Prueba de Período 1 Ciencias Naturales Unidad Ciencias físicas y ...
Ciencias Físicas 2 - índice - fisicajavieravila · Siete años han pasado desde la primera...
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Ciencias Físicas 2ISBN: 978-9974-8241-2-6
© Editorial Contexto Todos los derechos reservados Montevideo - Uruguay Tel./Fax: 2901 9493
1a Edición - Setiembre 2010
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Diseño Gráfico: grafica|mente [email protected]
Equipo Diseño: Fernando Saravia Armado: Carina Custodio
Impreso en Mastergraf.Gral. Pagola 1823 - Montevideo - UruguayDepósito Legal Nº 353.804/10Comisión del Papel. Edición amparada al Decreto 218/96.
Todos los derechos reservados. Prohibida la reproducción total o parcial de este libro,por ningún medio electrónico o mecánico, incluyendo fotocopiado, grabado ocualquier sistema de almacenaje o recuperación, sin la autorización explícita del editor.
Siete años han pasado desde la primera edición de “Ciencias Físicas 1 y 2”.
Teniendo en cuenta la experiencia adquirida en este tiempo, el “feedback”, ese “ida y vuelta” proveniente de docentes, alumnos y padres, sumado a la reformulación programática del año 2006, nos ha generado la necesidad de presentar una nueva versión de nuestros textos.
Hemos mantenido los lineamientos generales de la anterior edición, mejo-rando, ampliando y actualizando los temas.
En los textos se tratan todos los contenidos del programa vigente, utilizan-do un lenguaje riguroso pero a la vez accesible para los estudiantes que cur-san los primeros años del Ciclo Básico.
Además del desarrollo teórico, se plantean numerosas actividades prácti-cas para incentivar el trabajo experimental en forma sistemática y ordenada.
Al final de cada capítulo se han incluido diversas actividades que permi-tan, entre otros objetivos, la autoevaluación del proceso de aprendizaje:
lecturas de actualidad científica, que amplían y contextualizan los contenidos programáticos en una visión que no se limita al concepto abstracto y alejado de toda aplicación práctica. Otro objetivo es pro-mover el hábito de la lectura y generar un punto de partida de posibles debates.
temas de investigación, que se sugieren de manera complementaria con los objetivos de las lecturas.
preguntassencillas que orienten el estudio y promuevan el repaso de los conceptos estructurantes de cada capítulo.
problemas, situaciones a resolver donde mediante razonamientos sen-cillos, tanto que impliquen o no cálculos matemáticos, se sustente el proceso de internalización de los conocimientos.
Agradecemos los valiosos aportes que nos han hecho llegar a los largo de estos años y les recordamos que pueden enviarnos todos sus comentarios, consultas y sugerencias a [email protected]
Los Autores
prólogo
Capítulo 1Sistemas materiales 9
Introducción.........................................................9 • Materia 10 • Estados físicos de la materia 10 • Características macroscópicas
de los estados de la materia 11 • Sistemas materiales y clasificación 13 Sistemasabiertos,cerradosyaislados......13 Sistemashomogéneosyheterogéneos.....14
Lectura:Universo oscuro.....................................16
Investiga..................................................................17
Preguntas................................................................17
Problemas...............................................................18
Capítulo 2Propiedades de los sistemas materiales 19
• Primera clasificación 19 PropiedadesExtensivas..................................19 PropiedadesIntensivas...................................20 PropiedadesCaracterísticas.......................... 21 • Segunda clasificación 22 PropiedadesFísicas..........................................22 PropiedadesQuímicas....................................22 • Propiedades Mecánicas 22 Tenacidad,Dureza,Plasticidad, Ductilidad,Maleabilidad,Elasticidad........23
Experimento1.......................................................24 • Aplicaciones de la ley de Hooke 26 • Dilatación térmica 28
Experimento2.......................................................30 • Escalas termométricas 31 EscalaCelsius......................................................... 31 EscalaKelvin..........................................................33
• Conductividad térmica 35
Experimento3.......................................................35 • Conductividad eléctrica 36
Experimento4.......................................................36
Lectura:¿Cuál es la temperatura máxima que el ser humano puede soportar?.................38
Investiga..................................................................39
Preguntas................................................................40
Problemas...............................................................42
Capítulo 3Cambios de estado de la materia 46
• Cambios de estado 46 • Fusión y Solidificación 47
Experimento1.......................................................47 • Ebullición y Condensación 50
Experimento2.......................................................50 Puntodeebulliciónypresiónexterior..... 51 • Ebullición y Evaporación 54
Lectura:Gas Natural Licuado.............................56
