BIENVENID@ A ESTE ESPACIO INTERACTIVO DE APRENDIZAJE
Dada la cantidad de fenómenos que abarca la física, su estudio se ha
dividido en varias ramas:
Mecánica (cinemática y dinámica): estudia el movimiento de los cuerpos; cuando estudiamos el movimiento de caída de un cuerpo, el movimiento de los planetas, el choque de los automóviles, etc., estamos estudiando fenómenos mecánicos.
La física
moderna:
abarca conceptos un poco más complejos como la estructura de los átomos, la
radiactividad y algunas teorías como la teoría de la relatividad de Einstein
(la localización de los sucesos físicos, tanto en el tiempo como en el espacio,
son relativos al estado de movimiento del observador); por ende comprende la
física atómica, molecular, nuclear, y la mecánica cuántica.
Al igual que las demás ciencias
naturales, la física construye sus conceptos con base en el método
científico, en el cual son fundamentales la observación, el
planteamiento de hipótesis y la experimentación como soporte de sus leyes y
teorías. Un elemento importante de la observación es la medición, que se define
como la comparación de la duración, intensidad, tamaño, etc., de un fenómeno
frente a un patrón de medida establecido.
En el campo de la óptica el siglo XVIII comenzó con
la teoría corpuscular de la luz de Newton expuesta en su famosa obra Opticks.
Aunque las leyes básicas de la óptica geométrica habían sido descubiertas
algunas décadas antes, el siglo XVIII fue bueno en avances técnicos en este
campo produciéndose las primeras lentes acromáticas, midiéndose por primera vez
la velocidad de la luz y descubriendo la naturaleza espectral de la luz. El
siglo concluyó con el célebre experimento de Young de 1801 en el que se ponía
de manifiesto la interferencia de la luz demostrando la naturaleza ondulatoria
de ésta.
CONCEPTOS DE FÍSICA
FRAGILIDAD: Es la capacidad de un material de fracturarse con
escasa deformación; por el contrario, los materiales dúctiles o tenaces
se rompen tras sufrir acusadas deformaciones, generalmente de tipo plásticas.
La fragilidad es lo contrario de la tenacidad
y tiene la particularidad de absorber
relativamente poca energía, a diferencia de la rotura dúctil. Por ejemplo una cuchara.
3. Elija uno
de los cuerpos irregulares clasificados y explique el procedimiento para medirlo
utilizando el principio de
Arquímedes:
Fórmula Volumen
del cubo V = a3
Fórmula Volumen de
la esfera V = 4πR3/3
TEMA 1: LA FÍSICA, UNA CIENCIA NATURAL
Subtemas: Concepto, introducción, historia de la física
Diferencia entre la física y la química
Relación de la física con otras ciencias
PRIMER MOMENTO. EXPLORACIÓN
Vamos a ver este vídeo para tener una idea general de la física...
PRIMER MOMENTO. EXPLORACIÓN
Vamos a ver este vídeo para tener una idea general de la física...
En esta lectura se da una idea general de los aspectos mas relevantes de la física, su importancia y sus aplicaciones. Una vez finalizada la lectura deben dar respuesta a las preguntas planteadas, en la sección de comentarios o por el medio que se le indique en su momento.
“¿QUÉ ES LA
FÍSICA?”
Cuando
realizas tus estudios de secundaria, te dividen el plan de estudios en cuatro
áreas fundamentales: Matemáticas, lenguas, ciencias sociales y ciencias
naturales. Dentro del área de ciencias naturales están asignaturas como la
biología, la química y la física, las cuales se ocupan de estudiar nuestro
entorno, nuestro mundo físico viviente y no viviente, y las leyes que lo rigen.
La física en particular, se encarga de estudiar las
leyes que rigen el universo; fenómenos como el movimiento de los cuerpos, las
fuerzas que determinan su equilibrio, la luz, el calor, la electricidad y el
magnetismo, el comportamiento de los fluidos, entre otros, son temas de
análisis conceptual y de aplicación de esta interesante materia. Como en otras
materias su importancia radica en sus aplicaciones, por ejemplo, el movimiento
y equilibrio son indispensables en ingenierías como la mecánica y la civil; la
luz tiene sus aplicaciones en óptica; el conocimiento de la electricidad y el
magnetismo nos permiten gozar de toda la tecnología del mundo moderno y mejoran
nuestra calidad de vida.
Ahora respondan
las siguientes preguntas, desde su punto de vista:
- ¿Por qué creen que la física es importante?
- Mencionen actividades de la vida diaria en las que se aplica la física
- ¿En su vida de adultos les gustaría estudiar y/o trabajar en actividades relacionadas con la física?
- Mencionen las asignaturas con las que se relaciona la físic
- Expliquen si la física es igual o diferente de la educación física.
SEGUNDO MOMENTO. ESTRUCTURACIÓN.
LA FÍSICA, UNA CIENCIA
NATURAL
Concepto de Física:
Es la ciencia que estudia las propiedades de los cuerpos y las leyes que
rigen las transformaciones que afectan a su estado y a su movimiento, sin
afectar su naturaleza. En otras palabras, la física estudia las propiedades de
la materia y la energía, y establece las leyes que explican los fenómenos
naturales, excluyendo los que modifican la estructura molecular de los cuerpos.
Mecánica (cinemática y dinámica): estudia el movimiento de los cuerpos; cuando estudiamos el movimiento de caída de un cuerpo, el movimiento de los planetas, el choque de los automóviles, etc., estamos estudiando fenómenos mecánicos.
Termodinámica: estudia fenómenos térmicos desde
el cambio de temperatura de un cuerpo sensible al tacto, la fusión de un trozo
de hielo, o la dilatación de un cuerpo caliente, hasta el funcionamiento de
diversas clases de motores.
Electromagnetismo: estudia fenómenos eléctricos y magnéticos; el comportamiento de los
imanes, los relámpagos, las atracciones y repulsiones entre cuerpos
electrizados y el funcionamiento de los apararos eléctricos como son los
electrodomésticos.
Óptica: estudia los fenómenos
visibles relacionados con la luz, como la formación de imágenes en un
espejo, la observación de objetos distantes o muy pequeños a través de un
lente, o la relación entre las propiedades de la luz con los colores.
Acústica: estudia las ondas o el movimiento
ondulatorio, sus propiedades y sus aplicaciones; entre las ondas, se
estudian fenómenos como el sonido, las ondas de radio, la luz, los rayos X, los
rayos ultravioleta (UV), los rayos laser y los rayos cósmicos, entre otros.
Hipótesis: Es una afirmación, relacionada con un fenómeno natural, que
espera ser refutada o sustentada por medio de la experimentación demostrativa.
Teoría: En ciencias, una teoría es un conjunto de observaciones y
experimentos que permiten explicar adecuadamente un fenómeno natural y predice
el comportamiento de ese fenómeno si se alteran algunas de sus variables.
Lo que
hace más importante a una teoría, es su fundamentación conceptual y
experimental demostrativa, pues esta debe poderse probar repetidamente y debe
explicar fenómenos reales.
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| EVALUEMOS EL APRENDIZAJE HASTA EL MOMENTO "Ver actividades al final del tema" |
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HISTORIA DE LA FÍSICA
Veamos el siguiente vídeo para tener idea de los que vamos a estudiar en esta clase:
En el siguiente link encuentran las biografías de Los 5 científicos más importantes de la historia.
En el siguiente link encuentran las biografías de Los 5 científicos más importantes de la historia.
La historia de la física abarca los esfuerzos realizados por las personas que han tratado de entender los fenómenos de la naturaleza: el paso de las estaciones, el movimiento de los cuerpos y de los astros, los fenómenos climáticos, las propiedades de los materiales, entre
otros.
En 1687 Newton publicó “Principios
Matemáticos de la Naturaleza”, una obra en la que se describen las
leyes clásicas de la dinámica, conocidas como las leyes de Newton y la ley de
la gravitación universal de Newton. El primer grupo de leyes permitía explicar
la dinámica de los cuerpos y hacer predicciones de su movimiento y equilibrio,
la segunda ley permitía demostrar las leyes de Kepler del movimiento de
los planetas y explicar la gravedad de la tierra; en esta época Robert
Hooke y Christian Huygens desarrollaron sus trabajos físicos estudiando
las propiedades básicas de la materia y de la luz. Luego los científicos
ingleses William Wurts y Charles Demiano profundizaron el estudio de las
causas de la gravedad, es decir, de las leyes de Newton.
En el siglo XVI nacieron algunos
personajes como Copérnico, Stevin, Cardano, Gilbert, Brahe, pero fue Galileo
quien, a principios del siglo XVII, impulsó el empleo sistemático de la
verificación experimental y la formulación matemática de las leyes físicas; descubrió
la ley de la caída de los cuerpos y del péndulo, se le puede considerar como el
creador de la mecánica, también hizo las bases de la hidrodinámica, cuyo
estudio fue continuado por su discípulo Torricelli que fue el inventor del
barómetro (año 1643), el instrumento que más tarde utilizó Pascal para determinar la
presión atmosférica. Boyle formuló la ley de la
compresión de los gases (ley de Boyle-Mariotte).
En óptica, René Descartes estableció
la ley de la refracción de la luz, formuló una teoría del arco iris y estudió los
espejos esféricos y las lentes. Fermat enunció el principio de la
óptica geométrica que lleva su nombre, y Huygens descubrió la polarización de
la luz, en oposición a Newton, para quién la luz es una radiación corpuscular,
propuso la teoría ondulatoria de la luz. Hooke estudió las franjas coloreadas
que se forman cuando la luz atraviesa una lámina delgada.
A finales del siglo XVII la física
comienza a influir en el desarrollo tecnológico permitiendo a su vez un avance
más rápido de la física. El desarrollo instrumental (telescopios, microscopios
y otros instrumentos) y el desarrollo de experimentos cada vez más sofisticados
permitieron obtener grandes éxitos como la medida de la masa de la Tierra en el
experimento de la balanza de torsión. También aparecen las primeras sociedades
científicas como la Royal Society en Londres en 1660 y la Académie des sciences en
París en 1666, como instrumentos de comunicación e intercambio científico,
teniendo en sus primeros tiempos un papel prominente en las ciencias físicas.
Siglo XVIII: Termodinámica y óptica
A
partir del siglo XVIII Boyle y Young desarrollaron la
termodinámica. En 1733 Bernoulli usó argumentos
estadísticos, junto con la mecánica clásica, para extraer resultados de la
termodinámica, iniciando la mecánica estadística.
En 1798 Thompson
demostró la conversión del trabajo mecánico en calor y en 1847 Joule
formuló la ley de conservación de la energía.
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El experimento de Young sirvió para demostrar sin lugar a dudas
de que la luz era algún tipo de onda.
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Siglo XIX: electromagnetismo y estructura atómica
En la primera mitad del siglo XIX se estudiaron los fenómenos de la electricidad y el magnetismo. Coulomb, Luigi Galvani, Faraday, Ohm y muchos otros físicos famosos estudiaron los fenómenos dispares y contraintuitivos que se asocian a este campo. En 1855 Maxwell unificó las leyes conocidas sobre el comportamiento de la electricidad y el magnetismo en una sola teoría con un marco matemático común mostrando la naturaleza unida del electromagnetismo. Los trabajos de Maxwell en el electromagnetismo se consideran frecuentemente equiparables a los descubrimientos de Newton sobre la gravitación universal y se resumen con las conocidas, ecuaciones de Maxwell, un conjunto de cuatro ecuaciones capaz de predecir y explicar todos los fenómenos electromagnéticos clásicos. Una de las predicciones de esta teoría era que la luz es una onda electromagnética. Este descubrimiento de Maxwell proporcionaría la posibilidad del desarrollo de la radio unas décadas más tarde por Heinrich Hertz en 1888.
En 1895 Roentgen
descubrió los rayos X, ondas electromagnéticas de frecuencias muy altas. Casi
simultáneamente, Henri Becquerel descubría la radioactividad en 1896. Este campo
se desarrolló rápidamente con los trabajos posteriores de Pierre Curie, Marie Curie
y muchos otros, dando comienzo a la física nuclear y al comienzo de la
estructura microscópica de la materia. En 1897 Thomson descubrió el
electrón, la partícula elemental que transporta la corriente en los circuitos
eléctricos proponiendo en 1904 un primer modelo simplificado del átomo.
Siglo XX: segunda revolución de la física
El
siglo XX estuvo marcado por el desarrollo de la física como ciencia capaz de
promover el desarrollo tecnológico.
A principios de este siglo los físicos consideraban
tener una visión casi completa de la naturaleza. Sin embargo pronto se
produjeron dos revoluciones conceptuales de gran calado: El desarrollo de
la teoría de la relatividad y el comienzo de
la mecánica cuántica.
En 1905 Albert Einstein, formuló la teoría de la relatividad especial, en la cual el espacio y el tiempo se unifican en una sola entidad, el espacio-tiempo. La relatividad formula ecuaciones diferentes para la transformación de movimientos cuando se observan desde distintos sistemas de referencia inerciales a aquellas dadas por la mecánica clásica. Ambas teorías coinciden a velocidades pequeñas en relación a la velocidad de la luz. En 1915 extendió la teoría especial de la relatividad para explicar la gravedad, formulando la teoría general de la relatividad, la cual sustituye a la ley de la gravitación de Newton.
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En 1911 Rutherford dedujo la existencia
de un núcleo atómico cargado positivamente a partir de experiencias de
dispersión de partículas. A los componentes de carga positiva de este núcleo se
les llamó protones.
Los neutrones, que también forman parte
del núcleo pero no poseen carga eléctrica, los descubrió Chadwick en 1932.
En los primeros años del siglo
XX Planck,
Einstein, Bohr y otros desarrollaron la teoría cuántica a fin de explicar
resultados experimentales anómalos sobre la radiación de los cuerpos.
En esta teoría, los niveles
posibles de energía pasan a ser discretos. En 1925 Heisenberg y en 1926 Schrödinger
y Dirac formularon la mecánica cuántica, en la cual explican las
teorías cuánticas precedentes. En la mecánica cuántica, los resultados de las
medidas físicas son probabilísticos; la teoría cuántica describe el cálculo de
estas probabilidades. La mecánica cuántica suministró las herramientas teóricas
para la física de la materia condensada, la cual estudia el comportamiento de
los sólidos y los líquidos, incluyendo fenómenos tales como estructura
cristalina, semiconductividad y superconductividad.
Entre los pioneros de la física de la materia
condensada se incluye Bloch, el cual desarrolló una
descripción mecano-cuántica del comportamiento de los electrones en las
estructuras cristalinas (1928).
La teoría cuántica de campos se formuló para extender la mecánica cuántica de manera consistente con la teoría especial de la relatividad. Alcanzó su forma moderna a finales de la década de 1940 gracias al trabajo de Feynman, Schwinger, Tomonaga y Dyson. Ellos formularon la teoría de la electrodinámica cuántica, en la cual se describe la interacción electromagnética. La teoría cuántica de campos suministró las bases para el desarrollo de la física de partículas, la cual estudia las fuerzas fundamentales y las partículas elementales. En 1954 Yang y Mills desarrollaron las bases del modelo estándar. El modelo electrodébil, que mostraba que las fuerzas electromagnéticas y la fuerza nuclear débil eran aspectos del mismo campo de fuerzas, fue desarrollado durante los años 1960 (Sheldon Lee Glashow, Abdus Salam y Steven Weinberg recibieron el Premio Nobel de Física en 1979 por sus contribuciones a esa teoría). El modelo estándar fue desarrollado en los años 1970.
Durante
la última parte del siglo XX se desarrolló enormemente la astrofísica, y se
trabajó intensamente en teorías de gran unificación y la teoría de supercuerdas que a principios del
siglo XXI seguían siendo teorías especulativas. En 1998 se descubrió
inesperadamente que la expansión del universo se
estaba acelerando, lo que creaba un nuevo problema no resuelto de la
física.
Física del
siglo XXI
La física sigue
enfrentándose a grandes retos, tanto de carácter práctico como teórico, a
comienzos del siglo XXI. El estudio de los sistemas complejos dominados por
sistemas de ecuaciones no lineales, tal y como la meteorología o las
propiedades cuánticas de los materiales que han posibilitado el desarrollo de
nuevos materiales con propiedades sorprendentes. A nivel teórico la astrofísica
ofrece una visión del mundo con numerosas preguntas abiertas en todos sus
frentes, desde la cosmología hasta la formación planetaria. El descubrimiento
de la expansión acelerada del universo llevó a un interés renovado por la
cosmología, en particular a los trabajos teóricos sobre la energía oscura y la
materia oscura.
Además
el trabajo de Juan Martín Maldacena sobre la "correspondencia
AdS/CFT" arrojaría nueva luz sobre otra conjetura física conocida como
principio holográfico. El espacio Anti-de Sitter (AdS) corresponde a una
solución a las ecuaciones de Einstein con constante cosmológica negativa, y es
una teoría clásica de la gravedad; mientras que la teoría conforme (CFT:Conformal
Field Theory) es una teoría cuántica. Esta correspondencia entre una teoría
clásica de la gravedad y una cuántica, puede ser el camino hacia la gravedad
cuántica. El
período que va de 1973 a 2017 ha sido considerado por algunos físicos
importantes como Lee Smolin y otros, un período excepcional ya que durante él se
hicieron proporcionalmente menos teóricos nuevos que durante otros períodos del
siglo XX, estando la física dominada por teorías altamente especulativas sobre
las que ha sido difícil obtener evidencias empíricas que permitan un avance
seguro. Gran parte de los éxitos experimentales como la detección de los
bosones W y Z, o la detección del bosón de Higgs son confirmaciones de teorías
desarrolladas con anterioridad a 1975, por lo que realmente no son
confirmaciones de las teorías en las que han trabajado los físicos teóricos en
las últimas décadas.
Línea de tiempo de la física:
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ALERTA... HORA DE HACER ACTIVIDADES...
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A continuación instrucciones para la tarea de este tema:
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ACTIVIDAD N°1 - EVALUACIÓN INDIVIDUAL
INSTRUCCIONES: En parejas diligencien el siguiente cuadro, de acuerdo a la información contenida en su cuaderno y a los ejemplos proporcionados.
La física es la ciencia que estudia las propiedades de los cuerpos y las leyes que rigen las transformaciones que afectan a su estado y a su movimiento, sin afectar su naturaleza. En otras palabras, la física estudia las propiedades de la materia y la energía, y establece las leyes que explican los fenómenos naturales, excluyendo los que modifican la estructura molecular de los cuerpos.
Dada la cantidad de fenómenos que abarca la física, su estudio se ha dividido en varias ramas:
RAMA
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ESTUDIA
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EJEMPLOS
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Mecánica
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Fenómenos mecánicos
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El movimiento de los planetas
El choque de automóviles
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Fenómenos térmicos
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Óptica
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Relámpagos
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| ¿Qué tal? ... ¿No te fue muy bien en nuestra primera actividad? No te preocupes... Se aproximan más actividades ... Además también hay actividades de refuerzo! |
ACTIVIDAD N°2 - EVALUACIÓN EN PAREJAS
CONCEPTOS DE FÍSICA
La física, se encarga de estudiar las leyes que rigen el universo; fenómenos como el movimiento de los cuerpos, las fuerzas que determinan su equilibrio, la luz, el calor, la electricidad y el magnetismo, el comportamiento de los fluidos, entre otros, son temas de análisis conceptual y de aplicación de esta interesante materia. Como en otras materias su importancia radica en sus aplicaciones, por ejemplo, el movimiento y equilibrio son indispensables en ingenierías como la mecánica y la civil; la luz tiene sus aplicaciones en óptica; el conocimiento de la electricidad y el magnetismo nos permiten gozar de toda la tecnología del mundo moderno y mejoran nuestra calidad de vida.
En conclusión, a cada paso que demos y en cada dirección en que miremos nos encontramos con las maravillas de la física. En campos un poco más filosóficos, la física nos da ideas claras acerca del origen del universo, de su evolución y comportamiento, y nos plantea preguntas relacionadas con nuestra trayectoria y función como especie pensante. Sus conceptos, aplicables o no, son base del desarrollo de otras ciencias de la naturaleza. La biología y la química se sirven de muchos conocimientos de la física; por esta razón se dice que la física es la madre de todas las ciencias.
Finalmente, no debemos olvidar que existen herramientas que facilitan el estudio de la física y de las investigaciones que realicemos por medio de la experimentación; en este sentido, la medición definida como la comparación de la duración, de la intensidad, del tamaño, etc., de un fenómeno frente a un patrón de medida establecido, requiere instrumentos que van desde un simple reloj hasta un cronómetro, una balanza, báscula, termómetro, cinta métrica (decámetro), regla, velocímetro, potenciómetro, barómetro, manómetro, voltímetro, amperímetro; a nivel de laboratorio o a pequeña escala están el ictiómetro, probeta graduada, pipetas, densímetro, entre otros.
Ahora, realice las actividades propuestas:
Teniendo en cuenta los conceptos y explicaciones proporcionados por la docente durante clases anteriores, realicen la lectura “Conceptos de física” y respondan las siguientes preguntas:
1. ¿De qué se encarga la física y por qué es importante?
2. ¿Qué fenómenos son temas de análisis de la física?
3. Mencione 3 aplicaciones que dan importancia a la física
4. En campos filosóficos ¿qué ideas claras obtenemos de la física?
5. ¿Por qué se dice que la física es la madre de todas las ciencias?
Relacione con una línea cada concepto de la columna de la izquierda con la aplicación correspondiente de la columna de la derecha:
CONCEPTO APLICACIÓN
6. Óptica Motores de combustión interna
7. Mecánica Rayos X y aplicaciones de radioterapia
8. Electricidad y magnetismo Bicicletas
9. Radiactividad Gafas, lupas, telescopios y microscopios
10. Movimiento ondulatorio Computadores y hornos microondas
11. Termodinámica Alto parlantes y estaciones de radio
12. ¿Cómo construye la física sus conceptos?
13. ¿Qué pasos o procesos son fundamentales en el método científico? De un ejemplo de cada uno.
14. ¿Qué es lo que hace más importante una teoría?
15. ¿Qué es la medición?
Escriba el nombre del instrumento con el cual se mide cada uno de los siguientes fenómenos:
16. La longitud del cuerpo de un pargo se mide con __________________
17. La temperatura de una persona se mide utilizando __________________
18. La masa de un bulto de cacao se pesa con una __________________
19. La velocidad de una motocicleta se mide mediante __________________
20. El tiempo para ir de su casa al colegio se mide con un ____________.
"Es imposible para un hombre aprender lo que cree que ya sabe"
.-Epíteto-.
 |
| ¿Qué tal? ... ¿Mejoramos?... Bien, Ahora vamos a trabajar en equipo... |
ACTIVIDAD N°3 - TALLER GRUPAL
HISTORIA DE LA FÍSICA
1. Luego de realizar y analizar la información sobre la “Historia de la física”, completen el siguiente cuadro:
Fecha / época
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Personaje
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Origen / Nacionalidad
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Teoría / Descubrimiento
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500 años a.C.
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Leucipo
Demócrito
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Grecia / griegos
|
La materia estaba constituida por pequeñas partículas
|
Empédocles
|
…………...
| ||
1500
|
Italia / italiano
| ||
Isaac Newton
| |||
Rumford
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Inició el estudio de la termodinámica
| ||
XIX
|
Todas las cosas estaban formadas por átomos
| ||
James Prescott Joule
| |||
Escocía / escocés
|
La luz está conformada por ondas electromagnéticas
| ||
Henry Becquerel
|
Descubrió la radiactividad
|
2. ¿Quiénes describieron el átomo como un sistema solar? ________, ________ y ______.
3. La física __________ se encarga de estudiar la constitución del átomo.
4. La fuerza de atracción también se llama _________, y hace que los cuerpos se mantengan sobre la tierra.
5. El objetivo de la física nuclear es _________________________________________.
6. Una ___________ ___________ convertida en trabajo es igual a 4,2 joules.
Relacione las siguientes teorías con sus autores uniéndolos con una línea recta:
7. Teoría de la relatividad Plank
8. Mecánica ondulatoria Einstein
9. Teoría de los cuantos De Broglie
Una línea de tiempo, es una gráfica lineal donde se mencionan de forma consecutiva acontecimientos importantes, las fechas o épocas de su ocurrencia y los autores. Por ejemplo, la línea de tiempo de María:
María es una artista muy famosa nacida en 2004, quien a sus 4 años de edad descubrió su pasión pintando su autorretrato bajo la orientación del maestro Marcos; aún no había cumplido sus 6 años cuando fue nominada por el departamento en el concurso de pintura temática. A los 8 años de edad pintó su obra maestra “El manglar olvidado”, con la cual al año siguiente se hizo acreedora del premio nacional la categoría de paisajismo. En la actualidad, María es una digna representante de nuestros artistas colombianos en escenarios internacionales pintando con mucho orgullo los paisajes nariñenses.
Línea de tiempo de la vida de María:
10. Teniendo en cuenta el ejemplo de María, realice en su cuaderno la Línea de tiempo de la historia de la física, de acuerdo a la lectura de este blog.
11. Explique para qué nos sirve conocer la historia de la física
12. Investigue que es un boson y que son los bosones W, Z, y el bosón de Higgs.
“Al lado de la dificultad está la felicidad”
.– Mahoma –.
CUARTO
MOMENTO.TRANSFERENCIA Y REFUERZO.
La transferencia se realiza en cada clase durante los procesos de enseñanza-aprendizaje, orientando a los estudiantes hacia la apropiación de los conocimientos.
Se plantean actividades de refuerzo cambiando las estrategias para fortalecer los aprendizajes:
Revisión de la tarea Línea de tiempo de su vida.
Socialización de propuesta sobre relación de la física con otras ciencias.
Retroalimentación de las actividades dando a conocer las respuestas correctas e indicando en que parte de los textos, lecturas y/o apuntes se encuentra cada una. Proyecto de ciencia y tecnología relacionado con cualquiera de las ramas de la física estudiadas: Ver ejemplos en: PROYECTOS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA |
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TEMA 2: FENÓMENOS FÍSICOS
Subtema: Eclipses
- el arco iris - el eco - las mareas - los sismos - la lluvia - los vientos.
PRIMER MOMENTO. EXPLORACIÓN.
Los estudiantes deben comentar una anécdota o
experiencia vivida durante algunos de los fenómenos físicos a estudiar
(eclipse, mareas, sismos, lluvia, vientos)
SEGUNDO MOMENTO. ESTRUCTURACIÓN. La conceptualización temática está apoyada por algunos vídeos relacionados con los fenómenos a estudiar:
FENÓMENOS FÍSICOS
Además de los fenómenos ya estudiados (mecánicos, térmicos, eléctricos, ópticos, etc.), otros fenómenos físicos ocurren cuando un cuerpo se traslada de un punto a otro, tratándose de fenómenos reversibles; estos fenómenos se dan en la naturaleza con gran facilidad, por ejemplo el efecto de la subida y bajada de la marea, el movimiento de los planetas alrededor del sol, y la del mismo planeta alrededor de su eje, entre otros. Estos son algunos de ellos:
LOS ECLIPSES: es un fenómeno en el que la luz procedente de un cuerpo celeste es
bloqueada por otro, normalmente llamado cuerpo eclipsante. Existen
eclipses del Sol y de la Luna, que ocurren solamente cuando el
Sol y la Luna se alinean con la Tierra de una manera determinada.
Esto sucede durante algunas lunas nuevas y lunas llenas. Sin
embargo, también pueden ocurrir eclipses fuera del sistema Tierra-Luna. Por
ejemplo, cuando la sombra de un satélite se proyecta sobre la
superficie de un planeta, cuando un satélite pasa por la sombra de un
planeta o cuando un satélite proyecta su sombra sobre otro satélite.
Los eclipses del sistema Tierra-Luna solo pueden ocurrir cuando el Sol,
la Tierra y la Luna se encuentran alineados. Estos eclipses se dividen en dos
grupos:
Eclipse solar. Cuando la Luna oscurece al Sol, interponiéndose entre él y la Tierra;
esto solo puede pasar en luna
nueva. Los eclipses solares se dividen a su vez en totales, parciales y
anulares.
Eclipse lunar. Cuando la Tierra se interpone entre el Sol y la Luna, oscureciendo a
esta última; la Luna entra en la zona de sombra de la Tierra; esto solo puede
ocurrir en luna llena. Los eclipses lunares se dividen a su vez en
totales, parciales y penumbrales, dependiendo de si la Luna pasa en su
totalidad o en parte por el cono de sombra proyectado por la Tierra, o si
únicamente lo hace por la zona de penumbra.
EL ARCO IRIS: es un fenómeno óptico y meteorológico que consiste en la aparición en el cielo de un arco de luz multicolor, originado por la descomposición de la luz solar en el espectro visible, la cual se produce por refracción cuando los rayos del sol atraviesan pequeñas gotas de agua contenidas en la atmósfera terrestre.
Es un arco compuesto de arcos concéntricos de colores, con el rojo hacia la parte exterior y el violeta hacia el interior. Puede definirse en siete colores fundamentales: rojo, naranja, amarillo, verde, cian, azul y violeta, los cuales equivalen a los mencionados por el científico Isaac Newton en 1704 (rojo-naranja-amarillo-verde-azul-añil-violeta, respectivamente). En el sistema RGB (Reed,Green, Blue), que es un modelo de colores luz (modelo cromático que consiste en representar distintos colores a partir de la mezcla de estos tres colores pimarios), corresponde a tres colores primarios, dos secundarios y dos terciarios
Menos frecuente es el arcoiris doble, el cual incluye un segundo arco más tenue con los colores invertidos, es decir, el rojo hacia el interior y el violeta hacia el exterior.
EL ECO: es un
fenómeno acústico producido cuando una onda se refleja y regresa
hacia su emisor; el efecto acústico producido por la reflexión del sonido una
vez acabada su primera exposición. Puede referirse tanto a ondas sonoras
como a electromagnéticas; en el caso del oído humano, para que sea
percibido es necesario que el eco supere la persistencia acústica, en caso
contrario el cerebro interpreta el sonido emitido y el reflejado como un mismo sonido. El mínimo retardo necesario entre ambos sonidos varía desde alrededor de 100 ms (un milisegundo es el período que corresponde a la milésima fracción de un segundo (10−3 o 1/1,000) = (0,001s).
Para sonidos secos hasta varios segundos para sonidos
complejos, como la música. Si el sonido ha sido deformado hasta hacerse irreconocible,
se denomina reverberación en vez de eco.
Aplicaciones del eco:
* En construcción: se utiliza la distribución del eco por el interior de los materiales a modo de ensayo, para ver si cumplen con los parámetros deseados
* Ecografías: el eco de un ultrasonido es interpretado por un ordenador para generar imágenes
* Radares (ondas electromagnéticas): triangulan la posición de los objetos a través de su eco.
TERCER MOMENTO. PRÁCTICA.
Para el mejor aprendizaje de los fenómenos físicos, se plantean 2 actividades:
Actividad 1: un Taller individual (en el cuaderno) dividido en 3 partes:
Parte 1: Investigar una noticia sobre el eclipse más reciente, ocurrido en 2017, y responder las 7 preguntas planteadas.
Parte 2: Consultar y proponer un método para hacer un arco iris en clases, experimentarlo en casa y exponerlo en el salón de clases.
Parte 3: Consultar y registrar en el cuaderno la definición, características, tipos y ejemplos de los siguientes fenómenos físicos: Las mareas, los sismos, la Lluvia y los vientos.
Actividad 2: Evaluación grupal con 20 puntos para responder en formato
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| Evaluemos el aprendizaje... |
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FENÓMENOS FÍSICOS
Investigue una noticia sobre el eclipse más observado en la historia, y responda:
1. ¿En qué fecha y hora ocurrió?
2. ¿Qué tipo de eclipse fue y a qué división pertenece? (total, parcial, etc.)
3. ¿En qué parte de la tierra se pudo observar completamente?
4. ¿Qué daños puede causar el observar un eclipse de manera directa, sin lentes especiales?
5. ¿Qué efectos produjo este fenómeno en la tierra?
6. Según los expertos, ¿Cuándo ocurrirá el próximo eclipse de este tipo?
7. Pregunte a sus padres y abuelos qué explicación diferente tienen para la formación del arco iris y socialice ante sus compañeros de clase y su docente.
8. Consultar y proponer un método para hacer un arco iris en clases, experimentarlo en casa y exponerlo en el salón de clases.
Consultar y registrar en los cuadernos la definición, características, tipos y ejemplos de los siguientes fenómenos físicos:
9. Las mareas
10. Los sismos
11. La lluvia
12. Los vientos
“No permitas que tu felicidad dependa de alguien, porque
no siempre esa persona será como crees” .-Albert Einstein-.
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| Fácil verdad?.... Ahora vamos a trabajar en grupos... |
ACTIVIDAD N° 5 - EVALUACIÓN GRUPAL
Luego de leer la información proporcionada sobre Fenómenos físicos y de realizar las actividades propuestas, y teniendo en cuenta las explicaciones de su docente resolver los siguientes puntos:
1. Mencione los tipos de eclipse que se explican en la lectura:
2. ¿Cuándo se presentó el último eclipse (día-mes-año) y de qué tipo fue?
3. Explique cómo se producen las mareas
4. Explique con sus palabras como se forma el arco iris y en cuántos colores se define:
5. Mencione dos aplicaciones del eco y dé dos ejemplos de eco que haya experimentado:
6. ¿Qué es el sistema RGB (Red, Green, Blue)?
7. Explique con sus palabras qué es un fenómeno físico:
8. Dé un ejemplo de eclipse fuera del sistema Tierra – Luna:
9. Represente gráficamente un eclipse penumbral
10. ¿Por qué se considera la lluvia como un fenómeno físico?
11. Proponga una explicación diferente para la formación del arco iris (por ejemplo, la explicación bíblica):
12. ¿Cuál de todos los fenómenos físicos estudiados le parece más importante y por qué?
13. Explique cómo se forman los vientos
14. Mencione algunos fenómenos físicos relacionados con los vientos
15. ¿Por qué razón hay que proteger la vista al observar un eclipse?
16. ¿Por qué cree que las mareas fuertes se les conoce como “el fenómeno del niño o de la niña”?
17. Mencione una experiencia que haya vivido durante un fenómeno del niño o una marea:
18. Explique con sus palabras como se producen los sismos:
19. Mencione la diferencia entre sismo, temblor y terremoto:
20. ¿Qué relación existe entre un terremoto y un maremoto o tsunami?
“Tus aspiraciones son tus posibilidades”.-Samuel Johnson-.
CUARTO MOMENTO. TRANSFERENCIA Y REFUERZO.
El refuerzo se enfoca en la retroalimentación de las actividades socializando las respuesta.Proyecto de ciencia y tecnología: Maqueta que simule las mareas, los sismos.Ver ejemplos en: PROYECTOS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA.
...................................................
TEMA 3: LA MATERIA Y SUS PROPIEDADES
Subtemas: Masa - peso – volumen - densidad – inercia - compresibilidad - dureza
- fragilidad.
Los estados de la materia
Cambios de fase y calor latente
PRIMER MOMENTO. EXPLORACIÓN.
Conversatorio sobre los saberes previos que tienen
los estudiantes sobre las propiedades de la materia. En años anteriores aprendimos sobre los estados de la materia y los cambios de estado. Recordemos brevemente en que consiste cada uno.
Ahora comentemos: ¿Qué sabemos sobre los cambios de estado? ¿Será lo mismo que cambios de fase?
¿Qué sabemos del calor? ¿Qué entendemos por calor latente?
SEGUNDO MOMENTO. ESTRUCTURACIÓN.
LA
MATERIA Y SUS PROPIEDADES
La materia es todo aquello que ocupa un espacio y tiene
masa; por ejemplo: una silla, el agua en una botella, etc., son objetos
materiales que observamos fácilmente con nuestros sentidos. La materia está conformada por átomos. Tomemos por ejemplo una pared que está formada por bloques, los bloques están formados por arena, cemento y piedras; un granito de arena se compone de otras partículas minúsculas llamadas moléculas que están formadas por grupos de átomos; la fuerza entre los átomos es la razón por la cual se mantienen unidas. Y es la misma fuerza por la que el agua cambia de estado; si la fuerza entre sus átomos es grande, el agua es sólida como el hielo pero si es débil, el agua se convierte en vapor.
Las propiedades físicas de la materia, son aquellas que podemos observar o medir sin requerir ningún conocimiento del comportamiento químico de la sustancia, sin ninguna alteración de su composición o naturaleza química.
Las principales propiedades de la materia son:
MASA: Es la cantidad de materia que tiene un cuerpo; no depende de las condiciones en que se encuentra el cuerpo (altura, temperatura, etc.); se mide a través de instrumentos como la balanza y se expresa en kilogramos (kg) con sus respectivas unidades derivadas como la libra (lb), el gramo (g), arroba (@), etc. Es importante recordar la Ley de conservación de la materia: “La materia no crea ni se destruye, se transforma”; es decir que la cantidad de materia antes y después de una reacción o de una transformación es siempre la misma, se mantiene constante.
PESO: Es la fuerza que
ejerce la gravedad sobre un objeto y se puede calcular como el
producto de la masa por la aceleración de la gravedad. Puesto
que el peso es una fuerza, su unidad en el SI es el Newton que equivale a 1kg x
1m/s2. La expresión para el peso es: W = m.g donde W = peso
m = masa
g = gravedad.
Como la
gravedad de la tierra es de 9,087 m/s2, el peso de cualquier cuerpo
se obtiene al multiplicar su masa por este valor.
|
Por
ejemplo, si queremos calcular el
volumen de una piedra como la de la imagen, utilizamos la expresión: rV = Vf – Vi;
Donde rV (Delta V) es la diferencia, variación, cambio o
desplazamiento del volumen del líquido en el recipiente;
Vf (V sub f) es el volumen final o volumen desalojado por el cuerpo;
Vi, es
el volumen inicial del líquido antes de sumergir el cuerpo.
Solución: Utilizamos la expresión rV = Vf – Vi y
reemplazamos los valores Vf = 23 cc, Vi
= 20 cc
Entonces la diferencia o variación rV = 23cc – 20cc
rV = 3 cc
Para fortalecer este tema, los invito a realizar prácticas de cálculo de densidad y volumen en el laboratorio interactivo. Una vez hayan practicado, cuenten su experiencia en la Sección "Comentarios" de este blog.
Laboratorio de densidad
Para fortalecer este tema, los invito a realizar prácticas de cálculo de densidad y volumen en el laboratorio interactivo. Una vez hayan practicado, cuenten su experiencia en la Sección "Comentarios" de este blog.
Tarea: Consultar en youtube
el procedimiento y hacer una probeta graduada con una botella, traerla la
próxima clase para realizar experimentos. https://www.youtube.com/watch?v=V6ew-xVYDY0
Si el cuerpo es sólido y de dimensiones regulares
como los cuerpos geométricos, se miden sus dimensiones: largo (longitud), ancho,
alto (altura), diámetro, radio. El volumen se calcula con la fórmula matemática
establecida para cada figura (cubo, prisma, esfera, cilindro, etc.).
Para
afianzar los conocimientos, les invito a ver: http://www.icarito.cl/2010/06/62-890-9-3-el-volumen.shtml/
En este link podemos calcular el volumen de diferentes cuerpos: https://www.calcularvolumen.com
DENSIDAD: Es el grado de compactación de los diferentes materiales.
Este parámetro mide la cantidad de masa que existe en un
determinado volumen; lo que quiere decir que entre más masa tenga un
cuerpo en un mismo volumen, mayor será su densidad. Se simboliza mediante la
letra rho = ρ del alfabeto griego.
La densidad media es
la relación entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa, por lo tanto sus
unidades son kg/m3, g/cc (cm3) o g/ml.
Se calcula
mediante la expresión: ρ = m/v donde
ρ = densidad, m = masa y v
= volumen.
Por ejemplo, un objeto de plomo es más denso que uno de corcho,
independientemente del tamaño y la masa. El procedimiento para determinar la
densidad de un objeto consiste en dividir el valor de la masa entre el volumen
del objeto.
A la hora de resolver problemas debemos saber transformar esta fórmula
porque algunas veces conocemos la masa y la densidad pero no conocemos el
volumen; otras veces conocemos el volumen y la densidad pero desconocemos la
masa, en ambos casos lo que hacemos es despejar la variable desconocida de la
fórmula inicial, teniendo en cuenta los principios matemáticos: ρ = m / v
à m = ρ *
v à V = m / ρ
Pasos para medir la
densidad:
1. Se calcula la masa
2. Se calcula el volumen
3. Se realiza la división
del valor calculado de la masa entre el valor del volumen calculado.
Ejemplo: Calcular la densidad del material de la imagen.
Solución: 1. Masa del cuerpo àm = 400g + 40g + 5g = 445 g
2.
Volumen del cuerpo à v = Vf – Vi = 270ml – 220ml =
50ml
3. Se
hace la operación àρ = m/v = 445g / 50ml = 8,9 g/ml
Ejercicios:
1. Consultar la tabla de densidad de materiales.
2. A qué elemento corresponde la densidad calculada en
el ejemplo (8,9 g/ml)
3. Calcular la densidad de un cuerpo que tiene una masa
de 800 kg y ocupa un volumen de 1 m3
Un cubo de aluminio con 5
cm de lado tiene una masa de 335,5 g - ¿Cuál es su densidad?
Ejercicios:
1. Consultar la tabla de densidad de materiales.
2. A qué elemento corresponde la densidad calculada en
el ejemplo (8,9 g/ml)
3. Calcular la densidad de un cuerpo que tiene una masa
de 800 kg y ocupa un volumen de 1 m3
4. Un cubo de aluminio con 5
cm de lado tiene una masa de 335,5 g - ¿Cuál es su densidad?
LABORATORIO INTERACTIVO
Ingresar al laboratorio y realizar las prácticas de densidad
LABORATORIO INTERACTIVO
Ingresar al laboratorio y realizar las prácticas de densidad
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INERCIA:
Es la resistencia que opone la materia a modificar su estado de movimiento,
incluyendo cambios en la velocidad o en la dirección; como consecuencia, un
cuerpo conserva su estado de reposo o movimiento si no hay una fuerza que logre
cambiarlo. En física se dice que un sistema tiene más inercia cuando resulta más difícil lograr un cambio en su estado
físico; los dos usos más frecuentes en física son la inercia mecánica y la inercia
térmica. Por ejemplo, cuando frena el bus y los pasajeros tienden a
irse hacia adelante o hacia atrás.
COMPRESIBILIDAD: Es una propiedad de la materia que hace que todos
los cuerpos disminuyan de volumen al someterlos a una presión o compresión
determinada manteniendo constantes otros parámetros. Cuando se aumenta la
presión sobre un sistema, este disminuye su volumen. Los sólidos son muy
difíciles de comprimir, porque sus moléculas están muy unidas y existe poco
espacio libre entre ellas; los gases
tienen sus moléculas muy separadas y son altamente compresibles bajo
condiciones de presión y temperatura normales. Los líquidos bajo condiciones de
temperatura y presión normales son también bastante difíciles de comprimir
aunque presenta una compresibilidad mayor que la de los sólidos. Por ejemplo,
si accionamos una jeringa con agua, bloqueando su salida y empujamos el émbolo
hay más resistencia que si lo hacemos en la jeringa con aire.
DUREZA:
Es la oposición de los materiales a alteraciones físicas como la penetración,
la abrasión, el rayado, el corte, deformaciones permanentes, entre otras. Por
ejemplo: la madera puede rayarse con facilidad, esto significa que no tiene
mucha dureza, mientras que el metal es mucho más difícil de rayar.
FRAGILIDAD: Es la capacidad de un material de fracturarse con
escasa deformación; por el contrario, los materiales dúctiles o tenaces
se rompen tras sufrir acusadas deformaciones, generalmente de tipo plásticas.
La fragilidad es lo contrario de la tenacidad
y tiene la particularidad de absorber
relativamente poca energía, a diferencia de la rotura dúctil. Por ejemplo una cuchara.
LOS ESTADOS DE LA MATERIA
La materia se presenta en tres estados o formas de agregación: sólido,
líquido y gaseoso.
Los sólidos: Tienen forma y volumen constantes; se caracterizan por
la rigidez y regularidad de sus estructuras.
Los líquidos: No tienen forma fija pero sí volumen; tienen forma
variable y presentan propiedades muy específicas. Toman la forma del recipiente
que los contiene.
Los gases: No tienen forma ni volumen fijos; se caracterizan por la
gran variación de volumen que experimentan al cambiar las condiciones de
temperatura y presión.
Dadas las condiciones existentes en la superficie
terrestre, sólo algunas sustancias pueden hallarse de modo natural en los tres
estados, como es el caso del agua. La mayoría de sustancias se presentan en un
estado concreto. Así, los metales o las sustancias que constituyen los
minerales se encuentran en estado sólido y el oxígeno o el CO2 en estado
gaseoso.
Se denomina plasma al cuarto estado de
agregación de la materia, un estado fluido similar al estado gaseoso pero en el
que determinada proporción de sus partículas están cargadas eléctricamente y no
poseen equilibrio electromagnético, por eso son buenos conductores eléctricos y
sus partículas responden fuertemente a las interacciones electromagnéticas de
largo alcance. Ejemplos de plasma: En los televisores o monitores con pantalla
de plasma, en el interior de los tubos fluorescentes (iluminación de bajo
consumo), en soldaduras de arco eléctrico bajo protección por gas, materia
expulsada para la propulsión de cohetes, la región que rodea al escudo térmico
de una nave espacial durante su entrada en la atmósfera, los rayos durante una
tormenta, la aurora boreal, algunas llamas, el sol y otras estrellas, las
nebulosas.
Cambios de fase o de agregación de la materia:
Son todos los procesos en los que un estado de la materia cambia a otro manteniendo una semejanza en su composición. Los diferentes cambios de estado o transformaciones de la materia son:
Fusión: paso de sólido a líquido. Ejemplo: Hielo derritiendose
Solidificación: de liquido a sólido
Vaporización y ebullición: paso de líquido a gaseoso
Condensación: de gaseoso a líquido
Sublimación: de sólido a gaseoso
Desionización: paso de plasma a gas.
En el siguiente link se detallan cada uno de los cambios de estado de la materia:
En los siguientes enlaces pueden ver experimentos relacionados con los cambios de estado:
Calor latente
Es la cantidad de energía requerida por una sustancia para cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de vaporización). Se debe tener en cuenta que esta energía en forma de calor se invierte para el cambio de fase y no para un aumento de la temperatura.
Antiguamente se usaba la expresión calor latente para referirse al calor de fusión o de vaporización.
Latente, en latín, quiere decir escondido, y se llamaba así porque, al no notarse un cambio de temperatura mientras se produce el cambio de fase (a pesar de añadir calor), este se quedaba escondido. La idea proviene de la época en la que se creía que el calor era una sustancia fluida denominada calórico. Por el contrario, el calor que se aplica cuando la sustancia no cambia de fase y aumenta la temperatura, se llama calor sensible.
Cuando se aplica calor a un trozo de hielo, va subiendo su temperatura hasta que llega a 0 °C (temperatura de cambio de estado); a partir de ese momento, aunque se le siga aplicando calor, la temperatura no cambiará hasta que se haya fundido del todo. Esto se debe a que el calor se emplea en la fusión del hielo. Una vez fundido el hielo la temperatura volverá a subir hasta llegar a 100 °C; desde ese momento, la temperatura se mantendrá estable hasta que se evapore toda el agua.
El concepto fue introducido alrededor de 1762 por el químico escocés Joseph Black.
Esta cualidad se utiliza en la cocina, en refrigeración, en bombas de calor y es el principio por el que el sudor enfría el cuerpo.
TEMPERATURA Y CALOR
La temperatura es una medida de la energía cinética promedio de los átomos o moléculas en el sistema; se mide en grados Celsius (°C) o Kelvin (K). Es una magnitud referida a las nociones comunes de calor medible mediante un termómetro.
En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como energía cinética, que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida que sea mayor la energía cinética de un sistema, se observa que este se encuentra más «caliente»; es decir, que su temperatura es mayor.
En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión resultan ser las vibraciones de las partículas en sus sitios dentro del sólido. En el caso de un gas ideal monoatómico se trata de los movimientos traslacionales de sus partículas (para los gases multiatómicos los movimientos rotacional y vibracional deben tomarse en cuenta también).
El calor (Q) es energía térmica que se transfiere de un sistema más caliente a un sistema más frío que está en contacto. Por ejemplo, si dejamos unos cubos de hielo en un plato a temperatura ambiente, a medida que el hielo se derrite, se transfiere calor del agua a los alrededores.
Éste calor es la energía en tránsito que se reconoce solo cuando se cruza la frontera de un sistema termodinámico. Una vez dentro del sistema, o en los alrededores, si la transferencia es de adentro hacia afuera, el calor transferido se vuelve parte de la energía interna del sistema o de los alrededores, según su caso. El término calor, por tanto, se debe de entender como transferencia de calor y solo ocurre cuando hay diferencia de temperatura y en dirección de mayor a menor. De ello se deduce que no hay transferencia de calor entre dos sistemas que se encuentran a la misma temperatura.
Unidades de medida del calor
El calor es una forma de energía, y sus unidades de medida son el Joule (J) y la caloría (cal) (1 cal = 4,186 J) que fue definida en su momento para el calor cuando no se había establecido que era una forma de energía.
Caloría : Es la cantidad de calor que debe extraerse o transferirse a un gramo de agua para cambiar su temperatura en 1º C (cambiar su temperatura significa aumentarla en 1º C o disminuirla en lº C). Se abrevia “cal”.
 |
| Los alimentos, fuentes de calorías para el ser humano. |
Junto con la caloría se usa también la kilocaloría para medir el calor.
Kilocaloría: Es la cantidad de calor que debe extraerse o transferirse a 1 kilogramo de agua para cambiar su temperatura en 1º C. Se abrevia kcal.
Ejemplos:
325 calorías son 0,325 kilocalorías porque se debe dividir 325 : 1.000
1.500 kilocalorías son 1.500.000 calorías porque se debe multiplicar 1.500 por 1.000.
Equivalencia mecánica del calor
Como ya dijimos, cuando hablamos de calor nos estamos refiriendo a una forma de energía, pero ¿Qué sucede cuando queremos convertir energía calórica en energía mecánica?
El calor puede ser convertido en energía mecánica y viceversa, y como el calor es una forma de energía, simplemente se estaría comprobando la ley de conservación de la energía, que señala: "La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma".
La energía mecánica puede convertirse en calor a través del rozamiento, y el trabajo mecánico necesario para producir 1 caloría se conoce como equivalente mecánico del calor. A una caloría le corresponden 4,186 joules.
Según la ley de conservación de la energía, todo el trabajo mecánico realizado para producir calor por rozamiento aparece en forma de energía en los objetos sobre los que se realiza el trabajo.
O sea que cuando hablamos del equivalente mecánico del calor, no es más que una manera de expresar dos formas de energía que son iguales calóricamente hablando: la energía calórica (representada en calorías) y la energía mecánica (representada en Joules).
La relación entre la cantidad de calor producido y el trabajo realizado es una constante llamada equivalente mecánico del calor .
 |
| Paneles solares, convierten calor del sol en energía. |
En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad de calor es la misma de energía, es decir el Joule .
Si expresamos el calor en calorías y el trabajo en Joules o julios (J), se tiene la siguiente equivalencia entre Joules y Calorías:
1 caloría = 4,186 Joule y la relación inversa es: 1 J = 0,24 cal.
Temperatura y equilibrio térmico
La ley del cero de la termodinámica dice que “no se transfiere calor
entre dos objetos en equilibrio térmico”; por lo tanto, están a la misma
temperatura. Podemos calcular el calor (energía) liberado o absorbido
utilizando el calor específico C, la masa m de la sustancia y el cambio en
temperatura ΔT, en la ecuación:
Q = m×C×ΔT, donde Q = Calor absorbido, su unidad es el julio
(joules) representado con la letra J
m = masa de la sustancia
C = calor específico
ΔT = el cambio de temperatura.
Por ejemplo: Tenemos 250 ml de café caliente, y nos gustaría que se enfriara antes de intentar tomarlo; el café está a 370 K y queremos que se enfríe hasta 350 K. ¿Cuánta energía térmica tiene que transferirse del café a los alrededores para que se enfríe?
Solución:
Vamos a suponer que el café es principalmente agua, de modo que podamos usar la densidad y el calor específico del agua en nuestros cálculos. El calor específico del agua es 4.18 J/g.k, y su densidad es 1 g/ml, podemos calcular la energía transferida en el proceso de enfriar el té mediante estos pasos:
1. Calcular la masa de la sustancia: Podemos calcular la masa del café/agua
usando el volumen y la densidad del agua: m = v * ρ ...... m = 250 ml × 1 g/ml = 250g
2. Calcular el cambio de temperatura, TΔ: Podemos calcular el cambio de
temperatura, (DeltaT – TΔ), a partir de la temperatura inicial y la final:
ΔT = Tinicial – T final
ΔT = 350 K – 370 K
ΔT = -20 K
Como la temperatura del café disminuye y ΔT es negativo, esperaríamos
que q también sea negativo, ya que
nuestro sistema pierde energía térmica.
3. Despejar Q: Ahora podemos encontrar el calor transferido desde el café caliente
usando la ecuación de calor:
Q =m × C×ΔT
Q = 250g×4.18J/g⋅K ×−20K
Q =−21000 J
De esta manera, calculamos que el café transfiere 21000J de energía a
los alrededores cuando se enfría de 370K a 350K.
Medición de la temperatura
El desarrollo de técnicas para la medición de la temperatura ha pasado por un largo proceso histórico, ya que es necesario darle un valor numérico a una idea intuitiva como es lo frío o lo caliente.
Multitud de propiedades fisicoquímicas de los materiales o las sustancias varían en función de la temperatura a la que se encuentren, como por ejemplo su estado (sólido, líquido, gaseoso, plasma), su volumen, la solubilidad, la presión de vapor, su color o la conductividad eléctrica. Así mismo es uno de los factores que influyen en la velocidad a la que tienen lugar las reacciones químicas.
Escalas de temperatura:
La temperatura se mide con termómetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas que dan lugar a unidades de medición de la temperatura. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin(K), y la escala correspondiente es la escala Kelvin o escala absoluta, que asocia el valor «cero kelvin» (0 K) al «cero absoluto», y se gradúa con un tamaño de grado igual al del grado Celsius. Sin embargo, fuera del ámbito científico el uso de otras escalas de temperatura es común. La escala más extendida es la escala Celsius, llamada «centígrada»; y, en mucha menor medida, y prácticamente solo en los Estados Unidos, la escala Fahrenheit.
La imagen ilustra claramente las equivalencias en las diferentes escalas de temperatura estudiadas:
El siguiente video explica en detalle las escalas de temperatura:
Método de Conversión de temperatura:
Ejemplo: La temperatura ambiente actual es de 28°C. Pasarla a Kelvin y Fahrenheit
Solución: De °C a K: K = °C + 273 .... K = 28°C + 273 = 301 K
De °C a °F: °F = (°C * 1,8) + 32 .... °F = (28°C * 1,8) + 32 = 50,4 + 32 = 82,4 °F
Ejercicios:
1. Calcular su temperatura en °F y K
2. Un helado de coco tiene una temperatura de 23°F, calcular esta temperatura en °C y K.
Mirando el diagrama vemos que:
- Las escalas empiezan con valores diferentes (32 y 0), así que tendremos que sumar o restar 32
- Las escalas suben a diferente ritmo (180 y 100), así que también necesitamos multiplicar
Y así funciona:
| Para convertir de Celsius a Fahrenheit, primero multiplica por 180/100 (=1,8), después suma 32, la fórmula es: °F = (°C * 1,8) + 32 |
| Para convertir de Fahrenheit a Celsius, primero resta 32, después multiplica por 100/180 (= 0,55); la fórmula es: °C = (°F - 32) * 0,55 Para convertir de Celsius a Kelvin basta con sumarle 273. Fórmula: K = °C + 273 Y para pasar de Kelvin a Celsius le restamos 273. Fórmula: °C = K - 273 |
Solución: De °C a K: K = °C + 273 .... K = 28°C + 273 = 301 K
De °C a °F: °F = (°C * 1,8) + 32 .... °F = (28°C * 1,8) + 32 = 50,4 + 32 = 82,4 °F
Ejercicios:
1. Calcular su temperatura en °F y K
2. Un helado de coco tiene una temperatura de 23°F, calcular esta temperatura en °C y K.
Calor específico:
La capacidad calorífica específica, calor específico o capacidad térmica específica es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en una unidad; esta se mide en varias escalas. En general, el valor del calor específico depende del valor de la temperatura inicial. Se le representa con la letra c\,\! (minúscula).
De forma análoga, se define la capacidad calorífica como la cantidad de calor que se debe suministrar a toda la masa de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). Se la representa con la letra C\,\! (mayúscula).
Por lo tanto, la capacidad calorífica específica es el cociente entre la capacidad calorífica y la masa, esto es {\displaystyle c=C/m\,\!} donde {\displaystyle m\,\!} es la masa de la sustancia.
Para mayor profundización, visitar la página
Transmisión de calor:
En física, es el proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura. El calor se transfiere mediante convección, radiación o conducción. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos.
Por ejemplo, el calor se transmite a través de la pared de una casa por conducción, el agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por convección, y la Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por radiación.
Calor y cambio de estado:
La variación de temperatura corresponde a una variación en el estado de agitación de las partículas del cuerpo. En este caso, la energía térmica transferida se denomina calor sensible. El cambio de estado físico corresponde a un cambio en el estado de agregación de las partículas del cuerpo, haciendo que un sólido, por ejemplo, se transforme en líquido. La energía térmica responsable de los cambios de estado se denomina calor latente.
Dilatación: Se le llama dilatación térmica al aumento de longitud, volumen o alguna otra dimensión métrica que sufre un cuerpo físico debido al aumento de temperatura que provoca cualquier medio. La contracción térmica, por el contrario, es la disminución de propiedades métricas por disminución de la misma.
El siguiente mapa conceptual resume claramente este tema:
TERCER MOMENTO. PRÁCTICA.
La evaluación de este tema se realiza mediante tres actividades:
Actividad 1: Práctica de laboratorio para calcular volumen y densidad
Actividad 2: un Taller grupal que los estudiantes desarrollan en sus cuadernos, luego de apropiarse de las fórmulas para calcular peso, volumen y densidad:
 |
| AHORA.... ATRABAJAR |
ACTIVIDAD N°6 - TALLER GRUPAL
1.
Usando
la fórmula de peso W = m*g, calcule el peso
de su cuerpo en la luna, en marte y en júpiter
2.
Clasifique
los objetos que hay en su casa separando los irregulares de los regulares.
3. Elija uno
de los cuerpos irregulares clasificados y explique el procedimiento para medirlo
utilizando el principio de
Arquímedes:
De acuerdo a las
fórmulas matemáticas estudiadas, calcular el volumen de los siguientes objetos:
4. 4. Un cubo
mágico que tiene 8 cm por cada lado (a)
Fórmula Volumen
del cubo V = a3
5. Un balón de baloncesto que
tiene un radio (R) de 12 cm
Fórmula Volumen de
la esfera V = 4πR3/3
6. Una Coca-Cola que tiene una
altura (h) de 12 cm y radio (R) de 3 cm
Fórmula Volumen
del cilindro V = πR2h
7. Calcular
la densidad de una mezcla que tiene volumen de 100 cm3 y una masa de
80 g.
8. Calcular
la masa de un cuerpo que tiene un volumen de 1000 cm3 y densidad de
0.08 g/cm3
9. Calcular
el volumen de un cuerpo de masa = 80 g y densidad de 0,08 g/cm3
10. Consultar en YouTube el procedimiento y hacer una probeta graduada con una
botella, traerla la próxima clase para realizar experimentos. https://www.youtube.com/watch?v=V6ew-xVYDY0
Cada grupo
debe traer un objeto de uso diario que represente cada uno de los cuerpos
estudiados: Cubo, paralelepípedo, cilindro, esfera, cono, prisma, pirámide.
Para realizar ejercicios de medición.
Ej: cilindro = el
tubo del papel higiénico o de toallas de cocina (limpio).
“Acepta la responsabilidad en tu vida.
Se consciente de que serás tú quien te llevará a
donde quieres ir, nadie más”
.-Les Brown-.
CUARTO MOMENTO.TRANSFERENCIA Y REFUERZO.
La transferencia se realiza en durante la clase resolviendo ejemplos y ejercicios de cada tema y haciendo la retroalimentación correspondiente
Revisando los ejercicios de conversión de temperatura y el Informe de laboratorio de la práctica de densidad y volumen.
ACTIVIDAD DE REFUERZO
El Peso: Recordemos que el peso se define como la fuerza que ejerce
la gravedad sobre un objeto y se puede calcular como el producto de
la masa del objeto por la aceleración de la gravedad, mediante
la expresión w = m.g (peso es igual
a masa por gravedad);
Donde W = peso y su unidad es
el Newton (N) que equivale a 1 kg.m/s2
m = masa
g = gravedad = 9,8m/s2
Por ejemplo, si queremos
calcular el peso de un objeto cuya masa es de 35 kg, simplemente tomamos la
expresión:
W=m.g
m =
35 kg
g =
9,8m/s2 y reemplazamos: W=m.g
W =
35 kg x 9,8 m/s2
W =
343 kg x m/s2.
W = 343 N
Ejercicios:
1.
Calcular el peso de un escritorio que tiene una masa de
50 kg
2.
Cuál es el peso de una mujer cuya masa es de 60 kg y carga
en sus brazos un bebé de 15 kg.
3.
Calcule su propio peso.
La Densidad: Es la
cantidad de masa en un determinado volumen de
una sustancia; se simboliza mediante la letra rho = ρ del alfabeto griego; es la
relación entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.
Se calcula
mediante la expresión: ρ = m/v (densidad
es igual a masa dividida entre volumen);
Donde ρ = densidad y su
unidad es g/cc, g/ml, g/cm3, o kg/L
m = masa
v = volumen.
Por ejemplo, queremos calcular la densidad de una sustancia que tiene un
volumen de 400 ml y una masa de 50 g; tomamos la expresión:
ρ =
m/v
m = 50 g
v = 400 ml y reemplazamos: ρ
= m/v
ρ = 50 g / 400 ml
ρ
= 0,125 g/ml
Ejercicios:
1.
Calcular la
densidad de un jugo cuyo volumen es de 500 ml y contiene 25 g de sustancias
sólidas.
2.
Cuál es la
densidad de un bote de yogurt de 1500 cc, de los cuales 1200 cc corresponden a
leche, 150 g de mora y 150 gramos de azúcar.
3. En
un balde mezclamos 3 litros de agua con 2 kg de cemento. ¿Cuál es la densidad
de la mezcla?
“Las
fuertes pruebas son el origen de las inmensas dichas”
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ResponderBorrarHola profe que mas hay le mandamos el nombre de las personas que van a trabajar en mi grupo:efren ansizar Aguirre Valverde. Jhan Carlos de la cruz Romero. Abel josias montaño veserra
ResponderBorrarMuy Bien, les faltó el nombre del proyecto. Los felicito por dedicar tiempo a sus actividades de aprendizaje.
BorrarHola profe que mas hay le mandamos el nombre de las personas que van a trabajar en mi grupo:efren ansizar Aguirre Valverde. Jhan Carlos de la cruz Romero. Abel josias montaño veserra
ResponderBorrarEste comentario ha sido eliminado por el autor.
ResponderBorrarY el invento que boy a presentar es el del clavo e imán
ResponderBorrarOK, recibido.
BorrarProfe mi grupo está compuesto por Luis Camilo Ortiz benavidez, neiser Ricardo Quiñones, edwin David perlaza solos, cintya Lorena ortiz
ResponderBorrarMuy bien Luis Camilo. ¿Cuál es el proyecto a trabajar?
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