Editorial santillana ciencias II

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LIBRO DE TEXTO SANTILLANA
Natasha Lozano de Swaan
Editorial Santillana

CIENCIAS FISICA II

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Editorial santillana ciencias II

  1. 1. Ciencias Física Natasha Lozano de Swaan 2 El libro Ciencias 2 Física es una obra colectiva, creada y diseñada en el Departamento deInvestigaciones Educativas de Editorial Santillana, con la dirección de Clemente Merodio López. 1
  2. 2. El libro Ciencias 2 Física fue elaborado en Editorial Santillana por el siguiente equipo: Edición: Martha Alvarado Zanabria Digitalización de imágenes: Coordinación editorial: María Eugenia Guevara, Roxana Martín-Lunas Rodríguez Gerardo Hernández, Revisión técnica: José Perales, Javier Sierra Vázquez Javier Alcántar (EG Servicios editoriales y gráficos, S.A. de C.V.) Corrección de estilo: Martha Johannsen Rojas Editora en Jefe de Secundaria: Diseño de interiores: Roxana Martín-Lunas Rodríguez Rocío Echávarri Rentería Gerencia de Investigación Diseño de portada: y Desarrollo: Francisco Ibarra Meza Armando Sánchez Martínez Ilustración: Gerencia de Procesos Editoriales: EG Servicios editoriales y gráficos, Laura Milena Valencia Escobar S.A. de C.V. y Mauricio Morales Gerencia de Diseño: Salcedo Mauricio Gómez Morin Fuentes Fotografía: Coordinación de Arte y Diseño: Boris de Swan, Francisco Ibarra Meza Carlos Hahn, Archivo Santillana, Juan Miguel Bucio Fotomecánica electrónica: Trejo, Daniel de la Concha, pág. 80, Gabriel Miranda Barrón, Elvia Chaparro Manuel Zea Atenco, Benito Sayago Luna Diagramación: Braulio Morales Sánchez, EG Servicios editoriales y gráficos, Ediciones y Recursos Tecnológicos La presentación y disposición en conjunto y de cada página de Ciencias 2 Fisica son propiedad del editor. Queda estrictamente prohibida la reproducción parcial o total de esta obra por cualquier sistema o método electrónico, incluso el fotocopiado, sin autorización escrita del editor. D. R. © 2006 por EDITORIAL SANTILLANA, S. A. DE C. V. Av. Universidad 767 03100, México, D. F. ISBN: 978-970-29-1761-8 Primera edición: octubre, 2006 Primera reimpresión corregida: mayo, 2007 Segunda reimpresión corregida: marzo, 2008 Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana. Reg. Núm. 802 Impreso en México2
  3. 3. PresentaciónLa palabra ateneo proviene del término griego athenaion, que designaba al tem-plo de Atenea, en Atenas −Atenea era la diosa griega de la sabiduría, la inteli-gencia, el ingenio y las artes, entre otros atributos—. En ese templo los poetas,oradores y filósofos compartían entre ellos sus obras. Los antiguos ateneos se basaron en la idea de que la cultura hace la paz. Así, elintercambio de conocimientos, la enseñanza y el aprendizaje pasaban por dife-rentes etapas antes de alcanzar su cima: el entendimiento entre los ciudadanos. La serie Ateneo retoma la idea de compartir el aprendizaje con tus compañe-ras y compañeros, guiados y orientados por su profesor. Para ello, te propone unagran diversidad de actividades: algunas favorecen el análisis y la reflexión enequipo y en grupo; en otras, tendrás oportunidad de ejercitarte individualmente.La combinación de ambas formas de trabajo intenta ayudarte a desarrollar habi-lidades necesarias para el estudio de la ciencia, por ejemplo la elaboración dehipótesis y conclusiones, la búsqueda de procedimientos, la capacidad para cola-borar en equipo, argumentar una idea, entre muchos otros objetivos. Con el finde que tú y tu profesora o profesor se familiaricen con las secciones que integrancada Bloque y el tipo de actividades que encontrarán, les sugerimos que lean laEstructura de la obra. En este libro no te planteamos problemas sino retos, que son oportunida-des para poner en práctica tus habilidades y conocimientos. Para los retos queresolverás en la sección de proyectos, a realizar por lo general en laboratorio, teproponemos un esquema que te ayudará a ser cada vez más independiente en eldiseño y elaboración de un experimento. Para los retos numéricos podrás seguirlas sugerencias que se ofrecen para ayudarte a comprender, analizar, realizar yrevisar tus resultados, de manera que puedas determinar si son correctos. A través de esquemas, podrás acordar con el grupo y el profesor los criteriospara evaluar los temas que incluye el programa y que están distribuidos paracubrirse en cinco bimestres. Conocer la forma en que serás evaluado, e involu-crarte en ello, te ayudará a responsabilizarte de tu propio aprendizaje. Para facilitarte la búsqueda de información, al final del libro incluimos uníndice analítico, un glosario, así como tablas de conversión de unidades y datosde interés que te servirán durante el curso. La bibliografía contiene títulos que teayudarán a ampliar tus conocimientos. Con esta serie para la educación secundaria, Editorial Santillana, desearecuperar la manera de compartir el conocimiento que se tenía en el Ateneo yparticipar en tu formación, ayudándote a alcanzar tus metas como ser humanoy ciudadano, en un mundo cuya complejidad exigirá una mayor preparación.Cuanto más te responsabilices de tu aprendizaje, mayor será tu capacidad deelegir quién quieres ser y de transformar favorablemente el país donde te tocóvivir. La inauguración de una nueva escuela es una excelente oportunidad para pro-mover el conocimiento mediante el intercambio de ideas, la reflexión, el análisisy la crítica, por ello te decimos, ¡bienvenido al Ateneo! 3