Investiga..................................................................57
Preguntas................................................................58
Problemas...............................................................59
Capítulo 4Energía, Calor y Trabajo 62
• Energía y Trabajo 63
Experimento1.......................................................64 • Trabajo y Energía Mecánica 65 EnergíaCinética...............................................65 EnergíaPotencial.............................................66 EnergíaPotencialgravitatoria.....................66 EnergíaPotencialelástica.............................66
contenido
Ciencias Físicas • 2º C.B.6
• Conservación de la Energía Mecánica 67 • Energía y Calor 67
Experimento2.......................................................68 • Calor 69
Experimento3....................................................... 70 • Calor, temperatura y sensaciones térmicas 72 • Unidades de energía 73 Definicióndecaloría.......................................73
Lectura:Si la energía se conserva, entonces... ¿por qué necesitamos cada vez más recursos energéticos?...................................76
Investiga..................................................................77
Preguntas................................................................78
Problemas...............................................................79
Capítulo 5Calor 81
• Calorimetría 81
Experimento1.......................................................82
Experimento2.......................................................84 • Calor Específico 86 • Conservación de la energía 91 • Estudio de una relación
inversamente proporcional 93
Lectura:Influenciadelmarenelclima.........95
Investiga..................................................................96
Preguntas................................................................97
Problemas...............................................................99
Capítulo 6Recursos energéticos 103
• Evolución histórica 103 • Clasificación de las fuentes de energía 105 • Matriz energética del Uruguay 106 Petróleoysusderivados..............................106 Gasnatural......................................................107 Leñaycarbónvegetal..................................107
Experimento1.....................................................108 Transformacióndebiomasa....................... 110 Electricidad...................................................... 110 Medidadelaenergíaeléctrica.................. 112 • Impactos ambientales globales
de la producción de energía 112 ¿Ysiusamosfuentesdeenergía renovables?...................................................... 113
Experimento2..................................................... 114
Experimento3..................................................... 115
Experimento4..................................................... 116
Lectura:El efecto invernadero y el ciclo del carbono.......................................... 117
Investiga................................................................ 118
Preguntas.............................................................. 119
Actividades...........................................................120
AnexosAnexo 1: Equivalencia de Unidades 122
Anexo 2: Medidas 123 • ¿Existe la medida exacta? 123 Apreciacióndeuninstrumento................123 Estimacióndeunamedida.........................124 • Cifras Significativas 125 • Operaciones y cifras significativas 126
72º C.B. • Ciencias Físicas
Energía, calor y trabajo capítulo
4La palabra energía es conocida por todos nosotros y usada en dife-
rentes situaciones. Es frecuente referirse a ella como un recurso natural
con valor económico y necesario para el desarrollo de los países.
Todos los días en los informativos se habla del precio del petróleo, el
nivel de agua de nuestras represas hidroeléctricas, la crisis energética o
las fuentes de energías alternativas.
Estos temas se analizarán con profundidad en el capítulo 6, ahora
trataremos el concepto de energía desde un punto de vista físico.
ENERGÍA es la capacidad de un sistema para realizar trabajo.
¿Cuándo se realiza trabajo?
Se realiza TRABAJO cuando al aplicar una fuerza sobre un sis-
tema éste se mueve.
Cuando decimos que el sistema se mueve, no solo nos referimos al
cambio en su posición, sino también a las deformaciones producidas
por la fuerza.
Si la fuerza deja de actuar no se realiza trabajo aunque el sistema siga
en movimiento. Por otra parte, si actúa una fuerza sobre el sistema y
éste no se mueve, tampoco se realiza trabajo.
Fig. 1. El viento realiza trabajo si
la fuerza que ejerce sobre las aspas logra
moverlas.
62 Capítulo 4 • Energía, calor y trabajoCiencias Físicas • 2º C.B.
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Situacionesaresolverapartir
delosconceptosinternalizadosy
deutilidadcomoinstanciadeevaluación.
Portadadecapítulo:cadaunoseidentificaconuncolor.
Usocorrectodeltermómetrodelaboratorio
Objetivo
Medir la temperatura de un líquido contenido en un vaso de Bo-hemia.
Procedimiento
Extrae con cuidado el termómetro de su estuche, sosteniéndolo por la parte superior sin tocar el bulbo (fig. 30).
La sustancia termométrica marca el valor de la temperatura ambien-te, que es la del aire que rodea al bulbo.
