Física - · PDF filePablo Mijares Muñoz, Guadalupe Escalante Ramírez ... El libro Ciencias 2, Física fue elaborado en Editorial Santillana por el siguiente equipo:

Rocío Castañeda León

Física

Rocío Castañeda León

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Dirección General de ContenidosAntonio Moreno Paniagua

Dirección de Ediciones Wilebaldo Nava Reyes

Dirección de Investigación y Nuevos DesarrollosLino Contreras Becerril

Gerencia de Arte y DiseñoHumberto Ayala Santiago

Gerencia de SecundariaIván Vásquez Rodríguez

Coordinación de SecundariaJosé de Jesús Arriaga Carpio

Coordinación de CienciasMateo Miguel García

Coordinación de DiseñoCarlos A. Vela Turcott

Coordinación de IconografíaNadira Nizametdinova Malekovna

Coordinación de RealizaciónAlejo Nájera Hernández

Edición

Laura Alejandra Ramos MastacheVerónica de Jesús Pérez Avalos

Corrección de estilo

Pablo Mijares Muñoz, Guadalupe Escalante Ramírez

Colaboración en evaluaciones tipo PISA

Luisa Guadalupe Jaime González

Edición de realización

Gabriela Armillas Bojorges

Edición digital

Miguel Ángel Flores Medina

Diseño de portada e interiores

Raymundo Ríos Vázquez

Diagramación

eltall3r

Iconografía

Iván Navarro Juárez

Ilustración

María de Lourdes Guzmán Muñoz

Cartografía

Ricardo Ríos Delgado

Fotografía

Archivo Santillana, Shutterstock, Thinkstock, Archivo Digital, Procesofoto, Wikipedia, Latinstock, NASA p. 242, 243, 244, 248 y 265, chandra.harvard.edu/photo p. 253.

Digitalización de imágenes

María Eugenia Guevara Sánchez

El libro Ciencias 2, Física fue elaborado en Editorial Santillana por el siguiente equipo:

La presentación y disposición en conjunto y de cada página de Ciencias 2, Física 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.

© 2012 por Rocío Castañeda León

D. R. © 2012 por EDITORIAL SANTILLANA, S. A. de C. V.Av. Río Mixcoac 274, colonia Acacias, C. P. 03240delegación Benito Juárez, México, D. F.

Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana.Reg. Núm. 802

Impreso en México/Printed in Mexico


Edición: diciembre 2012

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Ciencias 2, Física , serie Todos Juntos tiene como propósito colaborar en el desarrollo de cono-cimientos, habilidades y actitudes en los estudiantes. Se pretende que los alumnos se involu-cren de manera activa en su aprendizaje y logren asumir posturas críticas y objetivas que les

permitan tomar decisiones informadas ante las diversas situaciones que se presentan en su vida cotidiana y que a su vez, se responsabilicen de las consecuencias que sus acciones pudieran tener en la sociedad.

En ese sentido, se busca que el educando se reconozca como individuo que for-ma parte de una comunidad en la que sus decisiones pueden y deben afectar a los otros. Por tanto, el objetivo principal es que tanto alumnos como padres de familia y docentes trabajen Todos Juntos para acompañarse, aprender unos de otros y lograr los propósitos inicialmente establecidos.

La redacción del libro se basa en un lenguaje sencillo y accesible a los alumnos de segundo de secundaria, en ocasiones lúdico y en otras más serio, pero respetan-do siempre su nivel de comprensión. Con la fi nalidad de lograr los aprendizajes esperados, en cada bloque se sugieren diversas actividades y experimentos que complementan el texto y propician la refl exión y el análisis (fi g. 1).

El enfoque con que se desarrolla el contenido del libro, contempla la elaboración de proyectos que pondrán a prueba las actitudes y habilidades del alumno para trabajar en equipo, para sistemati-zar, analizar y sintetizar información, para ser crítico y creativo y, sobre todo, para tomar sus pro-pias decisiones e integrar sus saberes construyendo un puente que va de la teoría a la aplicación, de la apropiación del conocimiento a su difusión y del trabajo individual al trabajo colaborativo. De esta forma, se continúa avanzando Todos Juntos con un ritmo que favorece y promueve la conse-cuente adquisición de conocimiento y de competencias para la vida.

Las evaluaciones tipo PISA (Programa Internacional de Evaluación de Estudiantes) que se presen-tan al fi nal de cada bloque continúan con la preparación del alumno que terminará en tercero de se-cundaria y que nos permitirá evaluar de una manera más crítica y analítica los conocimientos, las habilidades y las actitudes adquiridas por el estudiante. El propósito de este sistema es verifi car si los alumnos son capaces de trasladar todos sus conocimientos y aprendizajes a ámbitos cotidia-nos en los que deberán comprender y resolver problemas auténticos de muy diversos tipos. Es por ello que fundamentalmente se utiliza la comprensión lectora, las matemáticas y diversos temas propios de la física.

Espero que este libro sea útil para cumplir con los propósitos para los que fue elaborado y que los jóvenes mexicanos descubran en el conocimiento la mejor herramienta para la vida. Con respeto, entrega y responsabilidad, para todos aquellos que encuentren en la ciencia la sal y la pimienta de la vida.

La autora

Figura 1. El libro presenta secciones que ayudan a completar la información del texto principal.


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Presentación para el alumno

En la educación primaria cursaste la asignatura de Ciencias Naturales en la cual estu-diaste algunos de los fenómenos de la Naturaleza y de tu vida cotidiana que, sin sa-berlo, tenían que ver con la física. Tal es el caso de las propiedades de los materiales

(fl exibilidad, permeabilidad, dureza), de la obtención de la energía eléctrica que llega hasta tu casa o escuela, de las energías renovables, de los efectos de las fuerzas, de la refl exión y refracción de la luz o bien, de las características básicas de los cuerpos constituyentes del Universo. Ahora te podrás dar cuenta de que aún te falta mucho por explorar.