  4. 4. Estructura En distintas épocas de nuestra historia la curiosidad innata nos ha ayudará a integrar tus conocimientos sobre ciencia y tecnología, conducido a grandes preguntas sobre las leyes físicas que rigen el y sus procesos e interacciones con los de otras áreas, así como Universo, y la persistencia ha dado pie a grandes descubrimien- sus efectos sociales y en el ambiente. tos. Varios hallazgos se hicieron sólo mediante la observación. Al final de los primeros cuatro bloques de esta obra encon- Después se empezaron a usar los experimentos para comprobar trarás opciones para desarrollar los dos proyectos de integración la veracidad o falsedad de las ideas sobre un fenómeno, y así que establece el programa de estudios. surgió el método de la experimentación. En esta evolución la fí- El Bloque 5 ofrece varias propuestas para trabajar en sica ha sido esencial, porque ha aportado las herramientas para equipo los proyectos de fin de curso y presentarlos al grupo estudiar y comprender lo que ocurre a nuestro alrededor. o a la comunidad escolar. Asegúrate de que entre todos tus El objetivo de este libro es guiar de manera accesible y amena compañeros cubran dichos los temas, pues de ese modo el tu encuentro con esta ciencia, en los diversos temas que estable- aprendizaje será más enriquecedor. ce el programa de Ciencias 2, con énfasis en Física. Asimismo, te Entrada de bloque 1 1 Cada bloque inicia con un texto sobre el tema que se estudiará. En la página siguiente se incluye la sección Qué sé, la cual te permitirá explorar tus conocimientos previos. La sección Qué lograré aprender te ayudará a identificar los conocimientos nuevos que habrás de adquirir; también te sugiere criterios para tu evaluación con tres niveles de aprendizaje conceptual. El apartado Mi proyecto te invita a que elijas uno o más de los proyectos que se incluyen en las páginas finales y los desarrolles. Entrada de lección 2 En algunas entradas de lección se propone una actividad que te ayudará a familiarizarte con el nuevo tema. 3 En el Ateneo es una sección que retoma el nombre de la serie y propone actividades en equipo o grupales, en las que 2 podrás compartir conocimientos e intercambiar opiniones para enriquecer tu aprendizaje, a partir de lo que saben otros miembros del grupo y de lo que tú les puedes aportar. Con el3 aprendizaje cooperativo podrás integrar gran parte de esos conocimientos. Te sugerimos que antes de realizar cualquier actividad, ya sea “En el Ateneo”, “Con ciencia” y “Mis proyectos” consultes a tu docente para conseguir los materiales necesarios. En las distintas actividades que se presentan, tanto en los recuadros “Con ciencia” como “En el Ateneo”, hallarás unos iconos que se muestran abajo, e indican el lugar más adecuado donde podrás realizarlas: En el aula En casa En el patio de tu escuela En el laboratorio Esto te ayudará a organizarte. 4
  5. 5. ¿Sabía s... d) es de … que 6.37 Pl itación consid utón dejó de universa erado ser lya planet a? Plutón no forma y cambió en nin 4 del Sol, sigue gir igu ando alr na cubierto al que cuando edor gu ed en fu 4 A lo largo de la obra encontrarás otro apartado llamado Con ciencia, que se le red el año de 19 e des- efi planeta nió en la categ , pero enano. La 30 oría de ción se propuso nueva defini- presenta opciones de actividades experimentales, de campo o de indaga- científic os en la reu ca Intern de la Unión As n de acional, nió tro La razó de 2006 nómi- ción, para realizarse en clase ya sea de manera individual o en equipo. años se n es que al pa nares de han de scub objetos ierto cente- . so de los También intenta mostrarte que la tecnología no es sólo ciencia aplicada, se encu en misma tran más o me que dis pequeñ tón, los tancia del Sol s a la os no 5 cuales que Plu de aster forman - sino un medio para el mejoramiento de las condiciones de vida y salud vivir, lo n univ que ersal, lados qu rón de Ku oides y de e se co objetos cong noce co un cintu mo rón e- también iper. Ahí se en cintu- del ser humano, así que encontrarás también actividades de sí con un ersamen a poco má Ce más gran res y Xena, de que s cerca Plutón cuentra este últ y un n imo te no al investigación, conocimientos, lecturas, procedimientos, normas Lo que se Gracias pios se pu a los nu Sol. un futu ede esperar qu esco- ro evos tel e decena cercano, se de en y actitudes, que te permitirán reforzar tu aprendizaje. Con se s de pla sc netas en ubran herman guridad, tus pa os. an os dr rán cuan mayores se so es o do les dig rprende tema so - lar tiene as que el sis- 5 Sabías que… es un espacio que te ayudará a complementar tus conoci- 6 planeta s, estudia como cuando ron. ocho y no nuev ellos lo e mientos, pues contiene distintos tipos de información que despertarán al que tu curiosidad en el tema de estudio. 7 : 6 Conéctate brinda opciones de fuentes de información, algunas de ellas je- ue en Internet, para que investigues acerca de los temas de estudio que se ¿Qué aprendí Las fuerzas ma en esta lecció n? abordan. Asimismo, sugiere actividades relacionadas con tecnologías de la y la gravitacion gnéticas tienen sim al. La fuerza ma ilitudes y diferencias con las polos, a los que gnética siempre eléctricas información. Los polos de llamamos polo igual nombre norte y polo sur. se produce a par tir de dos atraen. se repelen y los de nombre dife La Tierra es un rente se 7 ¿Qué aprendí en esta lección? Es una sección que se encuentra al final brújula. inmenso imán y sus polos son contrarios a los de la de cada lección y ofrece un breve resumen de lo más relevante. 