No debes agitarlo para que la sustancia termométrica descienda pues el capilar del termómetro de laboratorio es recto y el mercurio puede “subir” o “bajar” por él sin impedimento.
Sumerge el bulbo del termómetro en el líquido contenido en el vaso de Bohemia y observa que, casi inmediatamente, la sustancia termo-métrica “sube” por el capilar (se dilata).
Cuando no se aprecien más cambios en el nivel de la sustancia termo-métrica, realiza la lectura de la medida de la siguiente forma: • Mantén el bulbo sumergido en el líquido sin tocar el fondo del vaso (fig. 31).• Enfrenta tus ojos a la escala de manera tal que sea posible trazar una recta imaginaria tangente al menisco de la sustancia termo-métrica (fig. 32).
Anota la medida teniendo en cuenta la apreciación de la escala (1ºC). Dividiendo “a ojo” la apreciación, se obtiene la estimación de la me-dida: 0,5ºC.
La expresión de la temperatura medida en la fig. 32 es:
t C C= ±87 5 0 5, ,ο ο o también t C= ±( , , )87 5 0 5 ο
Experimento2
Fig. 30. El termómetro debe sos-tenerse por la parte superior, sin tocar el bulbo.
Fig. 31. Para medir la temperatu-ra el bulbo debe estar sumergido dentro del líquido.
Fig. 32. La lectura correcta se reali-za considerando la tangente al punto su-perior del menisco.
90
80
70
30 Capítulo 2 • Propiedades de los sistemas materiales Ciencias Físicas • 2º C.B.
1) Elabora una lista de aparatos, máquinas y vehículos que utilices ha-
bitualmente. a) ¿Qué tipo de energía utiliza cada uno?
b) ¿Consideras algún tipo de energía más importante para la activi-
dad humana? c) ¿Qué tipo de energía crees que es la que más se consume en tu
entorno? d) De los tipos de energía que mencionaste, ¿cuáles crees que co-
rresponden a fuentes más contaminantes y cuáles a fuentes me-
nos contaminantes?
2) Una parte importante de la energía consumida en los hogares es
para la iluminación (fig. 38).
En tu casa: ¿Utilizan lámparas de bajo consumo o tubos de luz?
¿Utilizan lámparas incandescentes?
¿Se aprovecha la luz natural disponible?
En base a tus respuestas: ¿Qué podrías hacer para reducir el consumo energético debido a
la iluminación?
3) La construcción de una central eléctrica (solar, térmica, hidroeléc-
trica, etc.) puede tener consecuencias negativas para el ambiente,
pero también puede tener muchas consecuencias positivas.
a) Analiza ambos aspectos y construye una lista de cada una.
b) Imagina que eres la persona responsable del gobierno para con-
tactar a las autoridades locales y convencerlas que acepten la ins-
talación de la central. ¿Qué argumentos utilizarías?
4) El consumo de energía eléctrica produce en general poco impacto
sobre el ambiente, pero hay excepciones. Analiza los aparatos eléc-
tricos que utilizas frecuentemente y contesta.
a) ¿Cuáles son los aparatos más ruidosos?
b) Compara tu respuesta con la de tus compañeros ¿cuáles son los
más nombrados? c) ¿Se podría reducir el ruido de algún modo?
5) En el mes de abril de 2009 en Punta del Este, Uruguay (fig. 39) se
llevó a cabo una reunión en la que se discutieron temas como la
seguridad energética, panorama de la industria de petróleo y gas,
impacto de la crisis financiera global, cambio climático y eficiencia
energética, avances y desafíos en la gestión ambiental de la indus-
Fig. 38.
Fig. 39. Conferencia de ARPEL en
Punta del Este (www.arpel.org).
Actividades
120 Capítulo 6 • Recursos energéticosCiencias Físicas • 2º C.B.
Fig. 16. La totalidad de la “materia
común” que conocemos, solo representa
el 4 % del total de la materia del universo
material.
Fig. 17. Imagen de la nebulosa
“Cabeza de Caballo” tomada por el Ob-
servatorio Europeo Austral - Chile.
Lectura
Universo oscuro
Oscuro. Hace tiempo que los cosmólogos no dudan en definir
así a nuestro universo. Y es que cada vez son más los datos que
confirman que la energía oscura y la materia oscura son sus
principales componentes.
Sesabequeexisten,peronosesabeloqueson.Hayconsensoalreconocer
suenormeinfluencia,perojamássehanpodidodetectar.Energíaymateria
oscuraparecequeloinvadentodo,peronadiesabedequéestánhechas.