En este curso encontrarás cosas fascinantes, profundizaremos en el nivel de estudio, cono-cerás otras áreas de la física, comprenderás y podrás explicar fenómenos que se observan en la Naturaleza en tu día a día y reconocerás los alcances y las limitaciones del conocimien-to científi co y del quehacer tecnológico para mejorar la calidad de vida de las personas (fi g. 2).

En esta obra, Ciencias 2, Física, serie Todos Juntos, colaboramos para que, por medio de la lectura, de sugerencias, de actividades recreativas y de experi-mentos, que te presentamos de manera didáctica y agradable, continúes descubriendo y profundizando en los diferentes fenómenos y procesos naturales.

Asimismo, queremos motivarte a ser partícipe de tu propio aprendizaje, a indagar por tu cuenta, a utilizar todos los recursos a tu alcance, a integrar temas de diversas áreas científi cas y a seguir cultivando tu creatividad y razonamiento lógico para buscar explicaciones y participar de manera activa, responsable e informada en la solución de problemas académicos o bien, de aquellos que atañen a tu escuela, familia y comunidad.

Deseamos que por iniciativa propia realices acciones individuales y colectivas que contribuyan al bienestar social, promoviendo estilos de vida sanos con su consecuente cuidado del ambiente en pro del desarrollo sustentable. Esmérate en mejorar tus habilidades para presentar, interpretar, predecir, explicar, comunicar y poner en práctica lo que ya has aprendido y lo que vayas aprendiendo.

Conscientes de todos estos retos, en tu libro Ciencias 2, Física, serie Todos Juntos, se han diseñado actividades para abordar temas con información actualizada que se vinculen con tu vida personal, cultural y social y que no se limitan al trabajo dentro del aula. Te invitamos a explorar el agua en sus diversos estados, las máquinas que te rodean, el movimiento de los objetos, el cielo, la lluvia y un sinfín de fenómenos cotidianos.

De igual manera, promovemos el uso de páginas electrónicas en las que encontrarás simulaciones computacionales que te ayudarán a comprender fenómenos de manera más simple y te orientamos para seleccionar materiales documentales, fílmicos y digitales que existen en tu escuela, como los libros de la biblioteca, las revistas y otros elementos educativos impresos, audiovisuales y digitales, que centran sus contenidos en el desarrollo de las competencias para la vida.

Figura 2. La experimentación es la mejor manera de entender y explicar los fenómenos naturales


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La serie Todos Juntos propicia el trabajo colaborativo en las actividades sugeridas, por eso es importante que trabajes con tus compañeros en un ambiente de respeto, democracia, hones-tidad, responsabilidad y compañerismo.

Escucha a los demás, respeta sus ideas, expón y defi ende las tuyas con claridad, precisión y asertividad, y adopta posturas que favorezcan la armonía entre los integrantes del grupo. Sé crítico contigo, autoevalúa tus acciones y escucha lo que tus compañeros y tu profesor opi-nen de tu trabajo. Esto sin duda generará en ti un crecimiento personal importante (fi g. 3).

Al igual que hiciste en Ciencias 1, trabajarás por proyectos. Los proyectos son una oportunidad en la que tendrás que poner en práctica tu capacidad para organizarte, integrar conocimien-tos, generar un ambiente de trabajo colectivo y fomentar la creatividad entre los integrantes de tu equipo. En esta sección de cada bloque, todos juntos podrán elegir un tema que sea de su agrado, que les motive y que les interese.

El trabajo por proyectos te permite efectuar un conjunto de actividades en las que exploras, identifi cas y analizas una situación o problema en tu comu-nidad, para luego proponer algunas po-sibles soluciones. De esta manera, el trabajo por proyectos fortalece el de-sarrollo de las competencias, a partir del manejo de información, la realiza-ción de investigaciones, la elaboración de dispositivos experimentales y la ob-tención de productos concretos que se comparten y comunican con la misma comunidad.

Es importante que a lo largo de los contenidos de los bloques, anotes tus dudas y preguntas pues tal vez una de estas constituirá el tema del proyecto. Por otro lado, los proyectos tam-bién promueven la colaboración entre diversas asignaturas por lo que puedes comenzar con el proyecto desde el inicio del bloque y planear algo que incluya otras áreas; procura comuni-car tus resultados no en simples exposiciones o reportes de trabajo. Las habilidades, las des-trezas y las actitudes son lo más valioso que se fortalece durante el desarrollo del proyecto.

Incluye a la comunidad escolar, a los habitantes de tu localidad y a los integrantes de la fami-lia. Haz lo posible por difundir tus resultados y por hacer que la gente aprenda algo de lo que no conoce y que seguramente le servirá en la cotidianidad.

Trata de generar conciencia en las personas acerca de lo importante que es tomar decisiones bien informadas y fundamentadas para lograr una mejor calidad de vida.

Contempla la evaluación como un simple mecanismo en el cual lo más importante es que tú mismo identifi ques tus logros de aprendizaje y tu actitud positiva y congruente en benefi cio del ambiente y de la sociedad.

Figura 3. Es importante generar un ambiente de confi anza y respeto, de tal modo que todos los miembros del equipo expresen sus inquietudes.


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Presentación para el docente

Para lograr que los alumnos comprendan y valoren las implicaciones que la ciencia y la tecnología tienen en la sociedad, el ambiente y el desarrollo de la cultura, estamos Todos Juntos: maestros, personal directivo y autores. Nuestra intención es contribuir

al propósito de la enseñanza de la ciencia fortaleciendo y enriqueciendo la formación científi ca básica de los estudiantes; el objetivo es guiarlos en la comprensión de los fenómenos y procesos naturales desde la perspectiva científi ca pero sobre todo, orientarlos para que desarrollen una capacidad crítica y refl exiva con la cual puedan tomar decisiones responsables e informadas.