8 En la sección Mi proyecto se proponen tres diferentes temas, para8 que elijas el que más te atraiga y ayude a poner en práctica tus aprendizajes. Para enmarcar el trabajo de investigación se proponen los siguientes puntos: • Objetivo • ¿Qué sé del tema? • ¿Qué quiero saber? • ¿Qué haré para saberlo? • ¿Cómo lo evidencio y lo comunico? Dentro de este esquema podrás describir los experimentos, com- probarlos y obtener las conclusiones del proyecto. En el primer bloque encontrarás parte de la información con esta estructura, lo que te fa- miliarizará con su uso. 9 9 En la última sección de cada bloque Mis retos: demuestro lo que sé y lo que hago se presentan más de 20 ejercicios*. En ella se revisan las preguntas de la sección inicial Qué sé, para que compa- res tus respuestas antes y después de estudiar el bloque. Además te propone regresar a la tabla Qué lograré aprender, de la entrada de bloque, para que lleves a cabo una autoevaluación. Esto te ayudará a reflexionar sobre lo que aprendiste, a evaluar y a poner en práctica tu apendizaje con diversos ejercicios. A lo largo del texto hemos resaltado con verde los conceptos más importantes, los cuales podrás localizar también en un Glosario al final de libro. Asimismo, las ideas principales o textos relevantes se identificaron en color púrpura. El uso del lenguaje matemático se señala en color azul oscuro. Del mismo modo, se emplean recuadros con leyendas para advertirte de riesgos, o hacerte alguna observación. En síntesis, te invitamos a recorrer y adentrarte por los caminos de la física, del saber y saber hacer de la actividad científica. Que conozcas sus vínculos con la tecnología, con otras áreas del conocimiento y desarrolles tus propios valores. Integrar todo ello te per- mitirá acrecentar tus capacidades, evolucionar como ser humano pensante, mejorar las *El resultado de los retos numéricos se relaciones con tus semejantes y aprender a cuidar el medio ambiente. A la larga esto te encuentra en las páginas 260 y 261. ayudará a integrarte de manera consciente y exitosa en esta sociedad cambiante. 5
  6. 6. Contenido Bloque 1 Bloque 2 Bloque 3 8 54 108El movimiento. La descripción Las fuerzas. La explicación de Las interacciones de la materia.de los cambios en la Naturaleza los cambios Un modelo para describir lo que no percibimos1 La percepción 1 El cambio como resultado del movimiento 10 de las interacciones entre 1 La diversidad de los objetos 1101.1 Los sentidos y nuestra percepción objetos 56 1.1 Características de la materia. del mundo, ¿cómo sabemos que 1.1 ¿Cómo se pueden producir ¿Qué percibimos de las cosas? 110 algo se mueve? 10 cambios? El cambio y las 1.2 ¿Para qué sirven los modelos? 1151.2 ¿Cómo describimos el movimiento interacciones 56 De tela, de plástico, de números 115, de los objetos? 12 Para entenderse, para aprender 2 Una explicación del cambio: y para el futuro 116 La medición y el Sistema Internacional 12, Sistema de la idea de fuerza 60 2 Lo que no percibimos de referencia y vectores 17, Rapidez y 2.1 La idea de fuerza: el resultado velocidad 21, Las gráficas 23 la materia 117 de interacciones 601.3 Un tipo particular de movimiento: 2.2 ¿Cuáles son las reglas del 2.1 ¿Un modelo para describir el movimiento ondulatorio 26 movimiento? Tres ideas la materia? 117 Definición de ondas transversales fundamentales sobre las fuerzas 64 2.2 La construcción de un modelo y longitudinales 27 Primera ley de la dinámica 64, para explicar la materia 1192 El trabajo de Galileo: una Segunda ley de la dinámica 65, 3 Cómo cambia el estado Tercera ley de la dinámica 66 aportación importante para de la materia 122 2.3 El movimiento de los objetos la ciencia 31 en la Tierra y de los planetas en el 3.1 Calor y temperatura, ¿son2.1 ¿Cómo es el movimiento de los Universo: la aportación lo mismo? 122 cuerpos que caen? 31 de Newton 71 La temperatura 122, El calor 124, ¿Qué sé? ¿Qué quiero conocer? 31, ¿Calor y energía? 125, Propagación 3 La energía: una idea de calor 127, Conservación de ¿Qué haré para saberlo? 32, ¿Cómo lo evidencio y lo comunico? 33 fructífera y alternativa la energía 1282.2 ¿Cómo es el movimiento cuando de la fuerza 78 3.2 El modelo de partículas la velocidad cambia? La y la presión 130 3.1 La energía y la descripción aceleración 35 Presión en sólidos 130, Presión en de las transformaciones 78 líquidos 131, Principio de Pascal 135,3 Mis proyectos 40 Fuentes de energía renovables, Presión en gases, Presión atmosférica. Fuentes de energía no renovables 80 ¿Pesa el aire? 1363.1 ¿Liebre o tortuga? 40 3.2 La energía y el movimiento 82 3.3 ¿Qué le sucede a la materia3.2 Prevención de riesgos en caso de sismos 42 4 Las interacciones eléctrica cuando cambia la temperatura3.3 Las ondas y magnética 85 o la presión aplicada sobre ella? 142 44 4.1 ¿Como por acto de magia? 4 Mis proyectos 146 Mis retos: Demuestro Los efectos de las cargas eléctricas 85 4.1 Feria de calor y presión 146 lo que sé y lo que hago 46 4.2 Los efectos de los imanes 90 4.2 Pistola de agua 148 5 Mis proyectos 96 4.3 Todo acerca de submarinos 150 5.1 El parque de diversiones 96 Mis retos: Demuestro 5.2 Salvemos al huevo 98 lo que sé y lo que hago 152 5.3 Las mareas 100 Mis retos: Demuestro lo que sé y lo que hago 1026