Todoempezóhaceunosañosconlasobservacionesdelmovimientodeal-
gunasgalaxiasydelaluzquepasabapróximaaellas,quenoseguíanlasre-
glasquepredecíalateoríadeEinstein.Luegovendríalasorpresadevercómo
lasgalaxiaslejanassedistanciabandenosotrosaunavelocidadmuysuperior
alaquetambiénpredecíadichateoría.
Laexplicaciónmásaceptadadesdeentoncesaestasirregularidades,esque
nuestrouniversoestácompuestoademásdeporlamateriaqueconocemos,
poruntipodemateriaalaquesehadenominado“materiaoscura”quesu-
pondríael21%delacomposicióntotaldeluniverso.Sesabequenoemiteluz
yquecasinointeractúaconlamateriaordinaria,peroqueejerceunagran
fuerzadegravedad.Asimismosecreequetambiéntienequeexistiruna“energíaoscura”-un
75%delcosmos-responsabledelaaceleraciónquesufreactualmentelaex-
pansióndeluniverso.Estasideas,concebidasyahacetiempo,hansidoconfir-
madaspornumerosasobservaciones.
Queeluniversoconocido-galaxias,estrellas,nuestroSistemaSolarein-
clusolaTierra,pertenezcatansoloaesepequeño4%delamateriaordinaria
deluniverso,avivatodavíamáslacuriosidadpornuestrocielo.
La“naturalezaoscura”suponeenlaactualidadunnuevouniversopordes-
cubrir,unnuevoretoparanuestramente.
ArtículodeJ.M.LópezpublicadoenlarevistaFusión–España2006
Cuestionario:
1. Ademásdelamateriaqueformatodosloscuerposconocidos¿cómoestá
compuestonuestrouniverso?
2. ¿Porquéestasformasdemateriayenergíarecibenelnombrede“oscura”?
3. Sinoesposiblepercibirlasporlossentidos;¿enquésebasanloscientíficos
parasostenersuexistencia?
4. ¿Quéinterpretascuandoelautordicequelamateriaylaenergíaoscura
suponenun“nuevouniversopordescubrir”?
Investiga
Preguntas
Materia oscura
Materia común
Energíaoscura
16 Capítulo 1 • Sistemas materialesCiencias Físicas • 2º C.B.
1) Para mover o levantar objetos “pesados” se suelen utilizar poleas, palancas o planos inclinados A este tipo de dispositivos se les deno-minan máquinassimples. a) Nombra algunas máquinas simples y realiza un dibujo de cada una. b) Indica las ventajas de utilizarlas. c) Mediante el sistema de la figura 37 se puede levantar la pesa reali-zando la mitad de fuerza que su peso. ¿Se realizará menos trabajo para subirlo a determinada altura?
2) a) ¿Cómo es posible que el cuerpo humano mantenga una tempera-tura constante y diferente a la del ambiente si están en permanen-te contacto? b) ¿Qué significa que un ser vivo es homeotermo? c) Indica algunos seres vivos que son homeotermos y algunos que no lo son (fig. 38).
3) En algunos textos es frecuente leer que el calor puede transmitirse o propagarse por conducción, por convección y por radiación. a) Explica cada uno de los tres mecanismos de trasmisión. b) Describe situaciones en las que se produzcan estas formas de pro-pagación. c) ¿Por qué las ollas y cucharas suelen tener mangos de madera y no de metal? d) ¿Por qué el congelador de las heladeras está ubicado siempre en su parte superior?
4) Los alimentos que ingerimos nos aportan la energía necesaria para que nuestro organismo pueda llevar a cabo las funciones vitales. a) Busca información y realiza una tabla que indique el aporte ener-gético promedio que suministran los alimentos que consumes habitualmente. b) Realiza un informe sobre alimentación saludable a partir de las recomendaciones de la Organización Mundial de la Salud (OMS). c) Realiza el cálculo energético de lo que ingieres comúnmente en un día.
5) En muchos casos es necesario conocer cuán rápido una máquina es capaz de realizar un trabajo. Para poder medir esto se utiliza la mag-nitud llamada potencia. a) ¿Cómo se define potencia? b) ¿En que unidades del Sistema Internacional se mide? c) Averigua las potencias de algunos electrodomésticos de tu casa.
Investiga
Fig. 37. Ejemplo de máquina sim-ple.
Fig. 38. ¿El pingüino es homeo-termo?
Fig. 39. FAO Organización de la Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación.
77Capítulo 4 • Energía, calor y trabajo
2º C.B. • Ciencias Físicas
1) ¿Cómo se define la magnitud Calor?