Lo anterior requiere ayudar a los escolares para que obtengan las herramientas necesarias con las cuales cuestionen, propongan soluciones diferentes y ten-gan la capacidad sufi ciente para actuar con autono-mía y responsabilidad hacia sí mismos y los demás al elegir los mejores objetivos de su vida diaria y parti-cipar en acciones comprometidas que contribuyan a mejorar su calidad de vida y la conservación del am-biente. Es indispensable que de manera equivalente, los docentes pongan en práctica lo antes citado y no limiten su labor en el aula al trabajar de manera tra-dicional con exposiciones unilaterales, indicaciones de transcripción de textos en el cuaderno, aplicando cuestionarios y ejercicios mecánicos, memorísticos,

repetitivos u otras actividades tediosas que no solo obstaculizan el logro del perfi l de egreso de la educación básica sino que también debilitan el interés del alumno por la ciencia y no lo inducen a la refl exión, análisis, autonomía y desarrollo de pensamiento crítico (fi g. 4).

No debemos perder de vista que el docente, mediante la generación de panoramas, ambientes y actividades propicias, llamativas y didácticas, actúa como guía que acompaña al estudian-te en la construcción de sus propios conocimientos. Dicha labor es clave para el consecuente logro de los aprendizajes esperados del escolar y para despertar su interés e involucrarlo en actividades que le permitan adquirir competencias para la vida. Por consiguiente, asumimos Ciencias 2, Física, serie Todos Juntos como un material de apoyo que está tanto al alcance del docente como del alumno para el estudio y desarrollo de contenidos conceptuales, actitudinales y procedimentales que conllevarán al logro de los aprendizajes esperados y al fortalecimien-to de las competencias y de las actitudes y habilidades deseadas en el área científi ca y en la vida cotidiana.

Las actividades y proyectos sugeridos en esta obra, están planteados desde contextos vincula-dos con la vida personal, cultural y social de los alumnos con la fi nalidad de que identifi quen la relación entre el avance científi co, el desarrollo tecnológico y su impacto sobre la sociedad y el ambiente. En estas actividades y proyectos, se motiva a los estudiantes a explorar diversos es-pacios físicos fuera del aula que les sean más cómodos y en los que encuentren mayor relación con su vida cotidiana.

En todo el contenido del libro se hace mayor énfasis en lograr que el alumno comprenda la ciencia como construcción humana y que visualice su carácter inacabado y, por tanto, su continua cons-trucción y actualización con sus respectivos alcances y limitaciones.

Figura 4. Es importante establecer una buena comunicación con sus alumnos dentro y fuera del aula.


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Por otro lado, en Todos Juntos sugerimos materiales didácticos que corresponden a la exigencia actual de uso de las TIC y que construyen un lazo entre las fuentes de consulta y las activi-dades que suelen realizar los alumnos en su vida cotidiana, como incursionar en páginas electrónicas, ver documentales, películas o bien, revisar libros de la biblioteca escolar. Todo ello orientado al desarrollo de las competencias de los estudiantes. Todos Juntos, mediante actividades que favorecen el trabajo cola-borativo, fortalece la comunicación, el diálogo y la conciliación de acuerdos. Promueve la tolerancia, el respeto, el aprecio por la plura-lidad y la diversidad, el ejercicio de derechos y libertades, la visión de uno mismo a partir del otro y la responsabilidad que se tiene ha-cia los demás y hacia el ambiente (fi g. 5).

En la realización de proyectos, la labor docente será de gran importancia pues dicho es-quema, al favorecer la integración y la aplicación de conocimientos, habilidades y actitu-des en ámbitos sociales y personales, sirve para constatar los avances en la adquisición de competencias de los alumnos. Debido a ello, el docente deberá tener la habilidad de no solo proponer alternativas y variantes atractivas para los estudiantes sino de evitar conducirlos durante la elaboración del proyecto y más bien propiciar las condiciones ne-cesarias para que ellos mismos construyan su conocimiento y obtengan resultados sa-tisfactorios que los motiven aún más a generar nuevos proyectos y a ser cada vez más creativos e innovadores.

Los proyectos que se presentan al final de los primeros cuatro bloques tienen relación con los temas abordados en dicho bloque, mientras que los dos proyectos del bloque 5 están orientados hacia la integración de los conocimientos, habilidades y actitudes ad-quiridos durante todo el curso de Ciencias 2. En todos los proyectos del libro se plantean pautas generales y preguntas motivadoras que sugieren algunas experiencias desenca-denantes con el fin de despertar interrogantes en los alumnos, que se conviertan en pun-to de partida para seleccionar el tema del proyecto a realizar.

Lo anterior no significa que se deba esperar hasta el final del bloque para elegir y comen-zar con el proyecto. Se requiere su habilidad como docente para perfilar temas de inves-tigación y planear el desarrollo del proyecto en el transcurso del bloque, a fin de tener el tiempo necesario para realizar las modificaciones pertinentes y comunicarlo durante las dos últimas semanas de cada bimestre. Asimismo, puede generar un sistema de trabajo alternativo de modo que en vez de realizar cinco proyectos en el año se hagan menos. De esa manera, tal vez pueda incluirse la participación de otras asignaturas y obtener pro-ductos multidisciplinarios mejor elaborados, con más complejidad y cuya comunicación contemple a un mayor número de individuos.