  7. 7. Bloque 4 Bloque 5 Mis proyectos finales 160 204Manifestaciones de la estructura Conocimiento, sociedadinterna de la materia y tecnología 1 Aproximación a los 1 La física y el conocimiento 5 Mis proyectos 238 fenómenos: relación con del Universo 206 5.1 Diseño y elaboración de un folleto 238 la naturaleza de la materia 162 1.1 ¿Cómo se originó el Universo? 5.2 Diseño y elaboración de un1.1 Manifestaciones de la estructura Ámbito de conocimiento científico 206 experimento 239 interna de la materia 162 Los primeros pasos 206, La astronomía 5.3 Máquinas simples 240 en China, En tiempos de los babilonios 207, 5.4 Deporte o danza 241 2 Del modelo de partícula En la época prehispánica 208, La 5.5 Sonido e instrumentos musicales 242 al modelo atómico 165 astronomía y la cosmología griega 209, La astronomía en los siglos XVI y XVII 209, 5.6 Obra de teatro (opcional) 2442.1 Orígenes de la teoría atómica 165 El siglo XXI y la cosmología 210 5.7 Línea de tiempo 246 3 Los fenómenos 1.2 ¿Cómo descubrimos los 5.8 Película (opcional) 248 electromagnéticos 170 misterios del Universo? 213 Retos de repaso 2503.1 La corriente eléctrica en los ¿Cómo sabemos de que están hechas las estrellas? 216 G Glosario 252 fenómenos cotidianos 170 2 La tecnología y la ciencia 218 T Tablas de equivalencias 255 ¿Qué hace que se desplacen los electrones? 170, Intensidad de 2.1 ¿Cuáles son las aportaciones R Respuestas a los retos corriente 172 numéricos 260 de la ciencia al cuidado3.2 ¿Cómo se genera el y conservación de la salud 218 B Bibliografía 262 electromagnetismo? 178 I Índice analítico Partes artificiales y salud, El sonido 218, 2633.3 ¡Y se hizo la luz! 182 Los rayos X, La radiactividad 219, Fibra ¿Qué es una onda óptica, Miniaturización, Rayo láser 220 electromagnética 182, 2.2 ¿Cómo funcionan las El espectro 183, Longitudes de onda telecomunicaciones? 221 del espectro electromagnético 184, De la comunicación a la Y… ¿cómo vemos las cosas? 185, telecomunicación 221 Espejos y lentes: reflexión y refracción 188 3 Física y medio ambiente 224 4 Mis proyectos 194 3.1 ¿Cómo puedo prevenir riesgos4.1 Construye un dispositivo en caso de desastres naturales eléctrico 194 haciendo uso del conocimiento científico y tecnológico? 2244.2 Juguemos con luz y colores 196 La atmósfera terrestre 224,4.3 Concurso literario 198 Movimientos de la Tierra 225, Mis retos: Demuestro Movimientos del mar 226 lo que sé y lo que hago 200 3.2 ¿Crisis de energéticos? ¿Cómo participo y qué puedo hacer? 228 Recursos naturales no renovables 228, Recursos renovables, ¿Cómo ayudar? 229 4 Ciencia y tecnología en el desarrollo de la sociedad 231 4.1 ¿Qué ha aportado la ciencia al desarrollo de la humanidad? 231 4.2 Breve historia de la física en México 235 7
  8. 8. B L O Q U E El movimiento 1 La descripción de los cambios en la Naturaleza Con seguridad alguna vez has obser- vado un hecho de la Naturaleza que te causó asombro y te llevó a pre- guntarte cómo y por qué sucedía. Lo mismo le ocurrió a los griegos de la Antigüedad, que habitaron el archipiélago que baña el mar Egeo, al norte del Mediterráneo. Esta actitud de los seres humanos dio origen a la ciencia y, en particu- lar, a la física. El propósito de este bloque es guiar tus primeros pasos en el que- hacer de la física: en tus observa- ciones, experimentos y reflexiones sobre el movimiento de todo lo que te rodea. Esos conocimientos te per- mitirán comprender la importancia de los sentidos (así como sus limi- taciones) y la utilidad de los instru- mentos para explicar los fenómenos relacionados con el movimiento. Te invitamos a que hagas un recorrido por la física y a que redes- cubras lo que percibes, a conocer a sus protagonistas y los conceptos que han cambiado la historia de la ciencia, así como a prepararte para mirar el mundo con otros ojos.8
  9. 9. Qué sé Mi proyecto Lo que estudiarás en el Bloque 1 te permitirá • ¿Cómo te das cuenta de que algo se mueve? desarrollar un proyecto en el que integres tanto • ¿Sabes qué es la rapidez? ¿Alguna vez la has medido? los nuevos conocimientos de esta asignatura • ¿Sabes qué es la velocidad? ¿Alguna vez la has medido? como los de otras, a partir de tus inquietudes • ¿Supones que el movimiento se observa igual desde e intereses. (Ver las páginas 40-45). distintos lugares? • ¿Sabes qué es la aceleración?En el siguiente cuadro encontrarás los objetivos de este Bloque, así comoalgunos criterios para que evalúes tus logros, según el aprovechamientoque hayas alcanzado. (A corresponde al mayor logro de comprensión). Sinembargo, es importante que acuerdes con tu maestro, o maestra, qué otrosaspectos tomarán en cuenta para la evaluación, así como su asignaciónnumérica.Qué lograré aprender Criterios A B C Comprendo y explico los diferentes tipos Soy capaz de explicar qué Percepción del de movimiento. es el movimiento. Tengo una idea general movimiento Entiendo por qué la luz y el sonido se rela- Relaciono el sonido y la luz con de qué es el movimiento. cionan con los fenómenos ondulatorios. vibraciones. Distingo la diferencia Tengo una idea de velocidad. entre movimientos rápidos Puedo explicar y aplicar los conceptos Sé qué son los vectores. y lentos. de velocidad, rapidez y aceleración. Doy ejemplos de cantidades Descripción Reconozco que hay Identifico las características del vectoriales y