2) ¿Cuál es la unidad de la magnitud Calor en el Sistema Internacional de Unidades?
3) a) ¿Qué propiedades debe tener el material que forma las paredes del calorímetro? ¿Por qué? b) Menciona ejemplos de dichos materiales.
4) ¿Cómo reconoces que entre dos variables se establece una relación directamente proporcional?
5) Si de una sustancia conoces el valor de la masa, el calor específico, el volumen, la densidad y la temperatura. ¿Cuál o cuáles de estas propiedades te permiten identificarla? Expli-ca tu respuesta.
6) a) ¿Cómo se define calor específico de una sustancia? b) ¿En qué unidades se puede expresar? c) ¿Es una propiedad intensiva o extensiva?
7) En una olla se coloca un cierto volumen de aceite a 60,0ºC. Se mide la temperatura ambiente que resulta de 18,0ºC. a) ¿El aceite absorberá o liberará energía? b) ¿Qué variación de temperatura experimentará el aceite al llegar al equilibrio térmico con el ambiente? c) ¿Qué significa el signo de dicha variación?
8) Un recipiente de paredes aislantes contiene agua a una temperatura de 70ºC .Se sumerge en ella un objeto metálico a una temperatura inicial de 20ºC y se tapa. a) ¿Hay transferencia de energía mediante calor entre el agua y el objeto? b) ¿Hay transferencia de energía mediante calor entre el sistema agua-objeto y el ambiente? c) Indica quién absorbe energía y quién la libera. d) ¿Qué signo tendrá la variación de temperatura del agua? e) ¿Qué signo tendrá la variación de temperatura del objeto? f) ¿Serán necesariamente iguales (sin considerar su signo) las varia-ciones de temperaturas del agua y del objeto? g) Luego de transcurrido un largo tiempo, quien tendrá mayor tem-peratura ¿el agua o el objeto?
Preguntas
Fig. 41. Pregunta 3.
Fig. 42. Pregunta 8.
97Capítulo 5 • Calor2º C.B. • Ciencias Físicas
1) En una clase el profesor pregunta: ¿qué tipo de sistema es una caja
de leche chocolatada sin abrir? (fig. 21)
Carolina considera que es un sistema aislado, en cambio Martina
opina que es un sistema cerrado. ¿Cuál de las dos alumnas tiene ra-
zón y por qué?
2) Clasifica los siguientes sistemas en abierto, cerrado o aislado, expli-
cando en cada caso la relación con el ambiente.
a) sardinas enlatadas
b) copa con vino c) un paquete de panchos envasados al vacío
d) recipiente de espumaplast conteniendo helado
e) un árbol f) una habitación con las puertas y ventanas cerradas
3) En un experimento se está estudiando la flotabilidad de algunos
cuerpos en agua (fig. 22).
a) Indica qué partes componen el sistema y cuál es el ambiente.
b) Clasifica el sistema como abierto, cerrado o aislado.
c) ¿En qué estado físico está cada componente del sistema?
d) ¿El sistema es homogéneo o heterogéneo?
e) ¿Cuántas fases tiene?
4) El recipiente de la figura 23 contiene agua coloreada y está tapado
de tal forma que no permite el intercambio de materia con el am-
biente. a) Identifica qué partes componen el sistema y cuál es el ambiente.
b) Clasifica el sistema en abierto, cerrado o aislado.
c) ¿El sistema es homogéneo o heterogéneo?
d) Si enfriáramos el recipiente hasta obtener hielo ¿cambiaría la
masa del sistema? Justifica.
5) Describe lo que ves en cada fotografía (fig. 24 a, b y c) e indica en
qué estado físico está la materia en cada una, justificando tu res-
puesta.
Fig. 21. Problema 1.
Fig. 22. Problema 3.
Fig. 23. Problema 4.
PROBLEMAS
Fig. 24 a, b y c. Problema 5.
18 Capítulo 1 • Sistemas materialesCiencias Físicas • 2º C.B.
Trabajossugeridospararealizarenellaboratoriobajolasupervisióndeldocente.
Propuestassencillasquenorequieren
instrumentalnitécnicas
sofisticadas.
Textosdedivulgacióncientíficaquecontribuyenaampliarlostemascentrales.
Situacionesplanteadasque
vanmásalládelapropuesta
programáticadelcurso.
Cuestionariosecuenciadosobretodoslostemasdesarrolladosencadacapítulo.
Experimentos
ActividadES
Lecturas
Investiga
Preguntas
PROBLEMAS
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