La evaluación de las diferentes etapas del proyecto y de las actividades realizadas en el curso, será una oportunidad para evaluar qué tanto estamos favoreciendo al aprendiza-je de los alumnos, a fin de que asuman la responsabilidad de sus logros y fallas. Además, servirá para valorar el trabajo docente y para corregir, mejorar, incorporar o replantear estrategias y actividades didácticas que sean más eficaces para el logro educativo.

Figura 5. Fomente la participación de los alumnos durante los proyectos.


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v Conoce tu libro

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Presentación del bloque

Estamos acostumbrados a llegar a casa y con tan solo apretar un botón, poner en funcionamiento dispositivos electrónicos como la televisión, la computadora, la licua-dora, las consolas, el refrigerador, las lámparas, etcétera. Sin embargo, te has preguntado ¿de dónde proviene esa energía eléctrica? ¿Cómo se genera? Para comprender lo anterior, conocerás qué es un átomo, de qué esta compuesto, qué es la luz, los colores e incluso el arcoíris.

Probablemente te parezca que una cosa no tiene que ver con la otra. En realidad, verás que la física se rela-ciona con otras ciencias y que algunos conceptos de-penden de otros. Durante este bloque hablaremos de tres temas principales: la electricidad, el magnetismo y la luz. Esperamos que lo disfrutes.

Aprendizajes esperados

• Relaciona la búsqueda de mejores explicaciones y el avance de la ciencia, a partir del desarrollo histórico del modelo atómico.

• Describe la constitución básica del átomo y las características de sus componentes con el fi n de explicar algunos efectos de las interacciones electrostáticas en actividades experimentales y/o en situaciones cotidianas.

• Explica la corriente y resistencia eléctrica en función del movimiento de los electrones en los materiales.

• Identifi ca las ideas y experimentos que per-mitieron el descubrimiento de la inducción electromagnética.

• Valora la importancia de aplicaciones del electro-magnetismo para obtener corriente eléctrica o fuerza magnética en desarrollos tecnológicos de uso cotidiano.

• Identifi ca algunas características de las ondas en

ProyectoAl fi nalizar el bloque, podrás dar respuesta a todas las interrogantes que te surgieron. Utiliza actividades, investigaciones y trabajos para apoyarte. Con el objetivo de motivar tu creatividad e interés, te proponemos: ¿Cómo se obtiene, transporta y aprovecha la electricidad que utilizamos en casa? Recuerda que el proyecto es en equipo.

el espectro electromagnético y en el espectro visible, y las relaciona con su aprovechamiento tecnológico.

• Relaciona la emisión de radiación electromagnética con los cambios de órbita del electrón en el átomo.

• Relaciona la electricidad y la radiación electromagnéti-ca como manifestaciones de energía, y valora su aprove-chamiento en las actividades humanas.

• Reconoce los benefi cios y perjuicios en la naturaleza y en la sociedad, relacionados con la obtención y aprove-chamiento de la energía.

• Argumenta la importancia de desarrollar acciones básicas orientadas al consumo sustentable de la energía en el ho-gar y en la escuela.

• Elabora y desarrolla de manera más autónoma un plan de trabajo que oriente su investigación, mostrando

responsabilidad, solidaridad y equidad• Utiliza la información obtenida mediante la experimenta-

ción o investigación bibliográfi ca para elaborar argumen-tos, conclusiones y propuestas de solución.

• Diseña y elabora objetos técnicos, experimentos o mo-delos que le permitan describir, explicar y predecir fenó-menos eléctricos, magnéticos o sus manifestaciones.

• Reconoce aciertos y difi cultades en relación con los co-nocimientos aprendidos, las formas de trabajo realiza-das y su participación en el desarrollo y comunicación del proyecto.

Manifestaciones de la estructura interna de la materia4

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En cada entrada de los cinco bloques que inte-gran este libro, se destaca el contenido que se explorará durante esa etapa.

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Se presenta una imagen relacionada con el conte-nido que se trata a lo largo del bloque, acerca del movimiento, la fuerza, la estructura de la materia y las transformaciones de la energía.

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Presentación del bloque Expone los conocimientos que se revisarán en los contenidos.

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Entrada de bloque

El bloque 1 incluye las Competencias que se favo-

recen, como herramientas útiles para la vida y la comprensión de los fenómenos y procesos naturales desde la perspectiva científi ca. Todos los bloques con-tienen los Aprendizajes esperados que pueden lograr los estudiantes con las estrategias didácticas pro-puestas. Mi proyecto es un resumen de los elemen-tos básicos necesarios para desarrollar un proyecto de integración, aplicar los conocimientos adquiridos y emplear los más recientes.


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Secuencias didácticas El desarrollo de los contenidos se da a par-tir de secuencias didácticas divididas en tres momentos:

Inicio Constituido por una situación detonante a partir de un ejemplo cotidiano que introduz-ca al alumno al contenido. Se acompaña esta situación de algunas preguntas que ayuden al estudiante a refl exionar sobre el mismo.

Desarrollo Es la exposición del contenido, con los concep-tos y argumentos necesarios para su debida comprensión y aprendizaje.

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Cierre Son actividades y preguntas cuya fi nali-dad es consolidar la secuencia didáctica y alcanzar los aprendizajes respectivos.

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En el nivel medio básico (la escuela secundaria) no se aborda el cuarto estado de la materia, pero es importante que sepas que exis-te y que se conoce como plasma. El plasma es el estado de agre-gación más abundante en el Universo, pero no en nuestro planeta.

El plasma solo se presenta en condiciones de altas temperaturas, y es un gas que posee partículas con carga eléctrica, por tanto, es conductor de electricidad: signifi ca que conduce la electricidad de la misma manera que los metales. Las estrellas (de 3 000 a 30 000 ºC), los relámpagos (27 000 ºC) y las lámparas fl uorescentes (que alcanzan los 6 000 ºC al momento de la descarga) están hechos de plasma (fi g. 3.17).