escalares. del movimiento movimientos en los que movimiento a partir de las gráficas Puedo hacer cálculos relacionados la rapidez cambia. Puedo posición-tiempo. con el movimiento rectilíneo calcular la rapidez uniforme. en casos sencillos. Entiendo qué son la longitud de onda, la frecuencia, la veloci- Puedo dar ejemplos Movimiento dad de propagación y sé cómo de fenómenos ondulatorios. Entiendo en forma general ondulatorio se relacionan. Conozco algunas características qué son las ondas. Distingo entre ondas transversales del sonido. y longitudinales. Puedo hacer experimentos sobre Sé que se pueden hacer Puedo explicar el movimiento y diseñar el movimiento con ayuda de un experimentos para Investigación experimentos para analizarlo, también adulto. analizar el movimiento. graficar los resultados que obtengo. y diseño de Hago gráficas del movimiento Tengo una idea general Manejo todos los instrumentos experimentos rectilíneo uniforme. sobre la medición de medición para analizar el Sé usar el cronómetro de distancias y tiempos. movimiento. y el flexómetro. 9
  10. 10. LECCIÓN 1 La percepción del movimiento 1.1 Los sentidos y nuestra percepción del mundo, ¿cómo sabemos que algo se mueve? Si miras con atención a tu alrededor, encontrarás que la Natu- raleza es lo menos estable, lo menos permanente. Los cambios son constantes. Vemos el movimiento en los seres vivos y los inanimados, en los cuerpos naturales y los artificiales, en todo nuestro entorno. Percibes el movimiento en muchos objetos que te rodean. Por ejemplo, ves cómo vuelan los pájaros y los aviones, quizá también has visto a un perro corriendo tras un gato, o a un automóvil o un autobús deteniéndose ante el semáforo en rojo. De hecho, tú también has sentido el movimiento al correr o al andar en bicicleta, además de sentir el viento sobre tu rostro, o percibir el ruido que producen los objetos que pasan cerca y luego se alejan, aunque no los veas, como la sirena de una ambulancia, el claxon de un automovilista, o los tacones altos de tu vecina. Pero también hay movimientos que transcurren con tal lenti- tud que requieres mucha paciencia para detectarlos; en cambio otros, curiosamente, que no los percibes porque ocurren con gran rapidez. El movimiento puede ser muy lento o demasiado rápido. Por tu experiencia, sabes que aunque las imágenes de esta página no se mueven, en cada escena se captó algún movimien- to, ¿qué reconoces en ellas que te llevan a saberlo? Puedes reconocer el movimiento de los objetos, e incluso predecirlo. Esto es muy importante porque, con seguridad, te ha ayudado a esquivar un golpe o accidente, o bien, a colocarte donde sabes que llegará la pelota si juegas futbol, voleibol o basquetbol, y recibir el pase. También es posible que te hayas preguntado, ¿la luz se mueve?, ¿y el sonido? Y quizá la pregunta cambiaría ¿cómo se mueven? Eso te muestra que hay hechos sobre el movi- miento que puedes explicar1.2. Arriba: reconoces que el atleta estácorriendo porque ves las posiciones de sus sin ningún problema, peropiernas y brazos. Derecha: sabes que la hay otros que no son tanbicicleta está en movimiento, porque no sencillos.alcanzas a ver de forma individual los rayos El movimiento está tande las ruedas, es decir, están girando. relacionado con tu vida que parece innecesario tener que aclarar qué es, sin embargo, aunque es fácil reconocerlo e incluso en algunos casos pre- decirlo, no es tan sencillo de explicar; a la humanidad le llevó muchos siglos lograrlo.10
  11. 11. En el Ateneo 1. ¿Cómo me doy cuenta de que se mueven las cosas? Reúnete con tu equipo y comenta cómo te das cuenta de que un cuerpo está en movimiento. Procedimiento ■ Haz una lista de los diversos tipos de movimientos. ■ Explica si consideras que la luz y el sonido se mueven, o no, y por qué. ■ Clasifica los movimientos en lo que puedes ver, oír, sentir con tu piel y lo 1.3. El aleteo de un ave que pase cerca de que sabes por lógica, como en un dibujo. ti, también te indica su movimiento, aunque ■ Acuerda con tu equipo lo que es rápido y lo que es lento. Clasifica los no lo veas. movimientos de tu lista en rápidos o lentos. ■ Dibuja un objeto en movimiento. ¿Qué características de tu boceto le indican a tus compañeros y compañeras que el objeto está en movimiento? ■ Presenta tu lista, clasificaciones y dibujos al grupo. (Recuerda: lo que importa es tu idea del movimiento, no que seas un buen dibujante). ■ Completa tu lista con las opiniones de tus compañeros y compañeras de grupo. Con ciencia 1. Los planetas Los antiguos griegos descubrieron que algunas estrellas no permanecían fijas en el firmamento Marte y les dieron el nombre de planetas, que proviene de la voz griega planétes y significa errante. Luna Venus Para ello, localizaban el planeta en cuestión y lo observaban durante varias noches, de ese modo percibían su cambio de posición con respecto a otras estrellas que por su lejanía parecen man- tenerse fijas. La clave para describir el movimiento de los cuerpos es comparar contra aquello que se considera fijo. Puedes ir preparando la actividad 1.4. Con un poco de paciencia, a lo largo de varias que se propone en el recuadro Con ciencia, noches, podrás observar el movimiento de planetas, “Guía para observar las estrellas”, de la como Venus o Marte, cuando cambian de posición con página 213. respecto a estrellas lejanas.¿Qué aprendí en esta lección?El movimiento es un fenómeno cotidiano. Estamos acostumbrados a per-cibirlo y a predecirlo. Sin embargo, esto no es suficiente para clasificar oexplicar el movimiento. 11
  12. 12. 1.2 ¿Cómo describimos el movimiento de los objetos? La medición y el Sistema Internacional Para describir con precisión algún fenómeno de la Naturaleza, primero necesitamos observarlo y medirlo. Las cantidades que se pueden medir se llaman magnitudes. La ciencia sólo trabaja con magnitudes, y la física sólo con algunas de ellas. En el Ateneo 1. Los patrones y el Sistema Internacional Medir es comparar contra un objeto llamado patrón de medida, o unidad patrón. Durante muchos siglos cada país, cada pueblo, tenía su propio sistema para medir. Por ejemplo, se usaban objetos como varas, recipientes de la locali- dad, o el pulgar, el pie o cualquier parte cuerpo de algún gobernante en turno. Claro, cada país podía tener un rey con diferentes dimensiones y, además, si alguna persona no sabía que había un nuevo gobernante, podía ser timado. Te proponemos una actividad para que pruebes lo difícil que es ponerse1.5. Marco de pesas que le obsequiaron al de acuerdo, cuando usas diferentes patrones.presidente Benito Juárez, cuando Méxicoadoptó el sistema métrico decimal, en 1861. ProcedimientoCasi cien años después, en 1960, se empezó ■ Forma un equipo con dos compañeros o compañeras y escojan algo que lesa usar el Sistema Internacional de Unidades sirva para medir distancias: pie, mano, un paso, tu cuaderno o tu lápiz, cual-en nuestro país. quier cosa que no sea, por supuesto, una regla de tu juego de geometría. ■ Mide el largo y el ancho de tu salón con ese patrón. ■ Calcula el área (que te quedará en tus unidades al cuadrado, por ejemplo, lápices cuadrados). Los términos resaltados con verde ■ Compara tu resultado con el de tus compañeros. son conceptos clave que también • ¿Puedes saber si el área que determinaste con tu patrón, es la misma podrás consultar en un glosario, en que obtuvo otro equipo? las páginas 252-254 de este libro. • ¿Quién tiene razón? • ¿Cuál es la mejor medida? • ¿Puedes convencer a los demás de que tu patrón es el mejor? • ¿Podrías persuadir a todos tus compañeros de la escuela de usarlo? A la humanidad le costó siglos renunciar a sus patrones locales y elegir uno que convenciera a todos. Así, entre los siglos XVIII y XX se empezaron a normali- zar los sistemas de medidas y se propuso primero el Sistema Métrico Decimal, que después se convirtió en el Sistema Internacional de Unidades, simbolizado unicamente con SI. En este sistema, las subdivisiones y los múltiplos de las uni- dades de masa y longitud son decimales. En la actualidad, Estados Unidos de América es el único país que no ha decre-1.6. En muchos lugares de la República tado el uso obligatorio del Sistema Internacional y emplea el Sistema Inglés.Mexicana aún se conservan algunos patronesque no se usan en otros países, como el • ¿Para qué sirve el Sistema Internacional de Unidades?cuarterón, la lata de sardinas o el manojo y, • Investiga cuáles son las unidades patrón, de qué materiales estánalgunas veces, para contar se usa la docena hechas y dónde se encuentran las originales.y la gruesa.12
  13. 13. El Sistema Internacional (SI) estableció siete magnitudes fundamenta-les y sus unidades. Al final del libro (página 255) puedes consultar esta yotras tablas. Unidades fundamentales del SI Magnitud Unidad Símbolo ¡Conéctate! Longitud metro m Visita el sitio: www.redescolar.ilce.edu.mx Masa kilogramo kg Elige la opción “educación continua”, luego oprime en la Tiempo segundo s ventana “ConCiencia”, a con- tinuación selecciona “Física”, Intensidad de corriente eléctrica ampere A donde encontrarás varios temas de interés, como el de Temperatura termodinámica kelvin K “Sistemas de Unidades”. En éste comprobarás que Cantidad de sustancia mol Mol incluso en 1999, el malentendi- do provocado por usar diferen- Intensidad luminosa candela Cd tes unidades le costó a la NASA ¡la pérdida de una nave y 125 millones de dólares! Durante el curso comprenderás el significado de todas estas magnitu- Además, encontrarás muchades. Se pueden formar más unidades con combinaciones de las funda- información interesante acercamentales. de este tema. Todas las magnitudes tienen una unidad en el SI y cada unidad corres-ponde sólo a esa magnitud. Las unidades tienen subdivisiones y múltiplos. Cuando la magnitudestá escrita con múltiplos y submúltiplos de sus unidades, no está enunidades del SI. Como has usado muchas veces los múltiplos y los sub-múltiplos, quizá ya te diste cuenta de que los prefijos se pueden aplicar encualquier unidad. Por ejemplo, mili, que significa dividir la unidad entremil, puede anteponerse tanto a los gramos como a los metros o a cual-quiera otra. Lo mismo sucede con las cantidades mayores que la unidad.Por ejemplo el prefijo kilo, que significa mil veces la unidad, se anteponea todas las unidades, excepto las de tiempo. ¿Y por qué el tiempo no se rige con las mismas reglas que todas las demás?Originalmente y en muchas culturas los sistemas de medición no fueron deci-males. De hecho, aun cuando existe consenso para usar el sistema decimal envarias unidades, esto no se ha logrado para medir los múltiplos del segundoen forma decimal. Por ello has aprendido que el múltiplo del segundo es elminuto y que tiene sólo sesenta segundos y no cien. El problema de estetipo de medición es que debes memorizar cada relación, mientras que enel sistema decimal sabes que siempre aumenta o disminuye de diez en diez.Al final del libro (páginas 255-259) encontrarás más tablas de múltiplos,submúltiplos, del tiempo, del SI y del Sistema Inglés. 13
  14. 14. En el Ateneo 1. La importancia de resolver retos En este libro no encontrarás problemas, sino retos. Lo importante no es el nombre, sino la actitud que tomes frente a ellos. Un reto es una oportunidad de poner en práctica tus habilidades y conocimientos, es decir una forma de aprender. Para resolver retos es conveniente elegir un método; si aún no cuen- tas con uno, pide ayuda a tu profesor para encontrar el que más te convenga. En este libro te proponemos uno que podrás aplicar no sólo en los retos que se te presenten en tu curso de Física, sino en otras situaciones: Procedimiento ■ Primero trata de entender con claridad en qué consiste el reto. Para ello es indispensable identificar los elementos y usar la información que cono- ces; es decir, los datos y también los que quieres saber, a lo que se llama incógnitas. ■ Es muy importante que tus datos sean congruentes. Esto significa que cada magnitud se debe medir en las mismas unidades en todo el proce- dimiento. Por ejemplo, si en un dato la distancia se expresa en metros, también debe estar en metros en todos los demás. Si no es así hay que convertir las unidades para lograrlo. ■ Identifica con qué herramientas puedes afrontar el reto. Desde expresiones matemáticas o ecuaciones, hasta instrumentos o procedimientos útiles. ■ Si requieres expresiones matemáticas para resolver tu problema, debes llevar a cabo los siguientes pasos: • Realiza las operaciones algebraicas necesarias para despejar la incógnita de la expresión matemática. Éste es un paso que sólo tendrás que hacer cuando la incógnita que buscas no está sola de un lado de la igualdad. • Sustituye los símbolos de las magnitudes por sus valores numéricos en las expresiones matemáticas, sin olvidar las unidades. • Calcula el resultado numérico de las operaciones y comprueba si las unidades son correctas y acordes con la magnitud solicitada. ■ Analiza tus resultados. Recuerda que en física (y en casi todas las ciencias) una expresión numérica nos da información más allá del valor numérico. ¿Es lógico? ¿Qué conclusiones puedo obtener a partir del resultado? En la sección “Retos: demuestro lo que sé y lo que hago”, de los bloques 1, 2, 3 y 4, hallarás varios retos resueltos con este procedimiento. Esto te permitirá observar su desarrollo paso a paso. También encontrarás otros retos en los que podrás ensayar lo aprendido y familiarizarte con este método, u otro que hayas decidido utilizar. ■ Existen retos que dependen del trabajo en equipo, como algunos que encontrarás en la sección “En el Ateneo” o en la lección de “Mis proyec-1.7. Vencer tus retos fortalecerá la confianza tos”. Es muy importante que escuches las aportaciones de tus compañerosen ti mismo. y compañeras y compartas lo que piensas para que logres los objetivos de esta forma de aprendizaje.14
  15. 15. Con ciencia1. Los instrumentos de medición 1.8. a) y b) Estos instrumentos sirven para medir el tiempo pero su precisión es distinta. Existen muchos instrumentos de medición y ahora empezarás a emplearlos para dar resultados. Por ello, a) b) será necesario que aprendas a usarlos. Pide a tu docen- te que te los presente. Todos ellos tienen escalas, y la precisión de éstos se relaciona con la mínima escala que pueden medir. Eso no significa que siempre debemos usar el instrumento de menor escala (sería un poco absurdo que midieras el largo de una cancha profesional de futbol, con tu regla). 1.9. Los instrumentos de la izquierda sir- ven para medir longitudes, sin embargo sus escalas y la forma en que se usan, son muy diferentes. Algunos instrumentos se deben calibrar antes de utilizar, es decir, ajus- tarlos para que las unidades que miden correspondan a las unidades esta- blecidas mediante patrones conocidos, como se muestra en la fotografía 1.11b. Si no se hacen los ajustes necesarios, los datos no serán correctos. Como no se puede medir con mayor precisión que la escala mínima de un aparato, se dice que todo instrumento tiene una incertidumbre y su valor se indica como la mitad de la mínima escala. La longitud del sacapuntas de la figura 1.10 está entre: 0 1 cm 2 3 2.7 + 0.05 = 2.75 cm y 2.7 – 0.05 = 2.65 cm 1.10. Si mides con una regla la longitud de este que se puede escribir como: sacapuntas, es de 2.7 cm. La mínima escala de la regla es 0.1 cm y la mitad de la mínima Longitud = 2.7 cm ± 0.05 cm escala es 0. 05 cm. Se utiliza el símbolo ± (más menos) para indicar la incertidumbre. (a) (b) 1.11. Cuando vayas al supermercado o a la tienda, observa cómo calibra el dependien- te su báscula: (a) por lo general, primero debe ajustar a ceros el instrumento como se observa; (b) después coloca un patrón o "pesa" (o varios de ellos) y verifica que la lectura coincida con la medida del pa- trón. Nota que en (b) el patrón marca 1 kg exacto. Algo similar llevarás a cabo en tu laboratorio. 15
  16. 16. En el Ateneo1. ¡Tomemos medidas! Reúnete con dos compañeros y realiza la siguiente actividad. Procedimiento ■ Solicita ayuda a tu profesor o profesora para apren- der a usar algunos instrumentos que puedes encon- trar en tu laboratorio. Micrómetro Nonio o Vernier Flexómetro Báscula, u otros, como la cinta métrica. ■ Utiliza el instrumento adecuado para medir: • El grueso de tu uña • La masa de tu cuaderno • El largo de tu cuaderno • El ancho de tu libro 1.12. ¿Qué instrumentos utilizas para medir • El diámetro de tu lápiz tu estatura? • El grueso de la pasta de tu cuaderno • La altura del salón • Tu estatura ■ Elabora en tu cuaderno una tabla como la que se muestra abajo y registra en ella todos los datos que obtengas. ■ Compara tus datos con los de otros equipos, comenta si existen diferencias y explica por qué pueden ocurrir. Objeto a medir Instrumento Escala mínima Dato Incertidumbre Grueso de tu uña Masa de tu cuaderno Largo de tu cuaderno Ancho de tu libro Diámetro de tu lápiz Grueso de la pasta de tu cuaderno La altura del salón Tu estatura Patio de la escuela16
  17. 17. Con ciencia 1. ¿Cómo convertir unidades? Muchas veces necesitamos conocer el valor de una magnitud en otras unida- des. Para lograrlo hay que conocer la relación que existe entre ellas; por ejem- plo, si recorres 500 m y quieres determinar cuántos kilómetros son, primero debes investigar cuántos metros tiene un kilómetro. En las tablas incluidas al final del libro encontrarás que: 1 km = 1 000 m Cuando divides dos cantidades iguales, el resultado siempre es uno (1). Por lo que al dividir las cantidades anteriores obtendremos uno (1). 1 km 1000 m =1 1000 m 1 km A estas divisiones entre cantidades iguales, y expresadas en unidades diferentes, se les llama factores unitarios. Para convertir unidades sólo debes seleccionar el factor adecuado, y así obtener la unidad que buscas. En el ejemplo anterior haríamos lo siguiente: 1 km 500 m km 500 km 500 m= 500 m = = = 0.5 km 1000 m 1000 m 1000 Observa que en las operaciones anteriores, hay una etapa donde la unidad metro (m) se encuentra en el numerador y en el denominador. Por ello se anu- lan y se marcan con una diagonal para mostrar que se eliminan.Sistema de referencia y vectoresPara describir un movimiento es fácil explicar debes compararlo conalgo. Al lugar desde donde lo haces se le llama sistema de referencia. Aquí analizaremos con detalle estos sistemas. Si observas la figura 1.13 de la p. 18, te darás cuenta de que para Julián,el niño que va sentado en la caja del triciclo, su hermano, Emiliano, no semueve. Sin embargo, para la abuela, que se encuentra parada sobre la ban-queta, ambos niños se mueven en el triciclo. El movimiento de los cuerpos depende del sistema de referencia quese usa para describirlo, o sea, del observador que lo percibe. Por ello debe-mos indicarlo con precisión antes de describir el movimiento de cualquierobjeto. Un cuerpo se mueve respecto de un sistema de referencia cuandocambia su posición relativa, de modo que el reposo o movimiento depen-den del sistema que se elija para estudiarlo. En nuestro ejemplo, desde el 17
  18. 18. 1.13. Izquierda: para el niño que va sentadoen la caja del triciclo, su hermano no semueve y por lo tanto no describe ninguna sistema de referencia ubicado en el asiento de Julián, su hermano está entrayectoria. Derecha: para la abuela, ambos reposo; pero desde el sistema de referencia ubicado en la banqueta, en elniños se mueven en el triciclo y sí describen que está la abuela esperando, Emiliano sí está en movimiento.una trayectoria. Además del sistema de referencia para describir el movimiento de un objeto es importante conocer su trayectoria. La trayectoria es la línea que describe un objeto al efectuar el movimiento y ésta también depende del sistema de referencia. xi xf1.14. A veces los aviones dejan estelas y desdetu sistema de referencia puedes observar lasdiferentes posiciones por las que pasó. xi Desplazamiento x 1.15. Entre los puntos xi y x f pueden existir muchas xf trayectorias diferentes. En esta representación la tra- yectoria la pudo realizar cualquier objeto y no sólo el Sistema de avión de la fotografía anterior. Trayectoria referencia18
  19. 19. SECUNDARIA 10 0 10 20 30 40 50 60 70 x(m) 1.16. En este caso el sistema de referencia lo puedes representar como una recta numérica, En ocasiones se requiere determinar el cambio entre dos posiciones ya que el movimiento se realiza en una recta.del movimiento del objeto, como las señaladas en la fotografía del avión El origen (O) del sistema de referencia lo(figura 1.14). situamos en la casa, los valores son positivos El desplazamiento ( x) mide el cambio entre la posición inicial xi y a la derecha, y negativos a la izquierda.la final xf. El símbolo (la letra griega delta) significa cambio y te ayudaráa recordar que el desplazamiento no se refiere a un punto o posición, sino auna diferencia entre ellas. Su representación matemática es: Desplazamiento posición final (xf) posición inicial (xi) x xf xi Para describir un movimiento sencillo podemos usar como ejemplo auna niña que camina por una calle recta para llegar a su escuela. Ella debe recorrer una distancia (d) de 70 m. Para ir y regresar de laescuela la distancia total es de 140 m. Al final del trayecto la niña termi-na en la misma posición, pero esta información no te la proporciona ladistancia recorrida. El desplazamiento de la niña para ir a la escuela es: x1 70 m 0m 70 m En este caso coincide con el valor de la distancia. Cuando regresa dela escuela, el desplazamiento es: Para el manejo de números con signo, consulta a tu maestro o maestra de Matemáticas. x2 0m 70 m 70 m 19

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