado en almacenar este polisacárido (de ahí ladenominación de amiloplastos), y que son similares a los cloroplastos. De hecho, los amiloplastos en presencia deluz se desarrollan formando cloroplastos, como pone de manifiesto el hecho de que una patata expuesta a la luztome coloración verde.

2.3 El destino de los nutrientes y los desechos

Procede detenerse en hilar los conceptos que han debido ir construyéndose para presentar, de forma declarativa,el trasiego de sustancias por el cuerpo del vegetal, mostrando las diferencias básicas con la circulación sanguíneay la excreción en los animales. Se ha de prestar atención al hecho de que savia bruta y savia elaborada circulannormalmente por diferentes vasos, que mientras que la primera sólo tiene una dirección (de abajo a arriba) la otra vaen todos los órganos de la planta, y que no existen órganos especializados en la impulsión (por ejemplo, el corazón).Los excesos de nutrientes, y esto es similar a los animales, se almacenan, pero los desechos, a diferencia de losanimales, no son eliminados por ningún órgano especializado (por ejemplo, los riñones), con excepción del dióxidode carbono por los estomas, sino que quedan acumulados en las vacuolas de la célula.

A.27.- Se pretende profundizar en el proceso de la germinación, en la que el crecimiento se basa exclusiva-mente en la energía que puede adquirir mediante la respiración celular de nutrientes energéticos.

a) En tanto que la planta no dispone aún de hojas verdes, no puede captar la energía luminosa. La energía quenecesita la planta para germinar, crecer y llegar a desplegar sus dos primera hojas verdes la consigue gracias a losnutrientes que dispone en las células del albumen o los cotiledones, según los casos. En estas condiciones, los únicosingredientes que precisa son el oxígeno y el agua, claves para la oxidación de los nutrientes energéticos.

Los alumnos pueden demostrar el papel de los cotiledones de la judía en la germinación, pues, efectivamente,sin las reservas de estos órganos, la planta no dispone de fuente energética para poder realizar la multiplicacióncelular, base del crecimiento en esta etapa. Por ello, si se eliminan los cotiledones, una vez aparecida raicilla y tallito,la planta no sería viable.

b) La semilla tiene una vida limitada en su proceso de crecimiento: cuando agote todas las reservas no tendrámás recurso que sintetizar nueva materia energética, lo que es posible gracias al crecimiento de las primeras hojasque, siendo verdes (dotadas de clorofila) podrán realizar la fotosíntesis y sintetizar nuevos nutrientes energéticos.

c) Por otra parte, el que las semillas respiran es algo que se puede comprobar, una vez que se han puesto enactividad germinativa pues anteriormente estaban en estado de «quiesciencia», una especie de letargo indefinido.Sólo cuando empiezan a germinar, y por tanto a consumir oxígeno y desprender dióxido de carbono, es posibledemostrar que respiran. Para ello, nos podemos valer del principio de que el aire viciado (con dióxido de carbono)no permite arder a una cerilla o un astilla ardiendo.

d) Los alumnos pueden demostrar que en esta fase, la planta no podría proseguir su crecimiento hasta la faseadulta si no dispusiera de las hojas verdes. Esto se puede comprobar sencillamente eliminando las hojas conformevan creciendo. En esta situación, llega un momento en que la planta consume todos los nutrientes de reservaalmacenados en la semilla y acaba muriendo.

3. LA RELACIÓN EN LOS SERES VIVOS

Abordado ya en apartados anteriores las funciones de nutrición (heterótrofa y autótrofa), en la que nos hemosdetenido por su especial relevancia para el desarrollo de la siguiente unidad, en este apartado abordamos otra de lasfunciones biológicas, esenciales para el mantenimiento del individuo: las funciones de relación. No es objeto de estecurso desarrollar con detalle los aspectos anatómicos y fisiológicos de las funciones biológicas, de ahí que en esteapartado únicamente desarrollaremos el sentido de estas funciones y plantear, dentro de la diversidad de formas de

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resolver estas funciones, las diferencias entre los dos grandes reinos de mayor referencia y significación para elalumnado: animales y vegetales.

A.28. Como primer paso nos parece conveniente sondear al alumnado sobre sus concepciones sobre estetema, con objeto de que sean conscientes del punto de partida de cada cual.

a) En la conceptualización el alumnado suele acudir a referencias generales, de sentido común: «las funcio-nes de relación son las que nos permite relacionarnos con los demás», lo que da pie a plantear si los órganos denuestro cuerpo deben tener alguna relación entre sí, con lo que vamos ampliando el abanico de funciones derelación. También debe ir señalándose qué órganos están encargados de ello.

b) Se pretende que el alumnado tome conciencia de la importancia de este grupo de funciones. Obviamente,determinadas funciones (por ejemplo, el movimiento) son fundamentales únicamente en aquellos seres vivos queestán adaptados para ello (por ejemplo, la mayoría de los animales), pero otros seres no lo están (por ejemplo,vegetales, animales sedentarios) pero ello no quiere decir que no sean importantes otras funciones de relación,como la de detectar determinados cambios en el medio y reaccionar a favor o en contra, según los casos, etc. Laconclusión que se debe llegar es que las funciones de relación son vitales, esenciales para la vida, que pueden variarsegún los seres vivos, pero todos las necesitan porque su función es poner en comunicación al ser vivo con su medio(sea físico o biológico, y sea interno o externo), con objeto de responder a ello de manera que mejor le favorezcapara su supervivencia.

3.1 La relación en los animales

Comenzamos esta función vital examinándola en los animales, donde es mucho más palpable y próxima alconocimiento intuitivo que el alumnado ha adquirido en sus vidas. Se pueden tomar como referencia la propia especiehumana y la de animales de compañía para abordar aspectos de esta temática.

A.29. Se pretende hacer ver al alumnado, de manera empírica, una de las funciones de relación que amenudo no se incluyen dentro de este grupo: la coordinación entre los órganos.

a) En primer lugar, pedimos al alumnado que imagine una forma de demostrar empíricamente que efectiva-mente hay una coordinación entre los órganos. Es posible que al principio muchos tengan dificultad en ello, por loque el profesor debe ir dando alguna pista para favorecer las primeras ideas.

b) Se propone el clásico ejemplo de la coordinación de respiratorio y circulatorio para una actividad físicaviolenta. Ello además supondrá una magnífica ocasión para reforzar destrezas básicas de medición, tabulación,comparación, etc.

A continuación, el alumnado debe ir pensando en una explicación de los fenómenos observados. De estemodo, deberá entender que el mayor ritmo de inspiraciones se corresponde con una mayor demanda de oxígenopara alcanzar las células musculares y allí realizar la respiración celular que le permitirá obtener la energía necesa-ria para la contracción del músculo en este ejercicio. Pero además hace falta que ese oxígeno llegue con mayorrapidez a los músculos, hecho por el cual al mismo tiempo, de manera «coordinada» se acelera el ritmo cardíaco.

A.30. a) El alumnado no tendrá problema en admitir la hipótesis, pero se les ha de instar a que intentendemostrarlo mediante algún experimento. Aquí las posibilidades son muy diversas. Con frecuencia se acude a lasmascotas: «si por error, piso a mi perro, da un salto y sale corriendo...» Se les ha de ir señalando que pisar es un«estímulo» y correr una «respuesta».

b) Los experimentos con cochinillas de la humedad se prestan mucho a demostrar su afinidad por determina-das condiciones ambientales (húmedas) y cómo una variación en estas condiciones puede modificar su comporta-miento (por ejemplo, desplazarse hacia zonas más húmedas). Este experimento se puede dejar para que los alum-nos lo hagan en casa y traigan sus conclusiones. Hay que insistir en el cuidado de los animales, aunque seaninvertebrados, con objeto de promover la noción de que cualquier ser vivo que no nos haga daño debe ser respetado.

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EL FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA NERVIOSO

Aunque no es objetivo de este apartado desarrollar con detalle las características anatómicas y fisiológicas delos órganos de las funciones de relación, para ayudar a los alumnos a comprender mejor este grupo de funciones, almenos debe desarrollarse algo una de las más vividas y percibidas por ellos mismos, como es el sistema nervioso.De este modo, dejamos a un lado el sistema endocrino, o el inmunodefensor que añadirían complejidad y extensióninnecesaria para los fines de este apartado. Debe insistirse en el esquema del circuito básico de receptores-sistemanervioso central-efectores, con las variantes que vayan surgiendo (voluntario, involuntario, etc.).

A.31. Se pretende evidenciar el sistema nervioso central de un animal comestible, para evitar las implicacioneséticas de la disección. Se puede utilizar cualquier pez que tenga un tamaño de mediano a grande, para facilitar lamanipulación.

a) El alumnado debe darse cuenta de la conexión del cerebro con los ojos, a través de los correspondientesnervios ópticos. El profesor puede ayudar a reflexionar sobre la cuestión planteando si existe una relación con lasituación de los principales órganos de los sentidos y el sentido de la marcha con este desarrollo del sistema nerviosoen el cráneo.

b) El alumnado se percatará de que la médula por sí sola no tiene sentido sin su conexión con los distintosórganos. Aquí se les puede anticipar la información de que a lo largo de la médula se producen las conexiones de losnervios que parten y llegan a los distintos órganos.

Los órganos de los sentidos

A.32.- -Se puede aprovechar el ojo del pez que se ha diseccionado anteriormente para observar con detallela anatomía de un ojo de vertebrado, pero previamente debe informarse al alumnado las diferencias básicas entre elojo de un pez y el humano, destacando que la principal es el sistema de enfoque con el cristalino.

A.33.- Se pretende introducir al alumnado en el funcionamiento básico del sistema nervioso, centrándonosen los circuitos simples o arcos reflejos.

a) Se pueden poner muchos ejemplos. Para facilitar la reflexión se puede poner un ejemplo tomado del juegodeportivo: un delantero ve la pelota ha sido elevada y se dirige hacia donde está él (recepción por el sentido de lavista); su cerebro relaciona esta visión (y otras complementarias, como la ausencia de jugadores marcándole) conla oportunidad de rematar para gol y elabora una respuesta adecuada (procesamiento mental) y finalmente ejecutaesta respuesta con un potente salto y movimiento de la cabeza para empujar la pelota (ejecución).

b) Si una persona va a coger algo y se pincha el dedo, el reflejo provoca la retirada inmediata de la mano.Como se verá esto es un arco reflejo y tiene por función responder de forma rápida porque ello asegura la supervi-vencia. El alumnado debe percatarse de que este circuito es mucho más simple, pues aquí no hay “procesamientode la información”, la percepción provoca ejecución directamente.

c) Aunque los reflejos normalmente no se modifican, mentalmente podemos provocar cortacircuitos. En elejemplo anterior, podemos detener la retirada de la mano por alguna razón poderosa (ej. si retiramos la mano elobjeto, si es valioso, se podría romper).

El arco reflejo

A.34.- Se trata de evidenciar la existencia de reflejos innatos en nuestro organismo.

a) El reflejo patelar puede demostrarse fácilmente con un pequeño martillo (no es conveniente que el alumnolo maneje, para evitar accidentes), dando un reflejo muy notable e incontrolable como es alzar la pierna.

b) Se ha de procurar que el alumnado piense algunos actos sencillos diarios, centrándonos de momentoúnicamente en los de carácter motor pues a continuación empezaremos a abordar las respuestas hormonales. Por

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ejemplo: el continuo pestañeo, que se puede provocar con un movimiento brusco de acercamiento de una mano alojo de otra persona.

c) Ya se vio esta cuestión anteriormente cuando veíamos la capacidad del cerebro de cortocircuitar un arcoreflejo. Esto mismo podría trasladarse a acciones cotidianas, como cuando cogemos un vaso que está ardiendo,procuramos soltarlo con cuidado para no romperlo, aún a costa de sentir un fuerte dolor. En este caso el circuito esmás complejo, pues implica que hay otro circuito, que se inicia con la visión del vaso, el procesamiento mental(valoración del vaso y necesidad de evitar su caída) y ejecución (manteniendo la contracción de la mano aún a costade sentir un fuerte dolor).

A.35.- Hasta aquí hemos el funcionamiento del sistema nervioso con respuestas de carácter muscular omotor. Sin embargo es conveniente hacer ver que la respuesta puede ser una secreción glandular, lo cual nospermitirá introducir además la noción de hormona.

a) Cualquier persona ha experimentado alguna vez el reflejo de insalivación provocado por el simple olor ovisión de un alimento apetitoso, especialmente cuando se está en ayunas.

b) Como veremos, el fundamento de esta secreción glandular “exocrina” puede ampliarse a las “endocrinas”,en las que se segregan hormonas en lugar de jugos digestivos. Es preciso aclarar previamente que no todas lashormonas se producen por estímulos externos. Otras se producen por cambios internos que nosotros no percibimosconscientemente, como es el caso de la insulina, hormona que elimina el azúcar en la sangre: lo que provoca lasecreción de insulina es la elevación de glucosa en la sangre (ej. después de comer).

El sistema hormonal

Pretendemos que el alumno obtenga una noción elemental del sistema endocrino considerándolo conectadocon el sistema nervioso (en calidad de efector), si bien es preciso que no se pierda de vista que este sistema tienemecanismos de funcionamiento independiente. La noción de hormona es de difícil conceptualización para los alum-nos, principalmente por sus implicaciones bioquímicas, pero es conveniente aproximar este concepto a unas míni-mas exigencias para la comprensión de la regulación o la homeostasis.

A lo largo de este apartado el profesor ha de fomentar la adquisición de la noción de hormona como sustanciavertida (segregada) directamente a la sangre para que ésta actúe de mecanismo de transporte y la lleve al lugar delcuerpo en que se necesite, con objeto de provocar allí algún tipo de actividad, generalmente bioquímica y fisiológica.Se trata pues de una acción muy parecida a la que realiza al sistema nervioso, pero es más lenta (pues no setransmite por el impulso nervioso, sino por la circulación sanguínea), pero que, en cambio, su acción es másduradera. Otra cuestión, difícil de transmitir en este nivel educativo es que estas sustancias normalmente no seconsumen o se transforman en su acción (en su calidad de biocatalizador), lo que puede contravenir un poco la ideageneral que tienen el alumno sobre lo que es una reacción química (proceso en el que unas sustancias desapareceny aparecen otras nuevas), vista en el curso anterior. Pero este aspecto no lo consideramos relevante en este niveleducativo.

A.36.- Explicado el concepto de hormona y glándulas endocrinas, conviene repasar estos conceptos con unejemplo como el que se plantea en esta actividad.

a) La recepción de un estímulo sonoro como el claxon de un coche nos provoca dos reacciones de desigualvelocidad: la primera es un movimiento reflejo de apartarse y luego una sensación de agitación del corazón, eriza-miento de los pelos, apertura del iris, lividez en la piel, etc., todo lo cual son efectos de la secreción de la adrenalina,cuya función es mantener el estado de estrés ante la alarma inicialmente detectada por vía nerviosa y su sentidobiológico es mantener al cuerpo despierto para la autodefensa.

b) El estrés es una enfermedad provocada por las prisas y la intensificación de la vida moderna en lasgrandes ciudades, aunque puede producirse en otros escenarios también. Esta agitación provoca, de modo reflejo,la secreción de adrenalina de una forma constante (incluso en momentos de descanso), produciendo un desgaste enlos órganos (músculos, vasos sanguíneos, etc.) que a menudo ocasionan trastornos cardiocirculatorios, doloresmusculares, etc.

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3.2 La relación en los vegetales

A.37.- a) Por definición, si los vegetales son seres vivos, tienen que cumplir las tres funciones vitales básicasde todo ser vivo, luego deben tener capacidad de relación, aunque no necesariamente del mismo modo en que latienen los animales.

b) Se puede invitar al alumnado a que den algunos ejemplos. En principio pueden tener dificultades porquetratan de extrapolar las funciones de relación en los animales a los vegetales. El profesor puede ayudar a cambiaresta dinámica planteando: ¿por qué en nuestras casas unas plantas crecen bien si están en el exterior y otras sólocrecen bien si están en el interior? Se plantea así el hecho de que las plantas tienen sus “preferencias” y por tantotienen que tener capacidad para detectar cambios en el medio, lo que es una de las funciones de relación. Otrosejemplos pueden ponerse a propósito de los tropismos, como se abordará a continuación.

Mientras que la comprensión de las funciones de relación en los animales son intuitivas, pues el alumado hatenido ocasión de experimentarla en sus propios cuerpos y en animales domésticos, la mayoría de los alumnos deesta edad tienen escasas ideas sobre cómo serán las funciones de relación en los vegetales, estando convencidauna buena parte de ellos que los vegetales no tienen funciones de relación, como vimos en la actividad anterior. Poreste motivo, es importante mostrar una información sucinta pero convincente sobre estas funciones en los vegetales,destando el hecho de estos mecanismos no tienen por qué ser idénticos en todos los seres vivos, y que los vegetaleshan resuelto el problema de la relación de un modo diferente a como lo han hecho los animales.

A.38.- Muchos alumnos han realizado alguna vez la experiencia de germinación de una semilla como lajudía. En estos experimentos siempre hay una parte que se dirige buscando la luz y otra que huye de ella y seintroduce en la tierra. Este ejemplo nos muestra que las plantas tienen capacidad de detectar las características delmedio y responder a ellas.

A.39.- a) Se puede realizar el experimento de encerrar a una semi-lla en germinación en una caja con un punto de luz alejado, viéndose cómoel tallo, aunque debilitado por falta de luz, se dirige a dicho punto.

b) Otro experimento podría consistir en colocar una semilla engerminación en una capa de tierra, debajo de la cual colocamos dos porcio-nes separadas, una seca y otra humedecida con un tubo. Observaremosque la raíz se dirige únicamente a la parte humedecida.

A.40.- Se debe recordar la importancia de los estomas, visto ante-riormente con motivo de la nutrición en los vegetales. Entonces no se abor-dó el mecanismo de cierre y apertura, que se puede introducir en estaocasión como ejemplo de funciones de relación en los vegetales. Obvia-mente no es conveniente abordar aquí los mecanismos físico-químicos im-plicados, sino simplemente constatar la capacidad del vegetal de respondera determinados estímulos.

a) Como se ha indicado en la introducción los estímulos son las altas temperaturas y el viento, lo cual essignificativo para la supervivencia de la planta pues en estas condiciones la transpiración se incrementa de formaimportante.

b) La planta no detecta un aumento de temperatura sino las consecuencias de este aumento, como es eldéficit de agua en sus células. Tampoco “elabora” una respuesta, como sucede con el sistema nervioso en losanimales, sino que dicho déficit provoca directamente el cierre por pérdida de turgencia. Todo esto muestra que enlas plantas los mecanismos fisiológicos de la relación son esencialmente de tipo físico-químico, pero en conjuncióncon una estructura determinada (ej. paredes de las células estomáticas).

Puede ser el momento adecuado para pasar el control de clase I.

agua

Lámina deseparación

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CONTROL DE CLASE I A

1. Carlos quiere desarrollar sus músculos y para ello va al gimnasio tres días a la semana para hacer ejerci-cios de pesas.

a) Si para mover las pesas se necesita energía, explica de dónde obtiene Carlos esta energía

b) Hay sustancias que tienen energía. Indica qué características tienen este tipo de sustancias y pon unejemplo conocido.

c) Sabemos que hay sustancias, como el alcohol que desprenden energía al quemarlas, ¿hay un procesoparecido por el que nuetro organismo obtiene energía de ciertas sustancias? Explícalo.

2. Es posible marcar y seguir el rastro de átomos de carbono radiactivo (*C) en cualquier molécula en que seencuentre.En un experimento se utilizó una planta de patata en la que había átomos de carbono radiactivo formandoparte de las moléculas de glucosa, *C6H12O6. Se encerró la planta a oscuras en una urna de cristal en la que sehabía introducido aire.

a) ¿Qué gases se podrían encontrar en la urna al cabo de varias horas? Explica el origen de esos gases.

b) Suponiendo que entre los gases expulsados se detectara uno con *C, describe los pasos que se han debidoproducir en las células de la planta para que esto sea posible.

c) ¿Cómo se llama el proceso que es responsable de la aparición de ese gas? ¿Por qué se mantenía la urnaa oscuras?

3. Se ha realizado un experimento múltiple con distintas plantas para averiguar cuáles son los factores queinfluyen en la fotosíntesis y en la respiración de las plantas verdes. En la tabla siguiente se indica con una «X» elfactor que se proporciona. Las plantas se identifican con las letras de la A a la F.

a) Indica y justifica en cuál o cuáles deestas plantas se puede realizar la fotosíntesis.

b) Señala y justifica en cuál o cuáles deestas plantas se puede realizar la respiracióncelular.

c) Indica y justifica en cuál o cuáles deestas plantas se puede apreciar que, con moti-vo de la actividad de la planta, se expulsadióxido de carbono y oxígeno.

d) ¿Con cuál o cuáles de estas plantasse puede mantener, en un recipiente cerrado,un pequeño animal al que se le asegure el ali-mento? Razona la respuesta.

4. Elisa estaba conduciendo un ciclomotor y al salir de una callejuela sin apenas visibilidad, de pronto seencontró que un niño había iniciado el cruce de la calle. Aunque frenó inmediatamente, sin darse cuenta de lo quehacía, también pensó rápidamente que debía apartarse para evitar la colisión.

a) Indica cuál de las tres funciones biológicas ha desempeñado Elisa en este acto.

b) Explica qué recorrido se habrá producido en el sistema nervioso de Elisa para frenar inmediatamente ¿Esel mismo circuito que el producido para dar un giro? Explica la diferencia.

c) Si a una persona le haces el amago de golpearla, cierra inmediatamente los ojos. Si probamos hacer estoa una planta notaremos que no se inmuta ¿es que las plantas no tienen funciones de relación? Explica algún casoque demuestre que sí tienen funciones de relación.

Factores A B C D E F

Clorofila X X X X X

Luz X X X X

Agua X X X X X X

Estiércol X X

Dióxido de carbono X X X X X

Oxígeno X X X X

Sales X X X

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Factores A B C D E F

Clorofila X X X X X

Luz X X X X

Agua X X X X X

Estiércol X X X

Dióxido de carbono X X X X X

Oxígeno X X X X X

Sales X X X X

CONTROL DE CLASE I B1. Una persona mastica un chicle. En las células musculares de la mandíbula, el sistema nervioso manda una

«orden» que pone en marcha la contracción muscular necesaria para el movimiento del hueso que forma la mandíbula.

a) Siendo esta actividad un trabajo, explica de dónde obtienen las células musculares la energía necesariapara llevarlo a cabo.

b) Suponiendo que la fuente de energía sea una sustancia, ¿qué se necesita para que esta sustancia propor-cione dicha energía?

c) Suponiendo que esta energía provenga de una serie de reacciones químicas, describe la ecuación generalque resumiría todo el proceso.

2. Es posible marcar y seguir el rastro de átomos de carbono radiactivo (*C) en cualquier molécula en que seencuentre. Se encerró una planta en una urna de cristal en la que se introdujo, entre otros ingredientes, aire condióxido de carbono cuyas moléculas contenían átomos de carbonos radiactivo (*CO2). Al cabo de un tiempo setomó una muestra de hoja de esa planta y se encontró almidón (larga cadena de moléculas de glucosa: C6H12O6) enel que había átomos de carbono radiactivo (*C).

a) ¿Cuáles son los «otros ingredientes» que habría que suministrar a la planta, para asegurar que la plantapueda vivir y crecer saludablemente?

b) ¿Cómo explicas que el *C apareza finalmente en el almidón que se encuentra en las hojas? Escribe laecuación representativa de ese proceso.

c) ¿Qué productos de desecho resultarán de estos procesos?, ¿cómo se eliminan?, ¿tienen alguna importan-cia estos desechos para la vida en general?

3. Para averiguar cuáles son los factores que influyen en la realización de la fotosíntesis, se ha hecho unexperimento en el que se dispone de 6 plantas, modificando algunos de los factores que pensamos que podríaninfluir. En la tabla siguiente se indica con una«X» el factor que se proporciona. Las plantasse identifican con las letras de la A a la F.

a) Indica y justifica en cuál o cuáles deestas plantas se puede realizar la fotosíntesis

b) Señala y justifica en cuál o cuáles de es-tas plantas se puede realizar la respiración celular

c) Señala únicamente las plantas quepueden expulsar oxígeno y a qué se debe esto

d) Indica y justifica en cuál o cuáles deestas plantas, si se encierran en una urna, pue-de mantenerse vivo un ratón con su comida.

4. Es la hora de comer y Enrique está oliendo una comida que le gusta mucho. De pronto se da cuenta de que«se le está haciendo la boca agua» y se dispone a comer. Durante la comida su hermano le pide que le corte un pocode queso, cosa que hace de buen gusto.

a) Indica cuál de las tres funciones biológicas ha desempeñado Enrique cuando «se le hizo la boca agua» ycuando cortó el queso para su hermano.

b) Explica a qué se debe que «se le haga la boca agua» al detectar el olor de la comida.c) Si imaginamos el funcionamiento del sistema nervioso como un circuito eléctrico, qué es lo que inicia la

«corriente» (que se llama impulso) y cuál será el recorrido de esta corriente para que llegue a «hacerse la boca agua».d) Explica qué diferencia hay entre el circuito del acto de «hacerse la boca agua» y el de «cortar el queso».e) ¿Responderá una maceta del salón al olor de la comida? ¿Responderá la maceta a otro estímulo, como la

luz?, ¿de qué manera?

129

COMENTARIOS AL CONTROL DE CLASE I A

1. a) La energía sólo puede venir en los seres vivos del proceso de respiración celular de una sustancia quesea energética, como la glucosa. De este modo, la contracción muscular, necesita un aporte energético que se logramediante la energía de dichas sustancias.

b) Aunque todas las sustancias tienen energía interna, los seres vivos estamos adaptados para aprovecharúnicamente la energía que contiene determinadas sustancias, llamadas orgánicas porque son propias de los organis-mos vivos. Estas sustancias se caracterizan porque son moléculas grandes resultantes de la combinación de C, O,H, N. Aunque hay sustancias, como las vitaminas, que son orgánicas pero no tienen energía aprovechable. Lasúnicas sustancias aprovechables energéticamente son los glúcidos, lípidos y prótidos.

c) Para aprovechar la energía que tienen las sustancias orgánicas, los seres vivos realizan una especie decombustión controlada, paso a paso, para obtener paulatinamente la energía que poseen.

Esta especie de combustión controlada que tiene lugar en las células musculares, se llama respiración celular.Para ello, seis moléculas de oxígeno se combinan con un molécula de glucosa para dar lugar a suficiente energía comopara formar una molécula energética (el ATP) que está más presta a ceder esta energía para dichos procesos.

2. a) El gas que se encontraría sería el aire que se puso, aunque con menos oxígeno y más dióxido decarbono. La causa de la disminución del oxígeno y del aumento del dióxido de carbono estaría en la respiracióncelular único proceso que se puede dar en condiciones de oscuridad.

b) El alumnado ha de indicar globalmente los ingredientes que concurren en la respiración celular (glucosa yoxígeno) y los productos (dióxido de carbono y agua) y la energía que se obtiene que permite la formación de ATP,lo que ha de reflejar en la reacción global de la respiración celular:

En función de lo expresado en la respuesta anterior, se deberá relacionar el *C detectado en el aire con el CO2que expulsa la planta como producto de desecho de la respiración celular, lo que elimina a través de los estomas.

c) Se ha de indentificar este proceso como la respiración celular. La colocación de la planta a oscurasobedece a una necesidad de impedir que la planta produzca oxígeno (con la luz haría la fotosíntesis y daría este gas).

3. Se presenta un diseño experimental múltiple con diversas situaciones-problema, para comprobar los fac-tores que intervienen en la fotosíntesis y en la respiración celular de las plantas. De este modo, se podrá comprobarel grado de conocimiento sobre estos dos conceptos.

Se ha de tener presente que la falta de sales se suple con la presencia de estiércol (fuente potencial de salespor descomposición orgánica) y que la falta de clorofila en la planta E sólo se puede entender como una plantaparásita, lo que en principio la hace inviable si no es en relación con una planta huésped verde. No obstante, aquísólo se plantea el hecho de la falta de clorofila, sin pretender llegar a más conclusiones, suponiendo, por tanto, que laplanta posee nutrientes energéticos para realizar la respiración celular, que es el único proceso que es capaz de hacer.

a) Tan sólo en las plantas B y F es posible que se realice la fotosíntesis.

b) La respiración celular es posible en las plantas C, D, E y F. Algún alumno podría percatarse que en laplanta B se produce oxígeno por la fotosíntesis, lo que podría suplir la falta de este gas, hecho que le permitiríatambién realizar la respiración celular.

c) Tan sólo en la planta F es posible detectar ambos gases, ya que es la única en la que se realiza simultánea-mente la fotosíntesis y la respiración celular.

d) Dado que los animales necesitan oxígeno para la respiración celular, podrá mantenerse vivo en la planta B,después de que tras un cierto tiempo se hubiese producido oxígeno, y en la planta F.

130

4. a) Se ha desarrollado una función de relación, pues con ella esta persona ha conseguido percibir unasituación de peligro para su organismo (y para el de otra persona) y ha elaborado respuestas apropiadas paraevitarlo.

b) Hay que distinguir dos tipos de actos: el involuntario, producido por el reflejo de frenado, que empezó conel estímulo visual de la persona cruzando y, rápidamente, sin elaborar de manera consciente una respuesta, se envíaun impulso a los músculos del brazo para frenar el ciclomotor. El otro acto puede ser voluntario, pues esta persona,al percibir que no es suficiente con frenar el ciclomotor (estímulo), decide mover el volante (acto consciente) con loque finalmente evita la colisión (respuesta).

c) Con muy pocas excepciones, como el conocido caso de los foliolos de la hoja de Mimosa, las plantas noresponden a golpes y menos aún a estímulos visuales. La causa de ello es que carecen de sistema nervioso (órganosde los sentidos, etc.) como la mayoría de los animales. Pero esto no quiere decir que no tengan funciones derelación, sino que lo hacen de manera distinta, siempre más lenta, que los animales. Aunque carecen de sistemanervioso, tienen sistema hormonal, que es reponsable de ciertos movimientos (tropismos) a favor o en contra dedeterminados estímulos, como la luz, la humedad, etc. Así, la raíz siempre busca la tierra (geotropismo positivo) yhuye de la luz (fototropismo negativo).

COMENTARIOS AL CONTROL DE CLASE I B

1. Se plantea un sencillo ejercicio de reflexión sobre el carácter heterotrófico de nuestra nutrición. De estemodo, el alumnado ha de contestar en la siguiente dirección:

a) No debe dudar que la única fuente de energía que disponen los seres heterótrofos en general y losanimales en particular es la energía interna o «energía química» que tienen determinadas sustancias orgánicas quellamamos nutrientes energéticos (glúcidos, lípidos, prótidos). Naturalmente, se excluyen otros nutrientes, como elagua, sales minerales y vitaminas, que no son energéticos.

Una contestación del tipo: «la energía proviene de los alimentos», es insuficiente pues el alimento no llegacomo tal a las células del músculo de la mandíbula.

Por otra parte, se puede recordar que, normalmente, la glucosa que se obtiene de la digestión suele almacenarseen forma de glucógeno, sea en el hígado o en los músculos. La célula recurre en primera instancia a la glucosa queobtiene del glucógeno del músculo y sólo en caso de agotarse recurre al glucógeno del hígado, todo ello reguladohormonalmente (insulina, glucagón), y sólo si no se dispone de estas reservas (lo que es poco probable) se acudiríaa la glucosa que procede directamente de la digestión de alimentos.

b) Un nutriente como la glucosa, aunque sea energético, no proporciona energía por sí solo, sino que necesitauna reacción química de oxidación o de «combustión». Por tanto, el alumno ha de señalar que es preciso que a lacélula llegue oxígeno (incorporado por la inspiración pulmonar), para que, al reaccionar con la glucosa (en unproceso complejo y muy controlado enzimáticamente que se llama respiración celular), se rompan los enlaces yse pueda aprovechar su energía interna.

c) La ecuación general que resume todo el proceso (que no equivale a una reacción química de tan sólo unaetapa, como pudiera parecer) debe ser debidamente formulada, no olvidando la formación de ATP, que es donderealmente se «almacena» esa energía que se «libera» en la respiración celular:

131

2. Se plantea un hipotético experimento con marcadores radiactivos de *C con objeto de comprobar elconocimiento sobre los procesos de la fotosíntesis.

a) El alumnado ha de considerar que en la fotosíntesis no sólo hay que asegurar la presencia de dióxido decarbono, sino de ingredientes tales como: agua y sales minerales, luz y, por supuesto, clorofila (aunque esta última nohay que aportarla, pues se supone que toda planta verde la tiene).

b) Se ha de relacionar el *CO2 que se aporta con la formación de glucosa, *C6H12O6, lo que es ineludible antela presencia de átomos radiactivos en ésta. Pero se ha de señalar que esto se debe a la realización de la fotosíntesis,por la que el dióxido de carbono de la atmósfera ha formado glucosa merced a la energía luminosa captada por laclorofila. Es importante que se refleje aquí la ecuación general de la fotosíntesis:

3. a) Para realizar la fotosíntesis se requiere dióxido de carbono, agua (y sales), luz y clorofila. Examinandolas plantas del experimento, se observa que solamente la C y la E reúnen estas características. A la B le falta elagua, a la A le falta la luz, etc.

b) Para realizar la respiración celular se requiere únicamente que las plantas dispongan de oxígeno (sesupone que una planta viva tiene glucosa, aunque sea por un tiempo). De este modo, la única planta que quedaríaexcluida es la C, pero como ésta es capaz de hacer la fotosíntesis, ella misma originaría el oxígeno que necesita pararespirar.

c) Es otra forma de plantear la pregunta a). Las únicas plantas que pueden expulsar oxígeno son las querealizan la fotosíntesis, y hemos visto que únicamente las plantas C y E realizan esta función.

d) En principio todas las plantas que ya tienen oxígeno suministrado por el experimento podrían permitir lavida del animal durante un tiempo, pero este gas se iría agotando conforme respiran tanto las plantas como elanimal. La única forma de mantenerlo indefinidamente es asegurar la renovación del oxígeno, y esto sólo lo puedenhacer las plantas que pueden hacer la fotosíntesis, es decir, la C y la E.

4. a) En los dos casos ha desarrollado funciones de relación pues con ello le ha permitido identificar unalimento, preparar su organismo para su digestión, y le ha permitido establecer relación con un ser de su mismaespecie en una asociación de tipo familiar.

b) La expresión «hacerse la boca agua» significa la producción de secreción salival por las glándulas salivalesque existen en la boca. En circunstancias normales sólo se segrega lo necesario para humectar la cavidad bucal,pero la recepción de un estímulo oloroso que el cerebro asocia a una comida apetitosa, provoca de manera involuntariauna secreción cuyo significado biológico es la preparación de la boca para el inicio de la digestión.

c) El estímulo oloroso es recibido por los receptores sensoriales del olfato, situado en la mucosa de la nariz,de donde establece una asociación en la memoria del cerebro (gracias a la cual asocia olor con comida apetitosa)y de allí el impulso nervioso avanza haca las glándulas salivales, donde provoca el reflejo de la secreción.

d) En el caso de cortar el queso, el acto es voluntario, lo que significa una mayor intervención del sistemanervioso central. El circuito empieza por la recepción del estímulo por el órgano auditivo y de allí al cerebro, queprocesa la orden de cortar el queso, para luego mandar el impulso a los músculos del brazo para cortar el queso.

e) La maceta, como vegetal, carece de sistema nervioso, por lo que no detecta este tipo de estímulos. Sinembargo, sí responde a otros estímulos, como la luz, la humedad, etc., demostrando con ello que también tienenfunciones de relación como corresponde a todo ser vivo.

132

4. LAS FUNCIONES DE REPRODUCCIÓN

En este apartado desarrollaremos la última de las tres funciones biológicas de todo ser vivo que, a diferenciade las anteriores no están destinadas al mantenimiento del individuo, sino a la perpetuación de la especie. Como enanteriores casos, destacaremos las características generales de estas funciones en los dos reinos de seres vivosmás conocidos y relevantes: los animales y los vegetales.

A.41.- Se trata de introducir un nuevo grupo de funciones biológicas.

a) El alumnado debe expresar sus ideas previas, alguna de las cuales pueden provenir de la información quese manejó al principio de esta unidad. No obstante debe plantearse la cuestión en si la importancia de esta funciónes para el individuo o para la especie.

b) En relación con lo anterior, se debe concluir que un individuo no necesita la reproducción para su supervi-vencia, pero para perpetuar las características (genes) de la especie, es preciso producir nuevos individuos queporten estas características.

Llegado a este punto es conveniente recapitular y asentar las nociones que se han trabajado en la actividadanterior, pero aportando nuevos elementos de juicio, como es la distintición entre reproducción sexual y asexual. Seha de resaltar el hecho del sentido biológico de ambos tipos de reproducción, sus ventajas e inconvenientes, y elhecho de que la reproducción sexual es la que evolutivamente ha dado más fruto, debido a la variabilidad genéticaque ello consigue.

A.42.- Se pretende plantear el fundamento del principio de que “todo ser vivo procede de otro ser vivo de sumisma especie”, un principio que se exceptúa en casos de hibridismo interespecífico, que sólo da individuos viablesy fértiles en el mundo vegetal.

a) Estas ideas, procedentes de las creencias de la generación espontánea, puede servir para plantear el funda-mento de la reproducción. El pan por sí solo no puede producir hongo; para que brote el hongo hace falta no sólosustrato (pan) y humedad, sino esporas producidas por otro hongo de la misma especie que pueden estar en el aire ycaer en dicho sustrato. En este caso, pues, el hongo procede de otro hongo, como sucede con todos los seres vivos.

b) Por la misma razón, los “gusanos” (que en realidad son larvas de moscas) no son producidos por laputrefacción del pescado, sino por la eclosión de numerosos huevos depositados por moscas necrófagas inmediata-mente después de la muerte del pescado.

c) Se debe dejar a los alumnos que diseñen la experiencia y se afanen en controlar las variables, peroconvendría indicarles que este mismo experimento lo hizo Redi en el siglo XVII para demostrar que no habíageneración espontánea y que “la vida sólo se genera con la vida”: simplemente tapando los recipientes no seproducen gusanos, pero es porque se impide con ello la entrada de moscas que pongan huevos.

4.1 La reproducción en los animales

El aparato reproductor

Se debe explicar el fundamento fisiológico de la reproducción sexual, lo que a su vez conlleva una diferencia-ción morfológica en los órganos implicados: el del macho se especializa en la producción de gametos masculinos yel de la hembra en gametos femeninos. Esta diferenciación se acentúa externamente cuando la fecundación esinterna, pues entonces el aparato reproductor debe poseer además órgano copulador en cada sexo.

A.43.- El alumnado se percatará que la fecundación externa está mucho más sujeta a las leyes del azar, yaque en el medio acuático (lugar donde siempre se produce este tipo de fecundación) los gametos tienden a disper-sarse y son sometidos a depredación. Para reducir este problema, se producen grandes cantidades de gametos y enmuchas especies un cortejo nupcial que provoca una aproximación de ambos sexos y la producción de gametos enuna misma zona.

133

A.44.- Es conveniente realizar observaciones sobre el proceso de reproducción (en este caso el desarrollopostembrionario) con pequeños animales, lo cual, según las disponibilidades y fechas, puede hacerse en pequeñosterrarios o acuarios en la misma clase.

a) La evolución de las larvas de mosquito son fáciles de observar en casa. Basta con poner algunas en unfrasco aireado para ir viendo el paso a pupa y finalmente salir un mosquito del agua.

b) Si se dispone de orugas de la mariposa de la seda (hay tiendas de animales que las venden), es muy fácilcriarlas en cajas de cartón alimentándolas con hojas de alguna morera. Aquí podrá verse los diferentes estadios dela fase de larva, la formación de la crisálida, envuelta en un capullo de seda y finalmente el adulto, que es unamariposa gruesa, de tipo polilla.

c) La observación de anfibios debe realizarse con extrema prudencia pues algunas especies están protegi-das. En cualquier caso, una vez realizadas las observaciones en un acuario, es conveniente devolver los animales asu medio.

El desarrollo y crecimiento

Se debe proporcionar aquí una información básica sobre el desarrollo postembrionario en los animales, mos-trando las diferencias entre ovíparos y vivíparos y entre desarrollo simple y metamorfosis (a si vez simple o compleja).

4.2 La reproducción en los vegetales

La reproducción asexual en vegetales

A.45.- A diferencia de los animales, en los vegetales es relativamente común la reproducción asexual. Enesta actividad se pueden poner muchos ejemplos prácticos para observarlos. Proponemos el del perejilito (Oxalispescaprae), pero también se pueden utilizar tubérculos de patatas (al cabo de un tiempo emiten yemas), o bien usarestaquillas o esquejes de plantas arbustivas, si bien en estos casos los resultados tardan más en ser percibidos.

La reproducción sexual en vegetales

Se debe dar una información sencilla sobre la organización del aparato reproductor de una planta, haciendo verque la flor típica es hermafrodita, pero que hay otras planas que tienen flores unisexuales.

A.46.- Se debe escoger una planta que tenga bien diferenciados los distintos órganos de la flor, evitando lasflores compuestas, aunque éstas se pueden llevar para que se vea un ejemplo de inflorescencia que imita a una flor.Algunas especies tienen estambres fusionados al estilo del ovario o bien tienen los pétalos fusionados formando unacorola tubular o campaniforme. Estas variantes no convienen para empezar (luego sí se pueden introducir). Reco-mendamos traer a clase especies de Crucíferas que recolectemos por los alrededores.

El desarrollo en los vegetales

Al igual que se hizo con los animales, aquí se debe mostrar el proceso de desarrollo de una planta desde lafecundación, el sentido del fruto y la forma de dispersión de la semilla, su germinación y nacimiento, todo lo cualforma parte del ciclo reproductor de una planta con flor.

A.47.- a) Aunque algunos alumnos han podido hacer esta experiencia en cursos anteriores, conviene apro-vechar la sencillez de su ejecución para observar, esta vez con mayor conocimiento y detalle, el proceso de germinacióny crecimiento de una planta como la judía.

b) Lo mismo se puede hacer con otras legumbres (guisantes, garbanzos, lentejas, etc.) o bien cereales (trigo,arroz, etcc.), siempre que estén maduras y secas.

134

A.48.- El alumnado ha de completar el mapa conceptual con palabras de enlace, lo que podrá ayudarle aretener los principales conceptos y sus relaciones en una estructura coherente. Se puede usar la transparencia nº 4.

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1. En ausencia de desajustes hormonales, cualquier alteración en el peso se produce por un exceso deingesta de nutrientes energéticos.

a) En principio hay que descartar las opciones 2 y 3. La opción 2 pues sabemos que el agua es un nutrienteno energético; es cierto que si tomamos un litro de agua, pesaremos 1 kg más (lo que pesa el agua), pero al pocotiempo eliminaremos por la orina el exceso que no necesita el cuerpo. Respecto a la opción 3, una habitación malventilada olerá mal, pero esto no tiene nada que ver con el exceso de masa corporal, pues el aire no aporta ningunasustancia que contribuya a ello.

En cuanto a las opciones 1 y 4, son dos caras de la misma moneda. Si tenemos más masa corporal (grasas)es porque tenemos un exceso de nutrientes y esto sólo puede deberse a que comemos más de lo que realmentenecesita «gastar» nuestro cuerpo. Ninguna de las opciones por sí sola es válida: frente a la 1 se puede decir que unapersona que coma poco, aunque tenga vida sedentaria, no engordaría, y frente a la 4 podríamos decir que unapersona que coma mucho, si hace mucho ejercicio, tampoco engordaría. Por lo tanto, hay que responder que tieneque darse simultáneamente las opciones 1 y 4.

b) Las circunstancias 2 y 3 no influyen. En cambio, la circunstancia 4 sí, pues supone la ingestión de unexceso de nutrientes energéticos. Si la persona quiere adelgazar, además de hacer ejercicio físico diariamente, debedisminuir la ingesta de alimentos, sobre todo de los que contienen más nutrientes energéticos.

c) La caloría es una unidad de energía. Como sabemos, la energía es una propiedad de la materia que se ponede manifiesto cuando ésta sufre cambios o transformaciones. Uno de los cambios en los que la energía se pone demanifiesto de forma más notable es en las combustiones. Lo correcto sería hablar de «quemar grasas», pues lasgrasas son sustancias con alto contenido en energía interna y son las sustancias que realmente se quieren destruiral hacer ejercicio, ya que un ejercicio físico extra demanda más cantidad de energía y el cuerpo recurre a estasreservas (causantes de la obesidad). En realidad, el organismo convierte la grasa en moléculas de glucosa, que sonlas que finalmente se «queman» en las células musculares a través del mecanismo de la respiración celular.

2. a) El arroz, como alimento, aporta una buena representación de nutrientes, pero sólo los glúcidos, lípidos yprótidos pueden proporcionar energía al ser sustancias ricas en energía interna. Las vitaminas, sales y agua, no sonricas en energía interna y no pueden ser considerados nutrientes energéticos.

b) Las vitaminas son biocatalizadores, esto es, sustancias con capacidad para hacer posible la realizacióncontrolada de una reacción química de la célula pero sin que finalmente sea modificada. El hecho de que sean tanimportantes en la alimentación es que, a diferencia de otros biocatalizadores (por ejemplo, las hormonas) nuestrocuerpo no es capaz de sintetizar las vitaminas, y ha de incorporarlas por medio de la alimentación, provenientesgeneralmente de los vegetales.

c) Sabemos que 1 cal = 4,18 J. Eso supone que 1 kcal = 4,18 kJ. Por lo tanto, 362 kcal equivaldrán a 4,18·362= 1513,16 kJ, que son 1513160 J.

d) Las necesidades energéticas son diferentes para cada persona en función de su actividad física. Esevidente que la actividad que realiza un minero exige mucha más energía que la que realiza un cajero. Por lo tanto,el minero necesita superar el gasto de 2000 kcal/día mientras que el cajero quizás no necesite llegar a él en su dietadiaria.

e) Mientras en unas regiones (países ricos) comen en exceso y tienen obesidad, en otros (países pobres) nose dan ni los mínimos, por lo que la población pasa hambre. Existe pues un desequilibrio norte-sur que nos lleva areplantear el derroche que supone nuestro bienestar, buscando vías de solución al problema del hambre, tratando deajustar nuestro consumo a un nivel aceptable y destinar una tasa excedente para el desarrollo y para la detencióndel hambre en el mundo.

136

3. El dióxido de carbono que expulsa un animal procede del proceso de combustión de la glucosa en el interiorde las células del que obtenemos energía para realizar las funciones vitales.

a) El alimento empieza a ser digerido en boca y estómago hasta que, finalmente, en el intestino delgado, elalimento es desdoblado en nutrientes básicos: glúcidos, lípidos y prótidos sencillos. De este modo, se obtienenmoléculas de glucosa aisladas que son absorbidas a través de los capilares intestinales y llevadas, por vía circulato-ria, hasta los tejidos, donde abandonan los capilares para pasar a las células. Una vez en la célula, la glucosa sueleutilizarse para obtener energía a través de un proceso llamado respiración celular. Es un proceso que se realiza através de varios pasos, en los que se aprovecha la energía para la síntesis de moléculas de ATP, unas moléculasenergéticas que ceden su energía para cualquier función que se necesite. El proceso puede resumirse en la ecuación:

Ya que los átomos de carbono de la glucosa eran del tipo *C también lo serán lo que forman las moléculas dedióxido de carbono que resulta de esta combustión.

b) El dióxido de carbono resultante es tóxico, por lo que la célula lo elimina inmediatamente a través de unrecorrido inverso al que realiza el oxígeno: de la célula a la sangre y de aquí, por la circulación menor, llega a lospulmones, donde por difusión es expulsado al exterior en la espiración.

4. a) Gran parte del agua que echamos en una maceta se pierde por simple evaporación directa, cuando nopor el sumidero inferior de la maceta (si es excesiva). Otra parte reacciona con los minerales de la tierra y otra sequeda en los intersticios de la misma.

b) Si la planta absorbe 9 litros de agua (1 litro de agua equivale a 1 kg) y sólo aumenta su peso en 500 g,quiere decir que, al menos, los 8,5 litros restantes han debido ser eliminados por la planta. Los vegetales usan paraello los estomas, situados en el envés de las hojas, en un proceso llamado transpiración o evapotranspiración.

5. a) Los vegetales no toman alimentos del suelo, sino que toman agua y, en pequeñas cantidades, salesminerales en disolución. Aunque no son alimentos, estas sustancias sí son nutrientes, pues intervienen en la nutricióngeneral de la planta. De modo general decimos que las sales minerales no son energéticos, sino reguladores delmetabolismo celular de las plantas. Si un suelo no dispone de cierta cantidad mínima de estas sustancias, no tiene lafertilidad necesaria y las plantas crecen enfermas o no crecen.

b) El estiércol es un producto de tipo orgánico al contrario que los abonos químicos normales, que son salesinorgánicas. Los componentes del estiércol, que son grandes cadenas de sustancias orgánicas, no pueden atravesarlas paredes de las raíces, por lo que el estiércol sólo no serviría como abono. Sin embargo, los microorganismos delsuelo (hongos, bacterias) van descomponiendo lentamente el estiércol hasta dejar, como productos de desecho deestos microorganismos, sales minerales (nitratos, fosfatos), sustancias que sí pueden ser absorbidas por las raíces.

c) La necesidad de un abonado periódico de la tierra de labor proviene del hecho de que, en cada cosecha, lasplantas toman una parte de las sales minerales del suelo. Al llevarnos gran parte de la planta en cada cosecha, nosllevamos también una parte de las sales minerales del suelo. Al cabo de cierto tiempo, la cantidad de nutrientes(especialmente nitratos y fosfatos) va disminuyendo hasta agotar la tierra y convertirla en estéril. Sólo un abonadoperiódico, que restituya estas sales puede permitir nuevas cosechas. En el terreno donde crecen plantas silvestreseste problema no se da, pues las plantas que van muriendo, tras ser descompuestas por los microbios, devuelvenfinalmente los nutrientes a su propio suelo de procedencia, es decir, es como si se autoabonara con sus propiosdesechos.

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6.- a) El muérdago no necesita raíz ya que hunde unos filamentos de su cuerpo en el interior del tallo de laplanta huésped y se introduce en sus vasos conductores, en busca de la savia que transportan.

b) El agua penetra a través de los pelos radicales y finalmente alcanza los vasos leñosos (tráqueas) queforman el xilema, por donde asciende hasta las hojas, lugar en el que, si no es necesaria, se elimina en forma devapor por los estomas (evapotranspiración). Parte del agua que el olivo toma del suelo pasa al muérdago.

7. a) Las plantas están adaptadas a fabricar los nutrientes a partir de dióxido de carbono y agua, con laenergía que la clorofila capta de la luz. Si no hay nada de dióxido de carbono es imposible que pueda construir sucuerpo y mantenerlo vivo.

b) La única forma que las plantas tienen para conseguir la energía necesaria para las funciones vitales es«quemando» nutrientes energéticos con oxígeno, a través de un proceso que se llama respiración celular. Si unaplanta no puede obtener la energía de los nutrientes, no tiene posibilidad alguna de mantenerse viva, pues todos losprocesos biológicos requieren energía.

c) El dióxido de carbono se encuentra en una proporción superior a la normal en el aire de las ciudades, frutode multitud de combustiones. Dado que las plantas incorporan dióxido de carbono, constituyen una especie de«sumidero» de este gas, con la ventaja adicional de convertirlo en materia viva (por la fotosíntesis). En este sentido,es lógico que se diga que los árboles son como los pulmones de una ciudad, pues contribuyen a eliminar el dióxidode carbono que tiene la ciudad (que, siguiendo el símil, sería el cuerpo).

8. a) Aunque el barniz es transparente y deja pasar la luz, la fotosíntesis no se realizará porque se necesitatambién la presencia de dióxido de carbono, gas que no puede incorporarse a la planta pues los estomas estarántapados por el barniz.

b) El agua sí podría ser incorporada a través de las raíces, pero surgiría el problema de la transpiración, esdecir, la planta no podría expulsar a la atmósfera el agua sobrante. También sería un problema la incorporación yeliminación del oxígeno, que se hace a través de los estomas. Por último, tampoco se podría eliminar el dióxido decarbono procedente de la respiración. Como consecuencia, la planta moriría rápidamente.

9. 1) No es cierto. Cualquier ser vivo aerobio necesita oxígeno para «quemar» gradualmente a los nutrientesenergéticos en las células, merced a la respiración celular. Los animales son los únicos que respiran con un aparatorespiratorio, pero no los únicos que tienen respiración celular.

2) No es cierto. La respiración celular es un fenómeno universal y por tanto es el mismo en animales yplantas. La afirmación de que las plantas respiran dióxido de carbono se debe a una confusión con la fotosíntesis,que no tiene nada que ver con la respiración celular.

3) No es cierto. El fin de la respiración celular es la obtención de energía biológicamente útil para podermantener la vida, esto es, realizar las funciones vitales. Estas funciones se realizan continuamente, día y noche,incluso cuando dormimos, salvo en el caso de algunas plantas que pueden entrar en letargo. Así pues, tanto animalescomo plantas tenemos que respirar continuamente.

4) No es cierto. De nuevo encontramos en esta afirmación una confusión entre respiración celular y fotosín-tesis, al creer que las plantas no respiran, o que la fotosíntesis es una modalidad de respiración específica de lasplantas. La fotosíntesis sólo sirve para sintetizar nutrientes, no para quemarlos.

10. a) Las plantas no toman alimentos sino nutrientes inorgánicos (y por tanto no energéticos) que obtienendel aire (CO2) y del suelo (H2O, sales), con los cuales sintetizan nutrientes energéticos (como la glucosa) gracias ala energía luminosa y a la clorofila. Es de estos nutrientes energéticos de donde la planta obtiene la energía necesa-ria para realizar las funciones vitales, a través de un proceso de combustión de dichos nutrientes, que conocemoscomo respiración celular.

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b) Las plantas carecen de aparato locomotor para desplazarse. Por otra parte, aunque las plantas tienencierto movimiento (que no desplazamiento), nunca es de la velocidad e intensidad que despliegan los animales engeneral, aunque éstos sean sedentarios (por ejemplo, los mejillones). La vida animal supone muchísimo mayor gastoenergético que la vida vegetal, pues mientras que los vegetales utilizan la energía principalmente para crecer yformar flores y frutos, los animales han de desplazarse para buscar alimento, huir, etc., y mantener en funciona-miento muchos órganos (corazón, pulmones, cerebro, etc.), todo lo cual exige mucha energía.

c) Dado que la planta está sintetizando nutrientes energéticos mientras haya luz, y en cambio apenas necesitaenergía dado el escaso movimiento y crecimiento que va desarrollando, es lógico que se produzca un exceso deproducción diario. Este exceso de nutrientes normalmente se suele almacenar en determinados tejidos y órganos dereserva de la planta o en sus frutos y semillas, generalmente en forma de largas cadenas de glúcidos (como elalmidón) o grasas (como los aceites).

11. a) La función que ha desarrollado es una función de relación, pues gracias a su sistema nervioso, hapodido captar un estímulo peligroso del exterior y desarrollar inmediatamente una respuesta defensiva, consistenteen alejarse de la fuente de peligro. Ello contribuye a la conservación del individuo.

b) El proceso ha empezado con la producción de un estímulo (calor elevado) que ha recogido los receptoresdel calor y del dolor de la piel, transmitiéndose este impulso por los nervios y, sin pasar por el cerebro (al tratarse deun reflejo, un acto involuntario) ha provocado una respuesta consistente en contraer los músculos del brazo paraalejarlo de la fuente de peligro.

c) A pesar de que este tipo de actos son reflejos para que sean más rápidos y así proteger mejor al individuo,las personas tenemos capacidad de controlar este reflejo, cortacircuitándolo mediante una orden cerebral de carác-ter voluntario. Así, si el estímulo no es excesivamente doloroso (por ejemplo, un vaso muy caliente), podemosdetener el impulso de soltarlo para no romperlo, el tiempo suficiente como para dejarlo en la mesa, y con ello noromperlo (obviamente, a costa de quemarnos).

d) En los animales no inteligentes, no cabe esperar que desarrollen el acto voluntario de cortacircuitar ocontrolar un impulso de tipo reflejo. Siempre obedecerán a sus reflejos.

e) Las plantas también responden a cambios del medio, solo que no por el procedimiento y la velocidad conque lo hacen los animales. Así, por ejemplo, el tallo de una planta tiende a dirigirse a la fuente de luz, creciendo enesa dirección. Ha habido un estímulo (la luz) y una respuesta (crecimiento hacia la luz), sólo que mucho más lentay no mediante el sistema nervioso, sino mediante un sistema hormonal.

12. a) Esta especie tiene dos tipos de reproducción. En el primer caso la reproducción es asexual porque nointervienen dos individuos de la misma especie, sino que es un solo individuo el que, a partir de un fragmento de sucuerpo, es capaz de regenerar el resto, siendo ello indiferente del sexo que tenga. Pero esta misma especie tambiéntiene una reproducción sexual, pues mezcla los genes de dos individuos de la población (macho y hembra) mediantela fecundación.

b) Tanto la estrella de mar como el perro tienen reproducción sexual, interviniendo dos individuos (de distintosexo) de la misma población o especie. Pero hay una diferencia importante: mientras que la estrella de mar tieneuna fecundación externa (fuera del cuerpo de la madre, en el agua), en el perro la fecundación es interna (dentro delcuerpo de la madre, lo que exige una cópula para que el macho deposite sus gametos en el útero de la hembra).

c) Un clon de un ser vivo es otro ser vivo idéntico en cuanto a sus genes. El caso que mejor conocemos esel de los gemelos univitelinos: tienen los mismos genes porque cuando estaba desarrollándose el embrión se dividie-ron en dos partes, cada una de las cuales generó por separado un individuo. Por el mismo motivo, la rama de unaplanta tiene los mismos genes que la planta de la que procede, de ahí que la planta que crezca de la rama tendráexactamente los mismos genes que la planta nodriza, por lo que se puede decir que es un «clon».

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A.1.- a) El destino final de los alimentos son las células de todo el organismo, sólo que para que esto seaposible es preciso realizar una digestión (que obtiene los nutrientes de estos alimentos) y una circulación (que loslleva a las células desde el aparato digestivo). Igualmente, el destino del oxígeno no son los pulmones, ni la sangre,sino las células, donde cumplirá la función de oxidar a los nutrientes energéticos para obtener energía, a través dela respiración celular.

b) En cuanto a la relación entre ingestión e inspiración también hay que buscarla en la respiración celular,pues de nada sirve que se verifique ingestión y digestión (e incluso absorción, circulación y absorción celular) si noexiste inspiración de aire para llevar oxígeno a las células y poder realizar allí la combustión de los nutrientesenergéticos. Ambos procesos, aunque no ligados en el instante de su ingreso en el cuerpo, acaban finalmenteteniendo una relación metabólica.

A.2.- a) El alumno ha de recomponer las entradas y sali-das de la célula. Ello representa lo que consideramos la ideanuclear de la primera unidad.

b) En el interior de la célula se produce el paso de ADP aATP. En ese paso se aprovecha la energía que se intercambia enla reacción de combustión de los nutrientes. Esto implica que laglucosa desaparece al combinarse con el oxígeno y aparecendos nuevas sustancias, dióxido de carbono y agua.

c) La respiración a la que aludimos en el lenguaje cotidianoes sólo el intercambio de gases que tiene lugar en los pulmones yque podríamos llamar menos equívocamente «ventilación pulmonar».

d) Para que quede más claro el significado de la respira-ción celular conviene diferenciarla del proceso que tiene lugar enlos pulmones. La respiración celular es un proceso de combus-tión de nutrientes energéticos y tiene lugar en las células, mien-tras que la respiración pulmonar (o mejor ventilación pulmonar)es un intercambio de gases que tiene lugar en los pulmones.

A.3.- Se trata de que el alumno reflexione sobre los ingredientes básicos de la nutrición vegetal:

a) Los cuidados irán dirigidos a asegurar que la planta dispone de suficiente agua y sales minerales (en latierra), así como de luz.

b) Si la planta se marchita rápidamente es muy probable que entre los cuidados se haya olvidado algo tanesencial para la planta (especialmente en épocas de fuerte transpiración, como sucede en verano) como es el agua.

A.4.- Se plantea un caso típico de adaptación vegetal a la falta de agua en el suelo.

a) En lugares lluviosos existe gran humedad en el suelo y la planta no necesita desarrollar el aparato radicularpara obtener sus nutrientes, por lo que las raíces serán cortas y superficiales. En cambio, la misma planta sometidaa una climatología más árida, que impide que haya agua en las zonas superficiales del suelo, obliga a desarrollarlongitudinalmente la raíz hasta alcanzar las zonas más internas del suelo, en la que pueda encontrar algo de agua.

b) Como ya vimos, el tamaño de las hojas supone también una contribución a la adaptación. En función deello, las hojas serían pequeñas en el lugar seco y grandes en el lugar húmedo, por lo que es en este último ambientedonde se extenderán más las hojas.

A.5.- En la actividad se relatan los experimentos de Priestley donde por primera vez se puso de manifiesto elintercambio gaseoso de las plantas.

a) Se demostró que las plantas consumían el dióxido de carbono procedente de la combustión de una vela,permitiendo así la vida animal. Es preciso recordar los gases que están implicados en la combustión (recordemos

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que la respiración celular es una especie de combustión gradual y controlada):

El experimento de Priestley tenía más consecuencias, ya que para que la vela ardiera no sólo tenía que estarretirado el aire viciado (dióxido de carbono), sino que tenía que haber oxígeno. La presencia de oxígeno también sepuso de manifiesto porque se permitía la vida animal. Por lo tanto, el experimento puso de manifiesto que las plantas«consumen» dióxido de carbono y «producen» oxígeno.

b) Entre las consecuencias de este experimento para el ambiente de las ciudades está la necesidad de contarcon suficientes espacios verdes, ya que mediante la fotosíntesis los vegetales retiran el dióxido de carbono produci-do en las combustiones y se aporta oxígeno a la atmósfera.

c) La disminución de masa vegetal a escala global, como sucede actualmente en los grandes biomas delmundo (por ejemplo, Amazonas), contribuye al aumento de dióxido de carbono en la atmósfera y por tanto al efectoinvernadero y finalmente al cambio climático, con todas sus consecuencias ambientales.

A.6.- Se pretende que se recuerde la necesidad de luz para que haya clorofila.

a) Colocar en la oscuridad a una parte del césped provoca la degradación de la clorofila, lo que se traduce enla pérdida del color verde y la aparición de un tono amarillento en la hierba.

b) En efecto, el color verde se restablece al poco tiempo de estar nuevamente expuesto el césped a la luz.Esto por sí solo demostraría que la luz está relacionada con este pigmento, hasta el punto de estimular su formaciónen las partes verdes de la planta.

A.7.- Se plantea un experimento hipotético en el que se pretende controlar la realización exclusiva de lafotosíntesis y de este modo comprobar si el alumno relaciona este proceso con la nutrición vegetal, es decir, lanutrición autótrofa fotosintética:

a) Si el gas que entrara fuese oxígeno en lugar de dióxido de carbono, la planta carecería de la fuenteprincipal de su masa, no pudiendo completar la fotosíntesis. El oxígeno es necesario para todo lo contrario: ladestrucción de masa corporal para obtener energía, a través de la respiración celular.

b) Los alumnos que mantengan aún una concepción heterotrófica de la nutrición vegetal, tenderán a conside-rar que el agua o la tierra han sido los responsables del crecimiento de la planta. Una respuesta correcta supondríaque la planta ha debido tomar dióxido de carbono y agua (y una pequeñísima cantidad de sales), para formar glucosaen presencia de luz. El aumento de peso corresponde a la materia sintetizada por este procedimiento, usando tantolas fuentes aéreas como edáficas.

A.8.- Las plantas, a diferencia de los animales, pueden realizar la fotosíntesis, de modo que cuando hay luz(de día) entra dióxido de carbono por los estomas y sale oxígeno como producto de desecho. Pero al igual que losanimales, tienen que respirar a lo largo de todo el día, tomando oxígeno por los estomas y expulsando dióxido decarbono como producto de desecho. En resumen: las entradas son dióxido de carbono y oxígeno y las salidas sonoxígeno y dióxido de carbono, además de agua durante la transpiración.

A.9.- En esta ocasión, se parte de un supuesto diseño experimental y el alumno ha de predecir en quémacetas se produce almidón y en cuáles respiración.

a) El alumno ha de tener claro que para la fotosíntesis se precisa la presencia de luz y dióxido de carbono, yque para la respiración es imprescindible la presencia de oxígeno.

Forman almidón: A y D Respiran: C, D, E y F

b) Dado que las macetas A y D son las únicas que realizan la fotosíntesis (y por tanto pueden liberar oxígeno),serían también las únicas que permitirían la vida de un animal en condiciones de luz (durante la noche podría haberproblema de competencia de oxígeno, ya que ambos seres respirarían y podrían consumir todo el oxígeno).

A.10.- a) Este movimiento de la inflorescencia de la planta de girasol es claramente una función de relación,pues ante un estímulo (la posición del foco de luz solar) se produce en la planta una respuesta (el giro del tallo paraenfrentarse a dicho foco).

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b) Los animales disponen de sistema nervioso, lo cual implica la existencia de receptores (órganos de lossentidos), nervios, órganos nerviosos centrales, y efectores (músculos y glándulas). Las plantas no poseen estemecanismo para responder a los estímulos, sino que es de tipo hormonal, de modo que ciertas hormonas provocancambios en el crecimiento (por ejemplo, dirigiéndose hacia un foco de luz) o cambios de presión en sus tejidos pormecanismos físico-químicos, etc.

c) El sentido biológico del movimiento de la inflorescencia del girasol hacia la posición del sol es la deaprovechar la máxima exposición posible en su inflorescencia para provocar una pronta maduración de sus frutos(las pipas de girasol).

A.11.- a) La patata, como cualquier planta con flor, tiene una reproducción de tipo sexual, lo cual implica quedispone de gametos masculinos y femeninos que al mezclarse (fecundación) logra formar un nuevo individuo concarcterísticas diferentes (aunque similares a sus progenitores). Pero también puede reproducirse asexualmente,mediante ciertas yemas que salen de los tubérculos, que dan lugar a otras plantas de patata con característicasidénticas a la planta que produjo dichos tubérculos.

b) La reproducción sexual logra mayor variabilidad en la especie, hecho que permite a dicha especie respon-der mejor a los cambios ambientales. Pero si las circunstancias son propicias posiblemente la reproducción asexualsea más adecuada y rápida. Por ello, los agricultores que están satisfechos con una variedad, lo que les interesa esque se mantenga esta variedad y que no se mezcle con ninguna, hecho por el cual siembran con trozos de tubérculoen lugar de con auténticas semillas.

c) La planta que sale de sembrar con un trozo de patata es idéntica a la que produjo esta patata, pues todaslas células de una planta tienen idénticos genes y aquí estos genes no se han mezclado con otros, como sucede conla reproducción sexual. Por lo tanto, es correcto decir que la planta que se obtiene es un clon de planta que produjola patata que se utilizó para sembrar.

d) En los animales la reproducción asexual es rara y no tan eficiente como en los vegetales. Por ejemplo,todos sabemos que la capacidad de regeneración en la especie humana es prácticamente nula, de modo que inclusola regeneración de la piel suele ser defectuosa, dejando un desperfecto o cicatriz. Pero en animales invertebradosse advierte mayor capacidad, especialmente en ciertos animales marinos como la estrella de mar, en la que esconocida su capacidad de regenerar el cuerpo entero a partir de un brazo mutilado de otra estrella de mar.


1. ¿SE PRODUCE DIÓXIDO DE CARBONO EN LA RESPIRACIÓN?

A.1.- Se pretende profundizar acerca del intercambio de gases que se produce en los pulmones, con objetode asegurar una comprensión más completa de estos procesos.

a) La composición del aire inspirado refleja las proporciones normales de gases en esa mezcla que llamamoscorrientemente «aire», de forma que, en contra de la idea común, cuando inspiramos no ingresamos sólo oxígeno,sino otros componentes de la atmósfera. Se observará que mientras la proporción de nitrógeno permanece constan-te (79 %), el oxígeno y el dióxido de carbono acusan variaciones, indicando que han intervenido de alguna maneraen procesos bioquímicos internos. Así, se observa que la proporción de dióxido de carbono en la espiración esnotablemente superior al de la inspiración (pasa del 0,04 % al 4 %), mientras que la del oxígeno disminuye (pasa del20 % al 16 %). El oxígeno del aire espirado no procede de las células sino del propio aire inspirado ya que no todoel oxígeno que se inspira se difunde a la sangre, siendo eliminado en el movimiento de espiración siguiente.

b) Se propone un problema para que se vean cifras absolutas de inspiración y espiración. En primer lugarcalcularemos las cifras absolutas de inspiración/espiración de aire en una hora. Puesto que en 15 minutos se utilizan100 litros de aire, en los 60 minutos se utilizan 400 litros de aire.

El oxígeno que contiene el aire inspirado será el 20 % de esa cantidad. Eso corresponde a 80 litros deoxígeno. El oxígeno que contiene el aire espirado es el 16% de los 400 litros de aire, que es 64 litros de oxígeno. Porlo tanto, el oxígeno consumido es de: 80 – 64 = 16 litros.

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En cuanto al dióxido de carbono sólo se pregunta cuánto se expulsa. En los 400 litros de aire espirado hay 16litros de ese gas, ya que la proporción del mismo es del 4 %.

A.2.- Para poner de manifiesto la presencia de dióxido de carbono utilizaremos disoluciones de azul debromotimol (BTB). Esta sustancia es un indicador de pH que tiene color azul cuando el pH es básico y coloramarillo cuando el pH es ácido; el intervalo de viraje es 6,0-7,6.

El azul de bromotimol se puede comprar como sustancia pura en estado sólido o en forma de disolución al0,04%. Su uso para detectar la presencia de CO2 se basa en que si se añade a una disolución acuosa ligeramentebásica unas gotas de azul de bromotimol la disolución tomará un color azul. Al pasar dióxido de carbono a través deesa disolución, ésta terminará siendo ligeramente ácida lo que provocará el cambio de color del indicador de azul aamarillo. Lógicamente, el cambio de color puede ser provocado por la adición de cualquier sustancia ácida, pero enlas condiciones en las que se van a desarrollar las experiencias la única sustancia ácida que participará será eldióxido de carbono.

Toda la justificación anterior no es necesaria explicarla a los alumnos, pues su formación en química es muylimitada en estos momentos. Es suficiente con que los alumnos conozcan que esa disolución de color azul podemosutilizarla para detectar la presencia de dióxido de carbono.

Aunque con este sistema no podemos hacer un estudio cuantitativo, sí nos permite hacer un estudiosemicuantitativo.

La preparación de las disoluciones de prueba se hace de forma bastante sencilla pues consiste en añadir aagua destilada unas gotas de la disolución de azul de bromotimol hasta que todo el agua tome un color azul brillante.La cantidad de agua que se puede usar dependerá del número de experiencias que se vayan a realizar, teniendo encuenta que en cada una de las pruebas se utilizarán 50 cm3. Si el color no es azul se le puede añadir a ese agua unao dos gotas de disolución de NaOH 0,1M, con objeto de que la disolución sea ligeramente básica y el BTB tome elcolor azul que tiene en ese medio. Debemos cuidar de no poner mucho NaOH ya que eso exigiría pasar una mayorcantidad de dióxido de carbono y se tardaría más tiempo.

Para preparar la disolución de NaOH aproximadamente 0,1 M, disolveremos 0,4 gramos de NaOH en 100cm3 de agua. La concentración no será exactamente 0,1 M pero no es imprescindible que lo sea ya que sólo lautilizaremos para asegurarnos de que la disolución de agua y BTB esté ligeramente básica y sea de color azul.

La experiencia que se propone para demostrar que el aire inhalado tiene una proporción menor de dióxido decarbono que el aire exhalado consiste en hacer pasar a través de una disolución de BTB el aire antes de inspirarloy a continuación, hacer pasar el aire exhalado a través de otra disolución de BTB idéntica a la primera.

Para evitar que el alumno o alumna que esté inhalando y espirando a través de las disoluciones se equivoquede matraz, conviene que estos matraces lo sostengan dos compañeros que le vayan indicando donde tiene querealizar la acción correspondiente.

Realizada las operaciones y una vez que haya cambiado de color una de las disoluciones se procede a ladiscusión de los resultados, con la intención de dejar claro qué es lo que se ha pretendido comprobar.

a) Si la experiencia se ha llevado a cabo correctamente se observará que cambia de color la disolución por laque pasa el aire exhalado.

b) Eso es lo que se podía predecir a partir de los datos que se han suministrado en la actividad anterior. En elaire exhalado hay una proporción mayor de dióxido de carbono. Eso hace que en una misma cantidad de aire, haymás dióxido de carbono una vez que ha participado en la respiración que antes de haber entrado en nuestro cuerpo.Por lo tanto, es lógico predecir que la reacción se pondrá de manifiesto antes con el aire exhalado que con elinhalado.

c) Se trata de tener claro que si se quiere comprobar el efecto que produce una variable hay que mantenerconstante el valor de las otras variables que también pueden influir. En la reacción participa tanto el dióxido decarbono como la disolución de BTB. Si se quiere comprobar cómo afecta la distinta concentración de dióxido decarbono debemos mantener constante la cantidad de disolución de BTB. Si hubiésemos puesto diferentes cantida-des de esa disolución no podríamos saber qué es lo que ha provocado que en un caso el color cambie antes que en elotro.

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LISTA DE MATERIAL

A.13 plantas con y sin raíces

2 recipientes con agua y tapones

rotulador

A.14 plantas con y sin raíces

recipientes y tapones

agua teñida con anilina

planta con flores

recipiente para observar la condensación del agua

A.16 tierra y agua destilada

papel de filtro y embudo

vaso de precipitados

2 recipientes con tapones

2 plantas

A.19 hojas

microscopio y portaobjetos

A.21 2 plantas

A.26 microscopio y portaobjetos

lugol

cuchilla

patata

A.27 semillas

A.29 cronómetro

A.34 cámara oscura

planta

semillas de judía en germinación

A.36 pan

recipiente cerrado

A.37 red de plancton

frascos, peceras...

caja con gusanos de seda

gusarapos

alimentos

A.38 perejilitos

flores, polen...

A.39 semillas de legumbres

frasco de cristal con tierra


disolución de bromotimol

2 matraces erlenmeyer

2 tapones bihoradados

4 tubos de cristal

2 tubos de goma

disolución de NaOH 0,1 M

goteros

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UNIDAD 2

COMPONENTES Y DINÁMICA DELOS ECOSISTEMAS

Con esta unidad abordamos el estudio de algunas nociones de ecología. Comenzaremos con la determina-ción del concepto de ecosistema y sus componentes básicos: poblaciones, comunidad o biocenosis y biotopo (consus correspondientes conceptos relacionados: factores ecológicos y hábitat). Se observará que es un procedimientoanalítico, al desmembrarse las partes de ese “todo” que es un ecosistema. Por este motivo, al término de estaunidad, debemos esforzarnos por “encajar” las piezas de este rompecabezas y dar sentido a dicha globalidad con eltratamiento de algunas de las propiedades emergentes de los ecosistemas como es el fenómeno de la autorregulación,lo cual pondrá en evidencia que dichos elementos separados, sin interacción, no producen un ecosistemas, con loque se concluirá que son las relaciones o interacciones entre los elementos lo que hace funcionar a un ecosistema.

Tras el tratamiento de esos grandes ecosistemas que llamamos biomas, podemos detenernos en una de lasinteracciones más evidentes y fáciles de intuir en los ecosistemas, que son las relaciones alimentarias. Para ello,sirviéndonos de las nociones vistas en cursos pasados y repasadas en la unidad anterior, respecto a la fisiología dela nutrición, abordaremos las relaciones alimentarias, que constituyen una forma bastante intuitiva, y por tantoapropiada para los alumnos de esta edad, de comprender la interacción biótica. Una primera aproximación lo cons-tituye la noción de «cadena» alimentaria, para desembocar posteriormente en la noción de «red» alimentaria. Comoprimera aproximación, se trata de relaciones lineales, donde el efecto «interactivo» no va más allá de los efectosdirectos o en cadena, lo cual no agota la complejidad de las relaciones sistémicas, pero se plantea la existencia deuna interdependencia (aunque de momento planteada sólo en términos de relaciones nutricionales) entre los seresvivos de un lugar determinado.

A.1.- Como introducción a la unidad se plantea una situación en la que se pide al alumno que explicite lasposibles «relaciones» que se pueden detectar en un ecosistema determinado. Como se verá a lo largo de estecapítulo, la noción de interacción aparece como núcleo organizador clave para la adquisición de los conceptosecológicos mencionados anteriormente. En esta actividad, los alumnos deberán hacer un esfuerzo por imaginarposibles relaciones, con independencia de que éstas se ajusten o no a un suelo específico.

a) El alumnado podrá acudir a ejemplos sencillos tales como la relación entre la humedad del suelo y elrégimen de precipitaciones, o entre la insolación y falta de humedad, etc. Se podrá citar también la relación entretextura del suelo, su aireación y la humedad así como el efecto potenciador de la temperatura y la humedad a la horade provocar alteraciones químicas.

b) La imagen de la muy asumida relación entre depredador y presa será seguramente uno de los ejemplosmás socorridos, como la relación entre un ciempiés y una musaraña.

c) Los alumnos no ponen muchos ejemplos pero se pueden encontrar los que mencionan relaciones entre eltipo de gusanos y la humedad del suelo. Podemos mencionar también la relación que existe entre la composiciónquímica del suelo y el tipo de vegetales que pueden vivir en él.

De este modo, los alumnos son introducidos acerca de la existencia de unas «relaciones» en un ecosistemadado, aunque de momento no manejaremos este concepto, que debe ser el fruto final del trabajo a realizar a lo largode la unidad, ya que no compartimos la posición que presenta este complejo concepto como una simple yuxtaposi-ción de los dos componentes del binomio: biotopo y biocenosis. Es preciso que previamente el alumno construya lanoción, compleja pero posible en este nivel, de «interacción», como conjunto de relaciones directas o indirectas,normalmente biyectivas, que se dan entre los distintos componentes de un ecosistemas, sean abióticos o bióticos, yque influye normalmente en determinados aspectos de la biología de las poblaciones de estos sistemas.

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1. EL COMPONENTE BIOLÓGICO: LA BIOCENOSIS

Empezamos el análisis del concepto global de ecosistema, con la parte biótica o biológica, formada por lasespecies de seres vivos que forman la comunidad. En ecología se distingue entre conjuntos de individuos de lamisma especie (poblaciones) y de distinta especie (biocenosis). En la práctica los conceptos de comunidad y debiocenosis son sinónimos. En este apartado trabajaremos estos dos tipos de conjuntos, especialmente lasinteracciones que se producen en ellos.

A.2.- Planteamos la noción de población a partir de una actividad de iniciación con la que podemos sondearel concepto que traen los alumnos. Para ello, se presenta una serie de conjuntos que representan comunidades opoblaciones. La tarea del alumno es identificar cuáles de estos conjuntos son homogéneos desde el punto de vistade la composición específica (por ejemplo: familia de gorriones, colonia de corales, etc.), y diferenciarlos de los quepresentan una composición heterogénea (por ejemplo: animales de la selva, peces del litoral, etc.). De este modo,las únicas poblaciones del conjunto de grupos presentado son:

- Familia de gorriones - Bandada de aves - Pinos del pinar

- Nube de langostas - Hormiguero - Colonia de corales - Panal de abejas

1.1 Concepto de población

El concepto de población debe presentarse de forma sencilla: si una población viene definida por el número deindividuos que la componen: ¿qué factores inciden en la variación de este número? Es evidente que se ha dedestacar: natalidad, mortalidad, inmigración y emigración. Otro elemento es el «ritmo» de crecimiento, que como sesabe, está influido por factores internos y externos. Por último, en relación con los tipos de asociaciones intraespecífi-cas, no creemos que deba existir ninguna dificultad, salvo el apreciar diferencias significativas entre ellas.

El manejo del concepto de población en el estudio e interpretación de procesos biológicos ha tenido una granrepercusión en el avance de la ciencia. La población, como grupo de organismos de la misma especie que ocupan unespacio particular en un tiempo determinado, es una unidad de estudio del campo de la ecología y la genética. Latendencia de los alumnos suele ser considerar al individuo como unidad de estudio. Sin embargo, la poblaciónconstituye un nivel de complejidad con características propias y que no pueden aplicarse a los individuos, tales comosu tamaño (con sus parámetros: natalidad, mortalidad, inmigración y emigración) y densidad, además de ciertosatributos como la distribución por edades, la composición y el patrón de distribución de los individuos en el espacio.En realidad, estos parámetros están mutuamente interrelacionados y provienen de la suma de las característicasindividuales.

A.3.- Continuamos el desarrollo didáctico de la noción de interacción con el tratamiento de una de lasmodalidades más interesantes desde el punto de vista de la dinámica de poblaciones: la competición o competen-cia. Como es sabido, la competición es una interacción de efectos negativos para todas las especies implicadas. Sinembargo, la acepción más corriente de competición es la que se establece entre individuos de la misma población deuna determinada especie, generalmente cuando disminuye la relación entre número de individuos y un determinadorecurso del medio (alimentos, espacio, pareja, etc.).

a) El caso que nos ocupa es una modalidad de interacción llamada competencia intraespecífica. El alumnopodrá advertir que el agricultor, aún sin conocimientos académicos de este tipo, se ha percatado empíricamente deque cuanto más juntas estén las semillas (se supone de la misma especie), más dificultad tendrán para desarrollarseplenamente, dada la competencia por los recursos edáficos, esenciales para la vida de la planta.

b) Dado que cuantas más semillas hay mayor es la competencia que se produce por los mismos recursosalimentarios, es lógico concluir que la cantidad de semillas por unidad de superficie es un factor fundamental en lagerminación o en el desarrollo posterior de las mismas.

c) No consideramos necesario llevar a cabo la realización de la experiencia, aunque sí debe discutirse dete-nidamente el diseño de la misma. Los alumnos han de escribir claramente su hipótesis que debe estar expresada deforma que pueda ser contrastada.

Es importante que los alumnos se acostumbren al hecho de que para ver la influencia de un determinado

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factor como es la distancia entre semillas (variable independiente) en el crecimiento de la planta (variable depen-diente), ha de mantener constantes los restantes factores que puedan influir en el dicho crecimiento, éste es elprocedimiento general que se conoce como control de variables, destreza que no se desarrolla espontáneamente y,que por lo tanto, conviene trabajar cuando la ocasión lo permita.

A.4.- Es otra actividad relacionada con el concepto de competencia interespecífica que planteamos fun-damentalmente para incidir en el desarrollo de procedimientos relacionados con el adiestramiento científico.

a) No será difícil encontrar alumnos que sugieran la importancia de controlar variables tales como: el alimen-to, la oxigenación del agua, la eliminación de residuos, la iluminación, la temperatura, etc. Hemos de animar a losalumnos a que razonen estas respuestas. Así por ejemplo, si se habla de la iluminación, el profesor podrá plantearque los peces no son exigentes para la luz, invitando a los alumnos a que planteen el papel de la luz en la producciónde oxígeno a través de la fotosíntesis de las algas o plantas acuáticas.

b) Se presentan dos gráficas que muestran claramente que ambas poblaciones evolucionan hasta alcanzar unequilibrio entre el número de peces y las condiciones que soporta el medio. Se puede apreciar que en un acuario sereajusta tras un crecimiento exponencial y el otro acuario tras un decrecimiento provocado por la competenciaintraespecífica, causante de esta regulación demográfica.

A.5.- Entre las actividades de aplicación, y como forma especial de interacción biótica podemos presentarmuchos ejemplos extraídos de la investigación científica de ecólogos.

a) Se trata de una competencia intraespecífica, en el caso particular del guisante, ante las exigenciasedáficas necesarias para su crecimiento.

b) La variable independiente es el número de plantas por metro cuadrado, mientras que las variables depen-dientes son el número de frutos/planta y el número de semillas/fruto.

c) Se trata de aprovechar esta actividad para el desarrollo de la capacidad de la construcción e interpretaciónde gráficas. Las gráficas son como las recogidas a continuación:

d) Tanto de la tabla como de las gráficas se deduce que el número de semillas/fruto no se ve afectado por lacompetencia respecto al suelo. Sin embargo, si se ve afectado el número de frutos/planta.

e) Se observa que el número de frutos/planta disminuye conforme aumenta la densidad de plantas. Podríaparecer, en una primera aproximación, que la situación más exitosa en la que corresponde al menor número deplantas/metro cuadrado, pero no debemos hacer esa afirmación tan rápidamente pues el éxito depende de la pro-ducción total de semillas y para eso debe tenerse en cuenta más factores. Para estudiar eso planteamos el siguienteapartado.

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f) Los alumnos deben calcular el número total de semillas producidos en cada caso. Para ello deben tener encuenta los tres factores, número de plantas/metro cuadrado, número medio de frutos/planta y número medio desemillas/fruto. Los resultados se recogen en la tabla siguiente:

Número de plantas en cada m2 Número total de semillas producidas en cada m2

20 20 · 8,3 · 6,0 = 996

40 40 · 6,8 · 5,9 = 1.605

60 60 · 3,9 · 6,2 = 1.451

80 80 · 2,7 · 5,9 = 1.274

100 100 · 2,1 · 6,0 = 1.260

De acuerdo con esos datos, los mejores resultados se obtienen cuando hay 40 plantas/m2. Podemos decir quecon esa densidad se da el máximo aprovechamiento de los recursos edáficos.

1.2 Concepto de biocenosis

Se ha de resaltar el hecho de que las interacciones bióticas se producen tanto en individuos de la mismaespecie, en el seno de una población (intraespecíficas) y entre individuos de distinta especie, en el seno de unacomunidad o biocenosis (interespecíficas). En la información se resaltan especialmente las relaciones interespecíficas,si bien se indica que la competencia puede ser intraespecífica o bien interespecífica.

Por otra parte, se ha de recordar al alumnado que la manifestación más evidente de la existencia de interaccionesen el seno de una comunidad es la necesidad de la nutrición, estableciéndose cadenas y redes alimentarias. Estasnociones, que se debieron abordar en cursos anteriores, cobra aquí una nueva dimensión, al situarse en el contextode la interacción, esto es, como algo más dinámico. En efecto, mientras que en cursos anteriores nos limitábamosa hacer ver el hecho de la dependencia trófica de unos niveles respecto de otros, aquí habría que poner el acento enel hecho de que esta relación provoca fluctuaciones en las poblaciones de depredador y presa a lo largo del tiempo,en función de la abundancia relativa de una u otra población.

Para Krebs, la comunidad se trata de un conjunto de poblaciones de organismos vivientes en un área ohábitat determinado. Con esta definición, es tan correcto hablar de «comunidad de animales de un árbol», como de«comunidad de seres vivos de un bosque». En las definiciones que se suelen dar a este concepto aparece tres ideasprincipales: la presencia de varias especies juntas en un área, que prácticamente los mismos grupos de especiescoinciden en espacio y tiempo y que las comunidades tienen tendencia a la estabilidad dinámica, es decir quepresentan capacidad de autorregulación u homeostasis.

A.6.- Se trata de una serie de situaciones más o menos determinadas, en la que figuran: poblaciones (termitero,pinos, etc.,) y otros que constituyen auténticas comunidades (litoral, pinar, tomillar, selva) y otras más parciales(relativas sólo a un determinado reino: animales del suelo, árboles del bosque) o bien situaciones artificiales (jardín,cultivo de habas, acuario). De ningún modo se puede considerar que un zoológico sea una comunidad, ya que elelemento esencial (las relaciones interespecíficas) no existen (hay jaulas). Por último, insertamos algunos conjuntosque pueden inducir a error, por confusión semántica (comunidad religiosa, comunidad de vecinos, etc.), cuando enrealidad son agrupaciones de la misma especie y por tanto más de carácter poblacional. En conclusión, las únicascomunidades son las siguientes:

- Árboles del bosque (siempre que existen diferentes especies) - Animales del suelo

- Tomillar - Litoral - Selva - Pinar

En el libro del alumno se ha colocado una fotografía en cuyo pie se indica que se trata de una comunidad deaves. El profesor debe aclarar que, dado que todas las aves aparentemente son de la misma especie, habría quedecir: «población de aves». En cualquier caso, aunque fueran más especies de aves, un conjunto de aves no sonsuficientes para formar una comunidad, ya que ésta necesita, al menos, la existencia de unos productores que aquíno se indican.

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A.7.- Otra de las interacciones interesantes desde el punto de vista de la didáctica de la evolución biológicaes la depredación.

a) Obviamente los alumnos han de comprender que la rápida expansión de los conejos se debe en gran partea la ausencia de poblaciones de depredadores específicos que controlen dicho crecimiento.

b) En cambio, en países en los que el conejo es controlado por depredadores naturales, como el lince, estaexpansión está sujeta a limitaciones de forma que su tamaño nunca alcanza cifras por encima del nivel de control delas especies depredadoras. Esto es así en condiciones naturales, pero sabemos que la merma de las poblaciones dedepredadores en determinados países han propiciado la expansión de conejos, si bien éstos también son controlados porotros mecanismos, como por un parásito (que provoca una enfermedad fatal: la mixomatosis). Tal es así que en Australiase barajó la oportunidad de controlar las poblaciones de conejos mediante la provocación de una epidemia de mixomatosis.

A.8.- Analizamos otro caso de depredación, que incluye el de «control demográfico» natural, entre poblacio-nes de presa (alces) y depredador (lobos).

a) Al principio, la población creció porque no existían aún las dos limitaciones: el alimento (pastos) y los enemi-gos naturales (lobos). Con la llegada de estos dos elementos, se alcanzó un equilibrio favorable para ambas poblacio-nes.

b) Hay dos tipos de relaciones, las intraespecíficas que se plantean por separado entre los individuos de lamanada de lobos de una parte y entre los individuos del rebaño de alces por otra, y las interespecíficas que estamosestudiando, siendo entre esta la más llamativa la de depredación.

c) La actividad presenta la oportunidad de advertir la dinámica oscilatoria de los ciclos de depredador ypresa; existe un «control» de la población de alces a partir de la acción depredadora de los lobos. La gran oportu-nidad de observar a los alces sin y con depredadores, permite ratificar este principio: los lobos contribuyen a que lapoblación de alces no alcance un número tal que peligren los pastos y, al mismo tiempo, los alces actúan comofuente de alimento para los lobos contribuyendo a fijar el número máximo de lobos que pueden vivir en ese territorio.

d) Por las mismas razones, el crecimiento actual de alces se deberá a una disminución de la población de lobos,una reacción de la población ante el déficit de recursos alimenticios que provocaría una superpoblación de depredadores.

A.9.- Otra actividad de aplicación sobre el concepto de depredación. Los datos muestran cómo se relacio-nan los depredadores y las presas.

a) Es evidente que estamos ante un caso de relación interespecífica del tipo depredación.

b) Los máximos de la población de los ácaros de las plantas se produce siempre antes que los máximos de losácaros carnívoros. Es algo lógico pues los ácaros carnívoros dependen, entre otros factores, del número de ácarosde plantas de los que disponen como alimento.

c) La disminución de la población de ácaros de las plantas entre los días 19 y 42 se debe a la depredación delácaro carnívoro, ya que el aumento de la población de éstos alcanzó un máximo de 40 en el día 24, conforme lapoblación de los ácaros de plantas disminuía.

d) El hecho que permitió a los ácaros carnívoros aumentar su población a partir del día 66 hasta el día 108, sedebe a la gran cantidad de alimento disponible para los ácaros carnívoros, ya que la población de ácaros de plantasera muy alta.

e) El hecho que provocó la disminución de la población del ácaro carnívoro desde el día 108 al 120, probable-mente sea la disminución de alimento conforme la población de ácaros de plantas disminuía.

f) Para que aumente la población de ácaros de plantas sería necesaria la existencia de una población peque-ña de ácaros carnívoros, por ejemplo debido a la existencia de un depredador de los ácaros carnívoros, y un amplioaporte de alimento para los ácaros de plantas.

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2. EL COMPONENTE FÍSICO: EL BIOTOPO

Una vez abordado el componente biológico o biocenosis, es conveniente hacer ver que la coexistencia deseres muy diferentes en un mismo espacio no obedece a algo casual o circunstancial, sino que supone la adapta-ción a unas mismas condiciones ambientales que en conjunto denominamos biotopo. Con el título de este apartadoabusamos, deliberadamente con la calificación de «componente físico» al biotopo, para ayudar al alumnado a excluirel componente biológico o biocenosis, aunque sabido es que el biotopo no sólo incluye los factores físicos (y/oquímicos) del medio, sino también los biológicos. Se puede utilizar como ejemplo el micro-ecosistema heterotróficosde un cadáver, donde el biotopo es en este caso el propio cadáver, que representan restos de un ser vivo. Se debeconcluir, al final de este apartado que el biotopo viene a representar el conjunto de factores ecológicos del medio enel que viven los seres vivos de un ecosistema, y aunque en los ejemplos siempre acudimos a factores físicos oquímicos, también el biotopo también incluye factores de origen biológico distintos de las interacciones biológicaspropiamente dichas.

2.1 El biotopo y los factores del medio

Se presenta una información sobre los aspectos más destacables del concepto de «biotopo», con especialreferencia a la importancia de los llamados factores ecológicos y al fenómeno de la adaptación.

En primer lugar hacemos una distinción entre biotopo y hábitat y nos introducimos en el concepto de factorecológico, elemento esencial en el concepto de biotopo, que va a incidir sobre las poblaciones y por tanto, en lascomunidades de un ecosistema. Si bien el nacimiento del concepto de factor ecológico estuvo ligado a la ecologíade una determinada especie (autoecología), lo cierto es que aquí se pretende destacar su implicación en la tramasistémica de la comunidad. De cualquier forma, este bloque informativo es esencial para manejar el concepto de«adaptación».

Por otra parte, la consideración del medio o biotopo como elemento ecológico que influye y es influido por lascomunidades de seres vivos, representa un paso elemental, aunque fundamental, en la ciencia ecológica, ya quenace de la simple constatación de que una determinada especie está presente en unos lugares mientras que enotros no. De este modo, el estudio de la distribución de las especies parte de la consideración de que en el medioque rodea a una especie hay unos determinados factores que influyen o determinan su distribución. De este modose supera la visión simple y estática de la distribución como si no sufriese cambios con el tiempo, o de las especiescomo si fuesen genéticamente homogéneas, por una visión dinámica del problema de la distribución y el comporta-miento. La adaptación es un hecho biológico universal y por tanto, los límites de la distribución de una especie sonzonas de tensión en una batalla sin fin entre la variación ambiental y la evolución biológica.

En relación con la comprensión del concepto de «hábitat», Adeniyi (1985) encontró dificultades de tipo lingüís-tico. En nuestro contexto sucede al revés pues los alumnos tienden a asimilarlo a una noción cercana a la de«habitación», lo que le permite una aproximación mayor al concepto científico. Pero en general existe una tendenciaa confundir este concepto con otros concepto ecológicos, como el de ecosistema, posiblemente por la tendenciapsicológica de dar «ubicación», en términos espaciales, a lo que es un concepto abstracto, que contempla muchasmás cosas e interacciones entre ellas. Ésta sería la concepción mas simple del concepto de ecosistema correspon-diente al «momento 1» del sistema definido por García (1993) o al «nivel I» del sistema definido por Gómez-Granell(1988) sobre la conceptualización de los ecosistemas, correspondiente a los alumnos de desarrollo psicoevolutivomás bajo de esta etapa, y por tanto no frecuentes en el curso que tratamos aquí.

Otro concepto relacionado con el de biotopo es el de «factor limitante», concepto normalmente restringido alámbito de la fisiología vegetal. Amir y Tamir (1989) estudiaron este aspecto en alumnos israelitas, hallando unacomprensión muy baja. Entre los problemas hallados encontraron la tendencia a considerar que un factor limitantese manifiesta en una situación donde la tasa de los procesos relacionados con él no aumenta, a pesar del aumentode intensidad o cantidad de este factor. Por la misma consideración, si un proceso aumenta al aumentar la cantidado intensidad del factor, es que ese factor no es limitante. Según los citados autores, el problema puede ser provocadopor una tendencia a atribuir a la palabra «límite» un significado de «inhibición», y por tanto pueden confundirlo conotros mecanismos de control de los sistemas biológicos, como la retroalimentación negativa.

A.10.- Una actividad de aplicación de la noción de «factor limitante», para el caso particular de la velocidadde corriente de agua. Esta relación puede plantearse en forma de gráfico, y de este modo contribuir a la adquisicióno refuerzo de ciertas capacidades básicas.

a) La velocidad de la corriente en medios acuáticos es un factor ecológico para muchos seres vivos, dado

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que este factor influye en la agitación de las aguas y por tanto, es el condicionante del grado de renovación de gases(oxigenación), esencial para una adecuada respiración.

Aunque todas las especies necesitan oxígeno para respirar, hay diferencias en cuanto a la concentraciónmínima necesaria para subsistencia de cada especie.

Esto es especialmente importante en larvas de insectos como los Plecópteros, Efemerópteros, etc., hechopor el cual estas especies son bioindicadoras del grado de contaminación de las aguas. El alumnado ha de conside-rar las diferencias en la adaptación de cada especie al oxígeno.

b) El alumno ha percibido que la velocidad de las aguas es un factor ecológico, y también es un factorlimitante pues fuera de determinados valores no existen individuos de esas especie. Sin embargo, este factor noafecta por igual a todos los seres vivos, lo que en muchos casos es fruto de complejos sistemas de exclusióncompetitiva. Así, mientras que la especie A encuentra su óptimo a velocidades ínfimas (0-10 cm/s) y no resistevelocidades por encima de 90 cm/s, la especie B exige velocidades muy altas (90-100 cm/s) para su máximodesarrollo y no resiste velocidades por debajo de los 20 cm/s.

c) Entre 50 y 70 cm/s ambas especies se encuentran en condiciones equivalentes, alcanzando la mismatolerancia, en relación al número de larvas/m2.

d) Los limites de tolerancia para cada especie son: especie A: 0-90 cm/s; especie B: 20-100 cm/s.

3. LOS ECOSISTEMAS

A.11.- En una primera aproximación, preguntamos a los alumnos lo que entienden por este término, tan usualen los medios de comunicación. Por otra parte, muchos habrán recibido algún tipo de instrucción en el medioescolar, aunque previsiblemente su comprensión haya sido incompleta o nula. En efecto: una gran proporción de losalumnos suelen considerar como ecosistema, un conjunto de seres vivos (en ocasiones sólo citan a los animales), obien sólo citan un ejemplo, sin atreverse a definirlo. En cualquier caso, se suele omitir el aspecto central de esteconcepto: las relaciones. Algunos alumnos instruidos en este aspecto, suelen acudir a esta representación, dicien-do que un ecosistema es «un conjunto de seres vivos que están relacionados entre sí». Con ser un avance, es notoriala falta de consideración del papel del biotopo y sus consiguientes relaciones con la biocenosis y que estas relacionesson biyectivas o interactivas.

En líneas generales, en un lago consideraríamos un biotopo general formado por factores ecológicos talescomo: luz, sales minerales, temperatura, corriente, etc. En cuanto a la biocenosis general, contemplaría: fitoplanctony algas verdes entre los productores y zooplancton, invertebrados acuáticos, peces, anfibios, reptiles acuáticos yaves acuáticas, entre los consumidores.

Alcanzado este punto, se puede decir que los alumnos comienzan a manejar claves esenciales para abordar elconcepto de ecosistema con, al menos parte de su complejidad. En actividades anteriores hemos tenido ocasión de irdelimitando este concepto, a partir de sus elementos constituyentes, es decir: poblaciones, comunidades (biocenosis)y factores ecológicos (biotopo). Disponemos pues de los dos «sumandos» de la famosa «ecuación» de Tanseley:

ECOSISTEMA = BIOTOPO + BIOCENOSIS

Somos conscientes de la excesiva simplificación de esta visión, que por otra parte puede inducir a la creenciaerrónea de un medio «aditivo», producto de la suma de elementos. Este problema se abordará posteriormente, enque añadiremos complejidad con la introducción de la noción de interacción entre biotopo y biocenosis.

Las concepciones de los alumnos sobre esta temática han sido objeto de estudio de varios autores. Adeniyi(1985) muestra, en primer lugar, que los alumnos tienen abundantes confusiones sobre cada uno de los elementosdel ecosistema y en cuanto al concepto de «ecosistema» en sí, se desprende que es complejo y dificultoso,confundiéndolo con «hábitat» o bien con «población» o «comunidad». Otras ideas que aparecieron en su estudio esque los seres vivos no interaccionan con el medio inerte, sino con otros seres vivos. De los estudios sobre lasconcepciones de los alumnos sobre este tema a lo largo de la escolarización, García (1992) halló tres «momentos»en la conceptualización de este tema, evolucionando desde una concepción aditiva y estática a una en la que seadvierte una red de interacciones con una circulación de materia y energía, entendiéndose la estabilidad como unequilibrio dinámico y la presencia de mecanismos reguladores.

En la conceptualización de «ecosistema» están inmersos problemas mas generales, como es la noción

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misma de «sistema» o «biosistema». Según los estudios de Paton (1993), existen limitaciones en los alumnos paraesta conceptualización y esta dificultad estriba en el pensamiento funcionalista o teleológico, posiblemente por eldominio en el lenguaje de ideas mecanicistas. Otros conceptos como el de «autorregulación» u homeostasis, sondifíciles para los alumnos, como ha puesto de manifiesto Bloch (1984), lo que atribuye a dificultades de conceptua-lización de las leyes de la termodinámica.

Actualmente se acepta que el ecosistema es la unidad funcional básica de la ecología, ya que incluye almismo tiempo a los seres vivos y el medio en el que viven con todas las interacciones recíprocas entre estos doselementos. Un ecosistema presenta una cierta homogeneidad desde el punto de vista topográfico, climático, botáni-co, zoológico, edafológico, hidrológico y geoquímico. Desde el punto de vista termodinámico, un ecosistema es unsistema relativamente estable en el tiempo y abierto a la energía solar, los elementos minerales, la atmósfera y elagua y sus constituyentes salientes son calor, oxígeno, dióxido de carbono y diversos gases, compuestos húmicosy sustancias biogénicas transportadas por el agua. Desde este punto de vista, la delimitación del ecosistema esfunción del objetivo del investigador, sus límites son arbitrarios y siempre se ha de tener en cuenta que el ecosistemaes abierto e interactúa con otros ecosistemas o subsistemas fronterizos (ecotonos). En realidad, el ecosistemamás que una unidad concreta es un nivel de formulación, bajo cuya perspectiva se aborda el estudio de laestructura y función de una parte cualquiera de la naturaleza.

3.1 Estudio de un ecosistema

Estudio del biotopo

A.12.- Las interacciones, sean bióticas o abióticas, determinan circunstancias que pueden favorecer o per-judicar la dinámica natural expansiva de una determinada especie. Esto lo podemos advertir a partir de la observa-ción de la dispersión geográfica de los seres vivos, es decir, su biogeografía. Para desarrollar la noción de biogeografíaplanteamos una actividad partiendo de las diferencias en la distribución de la vegetación en la solana y la umbría delos cerros o colinas, inspirada en una propuesta del Proyecto PEAC (1985). Para ello se debe disponer de:

Material/Equipo: - Brújula

- Fotómetro (optativo, si se quiere medir la iluminación)

- Termómetro

a) Es evidente que estamos tratando de la luminosidad y la irradiación solar como factor ecológico predomi-nante. Lo podemos determinar sencillamente por observación directa o, si es posible, lo que podemos cuantificarcon la ayuda de un fotómetro, como los usados por los fotógrafos.

Los alumnos podrán comprobar con una brújula que la solana es la cara que mira al sur y la umbría es la caraque mira al norte.

b y c) La radiación solar afecta a la temperatura y la humedad del suelo que son factores que influyen en lafisiología vegetal lo cual exige mecanismos adaptativos para mantener el equilibrio hídrico. Por otra parte, la irradia-ción solar afecta a la edafogénesis, en función de la humedad del suelo que resulta de ellos, y este factor tambiéninfluye en el tipo de vegetación.

Los alumnos podrán comprobar que la temperatura del suelo será más alta en la solana que en la umbría yque la humedad del suelo será más baja en la solana que en la umbría.

Dado que normalmente se dispone de poco tiempo hemos preferido proponer una simple estimación de lahumedad al tacto. Eso no impide que se discuta con los alumnos algún procedimiento para medir la humedad conmayor exactitud.

La humedad de las muestras de suelo puede medirse en el laboratorio, siguiendo el procedimiento queexponemos a continuación:

1) Se determina la masa de un recipiente vacío (m1).

2) Se introducen 100 g de muestra de suelo en este recipiente.

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3) Se calienta el recipiente con la muestra durante una hora.

4) Se deja enfriar el recipiente y a continuación se determina la masa del recipiente con la muestra seca (m2).

La cantidad de agua retenida (m) por los 100 g de suelo sería: m = m1 + 100 – m2. Los restantes datos sepueden determinar directamente con los instrumentos que se han señalado.

d) Por ejemplo, en una colina del litoral mediterráneo se encontrará que en la solana hay un predominio deltojo (Ulex parviflorus) y en la umbría de la jara blanca (Cistus albidus).

En caso de no poder hacer esta actividad no habrá un gran problema para la continuidad del programa.También es algo que pueden hacer los alumnos por su cuenta, aunque es deseable que se haga con el acompaña-miento del profesor o profesora.

Estudio de la biocenosis

A.13.- Para desarrollar el concepto de ecosistema, se puede plantear un trabajo de campo en el que sepotencien observaciones que permitan identificar biotopos, biocenosis y relaciones más o menos evidentes. Serecomienda salir a algún paraje cercano, como un tomillar, un prado, etc. En este caso presentamos un caso ideal dela visita a un soto, en el que se pueden comparar medios diferentes. Como es sabido, en esta situación el alumnosuele distraerse con facilidad, por lo que se ha de disponer de una sólida organización y un guión de trabajo clara-mente delimitado, al menos como hipótesis de trabajo.

Conviene pues dirigirse a una zona en la que el alumno pueda comparar dos medios distintos:

1) El medio terrestre: matorral, bosque, etc. 2) El medio acuático: río, lago, mar, estanque

Proponemos un guión flexible, que en todo caso el profesor deberá adaptar a cada caso, en función de losproblemas más interesantes que ofrezca el lugar.

a) En esta actividad se pretende que el alumno identifique los elementos del ecosistema (biotopo/biocenosis).

b) En la siguiente se pretende que el alumno vaya fijándose en distribuciones de seres vivos que puedansignificar la existencia de un factor determinante (por ejemplo, seres que viven en la sombra, bajo las piedras, etc.).

c) Por otra parte, en la tercera, se pretende que el alumno advierta zonas en las que los seres vivos estánsometidos a condiciones similares (biotopos).

d) El alumnado podrá establecer algunas características distintivas de este biotopo que lo diferencie de otrosmás o menos cercanos.

e) Se pretende investigar cualitativa y cuantitativamente la biocenosis del lugar, para lo cual es imprescindiblerealizar un muestreo, mediante alguna técnica (como el transecto, que se propone aquí).

3.2 La autorregulación: la sucesión ecológica

Como última conclusión de este apartado, es conveniente presentar una síntesis de dos conceptos que sehan ido trabajando previamente: el de sucesión ecológica y el de biogeografía. El concepto de sucesión ecológicaes complejo y se presta a distorsión, como se ha puesto de manifiesto en algunas investigaciones. Para Brehm(1986), un ecosistema complejo maduro no nace completamente desarrollado, más bien se desarrolla a través deetapas en las que la comunidad biótica generalmente viene a ser mayor, más compleja y más diversificada. Elestudio de la sucesión es comparable al estudio de la embriología de los organismos individuales; en cada caso lossistemas complejos maduros y los procesos emergen de un simple comienzo. Ligado al concepto de sucesión estáel de clímax, como estado de máxima diversificación, en equilibrio con las condiciones existentes en un momentodeterminado.

A.14.- Tratamos de abordar la noción de sucesión ecológica, como manifestación del dinamismo de unecosistema en el tiempo. En este esquema se muestran tres etapas de una sucesión ecológica de una albufera.Evidentemente, estos cambios en la composición de la biocenosis se deben a cambios del biotopo en un todo interactivo.

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a) Este ejemplo está inspirado en la evolución de las albuferas del lago Eire en USA (recogido en Kormondy,1973), en las que se observaron dos cambios estructurales: un cambio en la composición de las especies y uncambio en la variedad o diversidad. Se observó un notable aumento del número y tipos de autótrofos y heterótrofos.Por otra parte, se dieron dos cambios funcionales importantes: el aumento progresivo de la cantidad de materiaorgánica viva y muerta, y la variación en el metabolismo de la comunidad desde las albuferas iniciales a las finales(en general pasando de un autotrofismo dominante a un heterotrofismo dominante), aumentando considerablementela demanda respiratoria del sistema. A partir de este momento, el sistema acuático adquirió la condición de terres-tre.

El alumno advertirá al menos cambios en el biotopo (ejemplo, menor cantidad de agua por aterramiento) a suvez potenciadas por cambios en la biocenosis. Por otra parte ha de entender que hay pasos intermedios.

b) Estos cambios estructurales y funcionales son al mismo causa y consecuencia de los dinámica del ecosistemaen sí. Con la colmatación de la albufera cambia el medio abiótico (biotopo), lo que constituye un factor adverso paralas especies higrófilas anteriores, que dejarán paso a las especies mejor adaptadas a medios terrestres. Es decir:

A.15.- Se insiste en el proceso de sucesión ecológica con una actividad de aplicación.

a) La aparición de diferentes poblaciones debe estar relacionada con cambios que provocan los seres vivosen el biotopo, hecho que permite ir seleccionando especies de diferente exigencia ambiental conforme va transfor-mándose el medio.

b) Se trata de un caso en el que se aprecia una sucesión en una comunidad de protozoos de una infusión.Dado que se trata de un biotopo que no se renueva, sino que se envejece, es de esperar que, tras una etapa deexpansión, se alcance un máximo a partir del cual las poblaciones vayan disminuyendo a través del tiempo, a causadel enrarecimiento del medio.

c) En la sucesión, los colonizadores (también llamados «r–estrategas») son los Flagelados y Colpoda, mien-tras que los conservadores, especialmente los Paramecium (conocidos como «k–estrategas»), consiguen sobrevivirmás tiempo. Las especies colonizadoras son menos exigentes en cuanto a factores del medio, hecho que les permiteser las primeras en colonizar un biotopo. Con la creación de nuevas condiciones, se hace posible la colonización delas conservadoras.

Los alumnos han de identificar el fenómeno de sucesión ecológica, sea de una forma explícita (señalando taldenominación) o implícita (señalando el hecho de que el envejecimiento del medio provoca cambios en las condicio-nes, seleccionando especies en función de sus límites de tolerancia). Se trata pues de que apliquen la noción decambio en sistemas biológicos, para el caso particular de las interacciones ecológicas.

Aspecto de la albufera a los 4 años Aspecto de la albufera a los 100 años

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A.16.- Con objeto de establecer una visión general de esta unidad, y las relaciones entre los diversos concep-tos implicados, creemos conveniente realizar un mapa conceptual. El alumnado ha de establecer las relacionesentre los conceptos que se les presenta, anotando las palabras de enlace que considere oportunas. Un ejemplopodría ser el siguiente:

BIOCENOSIS o

COMUNIDAD

BIOTOPO

FACTORES

ECOLÓGICOS

SISTEMAS

COMPLEJOSECOSISTEMAS INTERACCIONES

BIÓTICOS

ABIÓTICOS

LÍMITES DE

TOLERANCIA

ADAPTACIONES

INTERACCIONES

BIÓTICAS

Competencia

Comensalismo

Mutualismo

Depredación

Inquilinismo

Parasitismo

Familiar

Colonial

Gregaria

Estatal

Competencia

intraespecífica

Confrontación Cooperación INTERACCIONES

MISMA ESPECIE DISTINTA ESPECIE

Todo en conjunto

provoca

Cambios en el tiempoAutorregulación

SUCESIÓN

ECOLÓGICA

sonse caracterizan

por

constan de

que determina

que pueden ser

frente a los que

se producen

con unos

que

en la que se producen

sean de

que pueden ser de

como la como la como la

que

que

que

representados en la

provocan

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4. LAS ADAPTACIONES Y LOS BIOMAS

Una vez analizado el concepto de ecosistema, el alumnado está en condiciones de advertir que la coexisten-cia de diversas especies en un mismo biotopo no se debe al azar, sino a la coincidencia de unas mismas preferen-cias respecto a as condiciones ambientales, que a su vez, en el caso de los animales, permite disponer de alimentoy crearse redes alimentarias. Esta noción, llevada a escala planetaria nos proporciona el concepto de bioma, en granparte determinados por las condiciones ambientales (ej. clima, sustrato, luz, etc.)

4.1 Concepto de adaptación

Antes de abordar los biomas es conveniente que el alumnado advierta el carácter fisiológico de la adaptación,como una situación, resultante de procesos evolutivos, en la que el ser vivo, gracias a modificaciones estructuraleso anatómicas y fisiológicas encuentra sus condiciones óptimas en un determinado ambiente.

A.17.- Para abordar el concepto de adaptación, sin entrar en detalles sobre su fundamento evolutivo, pode-mos plantear alguno de los muchos casos de adaptaciones morfológicas y fisiológicas de los vegetales a las condi-ciones ambientales de un determinado biotopo.

a) Se recordará que la hoja es el órgano por donde la planta pierde el agua (evapotranspiración), y tambiénintercambia gases, oxígeno y dióxido de carbono, con el medio.

b) En este problema se plantean tres casos de xerofilia, que exige una adaptación de la hoja para frenar laevapotranspiración. Los mecanismos adaptativos que son comunes en las hojas que se presentan así como en otras,como la hoja de la encina, es decir de consistencia coriácea, bordes recurvados, etc. Un grado superior de adapta-ción a condiciones extremas de xerotermia lo constituye la hoja del barrón, que se recurva longitudinalmente hastaencerrar un microclima interior.

Si se estima conveniente se pueden hacer algunos comentarios sobre la distribución de los seres vivos(biogeografía) y hacer alguna referencia a la facies típica de la vegetación la región mediterránea: hojas pequeñas,con tomento, coriáceas y recurvadas.

A.18.- a) El alumnado podrá encontrar algunos rasgos adaptativos al medio acuático. Por ejemplo:

b) Reflexionando sobre lo que podemos encontrar en una montaña advertimos medios tan diversos como:matorral, bosque, bajo piedras, cuevas, riberas, ríos, etc. Todos forman parte del medio montano, siendo distintospero teniendo como denominador común unas mismas condiciones climáticas derivadas de la altitud.

c) Un árbol es un medio pequeño, para el que se suele utilizar más el concepto de «hábitat», en el que a su vezse distinguen varias partes diferenciadas: raíces, tronco, copa, corteza, hojas, flores, frutos, etc., en cada uno de loscuales hay unos determinados seres vivos adaptados a estos medios y que forman una microbiocenosis. El alumnadodebe advertir en estos ejemplos que tanto el concepto de ecosistema como el de biocenosis o de medio no tienenlímites fijos, de forma que su tamaño depende de las características que usemos para definirlos.

-Respiración pulmonar

-Patas (o alas)

-Forma no hidrodinámica (las aves tienen algo

parecido: aerodinámica)

-Fecundación interna

-Alta protección de la piel (pelos, plumas,

escamas, etc.)

-Respiración branquial

-Aletas

-Forma hidrodinámica (especialmente en peces)

-Fecundación externa

-Baja protección de la piel (escamas a lo sumo)

Medio terrestre Medio acuático

156

A.19. a) El alumnado debe encontrar en cada uno de estos conjuntos una serie de elementos comunes atodos los ecosistemas: una biocenosis y un biotopo, por lo que todos son ecosistemas distintos porque tienen ca-racterísticas que los diferencian, porque cada ambiente requiere unas adaptaciones especiales. Pero también escierto que todos están dentro de un ámbito mayor dominado por el clima mediterráneo, que como veremos másadelante se llama bioma, que sí es común a todos.

b) Por las mismas razones, la selva amazónica está dominada por un ámbito climatológico (tropical húmedo)muy diferente del mediterráneo, es decir, como veremos es un bioma diferente.

4.2 Los biomas terrestres

Se presenta una información destinada al conocimiento de los principales conjuntos ecológicos, empezandopor los biomas terrestres y descendiendo a casos más cercanos a la realidad del alumno: el ecosistema mediterrá-neo y la naturaleza de la propia comarca en que se encuentra el centro. Este último aspecto es conveniente que losuministre el profesor, sea mediante una clase magistral bien documentada (diapositivas) o bien a partir de fotoco-pias de documentos de estudios naturalísticos locales. Hacemos hincapié en la noción de biosfera discontinua, enla que una serie de circunstancias actuales (climáticas, etc.) e históricas (evolución, deriva de los continentes, etc.)van a determinar la existencia de grandes grupos de seres vivos, caracterizados por una determinada composiciónfaunística y florística, términos que se asimilan a grandes grupos ecosistémicos o biomas. Si bien existe una ciertarelación, no se debe identificar el concepto de bioma con el de región biogeográfica, ya que esta última sigue uncriterio faunístico o florístico, no ecológico. Se presentan tres grandes grupos de biocenosis, que vienen a coincidircon los tres grandes grupos de medios: el terrestre, el acuático-marino y el acuático-continental.

A.20.- Una vez que se le ha proporcionado al alumno una información sucinta sobre los grandes biomasterrestres, procede reflexionar un poco sobre dichos datos.

a) Es evidente que el clima es la expresión de una combinación de factores ecológicos que tienen granimportancia para la vida terrestre, especialmente para los productores (plantas) que a fin de cuentas constituyen labase de las redes alimentarias de todo ecosistema. Por ejemplo, la humedad afecta al equilibrio hídrico de la planta,crucial para su desarrollo, mientras que la temperatura incide en el ritmo del metabolismo de la planta.

b) Relacionado con la actividad anterior, el alumno debe tener ahora claro que la mayor biodiversidad segenera allá donde los factores ecológicos (en este caso climáticos) son más favorables (abundancia de agua y altatemperatura). Esta circunstancia se da en la franja climática ecuatorial o tropical húmeda. El mejor ejemplo de ellolo tenemos en las diferentes selvas (africana, sudamericana y sudasiática).

c) La existencia de unos mismos factores ecológicos dan como resultados una tendencia a la formación deecosistemas cuya composición específica suele ser similar (por ejemplo, en las zonas frías, mecanismos de adapta-ción al frío; en las zonas desérticas, mecanismos de adaptación a la falta de agua, etc.). Pero la composiciónespecífica no puede ser la misma en continentes que están separados por grandes obstáculos como pueden ser losocéanos. Ello explicaría que los ecosistemas de Sudamérica no sean iguales a los de África, o que el clima medite-rráneo que aparece tanto en el Mediterráneo como en California y la costa de Australia, tengan una composiciónflorística y faunística muy diferente. Por otra parte, variantes climáticas locales como las que determinaron laformación del desierto del Sahara en África no tienen su homónimo en Sudamérica.

4.3 Los biomas acuáticos

A.21.- Es preciso que previamente se aclare qué es la plataforma continental marina, para lo que seríarecomendable utilizar parte de la explicación e imágenes previstas para información posterior. Una vez reconocidasestas zonas geográficas, se podrá advertir que son de carácter general pues la única variable es la cantidad de luzque llega al fondo del mar, en función de la profundidad y que por tanto se pueden considerar como biomas marinos.

A.22.- Tras la exposición de las regiones del bioma marino, se procede a realizar una reflexión sobre dichosdatos y así asegurar una correcta interpretación de los mismos.

157

a) Naturalmente, el factor clave es la profundidad, debido a que éste determina a su vez la mayor o menorpenetración de la luz, que afecta a la base de la pirámide ecológica marina: las algas. De hecho, en función de laprofundidad las algas van variando su pigmentación dominando pigmentos cada vez menos exigentes para la luz,dando lugar a algas verdes (en las zonas más superficiales), pasando luego por algas pardas y finalmente las algasrojas en las zonas más profundas. Sin embargo, este no es el único factor, ya que en el mar hay un dominio acuáticolibre y otro ligado a los fondos, según que sea arenoso, fangoso o rocoso. Esto significa que a una misma profundi-dad debemos considerar una región ligada a la profundidad y otra ligada al tipo de fondo.

b) Dado que a mayor luz mayor desarrollo de la base de las redes alimentarias, es lógico que se considere quela zona más rica desde el punto de vista de la biodiversidad es la franja litoral. Usualmente se considera la platafor-ma continental, si bien dentro de ésta cabe considerar la más cercana a la costa como la más diversa. En elpanorama global, debemos considerar otro factor nuevo, como es la temperatura, para explicar por qué hay mayorbiodiversidad en zonas de clima cálido. Ello explicaría el hecho de que los fondos marinos rocosos de zonas tropica-les tengan los ecosistemas más diversos de todo el planeta: los fondos de coral o arrecifes de mares cálidos.

c) Por el mismo razonamiento empleado para determinar la zona de mayor biodiversidad, podemos conside-rar la existencia de zonas estériles o «desérticas». Corresponderían a amplias zonas de los fondos marinos donde nollega nada de luz (fondos abisales). En estas zonas, al igual que sucede en los desiertos, aunque por distintosfactores, sólo sobreviven determinadas comunidades altamente especializadas, que viven generalmente de los ca-dáveres o detritos que van cayendo a los fondos.

A.23.- Con objeto de establecer una visión general de esta parte de la unidad, y las relaciones entre losdiversos conceptos implicados, creemos conveniente realizar un mapa conceptual. El alumnado ha de establecer lasrelaciones entre los conceptos que se les presenta, anotando las palabras de enlace que considere oportunas. Unejemplo podría ser el siguiente:

LOS BIOMAS

ACUÁTICOSTERRESTRES

ZONAS

CLIMÁTICAS

Tundra

Taiga

Praderas

Bosque caducifolio

Chaparral o encinar

Sabanas

Bosque tropical

ContinentalesMarinos

Lagos y ríos

GRADOS

DE

LUMINOSIDAD

AfóticaFótica

pueden ser

basados en

pueden serpueden ser

como

basados enbasados en

que dan lugar a zonas

tales como

158

5. TIPOSDE ALIMENTACIÓN EN LOS ANIMALES

A.24.- Centrándonos en aspectos más próximos, planteamos la relación entre estructura y función en el casoparticular de la nutrición. Existe una visión intuitiva de esta relación que ha de aflorar en estas primeras represen-taciones:

a) Una pregunta de este tipo recibe una gran diversidad de respuestas. Con ella pretendemos hacer ver lanecesidad de los métodos indirectos para el estudio del régimen alimentario de un animal: si no es posible ver alanimal en el acto de comer, sí podemos ver sus desechos (excrementos, egagrópilas) o el mismo contenido esto-macal. También se puede obtener información viendo las preferencias alimentarias de los animales en cautividad(medios más controlados pero más artificiosos y que presuponen estas preferencias), etc.

b) Los alumnos han de observar diferencias significativas en la conformación de la mandíbula en cada caso.Así, es muy manifiesta la presencia de molares provistos de agudas crestas en las mandíbulas (molares carniceros)y agudos caninos en el gato (dibujo A) mientras que en el conejo (dibujo B) destaca la falta de premolares (diastena),así como de caninos y el desarrollo de molares planos, aptos para la trituración. A partir de estas observaciones seráfácil deducir el régimen alimentario carnívoro y herbívoro-roedor, respectivamente.

Aunque no es imprescindible, recomendamos sustituir la mera contemplación del dibujo por un examendirecto de estas estructuras en la realidad. Para ello habría que disponer del siguiente material por grupo de trabajo:

1 cráneo de carnívoro (gato)

1 cráneo de herbívoro roedor (conejo)

1 bandeja de plástico

1 lupa binocular

Se deben colocar los cráneos en la bandeja y observar la superficie de los dientes (especialmente las crestasde los molares) bajo la lupa, si bien este paso no es totalmente necesario pues puede advertirse satisfactoriamentea simple vista.

Se puede comentar que no siempre es tan clara la relación entre dentición y tipo de alimentación; es conocidoel carácter vicariante de la alimentación de ciertos animales, como el zorro, cuya dentición es carnívora pero enocasiones toma alimentos vegetales. No obstante no es el momento aún de profundizar en estas ideas, ya que seráabordado en actividades posteriores.

5.1 El régimen alimentario en los animales y sus adaptaciones

Situándonos definitivamente en la nutrición heterótrofa, ahora se pretende abordar las distintas modalidades,en función del sustrato alimentario, buscando la definición de los eslabones heterótrofos de la cadena alimentaria(herbívoros y carnívoros). Por otra parte, nos posibilitará abordar aspectos cualitativos de la diversidad de modalida-des de nutrición heterótrofa: herbívoros (vegetales en general), frugívoros (frutas), granívoros (semillas), carnívoros(animales en general), insectívoros (insectos), detritívoros (restos orgánicos procedentes de seres vivos), etc.

Sin embargo, no está de más recordar que existe una nutrida familia de denominaciones, con otro sufijo: -fago,que da más juego: filófagos (hojas), xilófagos (madera), cletrófagos (de semillas), entomófagos (insectos), malacófagos(moluscos), ictiófagos (peces), hematófago (sangre), etc.

Es evidente que el universo de términos esperables de los alumnos ha de ser forzosamente más restringido,pero podemos introducir esta variabilidad de posibilidades heterótrofas, a partir de sus propias ideas (basadas enobservaciones espontáneas) sobre los distintos tipos de alimentación. El profesor deberá decidir sobre la convenien-cia de aumentar el vocabulario específico o, por el contrario, contentarse con la constatación de una diversidad demodalidades (sin nombre) dentro de cada tipología general.

Una vez que los alumnos hayan alcanzado algunas conclusiones acerca de la diversidad de formas de alimen-tación de los animales y sobre la relación estrecha entre la morfología o anatomía (estructura) y la fisiología (función),momento adecuado para resaltar el concepto de adaptación, clave para la comprensión de futuros conceptosbiológicos. Estas ideas deben ser formuladas en términos sencillos.

La noción de adaptación no sólo conecta con cuestiones ecológicas, sino con aspectos de la evoluciónbiológica que en este nivel aún no están suficientemente dilucidadas. En efecto: el tratamiento de la evolución

159

biológica se reserva, por su complejidad, para el 4º curso de ESO, por lo que aquí es fácil que se advierta unaconcepción de adaptación de tipo lamarckista, regida por la ley del «uso y desuso»: los animales se adaptan almedio desarrollando órganos apropiados y eliminando los inútiles, mediante un uso continuo de los mismos, deforma que estas modificaciones se transmiten a la descendencia. Como demostraría posteriormente Darwin, elmedio no modifica a los órganos, sino que lo que hace es seleccionar a las estirpes más aptas (adaptadas) queexiste en la población de una especie, eliminando, por selección natural (generalmente con un menor éxito reproductivo)a las estirpes menos aptas. Las modificaciones morfológicas y fisiológicas normalmente están presentes en laspoblaciones (a partir de mutaciones espontáneas, como se mantiene actualmente desde el neodarwinismo) y es lavariación del medio el que, de una forma gradual (aunque este aspecto es discutido según qué casos) va selec-cionando las variaciones que mejor se encuentran equipadas para esta nueva situación.

El profesor deberá decidir si es conveniente o no afianzar estas nociones. Nuestra experiencia nos muestraque la dificultad del concepto recomienda no abordarlas en este curso, al menos más allá de las propias intuicioneslamarckistas de los alumnos.

Parasitismo y depredación

Existen diversos modos de carnivorismo, que reflejan relaciones interespecíficas clásicas en ecología, peroque aquí referimos exclusivamente a las relaciones de tipo alimentario, por ser lo que nos ocupa en esta unidad.Entre estos tipos figuran:

a) La depredación: es la noción más cercana a la idea intuitiva de carnivorismo, en tanto que supone laexistencia de un depredador o «carnívoro» y una presa. En esta relación, el depredador normalmente tiene que darcaza y matar a la presa, pero es frecuente que se alterne esta costosa tarea con formas de comensalismo. En estesentido especies tan representativas de este esquema como es el león africano, ha demostrado ser un oportunistaque a veces no se molesta en cazar y roba las piezas de otro gran depredador: la hiena.

b) El comensalismo: supone una modalidad de carnivorismo en el que el comensal se alimenta de los restosdespreciados por otros animales, sean depredadores u otros comensales. Su relación con estos animales le esbeneficiosa pero su actuación no supone una competencia para ellos, por lo que son tolerados.

c) El parasitismo: esta relación rompe el esquema en tanto que el carnívoro no es un animal fuerte, sino alcontrario: suele ser más pequeño que la presa, menos dotado de defensas y frecuentemente con numerosas reduc-ciones de órganos. Por otra parte, el parásito no caza ni mata, al menos inmediatamente, pues de lo contrario nopodría ejercer su acción parasitaria sobre la especie hospedadora.

Por otra parte está el problema de ciertos detritívoros, como los necrófagos: ¿cuándo un depredador deja deser depredador o carnívoro y pasa a ser detritívoro necrófago? La separación es artificiosa, pues depende tan sólo delgrado de descomposición del cadáver: los depredadores lo comen más fresco que los necrófagos. Por ello, uncomensal, que ha de esperar que el cadáver sea abandonado por el depredador principal, es un carnívoro, pero encierto modo también es un detritívoro. Por ello en ecología se prefiere hablar de «consumidor» primario, secundario,etc. según el eslabón que ocupe.

Estos conceptos serán estudiados con mayor profundidad en el 4º curso de ESO.

A.25.- Se pretende aclarar el significado de los términos herbívoro y carnívoro. El concepto de carnivorismoy herbivorismo que suelen tener los alumnos es excesivamente literal y exige una aclaración conceptual.

a) Se plantea un cuadro de posibles interpretaciones de carnivorismo y herbivorismo y se pide al alumnadoque decida cuál de las definiciones se ajusta más a su idea. Centrándonos en el carnivorismo, para muchos alumnos,la visión del carnivorismo es muy simple, refiriéndose exclusivamente a la alimentación por carne (masa muscular),restringiendo el campo a los vertebrados y fundamentalmente a los mamíferos. Por otra parte, y coincidiendo conPeterfalvi et al (1986), los alumnos suelen considerar que esta carne ha de ser «roja» (con sangre), posiblemente,por asimilación de la imagen de los depredadores del tipo «fieras». Así mismo, es conocida la idea de carnívorocomo un animal sanguinario, más aparejada con la de depredador, eliminando aquellos que obtienen el alimento deformas menos cruentas, como sucede con el parasitimo o el comensalismo.

En nuestra opinión, el concepto de carnivorismo es más amplio y, no distingue si esta carne está «viva omuerta», sino que se refiere a la alimentación a partir de animales en general, con independencia del grupo taxo-nómico (según ello, la entomofagia y la necrofagia, por ejemplo, serían formas de carnivorismo, aunque para estoscasos se utilicen términos más específicos y precisos). En definitiva, se trata de que los alumnos se den cuenta queno pueden asignar las características de algunos carnívoros a todos los carnívoros. Es cierto que hay carnívoros«sanguinarios», pero no todos tienen esa característica.

160

De igual modo, abordamos el concepto de herbivorismo, cuya noción se encuentra, así mismo, excesiva-mente simplificado en el universo conceptual del alumno. En efecto, existe una tendencia a considerar este tipo dealimentación exclusivamente de hierbas y plantas verdes en general. Según esta consideración, no es pues herbivo-rismo la alimentación de semillas, de madera o de hongos, cuando este término se refiere a vegetales en general,con independencia del grupo taxonómico o si está o no muerto, o si es o no verde.

b) En el transcurso de esta actividad se puede llegar a cuestionar el universo restringido del concepto decarnivorismo. En este sentido, ofrecemos un caso peculiar de carnivorismo: la hematofagia (alimentación desangre de vertebrados). Este hecho puede contradecir la identificación del carnivorismo con la idea de la «depreda-ción» (acto que realizan «algunos» carnívoros). El parasitismo es una forma de carnivorismo.

Esta idea es la que puede ayudarnos a contrarrestar la tendencia a considerar, de forma excesivamentegeneral, que el tamaño de los animales aumenta conforme avanzamos en la cadena alimentaria, posiblemente por lanoción de «encajonamiento» de eslabones, ya advertida por Peterfalvi et al (1986), cuya imagen correspondería aldicho: «el pez grande se come al chico».

Igualmente, y en relación al herbivorismo, en el debate pueden abordarse casos especiales de herbivorismoque contradicen la visión simplista que suele tener el alumno de este tipo de alimentación. En efecto: la alimentacióna partir de jugos o sustancias segregadas por la planta, o incluso la savia, es de tipo herbívora: aquí lo importante esconsiderar que el animal se alimenta directamente de sustancias fabricadas por las plantas, lo que le sitúa en elprimer eslabón del heterotrofismo. Por ejemplo, las chinches de campo son animales herbívoros, pues se alimentande savia de los vegetales.

c) Dado que ni el piojo ni la chinche de campo necesitan matar a su huésped para alimentarse, la relación esde parasitismo. Al parásito no le «interesa» que el huésped muera pues es cuando está vivo cuando le puedeproporcionar lo que necesita para alimentarse. Otra cosa es que, de manera no intencionada, se transmiten oprovocan enfermedades que finalmente pueden conducir a la muerte.

161

CONTROL DE CLASE A

1. En un lago de África, caracterizado por su relativamente alta salinidad y temperatura suave en la superfi-cie, se ha encontrado un enorme pez con aspecto feroz que, sin embargo, es inofensivo, pues se alimenta de algas.Los pescadores normalmente pescan unos peces de tamaño mediano que se alimentan de otros peces más peque-ños que no tienen interés como alimento y forman bancos con muchos individuos. A veces se pescan peces que nogustan o bien dicen que tienen gusanos, por lo que lo tiran, ya muerto, al mismo lago, diciendo que con ello «dan decomer» a unos cangrejos que hay en el fondo. Los pescadores se quejan de que algunas veces unas bandadas degaviotas les roban su pescado y por ello las ahuyentan cuando las ven sobrevolando, pero generalmente se conten-tan con los descartes.

a) Indica razonadamente si en este relato hay un ecosistema.

b) En caso afirmativo, señala cuál es el biotopo y cuál la biocenosis

c) Haz una relación de posibles factores del medio

d) Indica cuáles son los tipos de nutrición que aparecen en este relato

e) Señala aquí dos tipos de relaciones intraespecíficas y dos de interespecíficas

2. Cuando los fertilizantes, tales como los nitratos y fosfatos se utilizan en los cultivos, cierta cantidad va aparar a los ríos por la lluvia. Los ríos los conducen al mar. El mar Báltico es quizás el que está más rodeado detierras de cultivo, teniendo muy poca mezcla con su vecino, el mar del Norte. La gráfica muestra cómo la concen-tración de sales minerales disueltas del Mar Báltico aumen-tó desde 1900 y también cómo disminuyó la concentraciónde oxígeno disuelto:

a) ¿Cuál fue la concentración de sales minerales en 1930?

b) ¿Cuál fue la concentración de oxígeno en 1950?

c) Teniendo en cuenta que las sales minerales sonnutrientes para las algas marinas, sugiere qué efecto podríahacer el aumento de concentración de sales minerales di-sueltas, sobre la población de algas marinas.

d) Cuando se mueren las algas marinas son des-compuestas por organismos heterótrofos que necesitanmucho oxígeno. ¿Qué relación puedes encontrar entre elaumento de sales minerales y la disminución de oxígeno?¿Qué consecuencia tendría para la vida en el mar Báltico?

3. En 1937 se introdujeron 2 machos y 6 hembras defaisanes en el territorio de Protection Island, cer-ca de la costa del estado de Washington (USA).El número de faisanes en la isla fue contado cadaprimavera y otoño, durante 7 años. La siguientegráfica muestra lo que ha sucedido: la línea del-gada representa los números de los conteos deprimavera y otoño y la línea gruesa muestra elpromedio anual:

a) ¿Qué es lo que ha sucedido a los faisa-nes durante el año desde la primavera de 1940 ala primavera de 1941?

b) Sugiere una razón que justifique el cam-bio en la cantidad de faisanes entre el otoño y laprimavera siguiente.

162

c) ¿En qué año se ha producido el mayor crecimiento de la población? ¿De qué forma se refleja en lagráfica?

d) El aumento de población en 1942 fue más pequeño que el de años atrás. Sugiere dos factores que puedanlimitar el progreso del crecimiento de la población.

4. La sabana es una llanura que ocupa gran parte de Africa Central, que se encuentra en las zonas tropicaleso intertropicales, donde hay una estación cálida y seca (invierno) y una estación templada y lluviosa (verano). Suvegetación predominante son hierbas tipo gramíneas salpicadas de algún que otro árbol, generalmente acacias. Eneste espacio es donde se encuentran muchos de los animales salvajes emblemáticos tales como elefantes, antílopes,ñandúes, hienas, guepardos, leones, buitres, así como muchos tipos de insectos y de aves.

a) Indica qué nombre de los siguientes recibe este espacio: parque nacional, ecosistema, bioma, región,biotopo.

b) Señala algunos ejemplos del biotopo y de la biocenosis de este conjunto.

c) En este lugar a menudo se producen incendios que destruyen gran parte de la vegetación. Al cabo depocos años la zona recobra su antiguo esplendor. Indica cómo se llama este proceso de recuperación y cuálesserían las fases de ello.

d) En esta zona se ha visto que si en un año hay muchos guepardos, también hay pocos antílopes, pero al cabode un par de años, empiezan a disminuir el número de guepardos y al año siguiente se ven poblaciones de antílopesmás numerosas. Indica a qué se debe esto y si tiene algo que ver con lo que llamamos autorregulación del ecosistema.

CONTROL DE CLASE B

1. En la llanura de La Mancha, rodeados de campos de viñas, hay una parcela de alrededor de 1.000.000 dehectáreas, en la que hay un bosque de encinas, en el que no sólo hay encinas como árboles dominantes, sino quetambién hay lianas (madreselvas), arbustos como los durillos, jaras, escobones, etc, aunque cuando son muy densos,estos arbustos solo crecen en la periferia porque les falta luz. Este bosque, que se encuentra extendido por todo elMediterráneo, resiste muy bien la alternancia de inviernos fríos y húmedos y veranos cálidos y secos. Es un lugarfrecuentado por cazadores que buscan allí conejos porque dicen que si no lo hacen se multiplican mucho y destru-yen cosechas. Sin embargo, los conejos se alimentan de hierbas que no son cultivadas y por otra parte ya soncontrolados de forma natural por el águila imperial, que los caza cuando recorren los llanos al descubierto. Además,de vez en cuando sufren una enfermedad llamada mixomatosis, producida por un virus. Aunque no suelen formarmanadas, el virus se transmite en las familias que se crean en cada madriguera, contribuyendo a extender laenfermedad. No obstante los cadáveres de los conejos muertos por la enfermedad sirven de alimento a muchosotros animales, como los buitres y muchos insectos.

a) Indica razonadamente si en este relato hay un ecosistema.

b) En caso afirmativo, señala cuál es el biotopo y cuál la biocenosis

c) Haz una relación de posibles factores del medio

d) Indica cuáles son los tipos de nutrición que aparecen en este relato

e) Señala aquí dos tipos de relaciones intraespecíficas y dos de interespecíficas

2. Imaginemos que un lugar de Grecia se encuentrala siguiente secuencia estratigráfica de materialessedimentarios, excepto el nº 3 y nº 5 que son magmáticos.

En una de las islas cercanas, ya en el mar Egeo, seencuentra otra secuencia estratigráfica, algo diferente, peroen la que se encuentra el fósil A, pero no el fósil B

a) Explica cuál sería la secuencia de acontecimientosgeológicos en esta formación, de mayor a menor antigüe-

76

1

4

8

2

3

5

A B

163

dad (utilizar los números para nombrar los estratos).

b) Explica cómo es posible que en el fósil A se encuentre tanto en esta secuencia como en la de la isla del marEgeo.

c) Explica por qué en la secuencia de la isla hay estratos distintos, excepto el que tiene el mismo fósil A.

3. Los rotíferos son animales muy pequeños, casi invisibles al ojo humano, pero pluricelulares, que viven enel agua de los estanques. Se cogió agua de un estanque que contenía dos especies de rotíferos, que llamaremos Ay B, de los que A se alimenta de algas microscópicas y B es un depredador especializado en rotíferos A. En unexperimento, se colocaron las dos especies de rotíferos en un mismo medio y dio lugar al siguiente gráfico:

a) Explica qué ha sucedido en el intervalo de treinta días a partir del inicio del experimento.

b) ¿A qué se debe la forma de ambas gráficas?

c) Señala qué tipo de interacciones ecológicas se produce en este experimento

d) Indica si estas interacciones son un mecanismo de autorregulación del ecosistema.

4. Los fondos abisales del océano Atlántico son inmensas llanuras que han sido comparadas con los desiertosterrestres. Aparecen a partir de los 3.000 m de profundidad y a esta profundidad no llega la luz, por lo que están enpermanente oscuridad. Las algas no pueden vivir aquí porque les falta luz para hacer la fotosínteis. Los únicosanimales que encontramos aquí son peces depredadores muy especializados, algunos de ellos, los “peces pescado-res”, están dotados de un sistema bioluminiscente para atraer a otros peces presas más pequeños y con ellodevorarlos con facilidad. También hay muchos animales detritívoros, que se alimentan de los restos de seres vivosmarinos que van cayendo desde arriba cuando mueren, como ciertas especies de cangrejos.

a) Indica qué nombre de los siguientes recibe este espacio: parque nacional, ecosistema, bioma, región,biotopo.

b) Señala algunos ejemplos del biotopo y de la biocenosis de este conjunto.

c) En este lugar a veces reciben vertidos de productos tóxicos que son eliminados ilegalmente por barcosbasureros sin escrúpulos. Esto suele producir una fuerte disminución de los animales que viven en los fondosabisales, pero al cabo de unos decenios vuelven a verse poco a poco las mismas especies, empezando por los menosexigentes, y finalmente los más especializados. Indica cómo se llama este proceso de recuperación y cuáles seríanlas fases de ello.

d) En esta zona se ha visto que si en un año hay muchos peces pescadores, también hay pocos pececillospresas, pero al cabo de un par de años, empiezan a disminuir el número de peces pescadores y al año siguiente seven poblaciones de pececillos presas más numerosas. Indica a qué se debe esto y si tiene algo que ver con lo quellamamos autorregulación del ecosistema.

BA

Nº individuos/cm3

Tiempo (días)

302

10

50

164


1. a) El lago puede ser un ecosistema, pues es un espacio en el que, bajo unas condiciones determinadas (quevienen a ser el biotopo) se desarrollan diversas poblaciones que se interrelacionan (que forman una biocenosis).

b) El biotopo sería un medio dominado por el agua, con una salinidad relativamente alta (salobre), temperatu-ra cálida, al menos superficialmente, etc. En la biocenosis encontramos algas, peces herbívoros, peces carnívoros,cangrejos, gaviotas, etc.

c) Los principales factores del medio son: luminosidad y concentración salina. La primera varía con laprofundidad y la segunda según las aportaciones de agua dulce de los ríos.

d) La nutrición autótrofa estaría representada por las algas y la heterótrofa por los restantes. Dentro de éstaencontramos: depredadores herbívoros (peces grandes), carnívoros (peces medianos, gaviotas) y detritívoros (can-grejos).

e) Entre las relaciones intraespecíficas destacaríamos: relaciones familiares (gaviotas), gregarias tipo banda-das (gaviotas) o bancos (peces), competencia (entre peces medianos por peces pequeños). Entre las relacionesinterespecíficas podemos apreciar: depredación (pez grande-algas; peces medianos-peces pequeños), comensalismo(gaviotas-descartes), parasitismo (gusanos-peces), competencia (gaviotas-humanos).

2. Se trata de una actividad de contenido ambientalista, y por tanto transversal, que al mismo tiempo nos sirvepara comprobar la comprensión de la noción de factor ecológico. Presentamos un problema de alteración del mediopor la actividad humana: la eutrofización, que representa un claro ejemplo de cómo los cambios en el medioprovocan, así mismo, cambios en las biocenosis. Se presenta un caso de contaminación por los abonos, es decir unproceso de eutrofización, resultante del drenaje excesivo de abonos en ríos y en el mar. Los datos se presentan unavez mas, en forma de gráficos, exigiendo a los alumnos una lectura e interpretación de los mismos.

a) No habrá problema en responder con la cifra de aproximadamente 150 ppm.

b) Igualmente, podrán responder que el porcentaje de concentración de oxígeno fue del 1,5 % respecto delmáximo posible a esta temperatura.

c) y d) Finalmente, en relación con las dos últimas preguntas, los alumnos podrán advertir que el efecto quepodría tener el aumento de concentración de sales sobre la población de algas es el de aumentar la tasa de creci-miento o aumentar la población. Este fenómeno traerá consigo la eutrofización y la disminución de la concentraciónde oxígeno en el agua ya que conforme van muriendo las algas, son atacadas por las bacterias, provocando unaexplosión de las mismas que demandará cada vez más oxígeno para sus procesos respiratorios.

3. Se muestran, en forma de gráfica, los datos de unas observaciones realizadas sobre la colonización de unaisla por faisanes. Dicha gráfica se ha elaborado a partir de una serie de datos que alumno puede deducir fácilmentede la lectura de la misma.

a) Se pide que los alumnos interpreten lo que ha sucedido entre 1940 y 1941. Se podrá apreciar que se haseguido una dinámica de duplicación del tamaño de la población.

b) Los alumnos han de percatarse de que se produce una oscilación en cada año entre otoño y primavera, loque han de interpretar por su propio ciclo biológico: los adultos procrean en primavera, por lo que el número dejóvenes producidos es mayor que el número de adultos que mueren. En invierno, cierta cantidad de faisanes muerendebido a la falta de alimentos, frío, etc., y los jóvenes aún no se han producido como para reemplazarlos en estemomento.

c) Por otra parte, el año en que se produjo mayor crecimiento fue en 1941 en que se alcanzó el máximotamaño de la población (1433), ya que a partir de este año, se produce la declinación. Esto se refleja gráficamenteen el punto máximo de la curva.

d) Finalmente, es preciso que los alumnos pueden interpretar este débil aumento de 1942 a factores talescomo: escasez de alimentos, escasez de espacio para procrear, enfermedad, etc., es decir, factores limitantes quese originan como resultado de la competición intraespecífica.

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4. a) Aunque podría calificarse como ecosistema “grande”, es más apropiado llamarlo bioma, reservado aecosistemas ampliamente extendidos bajo unas condiciones climáticas similares.

b) El biotopo estaría dominado por un clima intertropical con una estación cálida y seca (invierno) y unaestación templada y lluviosa (verano). En cuanto a la biocenosis, los productores serían gramíneas salpicadas dealgún que otro árbol, generalmente acacias, y los consumidores serían los animales salvajes tales como elefantes,antílopes, ñandúes, hienas, guepardos, leones, buitres, así como muchos tipos de insectos y de aves.

c) Este proceso de recuperación es lo que se conoce como sucesión secundaria del ecosistema. En efecto,después del incendio, la tierra descubierta sería colonizada rápidamente por vegetación herbácea y, con el tiempo,reaparecerían luego los arbustos y árboles que salpican esta formación vegetal, pues son de crecimiento más lentoy exigen un suelo más maduro.

d) Estas oscilaciones entre un depredador (guepardo) y una presa (antílope) es normal en las relacionesinterespecíficas pues las poblaciones de guepardos crecen cuando hay muchos antílopes, pero llega un momento enque, al disminuir éstos, la comida escasea para los antílopes y por tanto empieza a disminuir su población, hecho quepermite la recuperación de los antílopes. Esto es uno de los mecanismos de autorregulación del ecosistema, ya quede no ser así, la población de antílopes sería tan alta que destruiría toda la vegetación de este ecosistema.


1. a) Dado que se puede apreciar que existen unas determinadas condiciones del medio que pueden afectara los seres vivos (que llamamos biotopo) y unos seres vivos que se interrelacionan (llamada biocenosis), estamosante un ecosistema.

b) Por los datos que da el enunciado, el biotopo está caracterizado por una climatología de tipo mediterránea,con periodos lluviosos y fríos (invierno) alternando con periodos secos y cálidos (verano), y dentro del ecosistemahay zonas con mayor luminosidad (exterior) que otras (interior). En cuanto a la biocenosis se identifica encinas,madreselvas, durillos, jaras y otros arbustos, así como conejos, águila imperial, buitres e insectos. El virus de lamixomatosis es un elemento a tener en cuenta, pero al no ser considerado un ser vivo no entraría en la biocenosis,pero podría añadirse a la biocenosis si lo asemejamos a un ser vivo.

c) Entre los factores del medio hay que destacar: temperatura, humedad y luminosidad

d) En primer lugar, destacan los organismos autótrofos, representados por vegetales tales como: encinas,durillos, madreselvas, jaras, etc. Los demás organismos son heterótrofos, entre los que hay que distinguir entreherbívoros (conejos, insectos) y carnívoros, entre los cuales se distingue entre depredadores (águila imperial),comensales (buitres, insectos necrófagos) y parásitos (virus de la mixomatosis, si lo asemejamos a un ser vivo).

e) Entre las relaciones intraespecíficas señalaremos las familiares en conejos y en águilas y las de competen-cia intraespecífica en cada especie. Y entre las interespecíficas destacan las relaciones de depredación (conejo-águila), comensalismo (buitres-insectos) y parasitismo (conejo-virus).

2. a) Aplicando el principio de superposición estratigráfica, primero se produjo una sedimentación, empezan-do por los materiales (2), seguido del 8, 4, 6, 1 y 7. Luego sufrieron un plegamiento. A continuación se produjo unaintrusión magmática (5) y después ésta sufrió a su vez otra intrusión magmática (3).

b) Aplicando el principio de identidad, el fósil A se encuentra también en la isla porque en el momento en quese produjo la sedimentación la isla y el continente estaban conectados, formaban parte de la misma cuenca desedimentación.

c) Porque después de producirse la sedimentación en la que apareció el fósil A, se separaron dos cuencas, laque luego formará parte del continente, por un lado, y la que luego dará lugar a la isla, por otro. Al estar en cuencasdiferentes, los tipos de sedimentación son distintos.

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3. a) Al principio, ambas poblaciones crecían sin problemas, debido a que la población inicial de presas (A)era suficiente para permitir el crecimiento de depredadores (B), pero a los 8 días, el excesivo crecimiento de Bprovocó un descenso de A, por lo que, seguidamente, al haber menos alimento para B, se produce un descenso deB, y así sucesivamente.

b) Las gráficas tienen forma de sierra, en la que los picos indican puntos de máximo tamaño de la poblacióny los valles los puntos mínimos. Se observará que estos picos nunca superan cierta cantidad y los valles no son tanbajos como para producir la extinción de ninguna de las dos especies.

c) Este proceso se denomina sucesión secundaria, que se iniciaría con la degradación de la sucesión anterior,empezando a colonizar el medio las especies más oportunistas y menos exigentes, como los peces pequeños, losdetritívoros, etc., y poco a poco se irían instalando los más exigentes, como los grandes depredadores.

d) Dado que mediante esta interacción se mantienen ambas poblaciones en un tamaño estable, impidiendo queel crecimiento excesivo de una pueda romper el equilibrio, es evidente que esta interacción es un mecanismo deautorregulación del ecosistema, gracias a lo cual se mantiene un equilibrio y no desaparece ninguna de las poblaciones.

4. a) Dado que estamos hablando de una región muy amplia, que tiene unas características básicas que ladiferencian de otras del fondo marino, estamos ante uno de los biomas marinos que se diferencian entre sí por laprofundidad. Dentro de este bioma se pueden encontrar diversos ecosistemas, pero en conjunto puede considerarsecomo un gran ecosistema, siendo más apropiado usar en este caso el término “bioma”.

b) El biotopo general de este bioma es una llanura caracterizada por su absoluta falta de luminosidad y laexistencia de enormes presiones debido a la gran cantidad de agua que hay encima. La biocenosis sería de carácterheterótrofa, ya que a esta profundidad, al no llegar la luz, es imposible la fotosíntesis (cabría considerar la quimiosíntesis,pero este concepto no se ha abordado en clase), con elementos tales como peces pescadores, peces pequeños,cangrejos detritívoros, etc.

c) Este proceso de recuperación del ecosistema tras una destrucción, se llama sucesión secundaria. Alprincipio colonizarían el medio las especies más tolerantes de las malas condiciones creadas, como podrían ser, porejemplo, los cangrejos detritívoros, que pueden desarrollarse a expensas de detritos que vienen de arriba. Luegopodrían llegar los peces pequeños, que se reproducen más rápidamente, y finalmente podrían ir regenerándose lospeces pescadores, de cuerpo más grande y dependientes de los peces pequeños.

d) Estos procesos de interacción entre depredador y presa forman parte de los sistemas de autorregulacióndel ecosistema. La baja población de depredadores permiten crecer libremente a las presas, pero al mismo tiempo,al haber más alimento para los depredadores, éstos se reproducen más y también crecen, llegando un momento enque la población es tan grande que hace disminuir la de las presas; al mismo tiempo, al disminuir la población depresas, al haber menos alimento, hace disminuir a la población de depredadores, y así sucesivamente.

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6. CADENAS Y REDES ALIMENTARIAS

Una vez iniciado el concepto de adaptación alimentaria, y partiendo de la base de las necesidades fisiológicasrelacionadas con la nutrición, comenzamos a desarrollar las nociones ecológicas elementales que están directa-mente relacionadas con dicha función biológica: las interacciones provocadas por la alimentación. De este modoiniciamos la noción de que los seres vivos mantienen relaciones interespecíficas que influyen en sus poblaciones.

A.26.- Se trata de reconstruir una relación sencilla entre más de dos especies, motivada por la necesidad dealimentación. Esa relación sencilla se llama cadena alimentaria.

a) La relación que existe entre el lince y la vegetación es de tipo alimentario. Es cierto que debe existir uneslabón intermedio (el conejo, u otro animal herbívoro de la dieta del lince) entre los eslabones extremos (el lince yel arbusto de Doñana), ya que en el problema se proporciona el dato de que el lince es carnívoro.

b) El lince no es herbívoro pero, en términos coloquiales, al lince «le interesa» mucho estos arbustos deDoñana, ya que gracias a ellos, crecen y se desarrollan conejos, que son la base principal de su alimentación. Deeste modo queda establecida una «cadena» lineal sencilla que nos puede permitir generalizar e indicar que el ordenha de ser necesariamente el siguiente:

6.1 Las cadenas alimentarias

Es conveniente detenerse en sintetizar la noción de cadena alimentaria, por lo que incluimos un bloqueinformativo. De él destacamos la introducción de nuevos términos: productores (para designar la «producción» dealimentos a cargo de los seres autótrofos) y consumidores (para designar a los que «consumen» estos alimentosya producidos). Por otra parte, es necesario que se considere, de forma indistinta, tanto el término «alimentario»como el término «trófico», si bien en esta guía usaremos con mayor frecuencia el primero por ser más familiar alvocabulario del alumno. Finalmente, destacar el convenio de la representación gráfica de la cadena: las flechasindican el sentido de transferencia del alimento. Esta última observación es necesaria, ya que el símbolo A → Bpuede significar para el alumno tanto que «A come a B» como que «A es comido por B».

Por el momento no consideramos oportuno tratar el problema del flujo de la energía, que nos llevará a lafundamentación de la pérdida progresiva de biomasa y energía en la cadena, cuestión que fundamenta la represen-tación gráfica de las pirámides ecológicas. Ahora se trata de afianzar la noción de relación alimentaria, pasando delo más simple (cadena) a lo más complejo (red).

A.27.- La reconstrucción de cadenas alimentarias relacionadas con las personas, permitirá advertir la posi-ción incierta del hombre en un determinado nivel trófico dentro de los consumidores. Dado que la especie humanaes omnívora puede ocupar diferentes eslabones en las cadenas tróficas.

a) Teniendo en cuenta el tipo de alimento que necesita cada especie que forma parte de nuestro alimento,podemos construir las siguientes cadenas alimentarias:

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El alumnado puede tener algún problema al construir la cadena alimentaria en la que interviene el queso. Seránecesario aclarar que los derivados de los seres que ocupan un determinado nivel trófico pertenecen a ese niveltrófico. Por otra parte, puede necesitar alguna ayuda para la reconstrucción de la cadena marina del atún, ya que espresumible que ignore que el atún se alimenta de sardinas y éstas de fitoplancton.

b) Como omnívoros que somos, podemos comer tanto animales como plantas. En el caso de las plantas lacadena es corta, de dos eslabones, pero en el caso de los alimentos de origen animal, dependerá de si este animal esherbívoro o carnívoro. De este modo, se observa que la cadena más larga es aquella en la que se toma un depreda-dor marino, como es el atún, mientras que en el caso de la patata o la naranja, la cadena es mucho más corta.

c) Se observa que el número de eslabones de las cadenas tróficas en las que participa el hombre es diferentesegún sea actúe como herbívoro o carnívoro. El hecho de ser omnívoro es lo que explica que ocupe eslabonesdiferentes en la cadena trófica.

A.28.- Se pretende plantear la cuestión de la interacción entre las poblaciones relacionadas directa o indirec-tamente en una cadena alimentaria. Para aproximarnos a la cuestión, primero planteamos esta relación en términosde «perjuicio» y «beneficio» de unos niveles respecto de otros. Esta cuestión encierra cierta complejidad, ya que lanoción de «beneficio» o «perjuicio» tiene una carga valorativa que no obedece a planteamientos biológicos, cuestiónque habría que aclarar al alumnado. Tanto el perjuicio como el beneficio hay que situarlo dentro de la noción decompetitividad: si las poblaciones crecen excesivamente, disminuye el alimento que disponen, lo cual es aplicabletanto a herbívoros como carnívoros.

a) Si C1 vive gracias a P, es normal que se piense que C2, cuyo alimento es C1, también se beneficiaindirectamente de P. Con el mismo razonamiento podríamos decir que los consumidores C3 y C4 se benefician delos productores P. Si las relaciones de beneficio son evidentes en eslabones directamente relacionados, no es tanintuitivo que este «beneficio» sea trasladable a eslabones más alejados de los productores, exigiendo una reflexiónmás detenida.

b) Al hilo de la cuestión anterior, la disminución de C1 provocaría una disminución de C4.

c) La disminución de poblaciones de herbívoros (C1) facilita el desarrollo de los productores, y siguiendo elmismo hilo de pensamiento, la disminución de la población de C2 que «controla» a C1, permite que ésta se desarrollecon esplendor, con lo que el ataque a P sería mucho mayor, disminuyendo P. Como hemos señalado anteriormente,para contestar a esta pregunta el alumnado ha de partir de la noción de competitividad: las poblaciones se reprodu-cen más cuanto más alimento dispongan y sólo la presencia de enemigos naturales (depredadores) impide que estecrecimiento sea ilimitado.

d) Se plantea otra cuestión que guarda alguna relación con estos problemas: la desaparición de un eslabón enuna cadena supone la ruptura de la misma. Esto no quiere decir que, salvo el caso poco corriente de alimentaciónmonofágica, la cadena no se pueda reconstruir con otros eslabones. Pero ignorando esta realidad, en teoría, si C3 esmonofágico, su extinción facilitaría la reproducción de C2, con lo que habría más depredadores de C1, provocando ladisminución de su población y por tanto la disminución del ataque a P. Por otro lado, disminuiría la población de C4.

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A.29.- Se pretende relativizar una concepción rígida de la noción de cadena alimentaria, y salir al paso deuna idea usual que se suele derivar de esta concepción: «cuando un eslabón intermedio de la cadena desaparecese produce una catástrofe ecológica» (desaparición de otras especies ligadas en la cadena). Estos argumentos,muy frecuentes en razonamientos de tipo ecologista, no siempre se corresponden con la dinámica normal de losecosistemas. En efecto, para que se produzca esta catástrofe, sería preciso que los eslabones de la cadena practi-caran la monofagia, lo que es sumamente raro en la naturaleza, al menos en todos los elementos de la cadena,precisamente porque este hecho elimina toda posibilidad de evolucionar.

En el caso que se presenta, el de la cadena del atún, la desaparición de la sardina no implicaría la desaparicióndel atún, ya que esta especie ingiere diversas especies pelágicas, además de la sardina. Pero es evidente quedispondría de menos espectro alimentario y tendría más problema para resolver su subsistencia, lo que podríasignificar, al menos, una disminución de las poblaciones. La idea que se pretende transmitir aquí es que el problemade la desaparición de especie no es tanto un problema de «pérdida de eslabón» (aunque lo pudiera ser en algún casoraro) como el de disminuir la cantidad de biomasa disponible en el nivel trófico inferior, lo que sin duda sí afecta alnivel superior, que en este caso es el atún.

b) Como actividad transversal se introduce una reflexión sobre el alcance social de medidas tendentes a laconservación del medio ambiente, centrándonos en el caso particular de la pesca, una de las actividades económi-cas más importantes de nuestro país, habida cuenta de la enorme flota que poseemos. Los alumnos deben haberescuchado en los medios de comunicación los problemas sociales que en este sector generan ciertos acuerdosinternacionales como es la prohibición de pescar en determinados períodos de tiempo, lo que se conoce como parobiológico. Estas exigencias generalmente tienen un fundamento científico respetable: la necesidad de dejar untiempo para que las poblaciones de peces se recuperen del expolio continuo que ejerce la creciente demanda depesca en los caladeros, con objeto de evitar un serio deterioro en las poblaciones, hasta el punto de hacerlosdesaparecer, como ha sucedido en algunas especies y en determinados caladeros. Debemos de escuchar los argumen-tos de los alumnos para apoyar o no este tipo de medidas, siendo deseable que se converja hacia la noción de que,a medio y largo plazo, este tipo de medidas son positivas para el sector.

A.30.- Iniciada la noción de «relación alimentaria» en su sentido más simple (la cadena alimentaria) aborda-mos la noción de red alimentaria. Para ello, partimos de la noción de «cadena», pero introduciendo los elementosque provocan la ramificación de la cadena.

a) Teniendo en cuenta los datos de la alimentación que se proporcionan en el problema, las dos cadenas quepodemos construir son:

Los alumnos tienen dificultades para considerar al mosquito como perteneciente a un nivel trófico superior alzorro o al tejón. Para ellos, suele haber cierta relación entre el tamaño del animal y el nivel trófico en el que seencuentra. Es un momento adecuado para discutir ese problema. Es preciso que se recuerde que los parásitos se

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adscriben al concepto genérico de «carnívoro» y que su situación en la cadena dependerá de qué nivel trófico es el queparasita.

La figura anterior y la que corresponde al apartado b) están recogidas en la transparencia nº 5.

b) Se trata de mostrar la complejidad de las relaciones tróficas, para concluir sobre la necesidad de unarepresentación más compleja que llamaremos redes alimentarias. De la información que se les da, se puedenestablecer las siguientes relaciones entre las dos cadenas:

Uno de los elementos que contribuyen a romper esta linearidad propia de las cadenas es la existencia deespecies omnívoras y, dentro de las carnívoras, el fenómeno de la vicarianza del régimen alimentario, comosucede en el caso de la dieta del zorro.

c) El alumno advertirá claramente que la última figura obtenida es más compleja, pues existen más cantidadde conexiones. Las relaciones no son tan lineales, pudiendo existir relaciones cruzadas. En la realidad existen lascadenas alimentarias, pero sólo si las contemplamos analíticamente, pues lo más normal es que unas cadenas esténconectadas con otras a través de los omnívoros y detritívoros, de ahí que sean las redes alimentarias las que reflejanmejor la realidad.

Las redes alimentarias

En este momento es conveniente formular una síntesis que ayude a la verbalización del concepto que se hamanejado en estas actividades: la noción de red alimentaria. Se ha de presentar el concepto dentro de una nociónde «complejidad» en los sistemas biológicos. Se ha de hacer ver que, con fines de estudio, es posible aislar lascadenas alimentarias, pero que en la realidad las relaciones son más complejas, ya que aparecen otros seres quecomparten relaciones alimentarias con algunos de los eslabones de la cadena y porque en la naturaleza existennumerosos seres omnívoros, que comparten dos eslabones a la vez. Se ha de hacer ver la importancia de losdetritívoros en la complejidad de las redes, al introducir los elementos que entran en las cadenas alimenticias de lamateria muerta. Aún así, las redes alimentarias quedan incompletas, al faltar el importante grupo de losdescomponedores (hongos, bacterias, etc.). De momento no consideramos oportuno incluir a estos seres vivos,que serán objeto de atención especial para el tratamiento del ciclo de la materia viva. En esta ocasión es suficientecon constatar la complejidad de las relaciones alimentarias y su representación gráfica en forma de red.

A.31.- a) Según los datos suministrados podemos clasificar los seres vivos en los diferentes niveles tróficosde la siguiente forma:

Productores: sauces, mimbreras, chopos.

Consumidores I: escarabajo crisomela, avispa taladradora.

Consumidores II: araña, verderón, rana, cangrejo, cernícalo.

Consumidores III: verderón, rana, cernícalo.

Consumidores IV: piojo, cernícalo.

Consumidores V: piojo.

Detritítivoros: insecto colémbolo.

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Se puede observar que alguna especie puede estar colocada en diferentes niveles tróficos, según la cadenaconsiderada.

b) El siguiente paso es construir la red trófica, siguiendo las pautas que se indican en la guía del alumno. Parafacilitarle la tarea, le hemos dado el esquema que figura en el libro del alumno, por lo que sólo tendrá que establecerlas relaciones. De acuerdo con ello, puede establecerse una red trófica como la representada en la figura recogidaen la transparencia nº: 6.

Puesto que en la información que se da al alumno no se le ha dicho que los insectos acuáticos se alimentande zooplancton, no lo hemos considerado en la red trófica.

¿Cómo afectan los pesticidas a las cadenas alimentarias?

Como una actividad de aplicación de la noción de cadena alimentaria, así como por una exigencia de conside-rar problemas ambientales, dentro de las estrategias de Educación Ambiental como tema transversal del currículo,nos parece interesante plantear la problemática de la transmisión y concentración progresiva de sustancias tóxicasen los organismos de una cadena alimentaria. Uno de los casos más evidentes y que últimamente están poniendo encuestión el abuso de los mismos, son los pesticidas. Es por ello que nos centraremos en este aspecto, sin olvidarque hay otros casos similares. Por ejemplo, el profesorado podrá estimar la conveniencia de diseñar una actividadcentrada en la contaminación por pilas de botón y considerarlo como una actividad complementaria, según el tiempodisponible.

A.32.- Se pretende ver cómo una sustancia tóxica o nociva que se introduzca en los primeros eslabones dela cadena alimentaria puede afectar a los últimos eslabones.

a) Para explicar que lleguen los pesticidas a las personas tenemos que tener en cuenta que los pesticidas sonincorporados por las raíces y se acumulan en los tejidos de la planta. Tanto si el hombre ingiere estos alimentosdirectamente, como si lo toma un animal doméstico, como la vaca, en última instancia lo incorporará a su organismo.El problema está en la dificultad de eliminar mediante la excreción este tipo de sustancias, de forma que cuandoalcanzan cierta concentración producen enfermedades. A la vez que reforzamos la noción de cadena alimentaria,se aborda un aspecto básico de la Educación Ambiental.

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Una explicación similar, resumida en el dibujo anterior, tiene el que ciertos insecticidas como el DDT hayanalcanzado a las aves, provocando una tendencia a la disminución del espesor de la cáscara de huevo y, por tanto,una disminución de la prole por cada nido de ciertas aves, como las rapaces.

b) Un aspecto interesante de estos casos es el hecho de la progresiva concentración de estas sustanciasconforme se asciende en la cadena alimentaria. Actualmente se considera que este fenómeno se debe al hecho deque estas sustancias son muy difíciles de eliminar por vía renal, de forma que un eslabón determinado no sólopresenta los contaminantes que toma del medio, sino los que ya tiene el eslabón anterior que entran por la alimen-tación. De este modo se comprende que cuanto más lejos esté en la cadena alimentaria, mayor cantidad de tóxicoacumulará en su cuerpo. Se puede ayudar a explicar este fenómeno con un dibujo como el siguiente:

Es decir, cada eslabón suma lo que ingiere por la alimentación a lo que ya toma del medio.

c) En la actualidad no existe el problema del DDT (a pesar de lo cual, cualquier análisis revela su existenciaen los tejidos de multitud de animales), del cual se ha obtenido la mayor parte de las investigaciones sobre lacuestión, dado que lleva muchos años desde que se prohibió su uso. Pero existen otros insecticidas cuya acción enlos seres vivos no es suficientemente conocida y harán falta investigaciones posteriores para poner de manifiestolas posibles disfunciones que provocan estas sustancias en las cadenas alimentarias. Por supuesto que a pequeñaescala (tal vez por aquello de que «lo pequeño es hermoso») una solución magnífica es incentivar la llamada«agricultura biológica», que poco a poco se va haciendo paso en el mercado, especialmente en consumidoresconcienciados sobre los potenciales efectos nocivos de estas sustancias. Otro tipo de medidas irían destinadas aasegurar mejor la inocuidad de estas sustancias, probándolas mucho más antes de comercializarlas y, aún mejor,tender a controlar las plagas por medios biológicos (lucha biológica), como es usando las enfermedades y depredadoresnaturales de las plagas, medida que se viene utilizando con éxito en muchos cultivos.

7. EL PAPEL DE LOS DETRITÍVOROS Y DESCOMPONEDORES

Este apartado es el último de una serie que, secuenciada de manera conveniente, ha pretendido ofrecer unanoción elemental de los procesos ecológicos. En efecto, una vez estudiadas las características fisiológicas de lanutrición y la existencia de relaciones alimentarias más o menos complejas, en la que se da un flujo de la biomasay de la energía biológicamente útil, nos queda dar una explicación satisfactoria al hecho de que, mientras que laenergía se va perdiendo para el sistema biológico, no sucede así con la materia de que está hecha la biomasa. Esteapartado pretende dar una respuesta a este hecho profundizando sobre la función de los descomponedores, unosseres vivos que en realidad están conectados a las redes alimentarias, pero que en su momento no vimos convenien-te tratar, con objeto de hacerlo en relación a la noción de ciclo de la materia. En este apartado vamos a hablar dela materia «viva», para distinguirla de otros ciclos petrológicos en los que no intervienen los seres vivos, a pesar deque la materia de que están constituidos los seres vivos es universal y tenga fases inorgánicas previamente a suincorporación a los seres vivos en forma de biomasa.

A.33.- Como actividad de iniciación, proponemos una reflexión sobre el hecho de que, tanto animales comoplantas, vertemos desechos orgánicos al suelo estando formados estos desechos por materia rica en energía biológica-mente útil.

a) Se plantea el problema del destino de la materia muerta y los desechos de origen orgánico. La mayor partede los alumnos conocen los fenómenos de descomposición de la materia, y saben que si estos procesos no suce-dieran provocarían una contaminación del medio, pero pocos considerarán el destino posterior de esta materia.

Agentes tóxicos del medio

Eslabón 1 Eslabón 2 Eslabón 3 Eslabón 4 Eslabón 5

1 1 1 11

1 3 4 52

+1 +2 +3 +4

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Gran parte de esta dificultad estriba en el desconocimiento de los procesos químicos que tienen lugar en la des-composición.

b) De acuerdo con lo que hemos dicho, además de la contaminación del medio por una sobrecarga dedesechos, se produciría también una carencia de materia inorgánica que impediría el crecimiento de nuevos produc-tores. Es posible que el alumnado aún no advierta esta última consecuencia, a no ser que se relacione con elfundamento del estercolado, que se trató en la unidad anterior con ocasión de la nutrición en las plantas. Nos parececonveniente dar paso a una actividad que permita recordarlo.

A.34.- Volvemos a plantear este problema, que tratamos con ocasión de la nutrición vegetal, en relación conel aporte de sales minerales. Se trata de hacer ver la relación que existe entre desechos de origen orgánico ynutrición vegetal.

a) Las diferencias entre abono y estiércol arrancan de su diferente composición química. Mientras que losabonos son sales inorgánicas solubles en agua, que pueden ser absorbidas a través de las raíces, el estiércol estáformado por moléculas orgánicas de gran tamaño, no siempre solubles en agua, y que no pueden ser absorbidas através de las raíces. Sólo cuando las moléculas son atacadas por los organismos descomponedores y transformadasen sales inorgánicas podrán ser aprovechadas por las plantas.

El efecto del estiércol será pues a plazo medio o largo, mientras que el del abono lo es a corto plazo. Elestiércol queda en el suelo mientras que no es descompuesto, pero el abono que no es absorbido por la planta, al serdisuelto en el agua de riego o de lluvia, puede ser arrastrado hasta zonas más profundas del suelo donde no lleganlas raíces.

En este punto, queda planteada la cuestión de qué es lo que hace que el estiércol se descomponga. Algunosalumnos lo entienden como un proceso químico de «alteración», mientras que otros intuirán (o lo relacionarán conconceptos tratados anteriormente) el papel de los microbios del suelo: los descomponedores.

b) Para la mayor parte de la población, la práctica del estercolado es la más idónea para conseguir lanutrición vegetal, ignorando que un importante papel estriba en la mejora de la textura del suelo. Es cierto que elestiércol puede proporcionar cierta cantidad de abono de tipo nitrogenado, pero está demostrado que el estiércol noes un abono completo, siendo a veces necesario complementar con otros abonos, sean químicos u orgánicos (com-post). De todos modos, la cuestión aquí no es tanto discutir las propiedades del estiércol como el utilizar este recursopara mostrar que en el suelo se producen procesos de descomposición de una materia muerta o desechos (en estecaso excrementos) y que esto beneficia a las plantas, al proporcionarles sales minerales.

Organismos detritívoros y descomponedores

Nos parece adecuado detenernos para informar sobre esa compleja red trófica de organismos que se ocupande los desechos orgánicos. Se trata de una red en la que los primeros eslabones suelen ser animales detritívoros(llamados coprófagos, necrófagos y más genéricamente saprófagos o saprofitos), y en la que cabe considerar laexistencia de depredadores de estos detritívoros, provenientes de otras cadenas (por ejemplo, insectívoros), lo quesignifica que las cadenas de la materia viva están conectadas con las cadenas de la materia muerta, precisamentea través de estos organismos, generalmente del suelo. El substrato resultante es a su vez aprovechado por otrosorganismos llamados descomponedores, generalmente bacterias y hongos, también relacionados entre sí en com-plejas redes, en las que contribuyen seres quimiosintetizadores esenciales para el ciclo del nitrógeno, y que final-mente conducen a la remineralización de la materia orgánica, con lo que gracias a estos seres, se puede afirmar quela materia se recicla. De lo expuesto no se ha de concluir que los descomponedores sean un eslabón necesariamen-te «posterior» a los detritívoros, sino que actúan sobre la materia muerta desde el mismo instante en que deja deestar viva, si bien es cierto que su actuación es clave para terminar lo que ya ningún detritívoro es capaz de aprove-char.

Alcanzado este punto, creemos conveniente aclarar el concepto de «descomponedor», incluyendo todos losseres vivos que colaboran en reciclar la materia orgánica que se desecha por procesos bioquímicos de «descompo-sición», generalmente fermentaciones aerobias o anaerobias y, finalmente de «transformación» (algunos autoreshablan aquí de organismos «transformadores») definitiva de la materia orgánica e inorgánica, por procesos heterotróficoso autotróficos (quimiosintéticos), sean de forma aerobia o anaerobia. A pesar de su obligada cita, no creemosconveniente, en este nivel, tratar o aclarar, más allá de la simple constatación del hecho, el fenómeno de laquimiosíntesis.

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A.35.- En esta actividad se observarán algunos hongos como ejemplo de los descomponedores. Aunque laestructura de los hongos no sea visible, son seres algo familiares, por aparecer eventualmente en los alimentos: losmohos. En efecto, los alumnos recordarán fácilmente la imagen de frutas que se «pudren» enmoheciéndose y enalgún caso, el pan o pasteles que aparecen con manchas de color verde. Se debe comentar que éste es el comienzode la descomposición de estos productos de origen orgánico.

a) Previo a su visualización, es interesante que se reflexione sobre las condiciones de su germinación. Elalumnado tendrá que recordar en qué situaciones ha hallado moho: sitios húmedos, sitios oscuros, siempre encima desustancias orgánicas, etc. Se concluirá que son seres heterótrofos que necesitan ciertas condiciones para germinar.

b) En función de estas premisas no debe haber dificultades para diseñar un medio de cultivo del moho delpan: humedecer el pan (no necesariamente empapado) y, para evitar que el agua se evapore, introducirlo en unrecipiente cerrado y preferentemente a oscuras. En efecto: al encerrar el pan humedecido, en un bote o bajo unacampana de vidrio (ha de procurarse que no le de la luz), al cabo de unos días, aparecerá un micelio del mohoRhizobium.

c) Se puede pedir a los alumnos que traten de obtener una muestra de estos mohos y lo observen al micros-copio. Bajo el microscopio, en una gota de agua, se observarán numerosas hifas, en el extremo de muchas de lascuales, se desarrolla un esporangio. Algunos de estos esporangios pueden romperse y esparcir las esporas. Estaexperiencia plantea nuevos interrogantes como: «¿cómo han llegado estos mohos aquí?», lo que enlaza con laconcepción infantil de la generación espontánea, problema que se debió abordar en 1º ESO y que aquí no esprocedente tratar.

A.36.- Se trata de una actividad de aplicación en la que se presenta a los descomponedores como una partede una red más amplia.

a) Además de plantear la existencia de toda una comunidad de seres vivos que obtienen su alimento a partirde los excrementos de otros seres, y de la posibilidad de que en los procesos de descomposición participen seresmacroscópicos, como los que se describen, apuntamos el problema de la relativización de la noción de «alimento».En efecto, los excrementos están formados por sustancias que no ha podido ser digeridas y que por lo tanto, no hansido útiles para ese ser; sin embargo, el hecho de que ese ser no haya obtenido nutrientes (a través de la digestión)de ese alimento, no quiere decir que haya perdido su potencial alimenticio, como se demuestra por la cohorte depequeños animales y hongos que viven de estos desechos.

b) Los excrementos y los cadáveres son desmenuzados por pequeños animales cuyo régimen es específicode los excrementos (coprófagos) y de los cadáveres (necrófagos). Hasta aquí el proceso es fácilmente comprendi-do por los alumnos. El problema se plantea en el proceso posterior, la acción combinada de hongos y bacteriassaprobióticas que provocan la auténtica «descomposición» hasta dar sustancias inorgánicas.

Es posible que algunos alumnos tiendan todavía a considerar a las bacterias y hongos como unos detritívoros,no distinguiendo entre detritívoros y descomponedores, a pesar de que su base fisiológica es bien diferente. Eso esasí porque la descomposición es un proceso no perceptible y ajeno a la intuición, que exige el dominio del conceptode «microbio» y los procesos químicos que generan: fermentaciones y como caso particular de éstas, las putrefac-ciones (modalidad de fermentaciones), proceso que culmina en la mineralización (paso de la sustancia orgánica a lainorgánica). Para superar este bloqueo, es preciso adquirir la noción de fermentación. En apartados anterioresdebió aclararse que se trata de una modalidad de nutrición heterótrofa en la que los nutrientes no se obtienen por

175

digestión de alimentos ingeridos (como de hecho hacen los detritívoros), sino por una descomposición bioquímica enel exterior del cuerpo de los microbios y posterior incorporación de los nutrientes correspondientes, es decir, algoparecido a una digestión externa. Posteriormente la obtención de energía se puede realizar por respiración celularaerobia (como la de los demás heterótrofos) o bien anaerobia (en cuyo caso realizan fermentaciones).

El ciclo del carbono

En este punto creemos necesario formular la noción de ciclo de la materia mediante un bloque informativoque no ha de suplir las indagaciones anteriores, especialmente relacionadas con ese eslabón a menudo olvidado queson los descomponedores, sin los cuales es impensable la existencia de un equilibrio en los sistemas biológicos,ya que sería imposible el proceso de reciclado de la materia, y por tanto una pérdida progresiva de materia en losecosistemas, a la vez que una contaminación del medio.

Aparece la necesidad de conceptualizar la noción de «sales minerales» como producto final del proceso dedescomposición de la materia orgánica. Somos conscientes de la relación que hay entre el concepto «descompo-nedor» y el concepto «sales minerales». Este hiato sólo puede ser comprendido cuando se disponga de nocionesclaras sobre transformaciones químicas, lo que no es posible de momento. Sin embargo, creemos que es posible unprimer nivel de aproximación, pues creemos que para los alumnos es fácil entender la diferencia que existe entre lamateria inorgánica y la materia orgánica y esa será la distinción fundamental que estableceremos.

Consideramos sólo el ciclo del carbono, por ser el elemento cuyo ciclo puede ser más fácilmente percibido porel alumno en función de los conocimientos que tienen hasta este momento. Por otra parte, el énfasis prestado a lafisiología de la nutrición de las plantas y los animales, centrado en los compuestos carbonados, así como la nociónde cadena alimentaria, permite el tratamiento de la conexión de ambos procesos en un todo cíclico. Sin embargo, noestá de más que se insista a los alumnos que estos procesos se dan en general con todos los elementos de lamateria que forma parte de la biomasa de los seres vivos.

No se debería obviar que el ciclo del carbono sucede tanto en el medio terrestre como en el acuático y que elcarbono no solamente se encuentra en la atmósfera y los seres vivos, sino formando parte de multitud de procesosgeológicos, especialmente los relacionados con las erupciones volcánicas (una de las principales fuentes de dióxidode carbono) y las calizas, fuente y sumidero de dióxido de carbono en el medio acuático, lo que precisamente es elfundamento de los procesos kársticos.

A.37.- Se trata de una actividad destinada a una relectura del ciclo del carbono, esta vez con una orientaciónun poco diferente, lo que permitirá detectar los posibles bloqueos que, sobre este tema, tengan los alumnos.

a) El átomo de la oreja de la reina puede volver a la atmósfera participando en una molécula de dióxido decarbono porque interviene en un proceso de respiración celular estando la reina viva, o por la acción de losdescomponedores, una vez que la reina hubiese fallecido. La molécula de CO2 pudo mantenerse en la atmósferamuchos años o participar en un proceso de fotosíntesis y entrar a formar parte de alguna cadena alimentaria. Deeste modo, la cantante lo incorporaría a través de algún alimento. Después de la digestión de ese alimento seobtendrían nutrientes (por ejemplo, aminoácidos) que se incorporarían en las células formadoras del pelo, donde pareceser que fueron empleados en la síntesis de la proteína que es responsable de la constitución y crecimiento del pelo.

b) Dado que los alumnos desconocen los procesos geológicos que dan lugar a la formación de una montaña,sólo trataremos los procesos que permiten el paso del carbono desde un ser vivo a una roca. Una vez que el pelo deMadonna caiga al suelo puede que sea devorado por un detritívoro o que entre en descomposición por undescomponedor. En el primer caso, el pelo sería un alimento que, tras la digestión daría lugar a nutrientes que, porla respiración celular del detritívoro daría lugar a dióxido de carbono, con lo que el carbono volvería a la atmósfera,y una vez allí, ser arrastrado por el agua de lluvia y formar carbonato cálcico, que al precipitar en el fondo daríalugar a sedimentos carbonatados que por la diagénesis formaría una roca llamada caliza. Esta caliza, por procesostectónicos (orogénesis) finalmente podría formar parte de una montaña.

En caso de que el pelo sea descompuesto por unos microbios, estas proteínas darían lugar a sustanciasminerales y dióxido de carbono que podría reaccionar con el agua del suelo para formar ácido carbónico y éste coniones calcio del suelo para formar costras calcáreas. Estos carbonatos pueden ser arrastrados en disolución por lasaguas al mar e integrarse allí como nuevos sedimentos, que por diagénesis formarían calizas y éstas por orogénesisharían que finalmente formaran parte de una montaña.

c) Este apartado no tiene sentido en esta actividad, corresponde a la A.32.

176

A.38.- Después de hacer un resumen general de toda la unidad dedicada a las interacciones alimentarias,proponemos una actividad de recapitulación basada en la elaboración de un mapa conceptual de los principalesaspectos tratados en esta unidad. Para ello, como venimos haciendo, proponemos al alumno una serie de palabras-concepto, con el fin de que establezca una relación entre ellas, uniéndolas mediante palabras de enlace. Al final seha de obtener una imagen como la siguiente, recogida en la transparencia nº 8.

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177


1. Se trata de un problema en que se presenta múltiples interacciones (abióticas y bióticas).

a) La actividad del fitoplancton, como seres que realizan la fotosíntesis, depende de dos importantes factores:de la concentración de sales minerales y de la intensidad de luz. Si sólo tuviésemos en cuenta la influencia de la luz,la mayor cantidad de fitoplancton estaría en los meses de verano; si sólo tuviésemos en cuenta el efecto de las salesminerales, la mayor concentración la tendríamos en invierno. Al tener en cuenta ambos factores, la mayor cantidadde fitoplancton la tendremos en abril y en octubre.

b) Aunque en enero se dispone de grandes cantidades de sales, la intensidad de luz es muy baja, no permitien-do que la eficacia en la fotosíntesis sea la adecuada.

c) Un factor físico puede ser la intensidad de la luz, que afecta a la cantidad de fitoplancton. También latemperatura que hace que varíe la concentración de sales minerales, implica que aumente o disminuya la cantidadde plancton.

A su vez el aumento de la biocenosis, que es un factor biológico, hace que disminuya la cantidad de luz, quees un factor físico. También hace que disminuya la concentración de sales minerales, que es otro factor físico-químico.

d) La explosión mayor de fitoplancton se pro-duce en abril en la que concurren una concentraciónsuficiente de sales minerales y de luminosidad. Tam-bién en octubre se dan esas condiciones. Si nos fija-mos, tanto la intensidad de luz y concentración desales minerales es mayor en abril que en octubre, porlo que el máximo de fitoplancton en abril será supe-rior al de octubre, tal como se puede ver en la gráficaadjunta.

Relacionado con la disponibilidad defitoplancton está el crecimiento del zooplancton. Engeneral, las poblaciones de zooplancton sufren osci-laciones paralelas, dada su dependencia delfitoplancton, por lo que es de esperar que en estamisma época se produzca la explosión del zooplancton. A su vez debemos tener en cuenta que cuando crece elzooplancton, que actúa como depredador del fitoplancton, produce una disminución de la cantidad de fitoplancton.

e) El ecosistema es el lago incluyendo los sustratos inertes, agua, fondos, ribera, etc. y los seres vivos. Labiocenosis sería el fitoplancton y el zooplancton, así como los otros seres vivos que tengan relación con el lago. Elbiotopo sería los ya mencionados sustratos inertes, agua, etc., junto con los factores físicos como temperatura, pHdel agua, concentración de sales disueltas, turbidez, etc.

f) La principal característica de sus células es que presentan unos orgánulos llamados cloroplastos que, alcontener clorofila entre otros enzimas, le permite realizar la fotosíntesis. Por este motivo estos seres se desplazansiempre hacia los lugares más iluminados, es decir, en la superficie del agua.

2. Se trata de un caso de dinámica de poblaciones, de interacción entre depredador-presa, en la que intervie-nen varias especies de depredadores que actúan como controladores de la población de gamos.

a) La eliminación de los depredadores naturales de los gamos propició que éstos se desarrollaran casi libre-mente permitiendo así una rápida expansión de los gamos.

b) Se puede interpretar el descenso de la población de gamos como algo provocado por la escasez dealimento (ante la amplia demanda de recursos por la superpoblación), dando lugar a una mortalidad del 60% en losdos inviernos siguientes, reduciendo la población a la mitad de lo que habría en condiciones normales. También cabepensar en una mayor propagación de las enfermedades, algo que ocurre cuando la densidad de población supera

178

unos determinados valores.

c) Entre las relaciones interespecíficas destaca la depredación y entra las intraespecíficas, las relacionesfamiliares y las gregarias.

3. a) El conejo tiene una dieta herbívora, el gato carnívora y el cerdo omnívora, aunque en condiciones decautividad y domesticación estos animales puedan alterar algo la dieta para la que están adaptados.

b) Las principales adaptaciones se encuentran en el tipo de dentición. Si nos fijamos en los dientes del conejoadvertiremos la falta de colmillos (caninos) y, en cambio, un extraordinario desarrollo de los incisivos, lo que ya nosestá indicando cómo coge el alimento (royendo). El gato tiene unos colmillos muy puntiagudos, lo que revela unaadaptación a capturar y matar presas. En cuanto al cerdo, se observa un desarrollo equilibrado de las piezasdentales, revelando la falta de una especialización, como corresponde al régimen omnívoro. Igual sucede con lasmuelas: con coronas provistas de rugosidades (para moler fibra vegetal) en el conejo, con agudas crestas (parapartir huesos y deshacer fibras musculares) como sucede en el gato, y potentes pero menos diferenciadas (paratriturar todo tipo de alimentos) como sucede en el cerdo.

c) Aunque el gato tiene una morfología esencialmente adaptada a la vida carnívora es posible que eventual-mente ingiera semillas. Sin embargo, esto no es razón para afirmar que su régimen es omnívoro, ya que su denticiónrevela una alta especialización en la dieta carnívora. Muchos animales pueden hacer pequeñas modificacionestemporales en su dieta, hecho que les permite sobrevivir en condiciones de escasez.

d) Todos los animales somos heterótrofos. Eso significa que, siendo incapaces de sintetizar nuestros nutrientes,hemos de buscarlos en órganos y tejidos de otros animales, plantas o desechos de éstos. Comparten esta circuns-tancia otros seres, tales como los hongos y una buena parte de las bacterias, con la diferencia de que, en estos doscasos, los alimentos han de ser descompuestos en el exterior de sus cuerpos ya que carecen de aparato digestivo.

4. La dieta carnívora no sólo consiste en «comer carne» sino que también incluye tejidos o fluidos corporales,vivos o muertos de origen animal. Tampoco los animales que surten estos alimentos tienen por qué estar vivos, y sercazados como presas por parte de un depredador. Esto se piensa cuando la imagen que tenemos de «carnívoro» esla del león o el tigre. Pero si consideramos que el carní-voro es simplemente el que tiene una dieta a base dealimentos de origen animal, la cosa se amplía. Por ello, enla lista mostrada, los carnívoros son el gavilán (carnívorodepredador) y el piojo de las plumas (carnívoro parásito) yel comensal es la corneja.

5. a) Los productores son el trébol y el cardo. Losconsumidores I son el conejo (que come tréboles) y losescarabajos de las flores (que comen cardos). El únicoconsumidor II es el zorro, mientras que la pulga es elúnico consumidor III. Finalmente, los detritívoros son: elescarabajo estercolero (coprófago), la moscarda azul(necrófago) y el escarabajo del suelo.

b) Se puede construir una red alimentaria como laadjunta. El zorro, que es consumidor II tanto de los losconejos como de los insectos. Los detritívoros que senutren de los desechos de la anterior, formando una tra-ma mucho más compleja, como la que se indica en lafigura adjunta.

c) Es evidente que la especie que ocupa el nivel más alto de la cadena es la pulga, pues esta se nutre del zorro.La pulga adquiere aquí la posición de un carnívoro especial (parásito) que ocupa el eslabón de los consumidores III, apesar de su diminuto tamaño.

179

6. Se ha de partir del principio de que a lo largo de una cadena alimentaria se produce una pérdida de energíabiológicamente útil, lo que determina menos biomasa.

a) El porcentaje de energía solar recibida que es captada por los árboles en la fotosíntesis se calcula:

si de 4000000 kJ recibidos de 100 kJ recibidos; 1,25 %

se aprovechan 50000 kJ se aprovecharáx

x

= =

b) La energía que se aprovecha para formar biomasa será la diferencia entre la energía captada por lafotosíntesis y la perdida por la respiración: 50000 – 39000 = 11000 kJ.

El porcentaje que supone respecto a la energía captada por fotosíntesis se calcula:

si de 50000 kJ captados de 100 kJ captados; 22 %

se aprovechan 11000 kJ en formar biomasa se aprovecharáx

x

= =

c) Si persistiera un aprovechamiento del 22 % en cada eslabón, en el segundo eslabón (consumidores I) sedispondría de: 22 % de 11000 = 2420 kJ; en el tercer eslabón (consumidores II), se dispondría de: 22 % de 2420 =532,4 kJ; en el cuarto (consumidores III) se dispondría de: 22 % de 532,4 = 117,1 kJ.

Incluso se dispondría de 25 kJ (22 % de 117) para consumidores IV y de 5 kJ (22 % de 25) para consumido-res V, lo cual es posible en caso de consumidores parásitos, que requieran poca biomasa. Esta cadena ha podido serlarga por el alto porcentaje de eficiencia (22 %) que hemos supuesto. En la naturaleza es más frecuente que estaeficiencia sea más baja (alrededor de la mitad o menos), hecho que explica que, generalmente, las cadenas notengan más de cuatro eslabones.

7. a) Para construir las pirámides ecológicas a partir de los datos que refleja la tabla es necesario estableceruna escala para cada caso. Dado que la diferencia entre las cantidades mayores y las menores es tan grande, paraque se pueda representar la más pequeña habría que dar una longitud muy grande al rectángulo correspondiente ala cantidad más grande, por ejemplo, toda la longitud de un folio en sentido apaisado. En lugar de eso, lo queharemos será asignar un tamaño apropiado a nuestro papel a la cantidad mayor y representaremos la cantidad máspequeña con una línea de puntos (que quiere indicar que es más estrecha aún que la propia línea).

1 mm = 5 ind.

1 mm = 15.000 kJ

1 mm = 10 kg

Pirámide de número

Pirámide de energía

Pirámide de biomasa

180

Para calcular la escala adecuada procederemos de la siguiente forma:

Dividiremos la cantidad mayor que tengamos que representar por la longitud máxima que queramos quetenga la gráfica. Así, en el caso de la energía, la cantidad máxima es 1460000 que dividida entre 100 mm (anchuramáxima que queremos para el dibujo) da un valor de 14600 kJ/mm. Dado que las escalas se dan con números másfáciles, adoptaremos la escala: 1 mm equivale a 15000 kJ/mm. De esa manera la anchura que corresponde a1460000 kJ es de 97,3 mm; la que corresponde a 163000 kJ es de 10,9 mm y la que corresponde a 22000 kJ es de1,5 mm.

Procediendo de manera similar en los otros casos se obtienen imágenes como las recogidas en la figuraanterior.

b) En un ecosistema de tipo bosque o dehesa, el número de individuos productores es menor, pues cadaindividuo (un árbol) es capaz, por su gran biomasa, de nutrir a un elevado número de consumidores primarios ysecundarios, especialmente si éstos son de tamaño diminuto, como los insectos. Sin embargo, la representacióngráfica de la biomasa o de la energía da una pirámide en la que se observa que los productores tendrían la mayorbiomasa y por tanto la mayor energía.

c) Esto se debe a que a lo largo de la cadena se ha ido perdiendo gran parte de la energía disponible por losproductores, en calor y desechos, lo que es normal en el flujo de la energía de los ecosistemas. Así, una pareja desuperdepredadores, por ejemplo, una pareja de águilas, necesita una superficie muy amplia para poder vivir.

d) La energía de partida es de 1460000 kJ y la de los canívoros es de 22000 kJ puede calcularse que laúltima cantidad corresponde al 1,5 % de la energía de los productores.

Del mismo modo, si la biomasa de partida es de 809 kg y la de los carnívoros es de 11 kg, se puede calcularque la biomasa de los carnívoros es el 1,36 % de la de los productores.

8. a) Es evidente que el supuesto que se plantea, por el que desaparecerían los descomponedores, impediríael retorno de la materia al suelo para que sea aprovechada como nutriente por las plantas, y por tanto tampocoestaría disponible para los animales.

b) Al cabo de poco tiempo el ecosistema estaría sobrecargado de desechos y cadáveres sin descomponer, sibien la vida continuaría, pues se mantendría del suelo que existiera anteriormente. Pero este problema, a la larga, seconvertiría en un factor de degradación del medio, al impedirse la formación de suelo, esencial para la vida vegetal,y por tanto, para la de los animales.

c) El ciclo del carbono se detendría en el paso del carbono orgánico al carbono inorgánico (dióxido decarbono), pues faltan los seres vivos que están capacitados para realizar este proceso en el suelo (a través de lasfermentaciones).

9. De nuevo se plantea el papel de los descomponedores en el ciclo de la materia viva.

a) El papel de celofán, que es de naturaleza orgánica, al ponerse en contacto con los descomponedores delsuelo, sería atacado primeramente por algunos detritívoros, como ciertos insectos, y posteriormente atacado quími-camente por hongos y bacterias (descomponedores), hasta mineralizar totalmente este producto y reintegrar suscomponentes al suelo (por ejemplo, sales minerales) o al aire (por ejemplo, dióxido de carbono) como un componen-te mineral más.

b) Si el celofán es atacado por los detritívoros y descomponedores, este alimento finalmente será quemadopor la respiración celular de estos seres, produciendo dióxido de carbono a la atmósfera. El dióxido de carbonoprocedente del celofán puede ser absorbido por las hojas de la encina, donde puede constituir un ingrediente para lasíntesis de una molécula de glucosa, que formando parte de la savia elaborada, puede ir a parar a un fruto (bellota)para formar allí sustancias de reserva (almidón). Cuando la bellota cae al suelo, y el cerdo se la come y la digiere,ingresará la glucosa en sus células y podrá sintetizar la grasa.

181

10. Se ha de partir del conocimiento del ciclo de la materia viva (en este caso, la materia orgánica de lasbasuras) y el papel de los descomponedores en el reciclado de la misma.

a) Desde el punto de vista ecológico, la eliminación sistemática de materia orgánica supone el desvío demateria de las cadenas alimentarias de los organismos herbívoros, carnívoros y omnívoros, hacia las cadenasalimentarias de los organismos detritívoros y descomponedores. Esto supone frenar las posibilidades de desarrollode las primeras cadenas y la sobrecarga de nutrientes en la detritívora-descomponedora, fenómeno que se conocecomo eutrofización (excesivos nutrientes). Desde un punto de vista económico, es un despilfarro, ya que loscostes de explotación de alimentos no se corresponden con las necesidades de alimentación (que están por debajode aquéllos), lo cual no se sostiene en un mundo donde hay amplias zonas donde se pasa hambre.

b) La primera medida es economizar: no sembrar más alimento del que realmente se va a consumir, o nocomprar más alimento del que realmente se va a comer. Desde otro punto de vista, si hay un exceso de producción,bien podrían destinarse los excesos a países donde existe hambre, en lugar de tirar los alimentos excedentes.

c) En cualquiera de los casos, toda la materia orgánica que se eche a la basura podría ser reciclada en plantasde compostaje o algún sistema equivalente que asegure que los descomponedores van descomponiendo esta mate-ria orgánica, formando abono orgánico (compost) que podría utilizarse para los cultivos, donde los descomponedoresacabarían el proceso de descomposición hasta finalmente transformar el compost en materia mineral o inorgánica,presta a ingresar en los cultivos o repoblaciones forestales.


A.1.- Los datos de este problema están obtenidos de un estudio de Mayer (1955).

a) El alumno ha de observar que la temperatura constituye un factor limitante para la especie. Los límites detolerancia para la variedad A (forma de Halifax) son desde algo menos de 0 ºC hasta una temperatura próximaa 30 ºC, y para la variedad B (forma de I. Tortuga) son 12 ºC a 36 ºC.

b) La interpretación del gráfico nos permite averiguar la temperatura óptima: próxima a 20 ºC o a 30 ºC segúnque se trate de la forma de Halifax o de la I. Tortuga, respectivamente.

c) Los alumnos habrán de destacar que, aunque ambas especies presentan amplios márgenes de tolerancia(un intervalo de unos 26 ºC), la variedad A tiene más posibilidades de desarrollo en el Báltico, donde la temperaturaes muy baja, aunque también podría vivir en el Mediterráneo. La variedad B es posible que no pudiese vivir en elBáltico ya que la temperatura de este mar puede estar por debajo de su límite de tolerancia inferior, pero sí podríavivir en el Mediterráneo.

d) La única característica que señala el problema es el número de pulsaciones por minuto, que se ve queaumenta con la temperatura hasta que alcance un máximo u óptimo, a partir del cual empieza a decrecer.

A.2.- Se presenta un problema clásico de oscilación de poblaciones de depredador y presa.

a) Se identifica la 4ª semana como el momento en que la población de la presa alcanza su máximo valor.

b) La población de depredador no alcanza el máximo hasta una semana después (5ª semana).

c) Se ha de invitar a los alumnos a que interpreten este hecho. Es lógico que la población de presa sedesarrolle mientras que la población de depredador es pequeña; eso a su vez permite el desarrollo de la población dedepredador, llegando un momento en el que la población de depredador alcanza un máximo lo que incide en lapoblación de presa que disminuye apreciablemente. La disminución de la población de presa lleva consigo unadisminución de la población de predadores lo que permite la recuperación de la presa, comenzando un nuevo ciclo.

A.3.- Este ejercicio permitirá al alumno manejar los conceptos relacionados con los diferentes tipos denutrición (herbívora, carnívora, omnívora y detritívora).

a) Una respuesta correcta sería la que se transcribe a continuación (transparencia nº 11):

182

Sin embargo, dado que no se ha proporcionado la información sobre la denominación particular de cadavariedad de carnivorismo (malacófaga, ictiófaga, etc.), sería suficiente con la identificación como carnívoros de lasaves correspondientes.

De entre estas especies, es evidente que solo el colibrí puede considerarse como especie estenófaga, dadoque su dieta se restringe a tan sólo el néctar de cierta especie de orquídea.

b) Por lo tanto, será el colibrí la especie que tendrá menos posibilidades de sobrevivir en caso de desapariciónde esta orquídea por algún cambio en el medio, lo que es posible en la situación actual de progresiva destrucción dela selva tropical, lugar en el que viven estas especies.

A.4.- Se trata de aplicar los conocimientos acerca de las cadenas y redes alimentarias.

a) Para ayudarles en la confección de una red alimentaria, primeramente se les pide que clasifiquen estosseres en niveles tróficos:

Productores: Fitoplancton

Consumidores I: Zooplancton, barbos

Consumidores II: Larvas de insectos, pequeños crustá-ceos, percas, barbos

Consumidores III: Percas

Consumidores IV: Lucios

Detritívoros: Caracolillos acuáticos

b) A partir de estos datos se puede construir una redalimentaria. Deben recordar que en la parte inferior se colocanlos productores y encima los consumidores I, luego los II y asísucesivamente, y los detritívoros por debajo de los productores,recogiendo los detritos del conjunto. De este modo quedaría unaimagen como la de la figura.

c) Es evidente que son los lucios los que ocupan el nivelmás alto de las cadenas alimentarias, al ser el consumidor IV(superdepredador). Pero, desde otro punto de vista, los detritívoros,al ser los últimos receptores de la biomasa de todo el conjunto(incluido el superdepredador) podría también ser considerado como

ESPECIE DE AVE

Pinzón

Mirlo

Colibrí azul

Golondrina

Ostrero

Cormorán

Aguilucho

Cigüeña

Lechuza

Buitre

TIPO DE ALIMENTOS

Semillas, insectos

Frutos

Néctar de una especie de orquídea

Insectos

Moluscos

Peces

Reptiles

Anfibios

Micromamíferos

Carroña

TIPO DE ALIMENTACIÓN

Omnívora

Herbívora-frugívora

Herbívora-nectarífaga

Carnívora-insectívora

Carnívora-malacófaga

Carnívora-ictiófaga

Carnívora-herpetófaga

Carnívora-herpetófaga

Carnívora-mamógrafa

Detritívora-necrófaga

183

un representante del nivel más alto de la cadena. Sin embargo, en la práctica se suele considerar sólo la cadena nodetritívora para este tipo de comparaciones.

A.5.- Se trata de reflexionar sobre el flujo de la energía en los ecosistemas.

a) Referiremos todos los cálculos a una superficie de 1 cm2. Para calcular el porcentaje de energía solarrecibida que es fijada por el fitoplancton se establece la proporción:

si de 118872 cal recibidas de 100 cal recibidas; 0,09 %

se aprovechan 113,3 cal se aprovecharáx

x

= =

b) La energía que se aprovecha para formar biomasa será la diferencia entre la energía captada por lafotosíntesis y la perdida por la respiración: 111,3 – 23,4 = 87,9 cal/cm2. El porcentaje que supone respecto a laenergía captada por fotosíntesis se calcula:

si de 111,3 cal captadas de 100 cal captadas; 78,9 %

usa 87,9 cal en formar biomasa usaráx

x

= =

Esos datos suponen un rendimiento muy alto.

c) De persistir estos porcentajes de aprovechamiento de la energía, supondría que en cada nivel trófico sepierde el 21,1% en respiración, disponiendo del 78,9% para formar biomasa. Según estos datos, los consumidores Itendrían el 78,9% de 87,9 = 69,3 cal/cm2. Por el mismo razonamiento, los consumidores II tendrían el 78,9% de 69,3= 54,6 cal/cm2, y en el nivel de consumidores III habría el 78,9% de 54,6 = 43,1 cal/cm2. Por supuesto, estos datosno pueden ser reales ya que no es posible que las pérdidas de energía por respiración, normales en los vegetales,sean tan bajas en los animales.

A.6.- Se trata de un ejercicio para aplicar los conocimientos sobre construcción de pirámides ecológicas apartir de datos de una tabla e interpretación del flujo de la energía.

a) Los datos representan cambios normales, esto es, que las cantidades mayores corresponden a los prime-ros niveles y las menores a los últimos. El gran número de individuos productores se explica por el tamaño micros-cópico de los individuos, que han de reunirse en gran cantidad para poder cubrir la biomasa mínima para sosteneresta cadena.

Respecto a los datos de biomasa y energía se observa la disminución de las cantidades de un nivel a otro enproporciones cercanas al 10%.

b) El alumnado ha de partir del conocimiento del flujo de la energía, advirtiendo que en cada nivel trófico sólose aprovecha el 10% de la energía en formar nueva biomasa. Esta pérdida de energía determina que se disponga demuy poca biomasa para los últimos eslabones, además de que el último eslabón tiene una mayor relación biomasa/individuo que los niveles inferiores, lo que forzosamente reducirá el número de individuos.

c) Si comparamos la energía y biomasa de los productores con la del atún obtenemos:

si de 46350 kJ de fitoplancton de 100 kJ de fitoplancton; 0,6 %

el atún aprovecha 285 kJ el atún aprovecharáx

x

= =

si de 20 kg de fitoplancton de cada 100 kg de fitoplancton; 0,5 %

el atún aprovecha 0,1 kg el atún aprovecharáx

x

= =

Es decir, se ha ido perdiendo a lo largo de toda la cadena, entre formación de biomasa y pérdidas por calor ydesechos, más del 99% de energía y biomasa, lo que impide que la cadena pueda tener un cuarto eslabón.

184

A.7.- Se trata de que los alumnos piensen sobre la importancia ecológica de los descomponedores por supapel en el ciclo de la materia.

a) Es evidente que el supuesto que se plantea, por el que desaparecerían los descomponedores, impediría elretorno de la materia a las plantas, ya que los descomponedores son esenciales para la mineralización de la materiaorgánica que cae al suelo. Si las plantas no pueden aprovechar esta materia, tampoco estará disponible para losanimales de la cadena alimentaria.

b) Al cabo de cinco años el ecosistema estaría sobrecargado de desechos y cadáveres sin descomponer, sibien la vida continuaría, pues se mantendría del suelo que existiera anteriormente. Pero este problema, a la larga, seconvertiría en un factor de degradación del medio, al impedirse la formación de suelo, esencial para la vida vegetal,y por tanto, para la de los animales. En este sentido, las cadenas alimentarias irían degradándose hasta desaparecery formar finalmente un montón de detritos orgánicos sin descomponer.

c) El ciclo del carbono se detendría en el paso del carbono orgánico al carbono inorgánico (dióxido decarbono), pues aunque, por un tiempo, una parte se podría ir remineralizando por la respiración de los consumidores,otra parte (la correspondiente a la materia orgánica muerta o desechada por toda la cadena) no podría serremineralizada, al faltar los descomponedores, únicos seres que pueden aprovechar (quemar) estos residuos orgá-nicos (y desprender dióxido de carbono).

A.8.- Es un ejercicio para recomponer los trayectos del ciclo del carbono, partiendo de un supuesto en el que seusa carbono radiactivo (*C) como marcador para localizar este átomo en cualquier molécula en que se encuentre.

a) La respuesta es obvia si se parte del conocimiento de la respiración celular: el alimento que ingiere Juanitoes cerdo, que se alimenta de bellota, un fruto de la encina. Dado que la encina tiene carbono en sus tejidos, es fácilimaginar que el alimento que toma el cerdo lleva *C, de modo que los nutrientes marcados pasan a sus células y allíson transformados en proteínas, que son las que forman el filete de lomo que Juanito está comiendo. Una vez en elcuerpo de Juanito, tras la digestión, los nutrientes resultantes estarían marcados, y al llegar a la célula, y serquemados por la respiración celular, se desprendendería *CO2, cuyo carbono estaría marcado, hecho que se com-prueba cuando este dióxido de carbono es espirado.

b) Por el mismo razonamiento, si el cerdo toma alimentos con carbono marcado, no sólo ingresa nutrientescon carbono marcado y forma su propia biomasa con tal elemento, sino que los excrementos (por ejemplo, a partirde celulosa) también tendrían carbono marcado. De este modo se explica que el escarabajo estercolero, que escoprófago, acabe por asimilar nutrientes con carbono marcado, formando parte de su propio cuerpo y pudiendo serquemados en la respiración celular, hecho que explica que el escarabajo espire dióxido de carbono con carbonomarcado.

c) Finalmente, y al hilo de lo anterior, el dióxido de carbono espirado por la encina, el cerdo y el escarabajoestercolero, podría ser absorbido por las hojas de un arbusto próximo, de forma que mediante la fotosíntesis forma-ría parte de una molécula de glucosa, la cual, tras el proceso de respiración celular, sería quemada para formarmoléculas de dióxido de carbono que tendría el carbono marcado, hecho que explica su detección en el aire queexhala la hoja.

A.9.- Se presentan los datos de las diferentes fuentes y sumideros de dióxido de carbono en la atmósfera aescala planetaria. Además de repasar la idea de ciclo permitirá recordar lo que se ha estudiado sobre los problemasque puede ocasionar un aumento del efecto invernadero.

a) Las fuentes de emisión del dióxido de carbono son:

- Respiración de productores = 49 Gt

- Respiración de consumidores = 49 Gt

- Respiración de descomponedores = 10 Gt

- Combustiones = 6 Gt

En cuanto a los sumideros, el principal es el que supone la fotosíntesis:

- Fotosíntesis = 110 Gt

-Absorción de los océanos = 2 Gt

185

b) Si comparamos la cantidad de dióxido de carbono fijado por la biosfera con la que ésta devuelve obtendre-mos que es mayor la emisión que la fijación: 114 frente 112 Gt. Esto se debe a que hay un gran número decombustiones de origen antropogénico que están lanzando a la atmósfera una cantidad importante de carbono fósil.Ese dióxido de carbono parece que no es posible que sea retirado totalmente ni por un aumento de la fotosíntesis nipor la absorción por parte de los océanos.

Otras posibles fuentes, como pueden ser las erupciones volcánicas, son importantes en cortos períodos detiempo, pero no significativas a escala geológica.

c) Se trata de recordar las consecuencias del efecto invernadero, a las que nos hemos referido en variasocasiones. Para frenarlo, se trata de disminuir las emisiones, lo que significa utilizar fuentes de energía alternativas,empezando por el ahorro energético.


1. REPRODUCIENDO UNA CADENA ALIMENTARIA

A.1.-Una actividad interesante para ampliar conocimientos consistiría en invitar a los alumnos a realizarobservaciones en un parque o jardín, o bien en plena naturaleza (si bien en este último caso es más difícil laobservación directa). En principio ha de estimularse la reconstrucción de cadenas sencillas. El principio metodológicosería el siguiente:

a) Observar a los animales en su comportamiento alimentario y aislar un caso determinado.

b) Identificada la presa, buscar dónde se suele encontrar y ver, a su vez, qué tipo de alimento tiene.

Así, por ejemplo, se puede observar a los pajarillos en su comportamiento y advertir si su alimento es a basede plantas o pequeños insectos. Una vez que se advierta el tipo de insecto, se podrá ver si éste es carnívoro oherbívoro y en este último caso, el tipo de planta de la que se alimenta.

Dado que estas observaciones son difíciles de reconstruir en breve tiempo, paralela o alternativamente, sepuede preparar un dispositivo de observación "in vitro" en un terrario, para reconstruir una determinada cadenaalimentaria. Sugerimos el caso de la "mariquita" (Coccinella 7-punctata), predador de áfidos, que se puedenobtener fácilmente de las hojas y yemas de muchas plantas de jardín, como el pacífico, etc., y así observar lacadena:

Puesto que la cadena observable en el terrario no podría incluir el último eslabón, los pájaros, estos se puedensustituir por una lagartija.

a) El alumno podrá observar que la mariquita come ávidamente pulgones, y que éstos se mantienen en laplanta picando con sus estiletes bucales. Finalmente, podrá observar que la lagartija puede ingerir eventualmentealguna mariquita. Para ver estos procesos con mayor detalle, conviene usar una lupa binocular.

b) La cadena alimentaria que se obtendría en este terrario sería muy similar a la deducida en el medio natural,salvando al depredador (que también podría existir en el medio natural):

c) Es evidente que esta cadena es insostenible, pues la cantidad (biomasa) de mariquitas y pulgones, asícomo de hojas, es insuficiente para sostener el cuerpo del superdepredador (lagartija): al cabo de poco tiempo elsuperdepredador acabará con las mariquitas, al tiempo que éstas prácticamente habrán eliminado los pulgonesexistentes.

d) La cadena se puede transformar en una red con sólo introducir otros animales que se coman a algunos delos elementos que participan en la cadena alimentaria. Si se tienen en cuenta los detritívoros y descomponedorespertinentes se tendrá una red más completa.

186

2. LOS ESPACIOS NATURALES PROTEGIDOS

Se presenta una información resumida del concepto y sentido de los espacios naturales protegidos, centrán-donos específicamente en los del territorio español. Se destacan los parques nacionales como máximas figuras deconservación, para luego explicar el significado y diferencia del concepto de parque natural. Con ello el alumnadodebe reconocer la importancia de la protección de los enclaves naturales que actualmente ha dejado relativamentelibres de la actuación urbanizadora del hombre, mostrando los aspectos positivos de su conservación y su conexióncon la noción de desarrollo sostenible. Si el profesor lo ve conveniente, podría ampliar esta información añadiendo elsignificado de otras figuras de protección, como son las reservas naturales, parajes naturales, monumentos natura-les, paisajes protegidos, etc.

A modo de ejemplo, en la información se muestra una relación de los parques naturales existentes en la regiónandaluza, pero animamos a los profesores de otras comunidades que hagan lo propio con sus respectivas regiones,a fin de que el alumnado conozca los esfuerzos de conservación que se viene realizando en su entorno más próximo.

A.1.- a) Con los instrumentos que se ha debido proporcionar en la información, más otros que se puedenobtener desde diversas fuentes, como los folletos de la Delegación de Medio Ambiente de la provincia o incluso através de internet, el alumnado ha de recabar información sobre los espacios naturales de su propia provincia.

b) Un paso complementario al trabajo anterior es reflejar en un mapa provincial la situación aproximada delos diferentes parques naturales y estimando si existen otras áreas naturales que aún no están protegidas, aspectoéste que debería ser facilitado por el profesor.

c) Finalmente, y con objeto de profundizar algo más, se propone que cada grupo de alumnos elabore unamemoria de las características (situación, límites, valores geológicos, botánicos, faunísticos y paisajísticos) que tieneun parque natural de la provincia, para exponerlo luego a los demás compañeros en una sesión específica para estaspresentaciones.

LISTA DE MATERIAL

5. TIPOS DE ALIMENTACIÓN EN LOS ANIMALES

A.24 cráneos de carnívoro (gato)

cráneos de hervíboro roedor (conejo)

bandejas de plástico

lupas binoculares

7. EL PAPEL DE LOS DETRITÍVOROS Y DESCOMPONEDORES

A.35 recipiente cerrado

pan

microscopio

portaobjetos

asa de siembra

dis. verde brillante

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1. REPRODUCIENDO UNA CADENA ALIMENTARIA

A.1 terrario con: pulgones, mariquitas, lagartija


BELL, B. (1984), «Aspects of secondary students’ understanding of plants nutrition: summary report». Ed. Centre ofStudies in Science and Mathematics Education (CLIS), University of Leeds, Leeds, 23 pp.

BELL, B. et al. (1984), «Aspects of secondary students’ understanding of plant nutrition: full report». Ed. Centre ofStudies in Science and Mathematics Education (CLIS), University of Leeds, Leeds, 92 pp.

GENE DUCH, A. (1987), «Estudio de la fotosíntesis de las plantas verdes. Propuesta didáctica». Ed. Escola deMagisteri, Lleida, 18 pp.

PETERFALVI, B. et al (1986), «Relations alimentaires». Aster, nº 3, p.111-190.

189

C A P Í T U L O 3LA ACTIVIDAD INTERNADE LA TIERRA

190

UNIDAD 1

EFECTOS DE LA ENERGÍAINTERNA DE LA TIERRA

Esta unidad está destinada al desarrollo conceptual de aquellos procesos geológicos que, siendo de origeninterno, tienen claras manifestaciones externas, como son los terremotos y volcanes; además estudiaremos lasrocas (metamórficas y magmáticas) de origen ígneo que afloran en la superficie terrestre. Con ello finalizamos esterepaso general a los procesos geológicos más directamente perceptibles por el alumnado de esta edad, dejandopara próximos cursos procesos no tan evidentes de manera directa. Se debe comenzar por destacar la diferencia defuentes energéticas en ambos procesos pues, en los procesos internos, en lugar de la energía solar es la energíainterna de la Tierra la responsable en última instancia de procesos que advertimos extrernadamente, como son losterremotos y volcanes.

1. ¿POR QUÉ TIEMBLA LA TIERRA?

Comenzamos por una de las manifestaciones más conocidas, especialmente en nuestro país, situado en unazona altamente sísmica. Casi todos los alumnos han debido experimentar alguna vez temblores de tierra de ciertaintensidad, especialmente en las zonas sísmicas de España, hecho por el cual el tema suele atraer al alumnado,circunstancia que debe aprovecharse para introducir conceptos científicos y desestimar ideas intuitivas que carez-can de fundamento (por ejemplo, el que los terremotos son más frecuentes cuando llueve).

1.1 ¿Qué es un terremoto?

A.1.- Pretendemos sondear al alumnado sobre sus ideas acerca de los terremotos. Algunos alumnos mantie-nen ciertas concepciones sobre el origen de los terremotos parecidas a las explicaciones históricas que se han dadode ellos. Entre otras se encuentran la atribuida a Lucrecio que lo explicaba simplemente por hundimiento de caver-nas inmensas, o la que parece admitida con más frecuencia que responsabiliza como único y principal agente avientos subterráneos, lo que explicaría los ruidos que se oyen en los seísmos. Otra explicación dada por los antiguosfilósofos griegos como Aristóteles, es que los terremotos tenían su origen en la violenta salida de gases calentadosen el interior de la Tierra. Hasta el siglo pasado no se relacionaron los terremotos con las fracturas de la cortezaterrestre producidas por las tensiones y presiones existentes en ella. Los científicos que estudiaron esta relaciónfueron Von Humbolt (1769-1859), C. Lyell (1797-1875) y R. Mallet (1810-1881). Pero fue E. Suess, hacia 1875,quien propuso que los terremotos están producidos por el movimiento relativo de los bloques de una falla queresbalan uno con respecto a otro, estableciendo claramente la relación entre fenómenos sísmicos y orogénicos.

El primer modelo mecánico de origen de los terremotos fue propuesto por E. Reid, en 1911, con la teoría delrebote elástico. Esta teoría señala que las deformaciones elásticas se van acumulando en una región de forma lentahasta que se supera la resistencia del material y se produce una fractura con movimiento relativo de sus dos partes,con la relajación súbita de las deformaciones acumuladas produciéndose un terremoto que sólo dura unos segundos.

De las diferentes afirmaciones que se exponen tan sólo la ultima es correcta.

191

Una vez debatidas las ideas previasque los estudiantes tienen sobre los fenó-menos sísmicos, se procede a dar una in-formación básica sobre las característicasde un terremoto, su origen y tipos de ondasque se producen, así como sus manifesta-ciones.

A.2.- Esta actividad es convenien-te que la hagan en casa utilizando un atlasde geografía, para después corregirla enclase. Una vez situados los epicentros delos terremotos que se relacionan, deberánobservar que se producen próximos a lasgrandes fracturas que se encuentran en elsubsuelo de la Península, de acuerdo conlas conclusiones obtenidas anteriormentey que existen zonas más proclives a sufrirun terremoto que otras. En una primeraaproximación se observará que es másprobable cuanto más al sur. Para facilitarla corrección se puede utilizar la transpa-rencia nº 5.

1.2 Características de los terremotos

En esta información se caracterizan los terremotos en función de la profundidad a la que se encuentre el foco,de la intensidad y de la magnitud. Este último parámetro es el que presenta más dificultad ya que la escala que seemplea es logarítmica y se trata de una escala abierta. Normalmente la energía liberada por los terremotos se midepor la relación de Gutenberg-Richter (log E = 11,8 + 1,5 M) que relaciona la magnitud (M) con la energía liberada (E),expresada en ergios. La información proporcionada al alumno es una aproximación para que la puedan comprender.

A.3.- Igual que en la actividad 2 se relacionan los terremotos más importantes que se han producido en laPenínsula Ibérica, pero en este caso se indica su magnitud.

a) Los terremotos de Mula y del Mar de Alborán tuvieron la misma magnitud, lo que no es motivo para indicarque ocasionaron los mismos daños ya que intervienen otras parámetros como hemos indicado: la profundidad, amenor profundidad los daños serán mayores, y además intervendrá el que la zona afectada esté poblada o desérticacomo ocurre en el Mar de Alborán (en la isla de Alborán sólo existe un destacamento militar). El terremoto de Mulaocasionó un herido grave con traumatismo craneoencefálico por desprendimientos de cascotes de su vivienda y 14heridos leves.

b) El alumnado contestará en función de su experiencia personal y por las informaciones que pueda tener deotras zonas del planeta principalmente a través de la televisión. Se deberá concluir que España es una zona desismicidad media, no comparable con otras zonas sísmicas muy activas como Japón, California o Irán.

A.4.- a) Como se puede comprobar de la lectura del cuadro de los grados de intensidad MSK los efectos sedefinen por:

1. Los fenómenos sentidos por las personas y percibidos en su medio ambiente.

2. Los daños producidos en las construcciones según sus diversos tipos.

3. Los cambios advertidos en la naturaleza.

12

3

45

6 7

8

9

10

11

12

13

192

b) La mayoría de las víctimas que se producen por efecto de los terremotos son por construcciones inade-cuadas, como ocurrió en el terremoto de Izmit en Turquía o más recientemente en el terremoto de Bam en Irán. Eneste caso las víctimas se producen por las marquesinas que caen sobre los viandantes, cristales rotos o los incendiosprovocados por cortocircuitos; todo ello indica que es fundamental el tipo de construcciones para la estimación dedaños.

Factores de los que depende el número de víctimas

En esta breve información se recoge los principales factores de los que depende el número de víctimas en unterremoto. Algunos alumnos pueden tener dificultades a la hora de analizar de forma conjunta las diferentes variablesque intervienen.

A.5.- Algunas de las conclusiones que se pueden obtener del análisis del cuadro se han comentado anterior-mente, pero conviene insistir en ellas.

a) Podemos establecer que normalmente cuanto mayor es la magnitud la posibilidad de que se produzca unmayor número de víctimas crece, aunque a continuación hay que señalar otros factores como la profundidad,densidad de población, construcciones adecuadas, etc., y por tanto llegar a la conclusión de que la relación no esdirecta.

b) En este apartado y en el siguiente tendrán que aplicar de una manera concreta las conclusiones obtenidasen el apartado a). El terremoto, de los que aparecen en la tabla, que causó menos víctimas es el de Alaska (6) deuna magnitud de 8,4 y el que causó un mayor número de víctimas es el de Tangshan (7) con una magnitud de 8,2.En este caso la causa principal de la gran diferencia entre el número de víctimas de ambos terremotos estriba en laescasa densidad de población de Alaska en contraposición a la de Tangshan (China).

c) El hecho de que en el terremoto de Agadir, se produjeran muchas más víctimas que en el de Alaska, demagnitud superior, fue debido además de a la diferencia de densidad de población, a la diferente calidad de lasedificaciones.

d) Se debe mostrar a los alumnos un mapa como el adjunto, que se recoge en la transparencia nº 6, paraindicar las franjas a las que se refiere el enunciado de la actividad. El hecho de que la mayoría de los terremotos, nose sitúen en cualquier lugar de la Tierra, sino que su distribución corresponda a zonas muy concretas habría queexplicarlo abordando la teoría de la Tectónica de Placas. Como esto no es posible a este nivel, podemos llegar a laconclusión de que en esas zonas el terreno es propicio a fracturarse, dado que los terremotos se producen dondeexisten fallas y que eso puede ser explicado por una teoría que se estudiará en cursos más avanzados.

Áreas sísmicasCordilleras recientes

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1.3 ¿Se pueden prever los terremotos?

A.6.- a) Estudiando el catálogo sísmico de España donde se recoge los datos de todos los terremotos de quese tienen noticias a través de diversas fuentes documentales, se observa tal como indica el texto de prensa, queaproximadamente cada cien años suele producirse un terremoto importante. Otros autores elevan a ciento cincuen-ta o incluso doscientos años la posibilidad de que se produzca un terremoto de magnitud 7 o mayor.

b) Los terremotos de magnitud pequeña y mediana son muchos más abundantes que los de magnitud alta;éstos pueden obedecer por un lado a que la energía se va liberando poco a poco, y por otro puede tratarse de losseísmos que preceden al terremoto principal.

c) Podemos citar las siguientes medidas preventivas:

1. Las edificaciones que se realicen en zonas sísmicas deben cumplir la Norma de ConstrucciónSismorresistente y por tanto puedan resistir las sacudidas del suelo.

2. Reforzar las construcciones existentes para resistir los movimientos sísmicos.

3. Evitar construir sobre fallas activas conocidas y restringir el uso del suelo en áreas proclives a seísmos queconlleve riesgos paralelos como deslizamientos, desprendimientos, etc.

4. Tomar conciencia por parte de los responsables políticos y de la población de este riesgo geológico.

5. Educar a la población en general en la necesidad de tomar medidas preventivas.

A.7.- a) Para terminar este apartado presentamos el mapa de peligrosidad sísmica de España. Como seobserva en la Península la zona de mayor peligrosidad corresponde con las provincias de Granada (IX), Jaén,Almería, Málaga, Murcia y Alicante.

b) La utilidad de conocer un mapa de estas características es poner las medidas necesarias, en cuanto anormas de seguridad sísmica en edificios, para evitar una auténtica catástrofe. Es necesario insistir en que no puededecirse que haya actividad sísmica nula en ninguna zona del territorio español, pero sí es posible indicar aquellaszonas donde es más probable que se produzca un terremoto y dónde puede alcanzar una intensidad mayor. Laforma de elaborar un mapa de este tipo es además de un conocimiento de la litosfera terrestre, es teniendo encuenta los datos históricos de los terremotos que se han producido en la Península.

A.8.- Este decálogo está extraído del libro «Medidas de protección frente a terremotos»; en él se recogen algunasde las indicaciones que se deben tener presente a la hora de responder ¿qué hacer ante un terremoto? Con la realiza-ción de la actividad se pretende observar el grado de asimilación que han podido tener estas normas entre el alumnado.

2. LOS VOLCANES

En este apartado estudiaremos, además de los procesos geológicos internos como el vulcanismo, las diferen-tes rocas que se forman como consecuencia del enfriamiento y consolidación del magma, para finalizar con el ciclogeológico de las rocas.

Al margen de su importancia como fenómeno geológico, los volcanes tienen una popularidad que se debeidentificar con profundos rasgos culturales. Los volcanes para el ser humano están ligados a un temor reverencialante la energía que se libera en una erupción. Por otra parte muchos pueblos primitivos se asentaron preferentemen-te en sus laderas debido a la fertilidad de sus tierras. Todavía hay países como en Japón donde se consideran losvolcanes como montañas sagradas y en numerosas islas del Pacífico toda la vida económica social y religiosa giraen torno al volcán.

Las primeras especulaciones acerca de la estructura interna de la Tierra se deben al jesuita Atanasius Kircher(1602-1680). En su obra «Mundus Subterraneus» señala la visión que tiene del interior de la Tierra, en muchos casoscoincidente con las que tiene el alumnado: es la de un gran fuego central y un conjunto de conductos y cavidades losllamados «pirofilacios», que se cruzan con otros conductos por los que circulan aguas subterráneas «hidrofilacios»y aire «aerofilacios».

Ya en la segunda mitad del siglo XVIII, se produce la controversia entre neptunistas y plutonistas, los primerosliderados por Werner (1749-1817) proponen que todas las formaciones rocosas se habrían constituido en el seno de

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las aguas marinas (de ahí el nombre de neptunistas) por sedimentación de diferentes tipos; mientras que para lossegundos, liderados por Hutton (1726-1797), las rocas cristalinas se habían originado en el interior de la Tierra, apartir de los magmas. Para Hutton, la energía interna de la Tierra era también responsable de la transformación(metamorfismo) de rocas preexistentes.

Esta polémica retrasó en muchos años el progreso y desarrollo de los conocimientos geológicos y no empie-za a ser superada hasta que Desmarest (1726-1797) interpretó como de origen efusivo determinadas rocas delMacizo Central francés, no originadas en erupciones conocidas. Nace así la Vulcanología entendida como la disci-plina que estudia todos los aspectos relacionados con el vulcanismo.

A.9.- La evidencia directa de la existencia de magmas en la Tierra se da por la presencia del vulcanismo, porlo que parece oportuno partir de este fenómeno. Esta actividad nos debe servir por un lado para motivar al alumnadoy por otro para que hagan explícitas sus ideas sobre los volcanes.

a) Se trata de una pregunta abierta con la que se pretende averiguar las concepciones de los alumnos sobrela naturaleza de los volcanes. Los volcanes son grietas situadas en la superficie terrestre por las que salen materia-les y por tanto son una manifestación de la energía almacenada en el interior de la Tierra, esta idea convienerepetirla a lo largo del desarrollo de la unidad. A través del texto se desprenden los diferentes tipos de materiales queexpulsó el volcán: lava, rocas, cenizas, gases, etc. El alumnado tienen una noción de que la lava es «piedra fundida»,pero no suelen incorporar en su esquema la presencia de los gases e incluso de materiales sólidos. Es importantehacerle observar que los productos que expulsan abarcan los tres estados de la materia: sólido, líquido y gaseoso.

b) Se trata de recordar qué son los tsunamis y cómo se generan. Tal como se indicó en el apartado 1, lostsunamis o maremotos son olas oceánicas que pueden ser provocados por terremotos, por erupciones volcánicas ograndes deslizamientos. En el caso del Krakatoa las hipótesis que se manejan sobre el mecanismo de generación delos tsunamis son: las explosiones volcánicas superficiales y submarinas, el desprendimiento que tuvo que producirsey los grandes volúmenes de material eruptivo que cayeron al mar.

Aunque los alumnos deben tener conocimiento de la estructura de la Tierra, pues es una temática que se trataen 1º de ESO, conviene aquí detenerse un poco para recordar dichas nociones, con objeto de poder avanzar en esteapartado.

A.10.- a) Pretendemos relacionar el fenómeno del vulcanismo con la estructura interna de la Tierra. En unprimer nivel de aproximación se deberá llegar a la conclusión de que la astenosfera es la capa de donde puedenproceder los materiales volcánicos ya que está formada por materiales en estado plástico.

Hay que tener en cuenta que también en la corteza pueden generarse magmas debido a un intenso metamorfismopues las rocas de la corteza se funden ya sea por:

1. Aumento de la temperatura: concentración de elementos radioactivos o fricción producida por fracturas.

2. Por disminución de la presión ya que disminuye el punto de fusión de las rocas, por lo que puede haberrocas en la corteza fundidas que a más profundidad estarían en estado sólido.

3. Por adición de agua.

Por último, hay que indicar que la mayoría de los magmas jamás alcanzan la superficie, sino que vuelven aconvertirse en rocas en el interior terrestre, y aquellos que lo hacen no llegan directamente a la superficie, sino quese alojan en lo que posteriormente llamaremos cámara magmática, que se sitúa a una profundidad de 1 a 5 km.

Granda (1989) señala que muchos alumnos relacionan el núcleo incandescente con el vulcanismo. De hechoa la pregunta ¿qué pruebas aportarían para demostrar que hay un núcleo semifluido e incandescente en el interiorde la Tierra?, un 69 % de alumnos del antiguo 3º de BUP cuya edad corresponde con el actual primero de bachille-rato, indicaban que los materiales que arrojan los volcanes. Es decir, se supone una comunicación directa entre elnúcleo y el exterior terrestre, observación que básicamente es errónea.

De todas formas, y en relación con lo anterior, no debemos descartar la salida de material profundo (fenóme-no diferente al vulcanismo), ya que hoy en día los geofísicos están estudiando los llamados «superpenachos» demateria caliente, que se cree que se han elevado unos 2900 km en dirección al suelo oceánico procedentes de unazona cercana al límite manto-núcleo de la Tierra, la denominada «capa D». El ascenso de penachos desde la basedel manto es hoy algo que casi ningún geofísico discute, desde que fue propuesto por Tuzo Wilson en 1963; se

195

estima que es una consecuencia de la convección en el núcleo, que transporta energía hasta zonas de la base delmanto hasta que las activa térmicamente. El concepto de penacho fue revisado en 1971 por W. Jason Morgan, dela Universidad de Princeton. Según él, la Tierra contendría 20 columnas de roca fundida, elevándose unas pulgadaspor año bajo las islas volcánicas principales, como Islandia y Hawai. Cada penacho se elevaría como una columnay al alcanzar la superficie se extendería como una seta. Muy probablemente la última erupción de un superpenachose produjo hace unos 120 millones de años. Aunque apenas se duda en al actualidad de la existencia de talespenachos, el debate se centra en la profundidad de su origen.

Obviamente, esta información es para que el profesorado la tenga en cuenta, ya que en este nivel provocaríamás confusión en el alumnado que otra cosa.

b) Pretendemos investigar acerca de las causas del volcanismo. Aquí es posible que se den explicacionesintuitivas, basadas en la idea de un interior de la Tierra incandescente, tal como hemos comentado en la actividadanterior, pero hemos de llevar la discusión hacia el terreno de que hay zonas inestables en la Tierra donde es posibleque se dé este fenómeno y otras zonas, geológicamente estables, donde no se da.

2.1 Magmatismo y vulcanismo

Igual que ocurre con el metamorfismo, y se puede decir que con la geodinámica interna en general, uno de losprincipales obstáculos que se le presenta al alumnado es la dificultad en el manejo de los conceptos presión ytemperatura, debido ya no sólo a la escasez de conocimientos básicos de termodinámica, sino a la propia dificultadintelectual de conjugar dos variables. Si a esto añadimos los problemas derivados de la falta de conocimientos sobrelos procesos químicos de la mineralogénesis endógena, y el requerimiento cognitivo que supone inferir sobre mode-los de corteza terrestre no directamente observables, está claro que en este tema, como en todos los que se refierena la geodinámica interna, sólo podremos aspirar a una aproximación que permita adquirir una noción elemental dedinámica cortical.

Materiales que expulsan los volcanes

Los volcanes expulsan diferentes tipos de materiales que se encuentran en los tres estados físicos: sólidos,denominados materiales piroclásticos, líquidos, las lavas y gaseosos.

A.11.- a) Se trata de una actividad que incide en unos de los aspectos más importantes del vulcanismo y quepuede suscitar polémica sobre todo después de una actividad como la del Krakatoa.

Efectivamente, el relato sobre el Krakatoa puede inducir a que muchos decidan que el vulcanismo destruyelos relieves previos (desaparición de una tercera parte de Krakatoa), esto unido con los efectos devastadores de losvolcanes (pérdidas humanas, económicas, etc.) pueden conducir a una conclusión errónea. Desde un punto de vistageológico podemos indicar que los volcanes originan relieves positivos, ya sean sumergidos o emergidos, y para ellodebemos recordar que los volcanes expulsan materiales (20 km3 en el volcán citado) que se deberán depositar enalgún sitio, incluso la 2/3 parte del Krakatoa no «desapareció», no se la «tragó» la tierra sino simplemente quedósumergida.

b) La pregunta pretende salir al paso de un posible error conceptual: considerar que los volcanes son agujerosque hace la lava «en las montañas», al salir al exterior, lo que supone un origen orogénico del cono volcánico.

c) En la cordillera de los Andes nos encontramos rocas sedimentarias, metamórficas e ígneas. Los volcanesactivos de los Andes se han formado al expulsar materiales las regiones volcánicas actuales.

Partes de un volcán

Chimeneas, cráteres y cono volcánico son las partes que podemos distinguir en un volcán típico, aunque enfunción de la viscosidad de las lavas, que depende de la presencia de sílice, este prototipo puede hacerse máscomplejo.

196

Tipos de volcanes o de erupciones y su distribución

Se exponen los diferentes tipos de volcanes ligados a los productos que expulsan y se clasifican los volcanesen función del Índice de Explosividad Volcánica (IEV).

A.12.- Para simular el proceso del volcanismo podemos utilizar los modelos analógicos que se proponen enla actividad.

a) El símil de la botella de champán, donde la presión del gas será la causa de la salida del magma, seidentificará con las erupción de un volcán explosivo o vulcaniano, aunque luego se convierta en efusivo o hawaiano.El símil de la leche hirviendo, tal vez más apropiado, ya que se muestra un caso en el que la fuente de la erupción esel foco de calor, se identificará con las erupciones de los volcanes tipo efusivo o hawaiano.

b) Una erupción será más o menos peligrosa en función de tres factores: volumen de material emitido, alturade la columna eruptiva y duración de la erupción. Precisamente estos factores son los que se emplean para confec-cionar el Índice de Explosividad Volcánica (IEV). Según la información aportada generalmente los más peligrososson los vulcanianos y los menos los efusivos.

A.13.- Aunque el alumnado aún no tiene nociones de Tectónica de Placas, no está de más que vaya obser-vando algunas coincidencias que llevaron a la formulación de esta teoría. Se podrá percibir que la distribución de losvolcanes y de los terremotos viene a coincidir con la de los límites de esas porciones de litosfera, que encajan amodo de piezas de puzzle, que se llaman placas tectónicas. El alumnado podría intuir que la razón de ello es que enestos lugares debe haber una actividad especialmente intensa, tal vez porque las placas se mueven.

Riesgos volcánicos

Se proporciona aquí una información resumida sobre algunos de los principales peligros que tienen las erup-ciones volcánicas.

La previsión volcánica

Con el texto publicado en «El País» introducimos el tema de la predicción volcánica. En el pasaje se citan losprincipales precursores volcánicos como son los cambios físicos y químicos que se producen en la zona volcánica,

197

entre ellos están los movimientos sísmicos, la elevación del terreno y los cambios en el campo magnético. Lainvestigación científica que se desarrolla en diferentes universidades y la que llevan a cabo los servicios geológicosde diferentes países han realizado avances notables en la ciencia de la predicción, como la erupción del Monte SaintHelens en el estado de Washington (EEUU) y el Pinatubo en Filipinas, pero todavía está lejos de ser infalible. Hayque tener en cuenta que de los más de 600 volcanes activos sólo una pequeña parte se ha estudiado con detalle.

A.14.- a) La respuesta podría ser del tipo: para que el magma, que está sometido a altas temperaturas y granpresión, pueda salir de la cámara magmática al exterior tienen que producirse movimientos en el terreno que danlugar a seísmos.

b) En el pasaje se cita como precursor de la erupción, además de los seísmos, el abombamiento del terreno queda lugar en los meses previos a la erupción a cambios de nivel de la superficie de la zona. A estos precursores sepueden añadir los cambios químicos en la composición del terreno, fuentes termales, aumento de la temperatura, etc.

c) Una erupción podemos catalogarla como peligrosa en función de los materiales que expulsa, así las máspeligrosas, son las que emiten magmas muy viscosos y cargados de gases. Como se les ha adelantado en lainformación los principales peligros son las coladas de barro y las piroclásticas.

Precursores volcánicos

Se analiza en esta información los principales precursores volcánicos, aunque algunos se han omitido por sudificultad, como son los cambios que se producen en los campos eléctrico y magnético debido a los cambios detemperatura. En el caso de los terremotos también se producen variaciones en estos campos, pero a diferencia delos volcanes son producidos por los aportes de agua freática.

La predicción volcánica, igual que la sísmica, se basa en estudios históricos y en el análisis de los precurso-res. Entre las catástrofes naturales, el volcanismo ocupa un lugar modesto, ya que sus víctimas directas o indirectashan sido relativamente escasas.

A.15.- a) Esta actividad está basada en una propuesta por Anguita y Moreno (1991). En ella se pretende queel alumnado compare los precursores volcánicos con los sísmicos. En general podemos indicar que tanto la predic-ción sísmica como la volcánica se basan en el análisis histórico de la región y en el estudio de los precursoresgeofísicos y geoquímicos; pero obviamente se trata de dos fenómenos diferentes: en el caso volcánico, de unadesgasificación de la cámara magmática y en el caso sísmico el origen es una fractura.

Si se comparan los precursores de uno y otro fenómeno observamos que tienen elementos comunes, pero lasexplicaciones son diferentes. Así, las elevaciones del terreno que se producen, en el caso de los volcanes se originanpor el aporte de material magmático, y en el caso de los seísmos por el volumen de las pequeñas fracturas(microgrietas). La sismicidad que rodea ambos fenómenos es de origen muy diferente, magmática y tectónicarespectivamente, e incluso la emisión de gases como el radón son diferentes, mientras que en las erupciones se tratade una desgasificación de la cámara magmática, en los seísmos proviene de zonas profundas de la corteza quealcanza niveles superiores a través de la falla.

b) La única forma de reconstruir una erupción volcánica teniendo en cuenta el principio del actualismo: «elpresente es la clave del pasado», es identificando las rocas que se forman en las erupciones actuales. Por la tantola existencia de rocas volcánicas in situ en una región nos indica de forma clara que esa zona se vio afectada porfenómenos volcánicos. Otras indicadores se pueden prestar a confusión, sobre todo en personas que no son exper-tas, como es el relieve de las zonas volcánicas.

Las zonas volcánicas en España

En España existen diversas regiones volcánicas: las islas Canarias, en Cataluña la región de Olot, en CiudadReal, Campos de Calatrava y en el Borde Mediterráneo la franja costera situada entre el Cabo de Gata y el MarMenor, además de algunas pequeñas islas como las Columbretes y la de Alborán. De todas ellas, la única áreavolcánica activa que tenemos en España son las islas Canarias. Hay que resaltar que en cierta manera la Vulcanologíacomo ciencia se cimentó en España con el estudio que hicieron los grandes naturalistas de los siglos XVIII y XIX(Calderón, Hernández-Pacheco, Humboldt, etc.) de los volcanes canarios.

198

A.16.- a) En España todas las regiones volcánicas de la Península Ibéricala (Campos de Calatrava, Olot,Cabo de Gata) se consideran técnicamente apagadas porque hace mucho tiempo, geológicamente hablando, que noproducen erupciones; en cambio en las Islas Canarias todos los volcanes son activos pues han entrado en erupciónen tiempos históricos, algunos muy recientemente.

b) En teoría solamente en Canarias pueden producirse erupciones en nuestros días pues son de apariciónreciente y muestran una actividad que en tiempo histórico ya han producido desastres.

A.17.- Las palabras de enlace pueden ser como las que aparecen en el siguiente esquema. Se puede usar latransparencia nº 7.

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199

3. ROCAS PRODUCIDAS EN LOS PROCESOS INTERNOS

Como apartado final de esta unidad dedicada a las manifestaciones externas de procesos internos, nosdetendremos en las rocas endógenas (metamórficas y magmáticas), que son evidenciables por los afloramientos.Con ello, junto a las rocas sedimentarias vistas anteriormente, completamos el repaso general de todas las rocas.

A.18.- El alumnado debe utilizar la clave que se proporciona para determinar el tipo de roca. Normalmentela distinción de los tipos de rocas se realiza más por la experiencia que por detalles morfológicos, ya que hay rocassedimentarias (por ejemplo, la arenisca) que podría ser considerada magmática, o rocas metamórficas (por ejemplo,la filita) que podría ser confundida con una roca sedimentaria, etc. Los petrólogos las distinguen mejor por losminerales que contienen, pero esto escapa de los propósitos y posibilidades de este curso.

Los cambios en las rocas y sus causas: ciclo geológico de las rocas

Se presenta de una forma simple el ciclo geológico de las rocas por el interés didáctico que tiene al relacionaruna serie de procesos geológicos con la formación de las diferentes rocas que se han estudiado.

No es cuestión de entrar aquí en el análisis histórico del concepto de ciclo geológico; basta decir que laprimitiva noción de fases universales en las que los relieves eran desmantelados, merced a la acción de agentesgeológicos externos, alternando con fases en las que los agentes geológicos internos creaban relieve, ha sidosustituida por otra más matizada, según la cual, simultáneamente, se desarrollan unas y otras fases en distintaszonas de la Tierra, de acuerdo con tectónica global, y que en lugar de pensarse en un ciclo totalmente cerrado yunidireccional se concibe un fenómeno, en lo que a materiales se refiere, sólo aproximadamente cíclico, y par-cialmente abierto. Por tanto esta visión general deberá ser matizada en la unidad próxima cuando se estudie el ciclogeológico.

Los efectos de la presión y la temperatura en la formación de rocas

Antes de iniciar el tratamiento de las rocas endógenas, nos parece fundamental apuntar algo que puedaexplicar su origen, más allá de la mera erupción volcánica (que en todo caso explicaría sólo un tipo de roca magmática).A falta de nociones sobre tectónica de placas, presentamos una aproximación más cercana e intuitiva que escientíficamente correcta, aunque incompleta, para explicar la formación de rocas en general, siguiendo los nivelesestructurales que definiera Mattauer. Los alumnos advertirán con este esquema que existe un gradiente de presión ytemperatura asociado a la profundidad de los estratos, de modo que primero se formarían rocas sedimentarias(diagénesis), luego rocas metamórficas (metamorfismo) y finalmente el magma cuyo posterior enfriamiento porascenso, daría lugar a rocas magmáticas (magmatismo).

La clasificación que se realiza de las rocas ígneas o magmáticas tiene en cuenta por un lado la sílice (SiO2)que es el óxido predominante, estando su porcentaje generalmente comprendido entre el 35 y el 75 % del total enpeso, y por otro lado su textura que está relacionada con la velocidad de enfriamiento del fundido magmático. Sepretende ofrecer una panorámica que recoja las rocas más importantes de los procesos magmáticos poniendoénfasis en la forma en la que se presentan (estructuras) y la velocidad de cristalización, que nos permite acercarnos,aunque sea superficialmente, al concepto de textura.

Somos conscientes de que la consideración de la presencia de plagioclasas, feldespatos y feldespatoides esesencial para diferenciar numerosas rocas magmáticas, no siendo suficiente el criterio textural, pero estimamos queeste tipo de clasificaciones más aceptables pero más complejas están fuera de lugar, pues el alumno de este nivelno domina la mineralogía ni conoce los fenómenos de diferenciación magmática que son la base de la diversidad delas rocas magmáticas. Los escasos conocimientos de geología por parte del alumnado sobre mineralogía y proce-sos físico-químicos asociados a la petrogénesis, aconsejan un tratamiento del tema lo más elemental posible, porejemplo, en torno a su textura y colorido.

A.19.- Se pretende que el alumnado reflexione sobre el origen de estas dos variables físicas que sonfundamentales para entender la petrogénesis. Básicamente existen dos situaciones: una estática y otra dinámica.En la primera, los materiales están apilados en una cuenca de sedimentación y sólo es el peso de estos materiales(presión litostática) lo que provoca el gradiente de presión. El gradiente de temperatura se produce por el gradogeotérmico (3ºC cada 100 m de profundidad) o la presencia de fuentes de calor de origen ígneo. En la situación

200

dinámica, los materiales son empujados por fuerzas tectónicas (como se verá esto ocurre en las zonas de conver-gencia de placas tectónicas) y ello provoca aumento de presión y de temperatura.

3.1 Las rocas metamórficas

A.20.- En esta actividad se pretende que el alumnado aplique el concepto de gradiente geotérmico, debiendorelacionar el aumento de temperatura que se produce en el interior terrestre con la profundidad.

El rápido descenso que se produce en el gradiente geotérmico a partir de aproximadamente los 100 km deprofundidad induce a pensar que el alto valor del gradiente en la corteza sea debido en gran parte a la energíaliberada en la desintegración de elementos radioactivos. Además puede haber otros factores como la energíainterna terrestre residual de la energía liberada por los impactos durante la fase de acreción planetaria, presencia defacturas importantes, antigüedad del último episodio orogénico, etc; evidentemente no se pretende que el alumnadollegue a estas conclusiones, pero sí estimamos interesante que el profesorado maneje todos estos factores.

a) En la cuestión se deberá hacer una simple operación matemática: 30 · 6370 km (radio medio terrestre) =191100 ºC que es la temperatura que teóricamente tendría el centro de la Tierra.

b) Obviamente, este dato no es real, ya que si fuera así, la capa más interna de la Tierra, el núcleo interno, nopodría ser sólida.

A.21.- Tal como hemos comentado en otras ocasiones pretendemos que el alumnado adquiera la destreza deinterpretar gráficas ya que esto le será útil al margen de que siga estudios reglados o se incorpore al mundo laboral.

En la gráfica se observa que la temperatura aumenta con la profundidad más rápidamente en la parte externadel manto que en la parte interna y en el núcleo. En cuanto a la presión aumenta de forma constante hasta la basedel manto y partir de esa zona aumenta más rápidamente disminuyendo el gradiente en el núcleo interno.

Procesos previos: la diagénesis

Creemos conveniente recordar el proceso de la diagénesis, trabajado en el curso anterior, ya que como se haindicado anteriormente, se va a caracterizar el metamorfismo por el aumento de presión y temperatura. Hay quetener en cuenta que el metamorfismo se inicia una vez que se ha dado la diagénesis y por tanto un pequeño aumentoen la presión y en la temperatura dará lugar a procesos tales como la compactación y la cementación que dan lugara que los sedimentos se transformen en rocas sedimentarias.

Metamorfismo

Quizás estamos ante uno de los conceptos geológicos de mayor dificultad para el alumnado. Históricamenteel concepto de metamorfismo no aparece hasta 1830 cuando Charles Lyell lo recoge en sus «Principios de Geolo-gía», de hecho hasta que no se alcanzó el desarrollo tecnológico que permitió la construcción del microscopiopetrográfico, en la primera mitad del siglo XIX (1827 por Nicol), y la confección de láminas delgadas de rocas (1856,por Sorby) no se impulsó el conocimiento de las rocas metamórficas y, en general de las rocas endógenas.

Hemos caracterizado el metamorfismo por la recristalización y la esquistosidad, dos criterios que a nuestrojuicio son los más destacables en este nivel de profundización para diferenciar las rocas metamórficas de otros tiposde rocas. Aunque igual que en las rocas sedimentarias (caracterizadas por depositarse en capas y poder albergarfósiles) no siempre es posible observar estas modificaciones estructurales.

Además hemos considerado interesante situar los límites del metamorfismo para que los alumnos y alumnaspuedan situar este proceso dentro del esquema general de un hipotético ciclo de las rocas. Con este esquemapretendemos que se observe cómo aumentando paulatinamente la presión y la temperatura los sedimentos setransforman en rocas sedimentarias, éstas a su vez en rocas metamórficas hasta que llegan una zona donde sefunde ese material pasando al campo de las rocas ígneas, de tal forma que la intensidad del metamorfismo puededescribirse en términos de metamorfismo de grado bajo, intermedio y alto.

El límite inferior del metamorfismo ha sido uno de los aspectos más controvertidos entre los geólogos, así porejemplo Winkler (1978) indica que desde el punto de vista de la petrología metamórfica el criterio es el de la primera

201

aparición de una asociación mineral (laumontita, lawsonita, glaucofana, etc.) que no puede formarse en un ambientesedimentario, sin embargo el criterio que hemos seguido aquí (zona donde desaparecen los restos de seres vivosque forman el petróleo), es el acuerdo que existe actualmente en la comunidad científica que tiene la ventaja adicio-nal de ser más claro.

A.22.- Pretendemos que queden claros los conocimientos de la información proporcionada y a la vez que seadviertan que los procesos geológicos no tienen por qué ser unidireccionales. Para ello, proponemos partir de unaroca expuesta, es decir, que se encuentra en la superficie terrestre ya sea sedimentaria, metamórfica o ígnea. Lassecuencias en cada caso serían:

Sedimento Roca sedimentaria Roca metamórfica

Roca metamórfica Roca metamórfica

Roca sedimentaria Roca metamórfica

Rocas metamórficas

Las rocas metamórficas que aparecen son las más comunes, aunque dejamos al criterio del profesorado elintroducir algunas otras rocas, sí estas son representativas en la zona donde vivan el alumnado. Se ha queridorepresentar de una forma gráfica a través de las diferentes imágenes de esta información, el metamorfismo de lasrocas carbonatadas, de las areniscas y de las arcillas, y las transformaciones y cambios que sufren las rocas enestado sólido.

Se debe recalcar el hecho de que el metamorfismo puede afectar a cualquier tipo de roca, incluso a la posiblepregunta de cómo se podría distinguir, terminológicamente, una roca metamórfica (por ejemplo, un gneis), de origenígneo o sedimentario, habría que facilitar la información de que para distinguirlas se utilizan los prefijos para, cuandoel metamorfismo afecta a rocas de origen sedimentario y orto para las de origen ígneo o magmático.

A.23.- Los parámetros que deben manejar los alumnos son el aumento de presión y temperatura que debesufrir la arcilla hasta que se transforme en una roca metamórfica de bajo grado como las pizarras. De forma teóricapodemos imaginar un diseño que conste de una prensa y un foco de calor, que pueda alcanzar las valores adecuadospara que se produzca el metamorfismo. Además de estos dos factores tendríamos que tener en cuenta un tercerfactor como es el tiempo, imprescindible para que se produzca ese cambio.

Diagénesis Metamorfismo

Metamorfismo

Metamorfismo

202

A.24.- Se trata de un metamorfismo dinamotérmico o regional, donde se puede observar por completo laserie pelítica, es decir el metamorfismo que sufren las arcillas, el grado de metamorfismo como se observa en elcorte geológico disminuye hacia la derecha.

Identificación de rocas metamórficas

Se pretende que el alumno a partir de las características petrológicas que observan de algunos ejemplares derocas metamórficas, sea capaz de identificarlas y clasificarlas.

A.25.- Si se dispone de ejemplares suficientes es conveniente suministrar una batea con las siete rocasdescritas en la clave dicotómica (mármol, cuarcita, pizarra, gneis, filita, micasquisto y esquisto) a cada uno de losgrupos de clase. Si no es así podemos hacer que las rocas que se dispongan pasen por los diferentes grupos.

La clave sólo hace referencia a las rocas metamórficas más corrientes. De todas formas, es convenienteintroducir otras rocas metamórficas distintas a las anteriores si son significativas en la zona donde se encuentre elcentro escolar. Por último, hay que señalar que incluimos la pizarra metamórfica para diferenciarla de los micaesquistos(más compactos, menos exfoliables y con abundante mica).

En el caso de que no se dispongan de ejemplares de rocas metamórficas en el departamento se puedecomentar el aspecto de las rocas que aparecen en la página 202 del libro del alumno.

3.2 Rocas ígneas o magmáticas

Se debe comenzar por una explicación sucinta sobre el origen de las rocas magmáticas o ígneas, y suclasificación en los tres grandes grupos (plutónica, filoniana y volcánica) tanto por su origen, su estructura y, espe-cialmente, su textura, utilizando para ello muestras reales para que los alumnos aprendan a distinguir dichas textu-ras, lo cual será necesario para las actividades que siguen.

A.26.- Se trata de realizar una actividad práctica para reforzar la información suministrada sobre texturas derocas magmáticas, fundamento de la clasificación de este tipo de rocas.

a) El alumnado aplicará los conocimientos suministrados anteriormente para distinguir estas texturas.

b) Se podrá relaciones, de acuerdo con la información anterior, la textura granuda con las rocas plutónicas, laporfídica con las rocas filonianas y la vítrea con las rocas volcánicas.

A.27.- a) A: cono volcánico; B: dique o filón; C: batolito.

b) Granuda (A), microcristalina y vítrea (C) y porfídica (B).

c) Plutónicas (A), filonianas (B) y volcánicas (C).

A.28.- a) Para facilitar la realización de la actividad es conveniente que los alumnos dispongan de unamuestra de esquistos y de diabasa. Las diabasas son rocas ígneas filonianas por que se encuentran rellenandogrietas, tal como se puede observar en la foto. El término diabasa es sinónimo de dolerita. Esta estructura magmáticaes frecuente en determinados complejos (como el Maláguide en las Cordilleras Béticas).

b) Se pide una breve cronología relativa y una posible explicación de la formación de esta estructura. Tenien-do en cuenta el principio de cronología de accidentes, que indica que siempre que una estructura geológica afectea otra esta última debe existir primero y por tanto será más antigua. En el caso que nos ocupa, los esquistos sonanteriores a las diabasas, en concreto los esquistos son de edad silúrica (Paleozoico) y las diabasas son del Miocenoinferior (Cenozoico).

A.29.- a) Es conveniente disponer de diversas muestras de rocas plutónicas y volcánicas para realizar estaactividad. En su defecto, se pueden utilizar las fotografías que se adjuntan. La roca de la izquierda es una lava

203

cordada y por tanto se trata de una roca volcánica; la muestra de la foto de la derecha es un granito y la que quedaentre ellas es un gabro. Estas dos últimas son rocas plutónicas, ácida el granito y básica el gabro.

b) El principal criterio que nos permite diferenciar las rocas volcánicas de las plutónicas es el textural. Enconcreto, la roca volcánica presenta una textura vítrea donde no se diferencia de visu los minerales y presenta unaestructura donde se pueden distinguir huecos o vacuolas con una superficie rugosa. Por el contrario las dos rocasplutónicas presentan una textura granuda, donde se puede distinguir a simple vista los minerales, como se observa,el gabro presenta minerales de colores oscuros y el granito de colores claros.

A.30.- Dividida la clase en pequeños grupos de 4 o 5 alumnos, se distribuyen las rocas magmáticas que seindica en la clave dicotómica y en la que incluimos los principales representantes de los tres grandes grupos (plutónicas,filonianas y volcánicas). Sería deseable que el alumno se esforzara en reconstruir las condiciones de su formación(composición, solidificación profunda o superficial, erupción rápida, erupción lenta, etc.) a partir de la lectura de suestructura y textura.

La clave sólo hace referencia a las rocas ígneas más corrientes. De todas formas, es conveniente introducirotras rocas, distintas a las anteriores, si son significativas en la zona donde se encuentre el centro escolar.

A.31.- Las palabras de enlace pueden ser como las que aparecen en el siguiente esquema. Se puede usar latransparencia nº 8.

MAGMATISMO

ROCASMAGMÁTICAS

La superficie

terrestre

El interior

de la TierraFilones

VÍTREA

BASALTO GRANITO

GRANUDA

PÓRFIDO

PORFÍDICA

ROCASVOLCÁNICAS

ROCASPLUTÓNICAS

ROCASFILONIANAS

USOS INDUSTRIALES

da lugar a

en

dando lugar a dando lugar a dando lugar a

como el como el como el

de textura de textura de textura

los cuales tienen

204

EL METAMORFISMO

CAMBIOS OTRANSFORMACIONES

SÓLIDO

ROCASMETAMÓRFICAS

ARCILLAS ARENISCASCALIZAS

MÁRMOLES ESQUISTOS CUARCITAS

ROCASORNAMENTALES

PIEDRAS DECONSTRUCCIÓN

FACTORES

TEMPERATURAPRESIÓN

está determinado por

tales como

consiste en

en estado

dando lugar a

que si proceden de

se llaman se llaman se llaman

utilizados como utilizados como

205

CONTROL DE CLASE A

1. Lee la siguiente noticia:

a) ¿Hay algún o algunos errores en el texto? Indica cuál o cuáles.

b) Explica por qué en la noticia se asocia, el terremoto con una falla.

c) ¿Qué entiendes por réplica?

d) ¿Por qué el terremoto de Izmit ocasionó más víctimas que el del Taiwán? Señala al menos dos factores delos que pueda depender el número de víctimas en un terremoto.

e) Describe tres indicadores que puedan servir para predecir un terremoto.

2. Lee con atención la siguiente noticia:

PLAN DE CONTROL VOLCÁNICO PARA CANARIASUn análisis de las erupciones históricas registradas en Canarias entre 1341 y 1971 descubre cierta regula-

ridad periódica. Cada 30 o 35 años despierta un volcán en cualquiera de las islas. El último, el Teneguía, hizoaparición entre el 26 de octubre y el 18 de noviembre de 1971. De un total de 18 grandes erupciones durante losúltimos seis siglos, ocho han tenido lugar en Tenerife, siete en La Palma, dos en Lanzarote y una en Hierro.

Los síntomas básicos del volcanismo canario son su actividad sísmica e importantes anomalías térmicas quesuelen ir asociadas a desprendimientos de gases volcánicos de tipo superficial o de subsuelo (se han registradotemperaturas de hasta 50-60 grados centígrados en aguas freáticas).

El volcanismo reciente (se refiere a los últimos 500 años) ha dejado huella en todas las islas menos en laGomera, donde no ha habido actividad telúrica desde hace al menos un millón de años. La erupción más larga enla historia volcánica de Canarias fue la del Timanfaya (Lanzarote), que se produjo en 1730 y tardó seis años enapagarse. (El PAÍS, 2 de abril de 1986)

a) Enumera las señales precursoras de las erupciones volcánicas de Canarias.

b) ¿Conoces otras zonas volcánicas diferentes a la reseñada en el texto? ¿cuáles?

c) De todas las zonas mencionadas en el epígrafe anterior ¿cuál o cuáles tienen un volcanismo activo?Razona la respuesta.

d) ¿Cuáles son los principales peligros de los volcanes? Explícalos brevemente.

3. a) Relaciona los siguientes términos con los tipos de rocas que hemos estudiado: sedimentarias, metamórficase ígneas (plutónicas, filonianas y volcánicas):

- Esquistosidad

- Anatexia

- Batolitos

- Textura porfídica

El informe realizado por diferentes observatorios del terremoto de Izmit (Turquía) ocurrido el 17 de agostode 1999, indica que el seísmo estaría asociado a la falla Norte de Anatolia. Según el análisis de los datosrecogidos en los observatorios sismológicos el foco del terremoto se encontraba a poca profundidad, a unos 10km, y por ello ha resultado más violento que si hubiera estado localizado a mayor profundidad. Alcanzó unaintensidad de 7,2 grados en la escala abierta de Richter y causó oficialmente 15135 muertos y un número similarde desaparecidos.

El 20 de septiembre de este mismo año un fortísimo terremoto de intensidad 7,6 grados sacudió Taiwán ycausó cerca de 2000 muertos. El terremoto fue seguido por numerosas réplicas. Los geólogos aseguran que elepicentro se situó a 50 km de profundidad.

206

- Diagénesis

- Recristalización

- Piedra pómez

b) Explica brevemente el significado de cada uno de ellos.

4. Indica las semejanzas y las diferencias que existen entre las siguientes rocas:

a) Mármoles y calizas.

b) Pizarras y gneises.

c) Granitos y basaltos.

CONTROL DE CLASE B

1. Lee la siguiente noticia:

El 1 de noviembre de 1755 tuvo lugar el terremoto de Lisboa, uno de los terremotos más destructivos ymortales de la historia, causando la muerte de entre 60.000 y 100.000 personas. El sismo fue seguido por unmaremoto o tsunami y un incendio, causando la destrucción de casi la totalidad de Lisboa. Se estima que lamagnitud del terremoto era de 9 en la escala de Mercalli, teniendo su epicentro a 5 km de un punto situado bajouna falla a unos 200 km del Cabo San Vicente (Portugal) que hizo bajar el fondo marino unos 30 m. El terremotoduró entre 3,5-6 minutos, produciendo grietas gigantescas en 5 m de ancho en el centro de la ciudad. El agua delmar retrocedió, dejando el fondo al descubierto, y a los 40 minutos llegó dos grandes olas de 6 y 20 m de altura,que engulleron el puerto y el centro de la ciudad y en el resto de la ciudad se desencadenaron incendios queasolaron la ciudad durante cinco días. Dos horas y diez minutos después se produjeron dos réplicas El maremototambién afectó a las poblaciones del suroeste de España, incluida Sevilla, donde hubo muchas víctimas e impor-tantes daños materiales.

a) ¿Hay algún o algunos errores en este texto? Indica cuál o cuáles y rectifícalos

b) Explica por qué se asocia este terremoto a una falla del fondo marino del Atlántico

c) ¿Qué entiendes por réplica?

d) ¿Los daños materiales producidos por el terremoto se deben únicamente a los efectos del temblor y delmaremoto?

e) Describe tres indicadores que pueden servir para predecir un maremoto

2. Lee con atención la siguiente noticia:

PLAN DE CONTROL VOLCÁNICO PARA EL POPACATEPETL

Por la actividad que presenta el volcán Popacatepetl (México), cuya última erupción tuvo lugar el 21-9-2003, el comité científico asesor de dicho volcán considera tres áreas de peligro, partiendo como eje central elcráter del volcán. En un radio de 15 km se encuentra la “zona de alto riesgo”, que comprende 16 municipios delEstado de Puebla, 6 del Estado de Morelos y 8 del Estado de México. En un radio de 30-60 km se encuentra la“zona de riesgo medio”, comprendiendo 22 municipios del Estado de Puebla, 9 del Estado de Morelos, 6 delEstado de Mexico y 18 del Estado de Tlaxcala. Entre 60-90 km se encontraría la zona de riesgo bajo. Lapoblación expuesta asciende a un to tal 3.562.596 personas según censo del 2000, de las cuales 685.776 están enla zona de alto riesgo. La sección de Observación, Análisis y Alerta, es la encargada del control constante de laactividad del volcán, asegurando el estado de las rutas de evacuación y puntos de reunión y embarque hacia losalbergues, así como los sistema de búsqueda, rescate y atención médica, así como asegurar el entrenamiento dela población mediante la realización de simulacros.

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a) Haz una lista de las señales precursoras de erupción volcánica que tendrían que controlar los científicos ytécnicos de este plan de control.

b) ¿Por qué se encuentra un volcán en esta zona? Señala otras zonas volcánicas de esta zona

c) ¿Por qué se considera que el volcán Popacatepetl es un volcán “activo”? ¿Conoces algún volcán que noesté activo?

d) ¿Cuáles son los peligros que supone la erupción de este volcán?

3. Indica, en las siguientes rocas, a qué tipo de estructuras o texturas corresponde:

- Arcillita

- Mármol

- Granito

- Migmatita

- Esquisto

- Pumita

- Pórfido granítico

4. Indica las diferencias y semejanzas entre los siguientes tipos de rocas:

a) Entre areniscas y cuarcitas

b) Entre arcillitas y esquistos

c) Entre pumitas y gabros


1. a) En el texto existen dos errores. En primer lugar se debe hablar de magnitud de 7,2, en el primer casoy de 7,6 grados, en el segundo y no de intensidad. Además, en el segundo párrafo se indica que el epicentro se sitúaa 50 km de profundidad cuando se debe decir que es el foco o hipocentro.

b) Los terremotos se producen como consecuencia de fuerzas que producen deformaciones que se acumu-lan en las rocas hasta que se fracturan y se produce un movimiento. Por tanto, los terremotos están relacionadascon grandes fracturas que se encuentran en el subsuelo de las diferentes zonas.

c) Las réplicas son terremotos que ocurren después del terremoto principal y que tienen una magnitudinferior.

d) Por los datos que se ofrecen en el texto, el terremoto de Izmit ocasiono más víctimas por que fue mássuperficial, ya que su foco se situó a 10 km de profundidad mientras el terremoto de Taiwán a 50 Km, aunque sumagnitud fuera 0,4 grados inferior. También podemos especular que la calidad de las edificaciones fuera mejor y laaplicación de las normas antisísmicas más rigurosas en Taiwán que en Turquía.

Ademas de los dos factores citados, es decir, de las características del terremoto como la profundidad delfoco del terremoto y la magnitud y el desarrollo tecnológico del país donde se produce el terremoto, interviene untercer factor como es la situación geográfica del epicentro, ya que si es una zona densamente poblada podráproducir numerosas víctimas, (es el caso de las dos regiones citadas en el texto) si por el contrario se trata de unazona desértica no producirá daños materiales ni víctimas.

e) Los principales precursores sísmicos son:

- Elevaciones centimétricas del terreno debidas a que las rocas, sometidas a esfuerzos, se agrietan con elconsiguiente aumento de volumen.

- Incremento del gas radón (gas radiactivo) en el agua de los pozos profundos, ligado quizás a que el flujo deagua en la zona se incremente.

- El número de terremotos pequeños aumenta rápidamente antes del terremoto principal.

208

2. a) Las señales precursoras de las erupciones volcánicas de Canarias son las siguientes: actividad sísmicae importantes anomalías térmicas que suelen ir asociadas a desprendimientos de gases volcánicos de tipo superfi-cial o de subsuelo.

b) España tiene cinco zonas volcánicas, la señalada en el texto, las Islas Canarias, las islas Columbretes,Cabo de Gata en Almería, la comarca del Campo de Calatrava en Ciudad Real y la región de Olot en Gerona.

c) La única que tiene un volcanismo activo es las islas Canarias, ya que se considera que es así cuando suúltima erupción es inferior a 100.00 años.

d) Los peligros principales de los volcanes y los que registran mayor número de víctimas están relacionadoscon las coladas de barro o lahares y con las coladas piroclásticas. En el primer caso, se generan cuando el aguaprocedente de la lluvia o del deshielo de una cumbre volcánica funde rápidamente por el calor liberado por laerupción y desciende por las laderas arrasando todo. En las coladas piroclásticas se producen avalanchas incandes-centes donde se mezclan los distintos materiales que expulsan el volcán con agua y aire formando densas nubes.

3. a) Las relaciones son:

- Esquistosidad con rocas metamórficas.

- Anatexia con la fusión de rocas metamórficas que da lugar al magma.

- Batolitos con rocas ígneas (plutónicas).

- Textura porfídica con rocas ígneas (filonianas).

- Diagénesis con rocas sedimentarias.

- Recristalización con rocas metamórficas .

- Piedra pómez con rocas ígneas volcánicas.

b) - Esquistosidad: es una característica típica de las rocas metamórficas que tienen una disposición enláminas paralelas.

- Anatexia es la fusión de las rocas metamórficas.

- Batolitos: grandes masas de rocas ígneas plutónicas

- Textura porfídica: se caracteriza por presentar granos de gran tamaño junto con otros de menor tamaño.

- Diagénesis: procesos de transformación de los sedimentos en rocas sedimentarias.

- Recristalización: reorientación y reagrupación de los minerales que aumentan el tamaño de los cristales enlas rocas metamórficas.

- Piedra pómez: roca volcánica que se caracteriza por ser muy porosa.

4. a) Las semejanzas entre las calizas y los mármoles radica en su composición química ya que ambas estánformados por carbonatos. La diferencia es que la caliza es una roca sedimentaria de precipitación química mientrasque los mármoles son rocas metamórficas que proceden del metamorfismo de las rocas carbonatadas como lascalizas.

b) Las pizarras y los gneises son rocas metamórficas que pertenecen a la denominada serie pelítica y portanto son típicas del metamorfismo dinamotérmico o regional, pero mientras las pizarras son rocas de un gradometamórfico bajo, los gneises nos indica un metamorfismo de grado alto.

c) Por último, los granitos y los basaltos son rocas ígneas relativamente abundantes, pero el granito es unaroca plutónica ácida y el basalto es una roca volcánica básica y por tanto las condiciones de formación, igual que enel caso anterior, son diferentes.

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1. a) En el texto hay dos errores: uno es confundir magnitud con intensidad, al decir que la magnitud serefiere a la escala de Mercalli, cuando debía decir de Richter; el otro error es decir que el epicentro está a 5 km deprofundidad, cuando este punto es el hipocentro, siendo el epicentro el punto más cercano de la superficie.

b) Porque en una falla activa se producen movimientos que provocan ondas sísmicas.

c) Una réplica es un terremoto que aparece con posterioridad al primero y que resulta del rebote de la ondasísmica con estructuras rígidas del interior de la Tierra.

d) No, aunque ambos fenómenos son catastróficos, hay que añadir a esto los incendios que se desencadena-ron, lo cual fue facilitado por los materiales leñosos con que estaban hechos los edificios.

e) Como se indica en el texto, un primer signo es el terremoto en sí, y a continuación la retirada del mar,producida por el hundimiento del fondo del mar en la zona de la falla.

2. a) Entre las señales precursoras a controlar son: actividad sísmica, columna eruptiva en la chimenea,anomalías térmicas, gases volcánicos de tipo superficial o del subsuelo, cambios en la pendiente del cono volcánico,etc.

b) Este volcán se encuentra en la zona de contacto de dos placas tectónicas: una de tipo oceánica, quesubduce bajo otra continental, donde se encuentra México. Esto provoca un aumento del magmatismo y por tantola aparición de erupciones volcánicas. A lo largo de toda la costa oeste del continente americano se encuentranvolcanes de este tipo, siendo especialmente abundantes en la cordillera de los Andes, formando parte del llamadoCinturón de Fuego del Pacífico.

c) Porque, además de que está vertiendo continuamente gases y pequeños terremotos, se tiene constancia deque ha entrado en erupción en fechas históricas.

d) Este volcán representa un peligro para las poblaciones cercanas por los materiales piroclásticos que emite(cenizas, lapilli, bombas), que pueden destruir viviendas por impactos o por incendios, además de provocar proble-mas respiratorios en la población por los gases. También se pueden producir aludes de lodo al derretirse los hielosde la cumbre o avalanchas de cenizas incandescentes cuyos efectos son muy destructivos.

3.

-Arcillita Diagénesis, estratos

-Mármol Recristalización

-Granito Textura granuda, batolitos

-Migmatita Fusión o anatexia

-Esquisto Esquistosidad

-Pumita Textura vítrea, volcanes

-Pórfido granítico Textura porfídica, diques

4. a) Entre areniscas y cuarcitas: las cuarcitas son rocas metamórficas que resultan de la recristalización delcuarzo presente en las areniscas, que son rocas sedimentarias. La cuarcita es una roca más compacta y dura quela arenisca.

b) Entre arcillitas y esquistos: los esquistos son rocas metamórficas que resultan del metamorfismo regionalde las arcillitas, que son rocas sedimentarias. Los esquistos son rocas más compactas y duras, donde se aprecia unacaracterística esquistosidad.

c) Entre pumitas y gabros: las pumitas son rocas volcánicas de naturaleza ácida (son claras) y textura vítrea,mientras que los gabros son rocas plutónicas de naturaleza básica (son oscuras) y textura granuda (holocristalina).

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1. La noticia de prensa que se presenta en la actividad se hace eco de un terremoto ocurrido en Japón.

a) Existen dos errores en el texto, el primero cuando indica que la intensidad fue de 7,2 puntos en la escala deRichter, cuando lo correcto es decir que el seísmo tuvo una magnitud de 7,2 puntos en la escala de Richter y elsegundo cuando indica que el epicentro fue localizado a 20 kilómetros de profundidad cuando debe decir que elhipocentro fue localizado a 20 kilómetros de profundidad.

b) Los científicos por el momento no pueden predecir los terremotos, es decir no pueden indicar el lugar, elmomento y la magnitud de un futuro terremoto. Tan sólo se sabe que la mayoría de los terremotos se producen endeterminadas franjas denominadas áreas sísmicas.

Entre los premonitores sísmicos podemos citar:

1) Las elevaciones centimétricas del terreno.

2) El incremento del gas radón en el agua de los pozos profundos.

3) El aumento de terremotos pequeños antes del terremoto principal.

c) Como el hipocentro del terremoto se localizó a 20 kilómetros de profundidad podemos clasificarlo comosuperficial, ya que los terremotos cuyos focos se sitúen entre 0 y 60 kilómetros se clasifican como someros osuperficiales.

d) Si se produce un terremoto importante cuando estamos en casa debemos:

1) Colocarnos junto a la estructura más fuerte del edificio, un pilar o una pared maestra.

2) Mantenernnos alejados de las paredes exteriores y de las ventanas.

3) No usar velas, cerillas ni ningún tipo de llama para evitar explosiones de gases.

2. a) En el primer caso observamos dos terremotos que ocurren en países relativamente alejados uno de otro,de igual magnitud, pero que ocasionan un número de víctimas muy diferentes. En el segundo caso los dos seísmosocurren en el mismo país tienen magnitudes similares y el número de víctimas que ocasionan es distinto, 14000 y40000 respectivamente. En el primer caso podemos especular que la diferencia en el número de víctimas se debea la diferencia en la calidad de las edificaciones o más plausiblemente a la situación geográfica del epicentro, esdecir, en el caso de Guatemala afectó a una zona densamente poblada, mientras que en Nueva Guinea se trató deuna zona poco poblada. En el segundo caso podemos suponer que el desarrollo tecnológico es aproximadamenteigual en las diferentes regiones de Irán por lo que podemos aducir que la profundidad del foco y la densidad depoblación serían distintas.

b) No es posible prevenir los desastres que ocasionan los terremotos, pero sí se pueden mitigar bastanteadoptando medidas preventivas como es el cumplimiento de las normas de construcción sismorresistente.

3. a) Las distintas partes de una estructura volcánica pueden verse en el esquema adjunto.

b) Los volcanes expulsan tres tipos de materiales:

1) Piroclastos, que son fragmentos de lava solidificada, que según su tama-ño pueden ser brechas y bombas (de tamaño superior a 64 mm), lapilli (entre 64 y2 mm) y cenizas volcánicas (menos de 2 mm).

2) Lavas, que son materiales que expulsa el volcán en forma líquida osemisólida, formando coladas que solidifican en la superficie.

3) Gases, como el dióxido de carbono, dióxido de azufre, hidrógeno, etc.

c) Se debe a que durante la erupción volcánica se liberan piroclastos y lavasque, al estar a gran temperatura, arrasan todo lo que tocan y provocan incendios.Los gases son especialmente peligrosos por la toxicidad. Además a veces se pro-ducen nubes ardientes que incineran los alrededores. Finalmente, en volcanes hela-

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dos, el súbito calor puede fundir la nieve y producir avalanchas de barro con un poder destructivo enorme.

d) Los vulcanólogos pueden predecir una erupción volcánica, aunque no su intensidad final. Se sirven paraello de mediciones que efectúan constantemente en: movimientos sísmicos, inclinación del terreno y emisión dedeterminados gases premonitorios de la erupción.

4. El principal criterio que permitirá a Gloria diferenciar los diferentes tipos de rocas ígnea es comparar lasdiferentes texturas. En concreto, las rocas volcánicas presentan una textura vítrea donde no se diferencia de «visu»(a simple vista) los minerales y presentan una estructura donde se pueden distinguir huecos o vacuolas con unasuperficie rugosa. Por el contrario las rocas plutónicas presentan una textura granuda, donde se pueden distinguir asimple vista los minerales, como se observa por ejemplo en el gabro que presenta minerales de colores oscuros. Porúltimo, en las rocas filonianas se suele presentar una heterometría de granos, es decir, granos de gran tamaño conotros de menor tamaño, a este tipo de textura se le denomina porfídica.

5. a) De las mencionadas anteriormente son rocas ígneas filonianas: pegmatita, pórfido y diabasa. Es volcá-nica el basalto. Son plutónicas: granito, gabro y peridotita.

b) La diferencia estriba en la rapidez con la que solidifica el magma, dando lugar a distintas texturas. En elcaso de las rocas plutónicas la solidificación se produce muy lentamente en el interior de la cámara magmática. Lasrocas volcánicas se forman cuando el magma solidifica muy rápidamente en contacto con el ambiente externo. Lasfilonianas son un grupo de rocas intermedio entre los dos anteriores. El magma solidifica en los filones o grietasdando lugar a lo que se conoce como diques.

6. El esquema representa una situación estática en la que las variables de P y T están producidas por lallamada presión litostática y el grado geotérmico. De este modo, la litogénesis aumentará con la profundidad, por loque encontraríamos en primer lugar sedimentos arcillosos, luego arcillitas o lutitas (roca sedimentaria), seguidas yade rocas metamórficas tipo filita, más abajo esquistos, siguiéndole gneis, hasta que se produce la fusión dando lugara un magma. Este magma podría enfriarse en otras condiciones y dar lugar a rocas magmáticas.


A.1.- a) El único error del texto es indicar que el epicentro está situado a ocho kilómetros de profundidad,cuando debería decir el hipocentro o foco sísmico está situado a ocho kilómetros.

b) La magnitud nos mide la energía liberada por el terremoto en su foco. El epicentro es la proyección sobrela superficie terrestre de la posición del hipocentro o foco sísmico.

c) Los terremotos que se producen posteriormente al terremoto principal se denominan réplicas.

d) La intensidad de un terremoto mide los daños ocasionados sobre edificios y terrenos. Por los datos que nossuministra el texto: movimientos de sillas y mesas, caídas de botellas, etc., podemos indicar que aproximadamentela intensidad del terremoto que se registró a las 0,43 de la madrugada fue de IV grados en la escala MSK.

e) Las medidas que deberíamos tomar, si nos sorprende un terremoto en casa, son las siguientes:

1) Buscar la estructura más fuerte que pueda protegernos: junto a un pilar o pared maestra.

2) Mantenerse lejos de paredes exteriores, ventanas, cristaleras y vitrinas, de muebles pesados u objetos quepuedan caerse. Calzar botas o zapatos fuertes para protegerse de los objetos cortantes o punzantes.

3) Al salir cerrar las tomas de gas, luz y agua. No usar velas, cerillas ni ningún tipo de llama durante oinmediatamente después del temblor.

4) No utilizar el teléfono si no es para pedir ayuda hospitalaria, ni el ascensor, porque en caso de apagóneléctrico se puede quedar atrapado en él.

5) Salir ordenadamente del edificio, después del terremoto, para evitar lesiones e incluso víctimas. Compro-

212

bar si alguien se encuentra herido y prestarle los auxilios necesarios.

6) Alejarse de la vertical de las fachadas para evitar la caída de los escombros y tener cuidado con los cablesde alta tensión y con los objetos que estén en contacto con ellos.

7) Ir tranquilamente hacia lugares abiertos. El uso generalizado de vehículos intentando huir de la zona sinies-trada provoca accidentes e impide la ayuda exterior.

g) Los factores de los que depende el número de víctimas en un terremoto son:

1) De las características del propio terremoto, es decir, de la profundidad del foco y de la energía liberada porel terremoto. Cuanto menos profundo y más magnitud tenga el terremoto existe mayor posibilidad de que se produz-can víctimas.

2) De la situación geográfica del epicentro, si es una zona densamente poblada podrá producir numerosasvíctimas, si por el contrario se trata de una zona desértica no producirá daños materiales ni víctimas.

3) Del desarrollo tecnológico del país o de la región donde se produce el terremoto, ya que la calidad de lasedificaciones y la aplicación de las normas antisísmicas pueden mitigar bastante los daños materiales.

A.2.- a) Un volcán es un punto en el que se ha producido o se produce la salida de materiales piroclásticosy lava, procedentes de cámaras magmáticas existentes en el subsuelo. El aspecto típico de un volcán es un troncode cono, pero hay volcanes que son simplemente una fisura en el suelo.

b) En un volcán típico encontramos: cámara magmática (de la que pueden partir filones), una chimenea, uncráter y un cono volcánico.

c) Los volcanes arrojan materiales piroclásticos de distintos tamaño (cenizas, lapilli y bombas) además delavas y gases.

d) Entre los precursores se encuentran: el aumento de terremotos de intensidad variable, aumento de latemperatura y deformación del suelo, cambios en la composición química de aguas que parten del volcán, etc.

e) Hay básicamente cuatro tipos de volcanes: explosivo o vulcaniano (domina el componente gaseoso),efusivo o hawayano (domina el componente líquido), extrusivo o peleano (domina el componente sólido) y un tipomixto o estromboliano.

f) La destrucción se produce por nubes ardientes, coladas piroclásticas, gases tóxicos y, si las viviendas estáncerca, las bombas. También son peligrosas las coladas de barro de ceniza que se forman en volcanes nevados.

A.3.- a) La primera roca que se forma por efectos de la presión litostática sobre las arcillas es una rocasedimentaria llamada arcillita o lutita.

b) La principal diferencia entre un sedimento como la arcilla y una roca como la arcillita está en el grado decompactación y cementación de los granos que forman estos detritos: en la arcilla están sueltos y en la arcillita estáncompactados y cementados.

A.4.- a) Los procesos que experimenta un sedimento y los tipos de rocas a que dan lugar hasta llegar a seruna roca ígnea son los siguientes:

b) Conviene insistir en que todas son rocas magmáticas, pero que la diferente velocidad de solidificacióndebido a que lo hacen en distintas zonas del volcán dan lugar a rocas con distintas texturas.

PROCESOS Sedimentación Diagénesis Metamorfismo Fusión (Anatexia)

TIPO DE ROCA Sedimentos Roca sedimentaria Roca metamórfica Rocas ígneas

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1. LA VIDA EN LAS ZONAS VOLCÁNICAS

A.1.- a) El beneficio más importante que tienen las principales zonas volcánicas en España, como puede serLanzarote o el Cabo de Gata, es su uso como recurso turístico debido al paisaje peculiar que presenta, lo quepropicia la construcción de urbanizaciones y hoteles, además de su utilización como recursos agrícolas (los volcanesproporcionan algunos de los suelos más ricos para la agricultura), energéticos y mineros.

b) El vivir en zonas volcánicas tiene una serie de beneficios, como ya se ha indicado, que compensa en granparte los peligros que pueden representar estas zonas; hay que tener presente que muchas zonas volcánicas estánextinguidas y en las que están activas, por ejemplo las islas Canarias, cuando van a tener lugar las erupciones suelehaber indicios de ellas unas semanas o unos pocos días antes, lo que permite tomar medidas que mitigan los efectosnegativos.

c) No todas las zonas volcánicas tienen la misma peligrosidad, dependerá de los productos que expulsan losvolcanes. En general, las erupciones más violentas y por tanto más peligrosas son las que expulsan materialessólidos, además hay que tener en cuenta que la presencia de coladas de barro o lahares y de coladas piroclásticasacrecientan de forma notable las víctimas de una erupción volcánica.

d) Los factores que nos permite decir que una erupción es peligrosa son:

- El volumen de material emitido por el volcán.

- La altura de la columna eruptiva.

- La duración de la erupción.

e) Tres medidas que se pueden tomar en un plan de evacuación de una zona volcánica son:

- Desalojar a los residentes del área de peligro.

- Desviar, si es posible, mediante explosiones controladas las coladas de lava o de barro.

- Alejarse de las zonas costeras para evitar los maremotos que pueden ocasionar las erupciones.

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UNIDAD 2

¿CÓMO AFECTA LA ENERGÍAINTERNA AL RELIEVETERRESTRE?

1. LOS MOVIMIENTOS VERTICALES

A.1.- Los alumnos admiten fácilmente que hay fósiles en las zonas A y B, si bien también hay una creenciasobre el hecho de que en A (bajo el agua) no se pueden encontrar fósiles, ya que la fosilización se asocia a unproceso de desecación, en ausencia de agua. Algunos alumnos también indican que pueden existir fósiles en lasposiciones C y D, si bien las razones que dan son poco aceptables desde el punto de vista científico.

Es posible que un número considerable de alumnos recurra a la contestación intuitiva de considerar estable latierra y abogar por una invasión de los océanos. Pedrinaci (1987) indica que un 20% de los alumnos entre 14 y 16años hacen interpretaciones de este tipo, similares a las que defendían los neptunistas en el siglo XVIII. Otro grupopuede inclinarse por contestaciones más académicas y recurrir de una forma «mágica» a la Tectónica de Placas.

En general aquí ya se empieza a diseñar un nuevo modelo que rompe el estaticismo de la corteza. Pero, sulimitada noción del tiempo geológico, les mueve a presentar ideas catastrofistas, que permiten explicar un movi-miento brusco, asociado a fenómenos tales como maremotos, terremotos, erupciones volcánicas, etc.

A la hora de combatir las ideas catastrofistas de los alumnos habrá que tener especial cuidado con losargumentos que se utilizan, para ello es conveniente centrar el objeto de estudio en el tema que estamos tratando,sin olvidar que las nuevas corrientes «neocatastrofistas» en Geología defienden que además de los procesos gra-duales y continuos existen otros esporádicos y de grandes efectos, los mencionados "eventos" y entre ellos se citangrandes inundaciones.

Toda esta unidad didáctica la vamos a desarrollar teniendo en cuenta la restricción que supone la falta deconocimiento por parte del alumnado de los movimientos horizontales y que limita el problema de la aparición de fósilesmarinos en terrenos emergidos, ya que los movimientos verticales sólo nos pueden explicar la presencia de fósilesmarinos en materiales postorogénicos, pero no aquellos que se encuentran en las cimas de las cordilleras afectados pormovimientos tectónicos. Es por ello por lo que creemos necesario hacer ver a los alumnos que se trata de un problemaque no lo vamos a resolver en este capítulo y por tanto queda pendiente de resolución para 4º de E.S.O.

Como conclusión de esta actividad se debe llegar a que es posible encontrar fósiles marinos en todas laszonas indicadas en el dibujo. La explicación de ello es que todas esas zonas han debido estar sumergidas en algúnmomento, si bien ahora su altura sobre el nivel del mar puede superar los 2000 metros. El objetivo de esta unidadserá precisamente explicar cómo es posible que las zonas que estuvieron sumergidas en una época están ahoraemergidas. Eso permitirá introducir los movimientos verticales.

Se les da una pequeña información sobre la diferencia en la superficie cubierta de hielos en un período glaciary la superficie cubierta de hielo en un período interglaciar. Esos datos se utilizarán tanto en la explicación de losmovimientos eustáticos como en la de los isostáticos.

214

A.2.- Mediante el análisis de los datos de la distribución del agua en la Tierra intentamos que los alumnosconstruyan la idea de los cambios que estas masas de agua han sufrido a lo largo de la historia de la Tierra y másconcretamente durante el Cuaternario.

a) Durante los períodos glaciales parte del agua de los océanos pasaría a incrementar los grandes mantos dehielo por lo cual el porcentaje correspondiente a los océanos disminuiría y el de los glaciares aumentaría.

b) En los períodos glaciales habría un descenso del nivel del mar con lo cual la extensión de los continentes seincrementaría, mientras en los períodos interglaciales ocurriría lo contrario.

1.1 Movimientos eustáticos

Se presenta una primera síntesis en la que además de los movimientos eustáticos debidos a las causasclimáticas se informa de la existencia de la subida del nivel del agua debido a la salida de materiales procedentes deinterior de la tierra.

A.3.- Una vez que se ha dado la explicación que suponen los movimientos eustáticos conviene hacer ver loslímites que tiene la misma. Eso lo hacemos refiriéndonos de nuevo al mismo problema de explicar la existencia defósiles marinos en zonas elevadas. Para ello se les recuerda que los movimientos eustáticos no pueden superar los450 metros (100 por fusión de hielos y 350 por elevación del fondo marino), por lo que no es posible explicar laexistencia de fósiles en alturas superiores a los 500 metros mediante los movimientos eustáticos. Por lo tanto, seránecesario proponer una explicación diferente.

1.2 Movimientos isostáticos

Alcanzado este nivel de discusión científica, se pone en evidencia la necesidad de un nuevo modelo, másdinámico, que permita una explicación de estos hechos aparentemente anormales. Se presenta un texto que resumeel principio de la teoría de la isostasia, aunque de forma simplificada, proporcionando ya una primera informaciónsobre la estructura de la parte más externa de la Tierra (Litosfera/Astenosfera) que permitirá presentar una versiónmás moderna de esta teoría (no la del sial/sima, ya superada, que llevaba la teoría en un principio).

Evidentemente, dado el desarrollo psicoevolutivo de los alumnos, los conocimientos que tienen en este nivel y laslimitaciones de tiempo, no se tratan otros tipos de movimientos verticales producidos por fenómenos de origen térmico.

Algunos autores hablan de que los movimientos isostáticos pueden alcanzar varios kilómetros. Nosotros nohemos querido referirnos a aspectos cuantitativos para no complicar la información. En la última actividad de launidad, introduciremos un nuevo factor que utilizaremos como criterio para decidir cuándo un movimiento verticalpuede ser considerado que tiene su origen en un movimiento isostático o se debe a otras causas; nos referimos aque los estratos estén o no deformados. Pero tampoco creemos que sea ahora el momento de analizarlo, puescreemos que el modelo de la isostasia es ya suficientemente complejo como para hacerlo algo más.

A.4.- Se pretende facilitar al alumno, a través de un modelo, una representación que le permita comprenderla isostasia, que a nivel abstracto puede parecer algo lejano. Se proporcionan a los alumnos varios bloques demadera de distinto grosor, que encajen justamente en un pequeño recipiente o miniacuario. El agua representa laastenosfera y los bloques de madera, la litosfera.

a) La observación de la disposición de los bloques hace ver que los bloques que alcanzan una mayor alturason los que tienen una mayor «raíz».

b) Si se coloca un peso sobre uno de los bloques, éste tiende a hundirse. En caso contrario, es decir, siquitamos peso de encima tiende a subir.

c) Con el fin de conectar el modelo con lo que vamos a estudiar sobre los movimientos isostáticos se les hacereflexionar sobre el paralelismo entre erosión y quitar peso de lo alto de un bloque, y la semejanza entre el depósitode sedimentos y poner un peso encima de un bloque.

215

A.5.- Los movimientos eustáticos y los movimientos isostáticos están relacionados. La fusión de los hielos,además de hacer subir el nivel del mar, hace que disminuya el peso que hay encima de los continentes, lo que setraduce en un movimiento isostático de ascenso.

A.6.- Se trata de una aplicación del principio de la isostasia, según la cual, el alumno ha de dar una explica-ción al hecho de que los continentes persisten en sus alturas medias, a pesar de los efectos desvastadores de laerosión.

a) Para calcular el tiempo que se necesita para arrasar la topografía de los continentes el alumno deberáplantear una proporción, en la que se debe cuidar que las magnitudes se pongan en las mismas unidades; porejemplo, no tiene sentido comparar centímetros con metros.

Este dato, aunque al alumno le pueda parecer muy alto, es insignificante en la escala del tiempo geológico: seles puede comentar, que si eso fuese cierto, no habría terminado una orogenia cuando ya habría sido desmanteladapor la erosión. El alumno deberá apreciar entonces que esto no es posible, y que existe «algo» que rehace constante-mente las alturas de las montañas.

b) Precisamente ese «algo» está relacionado con los movimientos isostáticos. Al quitar materiales de lo altode la montaña, disminuye el peso de la misma por lo que la montaña sube. Ese ascenso puede compensar, total oparcialmente, la disminución de altura producida por la erosión.

A.7.- A continuación se presenta un caso similar al anterior, aunque a la inversa: el proceso de colmataciónde las cuencas de sedimentación.

a) El alumno realizará el siguiente cálculo:

b) Durante los períodos de sedimentación, la cuenca de sedimentación sufre constantes hundimientos o bien«subsidencias», a causa de reajustes de tipo isostático, debido al peso de los propios sedimentos. Debido al hundi-miento de la cuenca de sedimentación, el tiempo necesario para que se «llenara» sería mucho más elevado.

Es posible que haya alumnos que pregunten si alguna vez se «llenaría el mar» y se «arrasarían las montañas».Eso lo discutimos en la actividad siguiente.

2. LOS MOVIMIENTOS HORIZONTALES

Esfuerzos y deformaciones

El profesor debe ser consciente de que en la naturaleza las deformaciones del terreno que vamos a estudiarno son en general fácilmente observables, sobre todo por alumnos que no tienen ninguna experiencia en este campo.Por ello recomendamos mostrar diapositivas en las que aparezcan distintos pliegues y fracturas además de analizarlas fotos del libro. Lo ideal sería hacer alguna excursión después del estudio de la unidad para observar in situ lasdistintas estructuras, aunque somos conscientes de las dificultades que presenta la organización y realización deeste tipo de actividad.

A.8.- Con esta actividad podemos detectar algunas ideas erróneas sobre la tectónica superficial. Muchosalumnos tienen un concepción estática de la topografía y creen que los pliegues y fracturas que se observan en laactualidad han existido siempre. Otros por el contrario hablan de movimientos de placas sin saber muy bien lo quequieren decir.

216

a) El alumno debe dibujar los distintos conjuntos de rocas en capas horizontales teniendo en cuenta que elorden debe ser tal que cada capa superpuesta a otra es más moderna que aquélla, tal como indica el principio desuperposición estratigráfica.

b) La explicación más simple es señalar la existencia de esfuerzos horizontales que ocasionan el plegamientode las capas. Es posible que surjan divagaciones sobre la causa que originan esos pliegues, pero en esta primeraaproximación será suficiente con que indiquen la existencia de esfuerzos laterales, por ser los más evidentes. Paraello se puede complementar la respuesta a la pregunta haciendo una experiencia simple con un folio de papel ymostrar cómo se pliega cuando se ejerce un pequeño esfuerzo compresivo.

A.9.- a) En esta actividad relacionada con la anterior se presenta los estratos ya no plegados sino rotos, sincontinuidad lateral. Igual que en la actividad anterior, la forma original de las capas es horizontal y el orden vienemarcado por la numeración, la capa más antigua es la inferior, la número 1 y la más moderna la número 7.

b) Los materiales han quedado dispuestos así debido a que se han roto porque los esfuerzos son muy intensoso porque los materiales son frágiles. En este caso han tenido que intervenir además de esfuerzos laterales, esfuer-zos o presiones en otras direcciones. Es posible que algunos alumnos indiquen que antes de la rotura los materialeshan debido plegarse (en esta caso se trata realmente de un basculamiento hacia la derecha) tal como se observa enel corte geológico representado.

Tipos de esfuerzos y deformaciones

Se presenta la deformación tectónica como una manifestación de la actividad interna de la Tierra, quizásmenos llamativa para los alumnos que otros fenómenos como el volcanismo o los seísmos, pero necesaria paracomprenderlos.

Es conveniente insistir en el hecho, que se establece previamente, de que la mayoría de los estratos sedepositan originalmente de forma horizontal («Principio de horizontalidad original») para explicar las deformacionesde las rocas. Estimamos conveniente indicar algunas medidas que se pueden realizar en los estratos como es elbuzamiento. La dirección de los estratos se ha dejado para trabajarla en las actividades complementarias.

En el resumen se hace una clasificación muy simplificada de los esfuerzos que creemos que permitirá com-prender cómo se producen las deformaciones de los estratos. Los alumnos que siguieron nuestros materiales en 3ºde ESO tendrán ya una idea sobre los movimientos verticales que se estudiaron en la unidad 5: «¿Cómo se constru-ye el relieve?»

Comportamiento de las rocas ante la deformación

A.10.- Tratamos de indagar las concepciones acerca del origen de las estructuras tectónicas más frecuen-tes: los pliegues y las fallas. Las variables fundamentales que deben tener en cuenta para explicar que unas veceslas rocas se pliegan y otras se fracturen es el tipo de roca o material y la magnitud y duración del esfuerzo. Hayrocas que tienen un comportamiento más plástico, como las rocas evaporíticas que ante los esfuerzos darán lugar apliegues y otras que tienen un comportamiento más rígido que darán lugar a rupturas. Otras variables tales como lainfluencia de la temperatura, la presión y la presencia de agua se citan posteriormente.

A.11.- Se pretende averiguar la concepción espacial de los procesos tectónicos y la habilidad en el manejo dela dirección de las presiones implicadas ante una serie de estructuras que se suponen formadas por esfuerzostectónicos. Las estructuras señaladas con las letras A, B y D se producen por esfuerzos compresivos y la marcadacon la letra C por esfuerzos distensivos. La figura A representa una falla inversa, la B y D diferentes pliegues y laC una falla normal. El criterio que hay que remarcar es que los esfuerzos distensivos tienden a alargar los materia-les, a que ocupen más espacio, mientras que los compresivos tienden a que ocupen menos.

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Es evidente que la clasificación que hacemos de los materiales en elásticos, plásticos y rígidos según sea sucomportamiento es una simplificación. Conviene comentar, por ejemplo, que cuando hablamos de materiales elásti-cos no nos estamos refiriendo a que su comportamiento sea exactamente como el de una goma elástica sino queesto nos sirve de ejemplo para que entiendan que algunos materiales dependiendo de la intensidad de los esfuerzosy de las condiciones de humedad, presión y temperatura se pueden comportar como ella dentro de unos límites.

Los pliegues

Creemos importante construir los conceptos básicos de deformación en esta primera unidad pues en casocontrario nos quedaríamos en una información meramente descriptiva cuando tratásemos el fenómeno sísmico en lasiguiente. Hemos creído oportuno insertar en este momento, la información relativa a los pliegues y posteriormentese estudiarán las fracturas. La resolución de las actividades anteriores han debido facilitar la comprensión de estasestructuras tectónicas. Se estudia los elementos básicos de un pliegue y los dos tipos esenciales: anticlinal ysinclinal.

A.12.- Es una actividad destinada a la aplicación de los conceptos anteriores, a distintas situaciones de«campo» que trasladamos al aula de forma simplificada y que favorecerá la realización de la siguiente actividad. Setrata de proporcionar al alumno una visión tridimensional de un pliegue y favorecer su interpretación tras un «pro-ceso» simulado de erosión ya que en la naturaleza estas formaciones no son visibles más que deductivamente, unavez interpretados cuáles son los materiales que se encuentran en determinados cortes geológicos.

Para simular la formación de pliegues se debe comenzar por colocar las capas de plastilina de diferentescolores superpuestas horizontalmente, para después provocar la formación del pliegue aplicando «presiones dirigi-das» y más tarde simular la erosión cortando con un cuchillo, más o menos cerca del núcleo según haya sido laerosión. En el caso del sinclinal bastaría con ejercer una presión hacia abajo sobre las capas de plastilinas colocadashorizontalmente y quedaría un hueco en el núcleo. El profesor indicará que este hueco en la realidad estaríaocupado por otros materiales. Los materiales necesarios para hacer la actividad son barras de plastilina de cuatrocolores y un cuchillo.

La erosión camufla los pliegues

Los alumnos deben ser conscientes de que en la naturaleza los pliegues se presentan generalmente erosionadosy no se aprecian de una forma tan clara como los representamos en los dibujos. En las siguientes actividadesestudiamos algunas de las posibilidades que se pueden presentar en la naturaleza.

Para facilitar la corrección de este tipo de actividades conviene hacer transparencias ampliando los dibujos enlos que se propone la solución.

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A.13.- a) Deberán de construir la disposición geométrica de un pliegue anticlinal, en el talud A, y de unsinclinal en el talud B. Es conveniente recordar de nuevo en esta actividad el principio de superposición estratigráfica.Como se indicó en la información anterior en el núcleo del anticlinal se encuentra los estratos más antiguos, de talforma que el orden de los materiales, en el talud A, es el siguiente: 1 (más antiguo), 2, 3 y 4 (más moderno). En eltalud B, el orden es: 4 (más antiguo), 3, 2 y 1 (más moderno).

b) El pliegue del talud A es un anticlinal, ya que es convexo hacia arriba y el núcleo es el estrato más antiguo.En cambio, el pliegue del talud B es un sinclinal ya que es cóncavo hacia arriba, teniendo como núcleo el estrato másmoderno.

Información que suministran los pliegues

En las dos actividades siguientes se muestran otros formas en las que se presentan los pliegues, que comple-tan la actividad anterior, y se analiza de una manera muy simple cómo es posible establecer la historia geológica deuna región conjugando los principios de superposición estratigráfica, de sucesión faunística y de cronología deaccidentes.

A.14.- En los taludes B y C aparecen pliegues invertidos lo que puede representar algunas dificultades parael alumnado. El profesor puede explicar lo que se entiende por un pliegue invertido antes de realizar la actividad oesperar a dar la explicación una vez que hayan intentado resolverla y se haya presentado el problema. Nosotrospreferimos esta segunda opción.

a) Se presentan tres casos donde el alumnado puede encontrar algunas dificultades a la hora de realizar ladisposición geométrica de los estratos. En todos los casos que se presentan pueden existir dos soluciones. Así, en eltalud A se trata de unos estratos verticales, las dos soluciones factibles son: un anticlinal o un sinclinal en amboscasos con los flancos verticales. En el talud B, donde los estratos buzan hacia la derecha, se puede tratar de unsinclinal invertido (el flanco invertido sería el derecho y el flanco normal el izquierdo) o de un anticlinal invertido (elflanco invertido sería el izquierdo y el normal el derecho). Por último, en el talud C, donde los estratos buzan haciala izquierda, se puede tratar de un sinclinal invertido (el flanco invertido sería el izquierdo y el flanco normal elderecho) o de un anticlinal invertido (el flanco invertido sería el derecho y el normal el izquierdo).

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Un principio al que se puede recurrir para decidirse por una estructura u otra, sería el basado en los fósiles,para ello es conveniente volver a la información previa y detenerse en el «Principio de sucesión faunística». Existenotros criterios de superposición que nos permiten determinar el techo (superficie superior) y el muro (superficieinferior) de los estratos, como es el estudio de las estructuras sedimentarias, pero no parece oportuno tratarlo aquí.

b) Una vez que se conoce el orden de los materiales tienen que optar por una de las dos estructuras dibujadasen la primera parte de la actividad. En el talud A se trataría de un sinclinal; en el talud B de un anticlinal invertido yen C de un sinclinal invertido.

c) Se pretende que apliquen el concepto de buzamiento. En el talud A los estratos son verticales y por tantoel buzamiento es de 90º, en el talud B y C las diferentes capas aunque se inclinan, unas hacia la derecha (talud B),y otras hacia la izquierda (talud C), buzan aproximadamente 45º.

A.15.- Se presenta un típico caso de anticlinal erosionado por la cresta hasta alcanzar su núcleo, de formaque el alumno ha de alzar la representación horizontal en una de tipo vertical (alzado), sobre la base de un criteriológico: en todo anticlinal el núcleo es el material más antiguo.

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Conviene aclarar a los alumnos que los pliegues y otras estructuras tectónicas pueden tener muy diferentesdimensiones que pueden oscilar desde centímetros hasta centenares de kilómetros.

A.16.- Una vez hecho el estudio de los pliegues para lo que hemos utilizado esquemas con objeto de facilitar-lo, conviene analizar algunos reales. Es recomendable que además de analizar las fotos que aparecen en el libro delalumno, el profesor proyecte algunas diapositivas de pliegues para discutir sus características, lo que propicia laparticipación de los alumnos.

En la foto de la izquierda, pliegue A, es posible distinguir un sinclinal en su parte izquierda y un anticlinal en laparte derecha con los flancos bastante inclinados. En la foto de la derecha, pliegue B, se observa el núcleo y losflancos de un anticlinal.

Las fracturas

En esta información se recoge el segundo gran grupo de estructuras tectónicas: las fracturas, una vez estu-diados los pliegues. Únicamente se han recogido los dos tipos fundamentales: diaclasas y fallas y dentro de estasúltimas se estudia los elementos esenciales y los tipos fundamentales. Hay que tener en cuenta que para el estudiode las fallas es necesario tener una cierta visión espacial para poder imaginar los movimientos que se producen entrelos bloques.

A.17.- Igual que recomendábamos en la actividad anterior con los pliegues, una vez estudiados los distintostipos de fracturas y sus elementos, conviene observar algunas fotos y diapositivas y si fuese posible hacer unaexcursión al campo.

En las dos fotos de esta actividad se detecta de forma clara el plano de falla, a continuación se le deberáindicar al alumnado que busque un nivel de referencia, un estrato o capa, en ambos bloques o labios de la falla. Unavez encontrado se le debe indicar que observe hacia dónde se hunde o se inclina el plano de falla, hacia el labiolevantado o hacia el labio hundido. Si es hacia el labio hundido, como ocurre en la foto de la izquierda, la falla esnormal o directa y si es hacia el labio levantado, como es el caso de la foto de la derecha, la falla es inversa.

Es conveniente indicarles a los alumnos que las fallas representadas en las fotos son poco importantes ya queel salto de ellas apenas supera el metro.

Algunos criterios para reconocer fallas

A.18.- Se pretende que el alumno aplique el criterio de estriación, para recomponer la dirección de desliza-miento (no el sentido, que precisa otras observaciones). Es preciso advertir que este criterio no permite diferenciar

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una falla normal de una inversa, si no es a través de parámetros tales como: buzamiento, depósitos de brecha defalla, configuración de las estrías, etc.

Si imaginamos los puntos cardinales de tal forma que el norte (N) esté en la cabecera del dibujo, el este (E)a la derecha, el oeste (W) a la izquierda y el sur (S) en el pie. El trayecto seguido en el talud A es NE-SW o SW-NEaproximadamente, en el talud B: N-S o S-N y en el talud C NW-SE o SE-NW aproximadamente.

A.19.- Se presenta un corte en el que aparecen conjuntamente pliegues y fallas y servirá para insistir enalgunos de los conceptos estudiados.

a) Las estructuras tectónicas que aparecen son: la indicada con el nº 1 es una falla normal, con el nº 2 es unanticlinal y con el nº 3 un sinclinal. Es posible que el alumnado tenga duda para reconocer el tipo de falla, para ellose recomienda seguir los pasos señalados en la actividad 10, es decir: identificar el plano de falla, a continuación sele deberá indicar al alumnado que busque un nivel de referencia, un estrato o capa, en ambos bloques o labios de lafalla, por ejemplo el señalado con la letra “h” (puede ser válido otro), una vez encontrado se le debe indicar queobserve hacia dónde se hunde o se inclina el plano de falla, hacia el labio levantado o hacia el labio hundido, comoen este caso es hacia el labio hundido, ya que el estrato “h” esta más hundido o bajo en el bloque izquierdo de la fallaque en el derecho, se trata de una falla normal.

b) El orden cronológico de los fenómenos es, de forma esquemática, el siguiente:

1. Depósito o sedimentación de los materiales: r (el más antiguo), i, h, k, y p (el más moderno)

2. Plegamiento con formación de los pliegues durante una fase compresiva.

3. Formación de la falla normal durante una fase distensiva.

4. Erosión.

A.20.- Como actividad de recapitulación se propone completar un mapa conceptual sobre los conceptosfundamentes de esta unidad. Para ello se disponen de los términos fundamentales en una disposición jerárquica, yse pide al alumnado que los relacione con palabras de enlace. Así le permitirá observar de forma rápida aquellosaspectos fundamentales que se han abordado. El esquema puede ser parecido al de la página siguiente:

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1. a) La forma de reconocer una playa levantada, además de por su aspecto geomorfológico, es por lapresencia de una fauna fósil típica de ambiente costero.

b) La velocidad de levantamiento ha sido:

c) Teniendo en cuenta que se espera que se levante 200 metros más, a razón de 1 cm/año, el tiemponecesario será de 20.000 años:

d) El levantamiento de esta región es debida a la respuesta isostática que se produce como consecuencia dela desaparición de amplios mantos de hielo. Al disminuir el peso de la península, ésta sube.

2. Proponemos esta actividad para poner en evidencia la importancia de los movimientos eustáticos (en estecaso provocados por el cambio climático) y los efectos del tiempo en los procesos geológicos.

a) Para realizar el cálculo podemos estimar que las ciudades costeras se encuentran a un promedio de unos2 m sobre el nivel del mar (altura de muelle). Esto quiere decir que, a un ritmo de crecimiento de 10 cm/año, a los20 años el mar empezaría a inundar las calles de los barrios más cercanos al litoral, para ir progresando dependiendode la altura de los restantes barrios. La consulta de un mapa topográfico nos revelará la situación de la curva denivel 10, que podría representar la futura costa de dentro de 100 años.

b) El problema del cambio climático, ampliamente difundido por los medios de comunicación, es que, en laactualidad, es demasiado rápido, debido a la actividad humana, comparado con el ritmo que tendría si fuese elresultado de un proceso geológico «natural».

3. a) Las estructuras representadas son las siguientes: de izquierda a derecha, en la parte superior, sinclinal,diaclasas y falla de desgarre. En la parte inferior: falla inversa, anticlinal y falla normal.

b) Tanto en el anticlinal como en el sinclinal representado se puede distinguir los siguientes elementos:

- La charnela: zona de máxima curvatura o flexión del pliegue.

- El plano o superficie axial que es l superficie que divide al pliegue en dos partes, pasa por todas lascharnelas de los estratos del pliegue; la línea de intersección de este plano con un estrato se denomina eje delpliegue.

- Los flancos: son las zonas laterales del pliegue.

- El núcleo: zona más interna del pliegue.

Los elementos esenciales de una falla son: el plano de falla, el salto de falla, las estrías y los labios o bloquesde falla.

c) Los esfuerzos compresivos originan los pliegues (anticlinales y sinclinales), las fallas inversas y las dedesgarres, los esfuerzos distensivos las fallas normales y uno y otros pueden ocasionar las diaclasas.

4. a) Las estructuras representadas en el corte geológico son las siguientes: 1) sinclinal, 2) anticlinal y 3) fallanormal.

b) Los pliegues (el sinclinal y anticlinal) se forman por esfuerzos compresivos y la falla normal por esfuerzosdistensivos.

c) En el punto A, las capas están verticales y por tanto el buzamiento es de 90º, mientras que en el punto B,las capas están aproximadamente horizontales y por tanto su buzamiento será de 0º.

d) El orden de los materiales es el siguiente: «i» (el más antiguo), a continuación, z-d-a-t- y «o» el más

224

moderno.

e) De forma esquemática, el orden cronológico de los acontecimientos (historia geológica) sería el siguiente:

1) Depósito horizontal de los materiales representados por las letras: i-z-d-a-t-o.

2) Plegamiento de los materiales, formándose de norte a sur, un pliegue sinclinal y un anticlinal.

3) Fracturación, con la formación de una falla normal.

4) Etapa erosiva que conforma el relieve actual.


A.1.- a) La altitud de esta zona se calcularía mediante la diferencia entre esos dos valores (4.250 - 2.500 =1750 metros).

b) Se insiste en los efectos de un posible calentamiento terrestre, hecho que está ocurriendo actualmente.

c) El reajuste que sufriría la Antártida en caso de una perdida de masa, sería similar al de la PenínsulaEscandinava, es decir, se produciría un levantamiento generalizado.

A.2.- Tomando el caso de las rías gallegas se analizan los movimientos eustáticos. Las rías gallegas soncostas de inmersión, es decir, la línea de costa avanza hacía el interior del continente debido al aumento del nivel delmar o al hundimiento de la litosfera. Si continúa el calentamiento terrestre el nivel del mar aumentaría y tendería ainvadir zonas continentales.

A.3.- a) Las estructuras tectónicas son plegamientos, formando anticlinales (que dan elevaciones) y sinclinales(que dan depresiones).

b) Un plegamiento se forma por esfuerzos de compresión sobre materiales que se comportan como elásticosen ciertas condiciones de presión y temperatura, bien por presiones producidas por la convergencia de placastectónicas o bien por efecto de la gravedad cuando están en una cuenca muy inclinada.

A.4.- a) Las estructuras tectónicas son fracturas con desplazamiento o fallas. Son de tipo normal o gravitacional.

b) Normalmente las fallas normales se producen en fases distensivas, cuando han cesado fuerzas de com-presión en macizos montañosos, momento en que la roca, dotada de cierta elasticidad, tiende a recuperar su posi-ción original, produciendo una fractura.


1. LAS TEORÍAS SOBRE EL INTERIOR DE LA TIERRA

A.1.- a) La interpretación de una Tierra estática e inmutable arranca de la interpretación literal que se hacede la Biblia y más concretamente del Génesis. De tal forma que durante muchos siglos este relato ha sido unauténtico obstáculo que ha impedido una interpretación más racional de la Naturaleza. Esta concepción de la Tierraha llegado, quizás de una forma sorprendente, hasta el siglo XVII. Ello unido a una cronología, que deducida de losrelatos bíblicos, situaba la antigüedad del mundo en unos 6000 años, obligaba a buscar mecanismos que debíanprovocar importantes efectos en un tiempo corto. En gran parte el éxito de las primeras teorías de la Tierra como lade Kircher y Burnet residían en que no afectaban directamente a la narración bíblica.

b) De Descartes merece destacarse que su «Principia Philosophiae» es la primera teoría de la Tierra y como

225

tal puede ser asumida y criticada por los científicos posteriores además de servir de fuente de inspiración. Para esteautor la Tierra estaría formada por una serie de capas concéntricas, imagen que ha llegado con diversos cambioshasta nuestro días.

De la teoría de Kircher que elabora la cosmovisión más completa de su época merece destacarse la impor-tancia que concede al calor del fuego central que activa toda la actividad de la Tierra, una idea precientífica quetuvo eco en las ideas de Lord Kelvin que imaginaba un gran depósito de energía primordial en el interior de la Tierra.Actualmente este «calor primordial» tiene en opinión de diversos autores como Anguita, dos posibles orígenes: laenergía del impacto de cada partícula que se acrecionó en los orígenes de la Tierra y la energía gravitacionalliberada en la formación catastrófica del núcleo. Además se debe tener en cuenta el calor producido por la radioac-tividad de la corteza. Para Udias (1997) cerca del 80% de la energía interna de la Tierra es producida por ladesintegración de isótopos radiactivos, en especial Th232, U238, K40, y U235 y el 20% restante representa remanentesde la energía liberada durante la formación y diferenciación de las capas de la Tierra.

Lo más destacable de la teoría de Burnet es la distribución interna de la Tierra en capas ordenadas según susdensidades.

c) Fisher imaginó una Tierra sólida, pero coloca una capa fluida a una profundidad aproximada de 40 km,animada por corrientes de convección. Por tanto, tendría una capa superficial sólida, una capa fluida muy delgaday un núcleo sólido muy grueso.

d) La división general del interior de la Tierra fue establecida observando el comportamiento de las ondassísmicas producidas por los terremotos.


ANGUITA, F. y MORENO, F. (1991). «Procesos Geológicos Internos». Ed. Rueda, 232 pp.

ANGUITA, F. y MORENO, F. (1993), «Procesos geológicos externos y Geología Ambiental». Ed. Rueda, Madrid, 311 pp.

ASTOLFI, J.P. (1991), «Quelques logiques de construction d’une sequence d’apprendissage en sciences: l’example de laGeologie à l’école élèmentaire». Aster, nº 13, p. 157-186.

BENLLOCH, M. (1984), «Por un aprendizaje constructivista de las ciencias». Ed. Visor, Madrid, 176 pp.

GRANDA, A. (1988). «Esquemas conceptuales previos de los alumnos en Geología». Rev. Enseñanza de las Ciencias,nº 6(3), p 239-243.

HAPPS (1984), «The utility of alternative knowledge frameworks in effecting conceptual change: some examples from deear sciences» (tesis doctoral). University of Waikato, 502 pp.

PEDRINACI, E. (1987), «Representaciones de los alumnos sobre cambios geològicos». VII Jornadas de Reforma deEnseñanzas Medias, Marbella, 13 pp.

PEDRINACI, E. (1992), «Las rocas tienen una historia que contarnos». Aula de Innovación Educativa, nº 4 y 5, p. 33-36.

YUS, R. y REBOLLO, M. (1988), «Elementos de un modelo didáctico de enfoque constructivista para la enseñanza de laGeología en el ciclo 12-16». Actas del 6º Simposio sobre enseñanza de la Geología, Alcalá de Henares, p. 153-160.

YUS, R. y REBOLLO, M. (1993), «Aproximación a los problemas de aprendizaje de la estructura y formación del suelo enel alumnado de 12 a 17 años». Enseñanza de las Ciencias, vol. 11(3), p. 265-280.

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