Figura 3.17. Lámpara fl uorescente de plasma. El plasma es el cuarto estado de la materia.

Practica lo aprendido

Con la orientación del profesor realicen las actividades.

1. En equipos elaboren un periódico mural en el que describan y expliquen, utilizandoel modelo cinético de partículas, las propiedades de la materia (masa, volumen,densidad) y los diferentes estados de agregación.

• Asimismo, añadan la descripción y explicación del ciclo del agua (de nuevo,recuerden sus clases de biología) y dos ejemplos más de su vida cotidiana quepuedan ser explicados con base en el modelo cinético de partículas.

• Una vez que hayan terminado, muestren su trabajo al profesor para que lo revise.Expónganlo para el resto del grupo.

2. Investiguen en libros, revistas o medios electrónicos la información que les ayudea responder las siguientes preguntas.

• ¿Qué mecanismo utilizan los submarinos o los globos aerostáticos para hundirseo fl otar en agua o aire, según sea el caso? ¿Pueden explicarlo a partir de la teoríacinética de los gases?

• ¿Cómo diagnostican los médicos si una persona tiene osteoporosis (fragilidaden los huesos debido a una pérdida de minerales que provoca disminución en sudensidad)?

• ¿Por qué en una alberca a muchas personas les cuesta trabajo mantenerse afl ote? ¿Tiene algo que ver con lo recientemente estudiado?

Cierre

Uno de los mejores ejemplos de cómo interactúan las distintas propiedades de la materia es la famosa historia de Arquímedes y el rey Hierón II, donde Arquímedes le demostró que su corona no era de oro puro y que su orfebre lo estaba estafando. Consulta:concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/indice.htm (fecha de consulta: 30 de noviembre, 2012)

3. Elaboren diagramas que muestren a partir del modelo cinético de partículas, la diferen-cia entre agua sólida, líquida y gaseosa.

4. Con base en la información que han investigado para realizar las actividades, ordenen de mayor a menor la densidad del agua en sus diferentes estados de agregación.

5. Recuerden sus clases de biología. ¿Por qué creen que el agua es el mayor componente del cuerpo humano (aproximadamente el 75%)?

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La estructura de la materia a partir del modelo cinético de partículas2

2.1 Las propiedades de la materia: masa,

volumen, densidad y estados de agregación

En las vacaciones de verano, la familia Osorio fue de paseo a Mazatlán, Sinaloa.Una vez en el mar, Nicolás, el hijo menor, puso su barco de juguete hecho de madera sobre el agua y notó que fl otaba por más tiempo que en el agua de la tina (fi g 3.9).

Por otro lado, Paulina lanzaba piedritas al mar y observaba que estas se hundían rá-pidamente. Mientras tanto los papás de ambos niños tomaban una limonada, pero como la querían muy fría, le agregaron hielos para bajar la temperatura; los hielos provocaron que el líquido se derramara.

Refl exiona:• ¿Por qué algunas cosas se hunden y otras fl otan? ¿Cómo podrías explicar estos

eventos a partir del modelo cinético de partículas?• ¿Por qué el barquito fl ota más en el agua de mar que en el agua dulce (la de la tina)?• ¿Por qué se derramó la bebida al verter hielo en el vaso?

Inicio Aprendizaje esperadoEl alumno:

• Describe algunas propiedades de la materia: masa, volumen, densidad y estados de agregación, a partir del modelo cinético de partículas.

Propiedades de la materia: masa, volumen y densidad

De acuerdo con el modelo cinético de partículas, toda la materia está compuesta de partícu-las con masa, por tanto, la masa de los cuerpos es una propiedad que dependerá del núme-ro y tamaño de las partículas que los componen. Existen partículas con poca masa, como las que conforman el aire, y otras con mucha masa, como aquellas que componen el concreto.

Una propiedad importante de la masa es que, al igual que la energía, es una cantidad que se con-serva. Por ejemplo, si partimos en dos pedazos iguales un ladrillo de 300 gramos, la masa de cada mitad será de 150 gramos. A esto se le conoce como ley de la conservación de la materia.

En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la masa se mide en kilogramos aunque es posi-ble medirla en gramos, miligramos, toneladas, libras, etcétera. Como la masa es la cantidad de materia que posee un cuerpo, 1 kg de algodón tiene exactamente la misma cantidad de mate-ria que 1 kg de hierro y, por consiguiente, su peso también es el mismo (aunque uno parezca ser más pesado que el otro).

Figura 3.9. Los objetos pueden fl otar o hundirse en el agua de mar, como

se observa en la imagen.

Desarrollo


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Entrada de contenido

Conéctate Es una oportunidad para ingresar inte-ractivamente al mundo digital. Incluye direcciones electrónicas y fuentes de in-formación en Internet. Es una ventajosa e insustituible herramienta tecnológica.

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Glosario Incluye la defi nición de concep-tos clave relacionados con la físi-ca. El concepto defi nido se resalta dentro del texto para facilitar su comprensión.

Imágenes En todo el libro se presentan fotogra-fías, esquemas, ilustraciones y mapas con pies de fi gura, que apoyan el en-tendimiento de los contenidos.

Con ciencia Son actividades muy variadas para poner a prueba todo lo aprendido y desarrollar e investigar en la escue-la, en casa, en la comunidad, explo-rando el propio ambiente y aplicando los conocimientos recientes.

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Para saber más Evidencia los alcances de la física en relación con otras asignaturas y áreas del conocimiento, y con la tecnología.

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Secciones

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Por ejemplo, un velero se mueve por el contacto directo entre el viento y la tela de la vela del navío; al patear una pelota, ponemos en contacto nuestro pie con la pelota; al amasar plasti-lina, tocamos la plastilina con nuestras manos; al caminar tenemos contacto con el piso; al frenar en un auto hay contacto entre las llantas y las balatas; al producirse un relámpago hay roce entre dos o más nubes; al haber fricción o rozamiento entre el pasto y una pelota en mo-vimiento, esta llegará a detenerse a pesar de que su velocidad sea muy alta.

fricción o rozamiento. Interacción que actúa en sentido opuesto al del movimiento.

Con ciencia

Interacciones por contacto y a distanciaCon la orientación del profesor, por equipos realicen la siguiente actividad.

Objetivo. Identifi car y clasifi car diversos tipos de interacciones.

Material (fi g. 1.42)• Una lata de aluminio vacía (puede ser de refresco). • Un globo de tamaño mediano.• Dos imanes (pueden ser de los que se pegan en el refrigerador).• Una pelota de plástico mediana.• Una barra de plastilina.

Procedimiento1. Dejen la pelota sobre el piso y establezcan una dirección hacia la cual quieran moverla.

De dos maneras diferentes hagan que la pelota se mueva en esa dirección, y que cada una de las veces sea con distinta rapidez.

2. Coloquen sobre una mesa la lata vacía acostada.

3. Infl en el globo y frótenlo en su cabello. Acerquen el globo a la lata (sin tocarla) y obser-ven lo que sucede (fi g. 1.43a).

4. Froten nuevamente el globo con su cabello.

5. Abran una llave de agua de tal manera que solo salga un poco (coloquen debajo un re-cipiente para recuperar el agua y no desperdiciarla).

6. Acerquen el globo recién frotado al chorrito de agua (sin tocarlo) y observen lo que sucede.

8. Tomen los dos imanes y acerquen uno al otro (sin que se toquen). Observen lo que su-cede, y sientan en sus manos el efecto que producen los imanes al acercarlos.

9. Tomen un pedazo de plastilina, háganla bolita, colóquenla en la mesa y con mucho cui-dado denle un golpe con el puño.

Resultados

Actividad con la pelota• ¿Cuáles fueron las dos formas con que generaron los movimientos de la pelota?• ¿Con cuál de ellas adquirió mayor rapidez?

Figura 1.42. Las imágenes muestran los materiales de la actividad experimental.


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La intensidad es otra cualidad del sonido que se refi ere a qué tan fuerte o débil lo percibimos. Esta característica se relaciona con la amplitud de la onda: a mayor amplitud, mayor intensi-dad; a menor amplitud, menor intensidad (fi g. 1.23).

En el Sistema Internacional de Unidades, la intensidad se mide en Beles, pero el umbral que percibe el ser humano es muy bajo, por lo que se utilizan decibeles (dB), es decir, un décimo de Bel. La máxima intensidad que puede escuchar un ser humano sin perder la audición es de 120 dB, que equivale al sonido que produce un avión al despegar. Por consiguiente, la gente que ayuda en las pistas de aterrizaje se protege los oídos con unos audífonos especializados.

De la misma forma que es posible calcular la velocidad de un objeto, también se puede cono-cer la velocidad de propagación del sonido en un mismo medio. Si no hay cambio de medio, su velocidad no cambia. La velocidad de propagación depende de la longitud de onda y del perio-do de la onda; a mayor longitud de onda y menor periodo, mayor velocidad.

Practica lo aprendido

1. Resuelve la siguiente situación:Quieres tender la sábana de tu cama lo más rápido posible y sin realizar mucho esfuerzo. ¿Qué es más conveniente, colocar la sábana sobre la cama y extenderla en todas direcciones, o bien, generar una onda transversal que se propague en la sábana misma, es decir, agitándola hasta cubrir la cama? Argumenta tu respuesta.

2. ¿Por qué no escuchamos los silbatos que se utilizan para domesticar a los perros?3. ¿Qué sonidos tienen mayor frecuencia, los graves o los agudos?4. Sabiendo que el sonido viaja en el aire a 340 m/s, mientras que la luz lo hace a

299 705 000 m/s, explica la razón por la cual, cuando ocurre una tormenta,primero se ve el rayo y después se escucha el trueno. Siendo así, ¿debemos tenermiedo de que nos caiga un rayo si ya escuchamos el trueno?

5. ¿Cuál es la diferencia entre tono y timbre? Explica a partir de ejemplos.

Con ayuda del profesor, entre todos, discutan cuál es la respuesta adecuada a cadauna de las preguntas y lleguen a un consenso.

Cierre

Sonido fuerte (intensidad alta)

Sonido débil (intensidad baja)

¿Alguna vez te has preguntado por qué truenan los nudillos?Lo que produce el sonido es una pequeña burbuja de gas que sale del líquido sinovial que tenemos en las articulaciones. Cuando nos tomamos los nudillos, abrimos el espacio entre los huesos de los dedos provocando que el hueco se haga más grande, permitiendo a su vez que el gas disuelto en el líquido forme una burbuja. El estallido de la burbuja genera las vibraciones u ondas que se transmiten primero por el líquido y luego por los huesos hasta llegar a la capa de grasa, pasar a la piel y fi nalmente al aire y a nuestros oídos.

Figura 1.23. Relación entre amplitud e intensidad sonora.


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Proyecto Cada bloque fi naliza con un proyecto de integración de conocimientos para que, en equipo y con el apoyo del pro-fesor, los alumnos desarrollen estra-tegias y apliquen los conocimientos adquiridos, realicen investigaciones y entren en contacto con todos sus compañeros y su comunidad. Este apartado permite a los estudiantes contestar nuevas interrogantes y ele-gir la que más les interese para com-partirla con el grupo.

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Evaluación tipo PISA Al fi n de cada bloque, esta eva-luación pone a prueba el grado de competencias que se desarrolla-ron para resolver problemas y si-tuaciones de la vida cotidiana, así como para interactuar en forma activa y responsable con la socie-dad. Mediante una lectura y pre-guntas que estimulan la refl exión, se profundiza en los contenidos revisados. Las evaluaciones tipo PISA (Programa Internacional de Evaluación de Estudiantes) son si-milares a las que se aplican en va-rios países a los alumnos de 15 a 16 años; esta es una oportunidad para que aprendas a resolverlas.

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Proyecto

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A partir del uso de la máquina de vapor se construyeron barcos y ferrocarriles cada vez más grandes y veloces. Históricamente los trenes tienen gran relevancia, por ejemplo en nuestro país. Durante la Revolución mexicana se dependía en gran medida de los trenes.

Los vagones se convirtieron en cuarteles móviles y el tren era el único medio de transporte rápido para trasladar caballos, muni-ciones, tropas y alimento. La Revolución mexicana dio fi n a 30 años de porfi riato, época en la que se desarrolló el ferrocarril de manera considerable (fi g. 3.55).

Otra historia que vale la pena mencionar es la de uno de los barcos más grandes, lujosos y po-tentes de esa época: el Titanic, construido por los ingleses en 1912 y destinado a transportar pasajeros y carga. El Titanic, cuya longitud era de 267 m y cuya altura era de 53 m, contaba con 4 chimeneas y 29 calderas para mover 3 hélices de 7 m de diámetro cada una, que permi-tían alcanzar una velocidad de hasta 43 km/h.

Nadie se imaginó que aquel barco del cual se decía que nunca iba a hundirse durara tan poco: cinco días después de iniciado el viaje, se hundió a consecuencia de un golpe contra un iceberg.

Por otra parte, desde que se comenzaron a utilizar combustibles fósiles y se desarrolló la in-dustria, la contaminación ambiental ha aumentado de manera alarmante, por consiguiente, en el año 2005 entró en vigor el llamado “Protocolo de Kyoto”.

Figura 3.55. El porfi riato (1876-1910) fue una gran época de expansión ferroviaria en México.

Imaginar, diseñar y experimentar para explicar

o innovar. Integración y aplicación

Aprendizaje esperadoEl alumno:

• Plantea y delimita un proyecto derivado de cuestionamientos que surjan de su interés y para el que busca solución.

• Utiliza la información obtenida mediante la experimentación o investigación bibliográfi ca para elaborar argumentos, conclusiones y propuestas de solución a lo planteado en su proyecto.

• Diseña y elabora objetos técnicos, experimentos o modelos con creatividad, que le permitan describir, explicar y predecir algunos fenómenos físicos relacionados con las interacciones de la materia.

• Sistematiza la información y organiza los resultados de su proyecto y los comunica al grupo o a la comunidad, utilizando diversos medios: orales, escritos, modelos, interactivos, gráfi cos, entre otros.

¿Cómo funcionan las máquinas de vapor?


170

La densidad

1. Calcula la densidad del agua en estado sólido y en estado líquido, en unidades de gramos

por centímetro cúbico [ gcm3

].

Evaluación tipo PISA

La siguiente fi gura muestra agua que ocupa volúmenes iguales pero en distintos estados de agregación. Con base en la información que se presenta en la fi gura, haz lo que se indica.

Sólido Líquido

10 cm

SólidoDensidad = 916.8 kg/m3

LíquidoDensidad = 1000 kg/m3

GaseosoDensidad = 0.05 g/cm3

10 cm 10 cm


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12

• Interpretación y representación de gráfi cas posición-tiempo 26

• Movimiento ondulatorio, modelo de ondas y explicación de características del sonido 32

2 El trabajo de Galileo 38

• Explicaciones de Aristóteles y Galileo acerca de la caída libre 38

• Aportación de Galileo en la construcción del conocimiento científi co 42

• La aceleración; diferencia con la velocidad 44

• Interpretación y representación de gráfi cas: velocidad-tiempo y aceleración-tiempo 48

3 La descripción de las fuerzas en el entorno 54

• La fuerza; resultado de las interacciones por contacto (mecánicas) y a distancia (magnéticas y electrostáticas), y representación con vectores

54

• Fuerza resultante, métodos gráfi cos de suma vectorial 60

• Equilibrio de fuerzas; uso de diagramas 66

Proyecto: imaginar, diseñar y experimentar

para explicar o innovar (opciones).

Integración y aplicación 70

• ¿Cómo es el movimiento de los terremotos o tsunamis, y de qué manera se aprovecha esta información para prevenir y reducir riesgos ante estos desastres naturales? 70

Evaluación tipo PISA 78

La descripción del movimiento y la fuerza 16

1 El movimiento de los objetos 18

• Marco de referencia y trayectoria; diferencia entre desplazamiento y distancia recorrida 18

• Velocidad: desplazamiento, dirección y tiempo 22

Presentación 3

Presentación para el alumno 4

Presentación para el docente 6

Conoce tu libro 8

Índice 12


13

• Transformaciones de la energía cinética y potencial 102

• Principio de la conservación de la energía 106




• ¿Cómo se relacionan el movimiento y la fuerza con la importancia del uso del cinturón de seguridad para quienes viajan en algunos transportes? 110


Leyes del movimiento 82

1 La explicación del movimiento en el entorno 84

• Primera ley de Newton: el estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme. La inercia y su relación con la masa 84

• Segunda ley de Newton: relación fuerza, masa y aceleración. El newton como unidad de fuerza 86

• Tercera ley de Newton: la acción y la reacción; magnitud y sentido de las fuerzas 90

2 Efectos de las fuerzas en la Tierra y en el Universo 92

• Gravitación. Representación gráfi ca de la atracción gravitacional. Relación con caída libre y peso 92

• Aportación de Newton a la ciencia: explicación del movimiento en la Tierra y en el Universo 96

3 La energía y el movimiento 98

• Energía mecánica: cinética y potencial 98

Un modelo para describir la estructura de la materia 118

1 Los modelos en la ciencia 120

• Características e importancia de los modelos en la ciencia 120

• Ideas en la historia acerca de la naturaleza continua y discontinua de la materia: Demócrito, Aristóteles y Newton; aportaciones de Clausius, Maxwell y Boltzmann 122


14

• Aspectos básicos del modelo cinético de partículas: partículas microscópicas indivisibles, con masa, movimiento, interacciones y vacío entre ellas 124

2 La estructura de la materia a partir del modelo cinético de partículas 126

• Las propiedades de la materia: masa, volumen, densidad y estados de agregación 126

• Presión: relación fuerza y área; presión en fl uidos. Principio de Pascal 134

• Temperatura y sus escalas de medición 140

• Calor, transferencia de calor y procesos térmicos: dilatación y formas de propagación 144

• Cambios de estado; interpretación de gráfi ca de presión-temperatura 148

3 Energía calorífi ca y sus transformaciones 152

• Transformación de la energía calorífi ca 152

• Equilibrio térmico 154

• Transferencia del calor: del cuerpo de mayor al de menor temperatura 156

• Principio de la conservación de la energía 158

• Implicaciones de la obtención y aprovechamiento de la energía en las actividades humanas 160




• ¿Cómo funcionan las máquinas de vapor? 164


Manifestaciones de la estructura interna de la materia 174

1 Explicación de los fenómenos eléctricos: el modelo atómico 176

• Proceso histórico del desarrollo del modelo atómico: aportaciones de Thomson, Rutherford y Bohr; alcances y limitaciones de los modelos 176

• Características básicas del modelo atómico: núcleo con protones y neutrones, y electrones en órbitas. Carga eléctrica del electrón 182

• Efectos de atracción y repulsión electrostáticas 184

• Corriente y resistencia eléctrica. Materiales aislantes y conductores 190

2 Los fenómenos electromagnéticos y su importancia 196

• Descubrimiento de la inducción electromagnética: experimentos de Oersted y de Faraday 196

• El electroimán y aplicaciones del electromagnetismo 200


15

• Composición y descomposición de la luz blanca 204

• Características del espectro electromagnético y espectro visible: velocidad, frecuencia, longitud de onda y su relación con la energía 206

• La luz como onda y partícula 210

3 La energía y su aprovechamiento 214

• Manifestaciones de energía: electricidad y radiación electromagnética 214

• Obtención y aprovechamiento de la energía. Benefi cios y riesgos en la naturaleza y la sociedad 216

• Importancia del aprovechamiento de la energía orientado al consumo sustentable 220




• ¿Cómo se obtiene, transporta y aprovecha la electricidad que utilizamos en casa? 226


Conocimiento, sociedad y tecnología 236

1 El Universo 238

• Teoría de “La gran explosión”; evidencias que la sustentan, alcances y limitaciones 238

• Características de los cuerpos cósmicos: dimensiones, tipos; radiación electromagnética que emiten, evolución de las estrellas; componentes de las galaxias, entre otras. La Vía Láctea y el Sol 242

• Astronomía y sus procedimientos de investigación: observación, sistematización de datos, uso de evidencia 248

• Interacción de la tecnología y la ciencia en el conocimiento del Universo 252




• La tecnología y la ciencia en los estilos de vida actual 256

• ¿Cuáles son las aportaciones de la ciencia al cuidado y la conservación de la salud? 256

• Ciencia y tecnología en el desarrollo de la sociedad 260

• ¿Qué actividades profesionales se relacionan con la física? ¿Cuál es su importancia en la sociedad? 260


Fuentes de información 268


Presentación del bloque

La descripción del movimiento y la fuerza1

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La física estudia la naturaleza de todos los fenóme-nos cotidianos. En este primer bloque aprenderás el movimiento de los objetos o cuerpos, el cual está pre-sente en todas partes. Voltea a tu alrededor y nota-rás que todos los objetos cambian de posición cons-tantemente. Alguna vez te has preguntado, ¿qué es lo que interviene en el movimiento de los objetos?, ¿por qué se mueven de manera diferente?, ¿por qué algunos están en reposo?

Este curso de física también contribuirá a reforzar las competencias para la formación científi ca bási-ca. Estas competencias forman parte del enfoque didáctico, guardan estrecha relación con los propó-sitos y los aprendizajes esperados y contribuyen a la consolidación de las competencias para la vida y al logro del perfi l de egreso. ¡Comencemos!

Competencias que se favorecen• Comprensión de fenómenos y procesos natu-

rales desde la perspectiva científi ca.

• Comprensión de los alcances y limitaciones de la ciencia y del desarrollo tecnológico en diver-sos contextos.

• Toma de decisiones informadas para el cui-dado del ambiente y la promoción de la salud orientadas a la cultura de la prevención.

Aprendizajes esperados• Interpreta la velocidad como la relación entre

desplazamiento y tiempo, y la diferencia de la rapidez, a partir de datos obtenidos de situa-ciones cotidianas.

• Interpreta tablas de datos y gráfi cas de posición-tiempo, en las que describe y predice diferentes movimientos a partir de datos que obtiene en ex-perimentos y/o de situaciones del entorno.

• Describe características del movimiento ondulatorio con base en el modelo de ondas: cresta, valle, nodo, amplitud, longitud, frecuencia y periodo, y diferen-cia el movimiento ondulatorio transversal del longi-tudinal, en términos de la dirección de propagación.


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Física - · PDF filePablo Mijares Muñoz, Guadalupe Escalante Ramírez ... El libro Ciencias 2, Física fue elaborado en Editorial Santillana por el siguiente equipo: