66 libro para el maestro - sec | telesecundarias...de materia. todo lo que nos rodea es, en última...

66 L ib ro para e l maest ro

67L ib ro para e l maest ro

¿Cómo se organiza la materia?Propósito y perspectivaEsta secuencia describe la estructura general de la materia y sus estados de agregación, a partir de la teoría cinética de las moléculas.

Desde una perspectiva histórica, se valoran las principales contribuciones que a esta teoría realizaron físicos como Bernoulli, Boltzmann y Maxwell, considerando el carácter inacabado de las ciencias. Desde la perspectiva de CTS, se aprecia la importancia práctica del conocimiento de los estados de agregación de los materiales que empleamos a diario.

Plan de trabajoEn el plan de trabajo se incluye la siguiente información para cada actividad:

• Los contenidos conceptuales, en negritas.

• Las destrezas en rojo.

• Las actitudes en morado.

• El trabajo que el alumno desarrolla en la actividad, en azul. El alumno decide cuál o cuáles trabajos incluye en su portafolio. Usted puede sugerir aquellos que considere representativos de la secuencia.

• Los recursos multimedia con los que se trabaja en cada actividad.

• Los materiales que deben llevarse de casa o el trabajo realizado previamente.

secuencia 17

SESIÓN Momento de la secuencia

Propósitos (conceptos, destrezas y actitudes)

Materiales necesarios o trabajo en casa

1Texto introductorio

Mostrar variedad de formas y características de la materia y establecer propiedades generales como masa, volumen y densidad.

Actividad de desarrollo

UNO Describir el fenómeno de difusión en un líquido. Apreciar la importancia de los estados de agregación en la difusión de sustancias de uso cotidiano. Cuestionario.

Por equipo: Vaso con agua, gotero y un poco de tinta, colorante vegetal o esencia de vainilla.

Texto de información inicial

Identificar las características de los estados de agregación sólido, líquido y gaseoso, y definir a la molécula como la partícula constituyente de la materia. Cuestionario.

Las mil formas de la materia

Actividad de desarrollo

DOS Construir un modelo de los estados de agregación de la materia. Reporte de práctica.

Las moléculas se organizan Por equipo: 30 pelotitas de unicel de 1 a 2 cm de diámetro, 50 palillos de madera, recipiente de plástico de 3 a 4 litros de capacidad, cubeta de plástico de 10 a 20 litros, 2 bolsas de plástico de distintos tamaños, hilo, cordel o alambre para amarrar bolsas.

2Texto de formalización

Valorar las contribuciones de Newton a Boltzmann a la teoría cinética, explicando el papel que desempeña la velocidad de las partículas.

Actividades de evaluación

Resuelvo el problema

¿Para qué me sirve lo que aprendí?

Ahora opino que…


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secuencia 17

Para empezarLee el texto.

• Antes de comenzar la lectura, responde: ¿Por qué existen tantos materialesdistintos?

sesión 1

Texto introductorio

¿Cómo se organizala materia?

La materia… no hay manera deno verla, palparla, sentirla, olerla.Estamos hechos, a fin de cuentas,de materia. Todo lo que nos rodeaes, en última instancia, materia.Hay tantas clases de materia, contantas características diferentes,que pareciera imposibledescribirlas todas.

Desde pequeños descubrimosalgunas propiedades comunes atoda la materia, como la masa y elvolumen. La densidad es la relaciónentre ambas. Por ejemplo, ladensidad del agua líquida esdiferente de la del vapor de agua,ya que la misma masa de aguaocupa volúmenes diferentes.

Si bien el concepto de densidadnos da una buena descripción decómo es cada material, no essuficiente para explicar todas suspropiedades y comportamientos.Para comprender mejor la materiaes necesario conocer de qué estáhecha, esto es, cuáles son laspartículas que la constituyen ycómo se organizan.

La materia en sus diferentes formas constituye el mundo que nos rodea.

SeSión 1Antes de iniciar la sesión, comente con los estudiantes que el estudio de la estructura y el comportamiento de la materia se relaciona con todos los campos de las ciencias naturales y de la tecnología; por ejemplo, en la constante investigación de materiales que hacen nuestra vida cotidiana más cómoda, divertida y segura.

1 En esta sesión se revisan los estados de agregación de la materia más usuales, a partir de propiedades generales como masa, volumen y densidad. Se presentan características básicas de la teoría cinética de partículas para explicar los estados de agregación de la materia.

Para empezar

Texto introductorio

El texto muestra la variedad de formas en que se presenta la materia, y establece sus propiedades generales en cuanto a masa, volumen y densidad.

3 Pida a los alumnos que mencionen diferentes materiales como aire, madera, plástico, agua, etcétera. Escríbanlos en el pizarrón y ordénenlos de menor a mayor densidad. Si lo considera conveniente, puede consultar la tabla de densidades de la Secuencia 14.

Para cada actividad se presenta la siguiente información:

1. El propósito.

2. Las sugerencias generales para enseñar en Telesecundaria, que aparecen en un manchón como . Consulte el documento Cinco sugerencias para enseñar en la Telesecundaria para seleccionar la más adecuada.

3. Las sugerencias específicas para la actividad.

4. Las respuestas esperadas se marcan como RM: Respuesta modelo. Cuando la pregunta es abierta y acepta más de una respuesta se marca como RL: Respuesta libre. En este caso se ofrecen ejemplos de posibles respuestas o criterios que el alumno debe tomar en cuenta al dar su respuesta.


Consideremos lo siguiente…

No espere que sus alumnos resuelvan el problema que presentamos abajo; deje que imaginen posibles soluciones. La respuesta que damos le permitirá guiar a los alumnos adecuadamente durante las actividades.

Solución al problema: RM El conocimiento de la estructura de la materia y cómo se organizan sus moléculas permite explicar una variedad de fenómenos, por ejemplo: El movimiento de estos pequeños fragmentos de materia, como polvo o talco, en un fluido es causado por el constante golpeteo de las moléculas del fluido con dichos fragmentos Este fenómeno se llama movimiento browniano.

Lo que pienso del problema

1. Se sugiere ejemplificar a los alumnos que este fenómeno es similar a cuando, en una habitación cerrada y oscura, entra un rayo de luz solar o de otro tipo a la habitación y, al observar con cuidado, se ve una multitud de fragmentos de polvo moviéndose continuamente. RL Por ejemplo: Tal vez, aun si el agua está quieta, las partículas que la conforman no lo están, y esto puede provocar el movimiento de los fragmentos como el talco o el polvo.

2. RL Por ejemplo: No se apreciaría porque el lápiz es muy grande.

Intercambien sus puntos de vista sobre:

• Las fuerzas que producen las colisiones entre las moléculas del agua y los fragmentos de polvo o talco son, en realidad, fuerzas de repulsión electromagnética. Desde luego, no se espera que los alumnos consideren esto, por lo que le sugerimos que sólo oriente sus respuestas en el sentido de que necesariamente se dan colisiones. Puntualice que el tamaño de un fragmento de polvo es muy grande comparado con el de una molécula de agua, por lo que en realidad se dan múltiples colisiones para conseguir un desplazamiento de dicho fragmento. RL Por ejemplo: El polvo o talco debe estar sujeto a choques con las partículas del agua. Por eso se mueven.

El volumen y la masa son propiedades generales de la materia. La densidad es la relación entre ambas. Recuerde a sus alumnos no confundir masa con peso, pues todo cuerpo posee necesariamente cierta cantidad de masa; sin embargo, puede tener un peso nulo, si dicho cuerpo estuviese en ausencia de fuerzas gravitacionales.

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IICIENCIAS

Ahora conoces algunos modelos que explican la constitución de la materia. En estasecuencia explicarás algunas características y comportamientos macroscópicos de lamateria, como los estados de agregación, a partir de la teoría cinética de partículas.Valorarás la participación de esta teoría en la construcción del conocimiento científico.

Lo que pienso del problemaResponde en tu cuaderno:

1. ¿Por qué un poco de talco u otro polvo se mueven en la superficie del agua,aun si está totalmente quieta?

2. ¿Se apreciaría movimiento en un lápiz si lo colocas sobre agua? ¿Por qué?

Intercambien sus puntos de vista sobre:

• ¿Qué provoca el movimiento de las partículas de talco o polvo espolvoreadasen el agua?

Vínculo entre SecuenciasRecuerda que los conceptos de densidad, volumen y masa se revisaron en la Secuencia 14: ¿Qué percibimos de las cosas?

Consideremos lo siguiente…A continuación encontrarás el problema que tendrás que resolver con lo que hayas aprendido durante la secuencia.

Cuando añadimos ciertos materiales al agua notamos fenómenos sorprendentes, por ejemplo, que cantidades mínimas de talco, canela o pimienta en polvo, al espolvorearse sobre un poco de agua en total reposo, se mueven apreciablemente.

¿Cómo explicas este hecho desde el punto de vista de la estructura de la materia?


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secuencia 17

Actividad UNODescriban el fenómeno de difusión en un líquido. Para ello:

• Realicen la siguiente demostración.

1. Comenten: ¿Por qué la tinta se difunde en el agua?

2. Van a necesitar:

a) Vaso con agua

b) Gotero

c) Un poco de tinta, colorante vegetal o esencia devainilla.

3. Realicen lo que se indica:

a) Pidan a un compañero su participación.

b) Solicítenle que agregue dos gotas de tinta,colorante o esencia al agua, sin agitar, yprocurando que el agua esté en total reposo.

c) Observen detenidamente qué pasa con la tinta alestar en contacto con el agua.

4. Intercambien sus opiniones:

a) ¿Por qué creen que no se requiere agitar paraque la tinta se difunda en el agua?

b) ¿Qué indica este fenómeno en cuanto a laestructura de la materia?

c) Si dejan pasar suficiente tiempo, ¿la tinta sedifundirá por completo en el agua?Difusión: Una sustancia se combina con

otra cuando sus moléculas se dispersan

en todas direcciones, y en cualquier

porción del líquido se pueden encontrar

moléculas de ambas sustancias.

nueva destreza empleada

Describir: Reconocer las características, las

propiedades o el funcionamiento de algo: organismos,

objetos y procesos científicos.

Manos a la obra

Manos a la obra

nueva destreza empleada Comente con sus alumnos la nueva destreza trabajada en la secuencia. En caso de que se les dificulte, proporcióneles ejemplos de la vida cotidiana que les permitan entender el significado: cuando alguien nos pregunta cómo se puede ir hacia cierto lugar, la respuesta es una descripción de la ruta que debería tomar; asimismo, podemos describir qué tanto se desplaza un coche o cuál es el aspecto de una persona.

Actividad UNO

El propósito de la actividad es que los alumnos observen el fenómeno de difusión de la tinta en el agua, y puedan elaborar una descripción que ayude a comprender que tanto el agua y la tinta están formadas de partículas, que más tarde caracterizarán como “moléculas”, y que dichas partículas se entremezclan por sí mismas al estar estas dos sustancias en contacto, gracias a que están en continuo movimiento.

Describan el fenómeno de difusión en un líquido. Para ello:

• Aquí se exploran de nuevo las ideas previas de los estudiantes. Pídales que lean la definición del término “difusión” en el glosario que está al final de la actividad y, a partir de esto, traten de explicar qué sucede. RL Por ejemplo: Las partículas de la tinta se mueven hasta que se entremezclan por todas partes dentro del agua.

4. a) RM Porque tanto las moléculas que componen la tinta como las del agua están en movimiento. De esta manera, las moléculas de la tinta se van esparciendo por todo el volumen de agua.

b) RM Primero, que la materia está formada de partículas y, segundo, que éstas se mueven.

c) RM Sí, llegará un momento en el que las partículas de tinta estén en cualquier parte o porción del agua, lo que puede observarse cuando el agua queda teñida uniformemente con el color de la tinta.


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IICIENCIASLas mil formas de la materia

Lean el texto.

• Pongan especial atención en los estados de agregación que sedescriben en la lectura.


¿Un mundo de moléculas?Dentro de las muchas diferencias y semejanzasque los materiales y sustancias pueden tener entresí, hay un aspecto evidente: cuando aplicamos unafuerza deformante a un cuerpo, se deforma enmayor o menor grado. Hay materiales que resistenbien a estas fuerzas. A otros, en cambio, es fácilcomprimirlos.

La respuesta de los materiales ante las fuerzasdeformantes y las fuerzas que los comprimenpermite clasificarlos en grandes grupos, llamadosestados de agregación.

Tabla 1. Algunos estados de agregación de la materia

Estado de agregación

Respuestaante la

deformación

Ante la fuerza de deformación, qué pasa con la forma

Respuestaante la

compresión

Ante la compresión, qué

pasa con el volumen

Ejemplo

Sólido Pocodeformable

Conserva la forma IncompresibleConserva el

volumen

Líquido DeformableToma la forma delrecipiente que lo

contieneIncompresible

Conserva elvolumen

Gaseoso Muydeformable

Toma la forma delrecipiente que lo

contiene

Muycompresible

El volumendisminuye perosiempre ocupatodo el espacio

disponible

El recurso muestra ejemplos de la vida cotidiana, de los distintos estados de agregación de la materia: sólido, líquido y gaseoso.

4 El recurso tecnológico complementa la información del texto. Puede aprovechar el recurso para reflexionar sobre situaciones cotidianas en las que les es más fácil a sus alumnos observar los estados de agregación.


El texto define los tres estados de agregación de la materia más comunes, a partir del hecho de que todo cuerpo está constituido por partículas con espacios vacíos entre ellas; y que, según estén agregadas, presentarán distintos comportamientos en cuanto a conservar o no la forma o el volumen.

3 Revise con sus alumnos el contenido de la tabla, pues su comprensión es importante para el desarrollo de la secuencia.


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secuencia 17Los estados sólido, líquido y gaseoso son los tres estados de agregación de la materia más comunes y fáciles de identificar a nuestro alrededor. Los líquidos y los gases tienen la propiedad de fluir, es decir, ante una mínima fuerza que se les aplique, porciones de ellos se desplazan sobre las porciones restantes del material. Por ello se les llama genéricamente fluidos.

La explicación para estos fenómenos es que la materia debe estar formada de pequeñas fracciones, secciones o partículas, ya que si fuese algo continuo, no sería posible deformarla ni comprimirla, por muy grande que fuese la fuerza aplicada. Sólo considerando partículas materiales y espacios vacíos podemos explicar este comportamiento.

La partícula material más pequeña que define las características de ciertas sustancias es la molécula. Las moléculas se componen de otras partículas aún más pequeñas: los átomos. Podemos darnos una idea de su tamaño considerando que hay billones de ellos en una sola partícula de polvo. Nuestro mundo es, en efecto, un mundo de partículas –átomos o moléculas– que se organizan de muchas maneras, produciendo como resultado la asombrosa variedad de la materia, así sea en nuestro organismo o en la galaxia más remota.

Estado de agregación: Conjunto de

características de la materia

relacionadas con la manera en que sus

partículas están acomodadas o

agregadas.

en su cuaderno:

1. Mencionen cinco ejemplos de:

a) Sólidos

b) Líquidos

c) Gases

2. Para cada ejemplo, describan qué tan deformable y compresible es.

comenten:

1. ¿Por qué un gas no conserva su forma?

2. ¿Qué pasaría si una silla o los cimientos de un edificio no fueran sólidos?

En su cuaderno:

1. a) RLPorejemplo:Arena,madera,aluminio,rocasyhielo.

b) RLPorejemplo:Agua,leche,mercurio,mielygasolina.

c) RLPorejemplo:Vapordeagua,helio,dióxidodecarbono,oxígenoehidrógeno.

2. RLPorejemplo:Lossólidosmencionadosnosondeformablesnicompresibles,loslíquidossedeformanfácilmenteperonosoncompresibles,mientrasquelosgasessedeformanycomprimenconmuchafacilidad.

Comenten:

1. RMPorqueprácticamentenohayfuerzasdecohesiónentresusmoléculas.

2. RLPorejemplo:Lasmoléculasdelosmaterialesenestadogaseosoestánmuyseparadasentresí;porelloesposiblecomprimirungas.Enloslíquidosylossólidosestánmásjuntas,sóloqueenestosúltimos,estánademásunidas,porloquelosmaterialessólidossondifícilesdedeformar.Silasillaoloscimientosdeunedificionofuesensólidos,sedeformaríanynotendríanlarigidezsuficienteparacumplirsufunciónadecuadamente.


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IICIENCIAS

Actividad DOSLas moléculas se organizan

Construyan un modelo de los estados de agregación de la materia.

• Realicen la práctica. Para ello:

i. Formen tres equipos.

ii. Cada uno realizará una experiencia.

1. Material

a) 27 pelotitas de unicel de 1 a 2 cm de diámetro.

b) Paquete de 50 palillos de madera.

c) Recipiente de plástico de 3 a 4 litros de capacidad.

d) Recipiente de plástico de 10 a 20 litros de capacidad.

e) Dos bolsas de plástico transparente de diferente tamaño.

f) Cordel, hilo o alambre delgado para amarrar las bolsas.

g) Globo grande.

2. Procedimiento

Experiencia A: El comportamiento de las moléculas en los gases

a) Inflen el globo ligeramente.

b) Observen la forma que adopta el aire en el interior del globo.

c) Opriman el globo con las manos.

d) Observen si el aire que contiene cambia de forma.

e) Vacíen todas las pelotitas de unicel en la bolsa de menor tamaño.

f) Inflen la bolsa con las pelotitas de la misma manera que lo haríancon un globo.

g) Amarren la bolsa.

h) Agítenla enérgicamente.

i) Observen cómo se mueven laspelotitas y qué tanto espacioocupan.

j) Repitan los pasos e a i con labolsa grande.

k) Anoten susobservaciones.

Actividad DOS

El interactivo incluye representaciones de los tres principales estados de agregación de la materia: líquido, gaseoso y sólido.

4 Además, fomenta la participación y el debate en el aula con la oportunidad de que los alumnos integren sus conocimientos y expresen sus ideas sobre el fenómeno observado. El recurso cuenta con instrucciones y sugerencia didáctica que se propone revisar antes de utilizarlo para un mejor aprovechamiento.

Puede utilizar el interactivo como complemento de la actividad.

Construyan un modelo de los estados de agregación de la materia.

El propósito de la actividad es que los alumnos construyan un modelo que caracterice el comportamiento de las moléculas en cada estado de agregación. En este modelo, la molécula se representa por una pelotita de unicel.


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secuencia 17experiencia B: el comportamiento de las moléculas en los líquidos

a) Vacíen todas la pelotitas de unicel en el recipiente de 3 a 4 litros.

b) Muevan con suavidad y en círculos el recipiente o palangana.

c) Observen cómo se mueven las pelotitas.

d) Vacíen las pelotitas en la cubeta y repitan el paso b.

experiencia c: el comportamiento de las moléculas en los sólidos

a) Poniendo mucho cuidado de no herirse, unan con los palillos 9pelotitas de unicel, de tal manera que puedan armar un cuadradocon 3 pelotitas por lado, como el que se muestra en la figura.

b) Armen otros dos cuadrados de 3 x 3.

c) Tomen cada cuadrado de pelotitas y únanlos con palillos con losotros cuadrados, de modo que puedan armar un cubo con las 27pelotitas, como se muestra en la figura.

d) Metan el bloque de pelotitas en la palangana o recipiente.

e) Agiten el recipiente de varias maneras.

f) Observen atentamente cómo se mueven las pelotitas unidas porpalillos.

g) Coloquen el bloque de pelotitas en la cubeta y repitan el paso f.

Experiencia C: El comportamiento de las moléculas en los sólidosRecomiende a los estudiantes perforar cada pelotita de tal manera que la punta del palillo quede lo más cerca del centro de la misma, para que al armar la estructura no se zafen fácilmente. Además, pídales que no usen palillos astillados o que puedan quebrarse, para evitar lastimaduras.


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IICIENCIAS3. Resultados

a) Registren sus observaciones al completar una tabla como la que se muestra.

b) Llamaremos contenedor a aquello que contuvo las pelotitas en cualquiera de loscasos, ya sean las bolsas, el recipiente, palangana o cubeta.

Experiencia¿Cómo fue el

movimiento de las pelotitas?

¿Qué sucede con la forma del conjunto de pelotitas al cambiarlas de contenedor?

¿Qué sucede con el volumen del conjunto de pelotitas al

cambiarlas de contenedor?

A

B

C

c) Tomen nota de los resultados obtenidos por los demás equipos.

4. Análisis de resultados

• Contesten las siguientes preguntas:

a) ¿En cuál caso el conjunto de pelotitas modificó tanto su forma como suvolumen al pasar de un contenedor a otro? Expliquen.

b) ¿Qué pasó con la forma del aire dentro del globo cuando lo oprimieron?

c) ¿En cuál caso el conjunto de pelotitas conservó tanto su forma como suvolumen al pasar de un recipiente a otro?

d) ¿En cuál conservó sólo la forma?

e) ¿En cuál conservó sólo su volumen?

f) ¿Qué estado de agregación de la materia se estaría representando en cada caso?

g) ¿En cuál de los casos podríamos meter a todas las pelotitas en un contenedorcada vez más y más pequeño?

h) Cuando las pelotitas se pasan a un contenedor de diferente tamaño, ¿cómocambia la densidad del material? Fundamenten su respuesta.

5. Comunicación

• Elaboren un reporte de la práctica en sus cuadernos.

Hagan en el pizarrón un mapa conceptual de las características de los tres estados principales de agregación de la materia.

• Comenten la utilidad de los modelos para representar los estados de agregación de lamateria.

3. Resultados

b) RM En la tabla.


a) RM En la Experiencia A, al no tener palillos que conserven su distancia relativa y permanecer en constante agitación, pueden estar en cualquier lugar del interior de la bolsa, y ocupan todo el volumen de la misma. No mantienen una forma definida.

b) RM La forma cambió; de hecho, el aire que contiene el globo adopta la forma del mismo, y si dicho globo cambia de forma, también lo hace el aire que contiene.

c) RM En la Experiencia C.

d) RM En la Experiencia C.

e) Comente a los alumnos que, en cada experiencia, deben prestar atención a la separación de las pelotitas cuando están en el contenedor, y luego ver si esta separación cambió apreciablemente al pasar al otro contenedor. Así es como podrán determinar si hubo o no cambio en el volumen. RM En las Experiencias B y C.

f) RM La Experiencia A corresponde al estado gaseoso, la Experiencia B representa el estado líquido y la Experiencia C, el estado sólido.

g) Se sugiere comentar a los alumnos que al estar pasando las pelotitas a contenedores cada vez más pequeños, desde luego se llegaría a un límite en las dimensiones del recipiente. RM En las Experiencias A y B.

h) Recuerde a los estudiantes que la densidad es el cociente entre la masa y el volumen. En todas las experiencias de esta actividad la masa no ha variado, pues se tiene el mismo número de pelotitas. Entonces, habrá variación en la densidad cuando cambie el volumen, que es el espacio que ocupan las pelotitas. RM Como la masa es constante por usar la misma cantidad de pelotitas, la densidad sólo cambia cuando cambia el volumen, lo cual sólo sucede en la Experiencia A. Cuando pasamos las pelotitas de la bolsa pequeña a la grande, el volumen aumenta y la densidad disminuye.

Hagan en el pizarrón, un mapa conceptual de las características de los tres estados principales de agregación de la materia.

RL

RM Totalmente desordenado, la distancia entre las pelotitas cambia continuamente.RM Desordenado, pero las pelotas conservaron su cercanía.

RM Se movieron todas juntas. Conservaron la misma distancia entre una y otra.

RM La forma cambia, de hecho, toma la forma del contenedor.

RM La forma cambia, de hecho, toma la forma del contenedor.

RM El volumen cambia y las pelotitas están en todo el interior del contenedor, es decir, ocupan todo el espacio disponible.

RM La forma se conserva, sin importar las dimensiones del contenedor.

RM El volumen se conserva; las pelotitas no cambian de posición unas respecto a otras y conservan la misma distancia entre ellas.

RM El volumen se conserva; las pelotitas conservan su cercanía, pero cambian las posiciones de unas respecto a otras.


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secuencia 17

Para terminarLean el texto.

• Pongan atención en los efectos de la energía cinética en los distintos estados de lamateria.

Texto de formalización

sesión 2

Reflexión sobre lo aprendido

En los modelos de la actividad anterior, ¿en cuál de los estados de

agregación las pelotitas pueden moverse con mayor facilidad? ¿En qué

te ayuda esto para resolver el problema?

¿Muchas moléculas y muy movidas?Las moléculas, que son como los ladrillos que conforman todas las cosas, se mueven continuamente. A estaconclusión llegamos necesariamente cuando observamos fenómenos como los siguientes:

• Si dejamos guayabas, mangos o plátanos en una habitación cerrada durante algún tiempo, al regresarnotaremos el olor característico de esa fruta esparcido en el aire.

• Si agregamos, sin agitar, unas gotas de esencia de vainilla a un vaso de leche, después de un ratoveremos que la leche adquirió un tono ligeramente amarillo, además del olor y sabor de la vainilla.

Nada de esto ocurriría si las moléculas permanecieran quietas. Aunque pequeñísimas, no podemos olvidarque son, a fin de cuentas, materia, y como tal están sujetas a las leyes de Newton del movimiento. Llevanasociada cierta cantidad de energía mecánica. La energía mecánica es la suma de la energía cinética y lapotencial. Todas las moléculas tienen, por el sólo hecho de moverse, cierta energía cinética. La energía cinéticaestá relacionada estrechamente con la velocidad de las moléculas; a mayor velocidad, mucho mayor energíacinética. La energía potencial de las moléculas proviene de la interacción con las moléculas vecinas.

1 Para cerrar la sesión, se recomienda que algunos alumnos lean en voz alta la Reflexión sobre lo aprendido que escribieron en sus cuadernos y, a continuación, el resto del grupo comente la utilidad que tiene este conocimiento para la vida cotidiana.

SeSión 23 Antes de iniciar la sesión, pida la

participación del grupo para retomar lo aprendido durante la sesión anterior. Puede pedir que respondan algunas preguntas como éstas:

1. ¿Cuál es el problema que se quiere resolver?

2. ¿Cómo se comporta la materia en los diferentes estados de agregación?

Para terminar


El texto muestra una revisión histórica de las principales contribuciones a la teoría cinética molecular, y postula el movimiento de las moléculas como aspecto fundamental en la explicación de los estados de agregación de la materia y de fenómenos como el movimiento browniano.

2 Mencione a los alumnos que la teoría cinética de las partículas permite explicar fenómenos macroscópicos, como los estados de agregación de la materia, a través de variables microscópicas, por ejemplo, la velocidad o la energía cinética de cada molécula. Asimismo, puntualice que el movimiento browniano es perceptible a escala macroscópica, al ser el resultado de una multitud de colisiones con las moléculas del fluido. Es más visible en un gas, ya que sus moléculas tienen mayor energía cinética.

Haga énfasis en que esta teoría ha tenido gran importancia en crear un puente entre el mundo microscópico y el macroscópico, por lo que representó un avance significativo en el conocimiento científico.


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IICIENCIAS

La cantidad relativa de una u otra forma de energía está muy relacionada con el estado de agregación.La teoría cinética molecular se basa en las leyes de Newton del movimiento. Fue desarrollada por varios

científicos, como el suizo Daniel Bernoulli, quien postuló que los gases son partículas que se mueven en todasdirecciones. Posteriormente, el físico austriaco Ludwig Boltzmann explicó las propiedadesmacroscópicas de los gases a partir de una descripción estadística del movimiento delas partículas.

Uno de los efectos sorprendentes de este movimiento molecularperpetuo es el movimiento browniano, llamado así en honordel botánico escocés Robert Brown, quien descubrióque pequeños fragmentos de materia, perceptibles asimple vista, como partículas de polvo o polen, semueven continuamente en direccionesaleatorias cuando están inmersos en un líquidoo gas, debido a que son golpeadosincesantemente por las moléculas del fluido.

Aleatorio: Suceso o

resultado incierto,

que ocurre al azar.

Si las moléculas de un cuerpo tienen más energía potencial que cinética, su movimiento será muy limitado, y sólo vibran en torno a una posición deequilibrio. En ese caso, formarán un cuerpo sólido. Si la energía cinética es más o menos la misma que la potencial, hablaremos de un líquido. Cuando laenergía cinética es mucho mayor que la potencial, se tratará de un gas. La teoría cinética explica los estados de agregación de la materia.

Consulta tu diccionario para encontrar el significado de palabras como estadística.

La teoría cinética explica el movimiento browniano de una partícula ligera, como polvo, polen otalco, cuando, a causa de los choques con las moléculas del fluido en el que está inmersa, recorretrayectorias zigzagueantes.

Sin las técnicas estadísticas, no hubiese sido posible establecer y, sobre todo, formalizar la teoría cinética de la materia.

4 Se sugiere que ejemplifique esta noción pidiendo a los alumnos que calculen su estatura promedio. Luego, que observen que esta cantidad se correlaciona con el grado escolar que cursan a lo largo del ciclo de educación básica, pues conforme se avanza en grado, el promedio de estatura se incrementa. Si nos dicen que cierto grupo de estudiantes cursa el segundo año de secundaria, por ejemplo, es posible inferir que su estatura promedio es de determinado valor, sin que por eso debamos medir a cada uno de los alumnos de ese grupo. Algo semejante ocurre cuando, en vez de hablar de la energía cinética de cada molécula, lo que prácticamente sería imposible, nos referimos a la temperatura del material.


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secuencia 17contesten en su cuaderno:

1. En un volumen dado, ¿en cuál delos tres estados de agregaciónhabrá más moléculas? ¿Por qué?

2. ¿Existe un estado de agregaciónen el que las moléculas estén enreposo? Argumenten su respuesta.

comenten:

• Desde el punto de vista de lateoría cinética molecular, ¿cómoexplican el movimiento de laspartículas de polvo en el aire?

El aire que compone la atmósfera terrestre contiene moléculas de varios gases, y todasellas se mueven constantemente.

Lo que aprendimosResuelvo el problema“Cuando añadimos ciertos materiales al agua notamos fenómenossorprendentes, como que cantidades mínimas de talco, canela opimienta en polvo, al espolvorearse sobre un poco de agua en totalreposo, se mueven apreciablemente.

¿Cómo explicas este hecho desde el punto de vista de la estructurade la materia?”.

escribe la solución al problema en tu cuaderno.

• Toma en cuenta el siguiente aspecto: ¿Qué relación tiene elmovimiento de las moléculas de un fluido con el movimientoobservado en las partículas espolvoreadas en el agua?


Revisa lo que pensabas al inicio de la secuencia acerca de los

estados de agregación de la materia, y el movimiento de las

moléculas ¿Hay alguna diferencia entre lo que pensabas y lo

que sabes ahora? Explica tu respuesta.

Vínculo entre secuenciasRecuerda que las fuerzas electromagnéticas se mencionan en la secuencia 6: ¿Por qué cambia el movimiento?

Los choques elásticos se analizaron en la secuencia 8: ¿Cuáles son las causas del movimiento?

Para recordar los conceptos de energía cinética y potencial, revisa la secuencia 11: ¿Quién inventó la Montaña Rusa?

Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: ¿Cómo se organiza la materia?en la programación de la red satelital edusat.

Contesten en su cuaderno:

1. RM En el estado sólido, porque hay mayor fuerza de cohesión que en los otros, y las moléculas están más cercanas unas de otras.

2. RM No hay ningún caso en el que las moléculas no se muevan, pues aún en los sólidos, que es donde tienen menor libertad de movimiento, las moléculas vibran.

Comenten:

• RM Los frecuentes choques con las moléculas del gas les confieren a los fragmentos de polvo energía de movimiento o cinética, y por ello se mueven continuamente en direcciones aleatorias.

Lo que aprendimos


Escribe la solución al problema en tu cuaderno.

• RM Las moléculas de un líquido están en movimiento y, eventualmente, colisionan con los fragmentos espolvoreados en él, ocasionándoles movimientos en todas direcciones, fenómeno llamado movimiento browniano.

Reflexión sobre lo aprendidoRL Por ejemplo: Antes pensaba que las partículas que forman la materia no estaban necesariamente en movimiento. Ahora sé que en cualquier estado de agregación esas partículas, llamadas moléculas, se mueven en mayor o menor grado, pero siempre se mueven.

El programa permite reconocer los estados de agregación de la materia y su utilidad en la vida cotidiana y las ciencias.

4 Puede aprovechar el recurso para

sintetizar con sus alumnos los conocimientos construidos a lo largo de la secuencia. El recurso tecnológico integra el contenido de la secuencia.

En el Texto de formalización de la Secuencia 6 se describen las fuerzas electromagnéticas como interacciones a distancia (ya sean atractivas o repulsivas), y a escala molecular estas fuerzas prevalecen sobre cualquier otra. Recuerde a sus alumnos que cuando las moléculas, animadas de movimiento, colisionan unas con otras, los choques tienen las características de los choques elásticos, es decir, se preserva la energía cinética. Comente con los estudiantes que la energía cinética de un móvil depende de su velocidad y la potencial, de lo que podría moverse en función de su posición.


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IICIENCIAS

¿Para qué me sirve lo que aprendí?El conocimiento de los estados de agregación de la materia es fundamental para la fabricación y empleo de muchos materiales que utilizamos con frecuencia.

1. Elabora una lista de cuatro objetos y sustancias quesuelas utilizar en un día.

2. ¿Qué pasaría si todos ellos estuvieran en un estado deagregación diferente?

Ahora opino que… La teoría cinética molecular representó un gran avance en la comprensión del comportamiento de la materia, y permitió explicar diversas propiedades macroscópicas de la misma, como los estados de agregación.

1. ¿Cómo explicarías la transferencia de carga eléctrica deun cuerpo a otro a partir de la teoría cinética?

2. ¿Qué limitaciones consideras que tiene la teoríacinética?

3. ¿Los modelos y las teorías científicas son explicacionesdefinitivas de los fenómenos naturales? Argumenta turespuesta.

Para saber más…1. Diccionario de Física (2004). Madrid: Oxford-Complutense.

2. Allier, Rosalía A. et al. (2005). La Magia de la Física. Tercer Grado. México:McGraw-Hill.

3. Félix, Alejandro et al. (2001). Lecciones de Física. México: CECSA.

1. García-Colín, Leopoldo. Y sin embargo se mueven. ILCE. 7 de marzo de 2007.http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/36/htm/ysin.html

2. Morcillo, Juan G. Imágenes de rocas en la Tierra. Portal de Ciencias Experimentales.Universidad Complutense de Madrid. 5 de marzo de 2007. http://www.ucm.es/info/diciex/programas/index.htm

3. M. A. Gómez. Movimiento browniano. El rincón de la ciencia. IES. Victoria Kent.Madrid, España. 5 de junio de 2007. http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/Practica/pr-52/PR-52.htm

4. Braun, Eliezer. Un movimiento en zig-zag. ILCE. 7 de junio de 2007.http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/13/htm/sec_4.html


1. RL Por ejemplo: La leche, los lápices, el agua, el gas que se usa para cocinar.

2. RL Por ejemplo: Sería muy complicado beber la leche si no fuese líquida, o lavarme la cara con agua en forma de hielo, que el gas se expandiera por las tuberías para llegar a las hornillas de la estufa si fuera líquido, o escribir con un lápiz líquido o gaseoso.

Ahora opino que…

1. Recuerde a los alumnos que la teoría cinética postula que toda la materia está formada por partículas, llamadas moléculas, y que éstas se encuentran en continuo movimiento; sin embargo, no todas las propiedades macroscópicas de la materia pueden ser explicadas con esta teoría. RL Por ejemplo: La teoría cinética no permite explicar la transferencia de carga eléctrica, pues sólo considera el movimiento de las moléculas, pero no si éstas tienen, adquieren o transfieren carga.

2. RL Por ejemplo: No explica todos los comportamientos de la materia, como carga eléctrica, campo magnético, transparencia u opacidad de un material, etcétera.

3. RL Por ejemplo: Los modelos y teorías científicos son representaciones y explicaciones de fenómenos naturales que han tenido, hasta la fecha, mucha utilidad y aplicaciones en la vida cotidiana y la tecnología; pero la ciencia es una disciplina de constante búsqueda y perfeccionamiento, por lo que no se puede hablar de algo acabado o definitivo.

Para saber más…

La consulta de los textos y las páginas electrónicas recomendadas en esta sección, contribuye a que los alumnos puedan profundizar y ampliar sus conocimientos acerca del tema revisado en la secuencia.

1. En este diccionario se encuentran explicados con mayor amplitud términos como los que aparecen en los glosarios de esta secuencia.

2. En la parte destinada a tratar la caracterización de líquidos y gases, el libro ofrece una buena descripción de semejanzas y diferencias entre éstos, basadas en la teoría cinética.

3. Este texto amplía la caracterización de los estados de agregación, y contiene ejemplos variados.

1. Esta página electrónica contiene una extensa discusión de la teoría cinética de la materia. Se sugiere, en particular, consultar la parte I ¿Qué vamos a estudiar?, donde se amplía la historia de este modelo tan importante para comprender los estados de agregación y el comportamiento de los materiales.

2. En esta página electrónica se encuentra una variedad de imágenes de rocas y paisajes, donde se pueden observar materiales en los estados de agregación sólido, líquido y gaseoso, tal como se presentan en la Naturaleza.

3. Esta página narra cómo se descubrió este tipo de movimiento y por qué este fenómeno fundamentó el modelo cinético de partículas y contribuyó a su aceptación en la comunidad científica. Si se quiere profundizar acerca de la trascendencia de este descubrimiento, puede verse el vínculo que tiene esta página con el artículo denominado Einstein y el movimiento browniano.

4. Esta página expone el fenómeno del movimiento browniano de manera sencilla y elocuente.


¿Hace calor?Propósito y perspectivaEn esta secuencia los alumnos explicarán los fenómenos relacionados con el calor y la temperatura, basándose en el modelo cinético.

Desde una perspectiva CTS, los alumnos valorarán la importancia de medir con precisión la temperatura tanto en el contexto científico como en la vida diaria.


• Los contenidos conceptuales en negritas.






secuencia 18




1Texto introductorio Valorar la importancia de medir con precisión la

temperatura.

Actividades de desarrolloUNO Comparar mediciones de temperatura. Cuestionario.

Por equipo: Tres recipientes como vasos u ollas pequeñas, termómetro de mercurio, clínico o científico, agua caliente, tibia y fría.

Texto de información inicialExplicar que los termómetros están basados en la dilatación térmica e introducir algunas escalas termométricas.

Termómetro

2

Actividades de desarrollo

DOS Relacionar la temperatura con el movimiento de partículas. Cuestionario.

Movimiento de las

moléculas

TRES Identificar el sentido de la transferencia de calor. Tabla de datos.

Por equipo: Tres recipientes como vasos u ollas pequeñas, termómetro de mercurio, clínico o científico, 250 ml o taza grande de agua caliente, 250 ml o taza grande de agua fría.

3 CUATRO Describir formas de aumentar la temperatura de un sistema. Cuestionario.

Por equipo: Botella de plástico de 500 ml con tapa, 300 ml de agua, termómetro de mercurio, trapo.

Texto de formalización Explicar las diferencias entre calor y temperatura. ¿Es lo mismo calor que temperatura?




Ahora opino que…


56

secuencia 18

Texto introductorio

Para empezarLean el texto.

• Antes de la lectura, respondan: ¿En qué ocasiones se requiere medir la temperatura?

sesión 1

¿Hace calor?

En el siglo XVI, se podía sentir que un día era más caluroso que el anterior, pero nadie era capaz de precisarqué tanto más. Lo mismo ocurría cuando un médico quería saber si el paciente tenía fiebre; se limitaba apalpar su propia frente y la del enfermo. La temperatura se definía exclusivamente como la sensación de frío ocaliente según se percibe con los sentidos.

Nuestra vida diaria no sería la misma si no fuéramos capaces de medir con precisión la temperatura. Porejemplo, la industria farmacéutica necesita controlar los procesos que se llevan a cabo para la creación de lasmedicinas, y para esto, saber a qué temperaturahay que calentar una sustancia para que tengadeterminadas propiedades. Lo mismo ocurre con lacría de pollos: es conveniente que estén en unlugar con una temperatura controlada para quecrezcan de la mejor manera.

También es importante medir la temperaturapara saber cómo conservar mejor los alimentos;entender mejor los procesos biológicos, físicos oquímicos que ocurren en la naturaleza; activar losmecanismos de enfriamiento en un motor al llegara cierta temperatura, etcétera. En fin, son muchaslas situaciones en las que la medición de latemperatura es fundamental.

Ahora sabes cómo está formada la materia de acuerdo con la teoría cinética. En estasecuencia relacionarás el movimiento de las moléculas con latemperatura y valorarás laimportancia de medirla con precisión.

Consideremos lo siguiente…A continuación se presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante esta secuencia.

Cuando hace mucho frío en la noche necesitas cubrirte con más cobijas. ¿Por qué? ¿Las cobijas nos dan calor? Justifica tu respuesta.

En un hospital es necesario medir la temperatura pues para que la sangre seconserve en buenas condiciones debe mantenerse a 4°C.

SeSión 15 Antes de iniciar la sesión, mencione

a sus alumnos que compararán distintas mediciones de temperatura. Conocerán las diferentes escalas que se utilizan para medir la temperatura y el fenómeno de dilatación térmica con el que funcionan la mayoría de los termómetros. Valorarán la importancia de medir con precisión la temperatura.

Para empezar

Texto introductorio

En el texto se explica la importancia de medir con precisión la temperatura y algunos ejemplos cotidianos en que requerimos medirla.

2 Utilice diferentes estrategias de lectura: en pequeños grupos o en voz alta, con el fin de fomentar la participación de los alumnos y que comenten distintas situaciones en las que sea necesario medir la temperatura.

Comente con sus alumnos algunos ejemplos en los que puede ser de utilidad medir con precisión la temperatura como cuando se cocina un pastel; también hay que saber la temperatura a la que debe activarse el sistema de enfriamiento de un motor de automóvil, o bien, poder controlar las condiciones de temperatura adecuadas para cultivar ciertas plantas. También pueden comentar la importancia que tiene para un médico el uso del termómetro para medir la temperatura corporal de sus pacientes.


Recuerde no pedir a los alumnos la respuesta al problema en este momento; deje que ellos imaginen posibles soluciones. La solución que damos a usted le permite guiar adecuadamente a los alumnos durante las actividades.


1. El propósito.




Solución al problema: RM La cobija y el aire frío, por estar en contacto, alcanzaron el equilibrio térmico. Tienen, pues, la misma temperatura. El cuerpo humano tiene una mayor temperatura así que la transferencia de calor ocurre de nuestro cuerpo a la cobija. En todo caso, fuimos nosotros quienes le dimos calor a la cobija y no al revés.

El calor puede transferirse por conducción o convección. Cuando sentimos frío es porque se está transfiriendo calor de nuestro cuerpo al exterior. Al taparnos con la cobija, aunque inicialmente le hayamos cedido un poco de calor, conseguimos aislarnos térmicamente del aire exterior: la cobija dificulta la transferencia de calor, al ser un buen aislante térmico. Si no fuera por la cobija, nuestro cuerpo estaría constantemente transfiriendo calor al aire.


Lo que pienso del problema

En esta sección es importante que los alumnos expresen libremente lo que piensan, basados en sus conocimientos previos, por lo que las respuestas pueden ser muy variadas. Después de que los estudiantes tuvieron tiempo de responder las preguntas de manera individual, es recomendable que comenten sus respuestas con el resto del grupo.

1 Muchas veces las preguntas no tienen una sola respuesta. Es importante valorar respuestas diferentes y no obligar a todos a llegar a una solución única.

Resuelve en tu cuaderno:

1. Algunos estudiantes suelen pensar que los objetos que ellos identifican como fríos no tienen temperatura, por ejemplo un hielo. También que una persona sólo tiene temperatura cuando está enfermo. Recuerde que es importante identificar estas ideas para trabajarlas a lo largo de la secuencia. RL Por ejemplo: Sólo tengo temperatura cuando estoy enfermo.

2. Recuerde que al estar en contacto con el aire la cobija alcanza el equilibrio térmico e iguala su temperatura con la de éste, así que la temperatura de la cobija es menor que la nuestra. Sin embargo, como las cobijas se usan para protegernos del frío, es posible que los alumnos piensen (equivocadamente) que tienen una temperatura alta sin importar las condiciones ambientales. RL Por ejemplo: La cobija, por eso la utilizamos para taparnos cuando hace frío.

3. Una idea previa muy arraigada en los estudiantes es que el calor es algo que fluye, incluso existe la creencia de que frío y calor son dos fluidos opuestos. Recuerde que en el pasado los científicos pensaban que el calor era un fluido llamado calórico, así que al calentarse los objetos se llenaba con este material. RL Por ejemplo: Sí, cuando me tapo con una cobija ésta me pasa parte de su calor.

4. RL No, es lo mismo porque cuando algo está caliente tiene mayor temperatura.

Manos a la obra

Actividad UNO

El propósito de esta actividad es que los estudiantes realicen algunas mediciones de temperatura y reconozcan la percepción de la temperatura a través de los sentidos es imprecisa y subjetiva y que un instrumento como el termómetro proporciona un punto de referencia externo e invariable.

Se recomienda que cada equipo cuente con un termómetro, pero la experiencia también puede hacerse sin termómetro alguno. Es importante que los recipientes sean lo suficientemente grandes para sumergir en ellos la mano.

1 Es importante que todos los estudiantes sumerjan las manos en el agua y pongan atención a qué tan caliente sienten el agua en cada caso.

Comparen mediciones de temperatura. Para ello:

1. Los alumnos harán un experimento en el que el agua tibia se puede sentir más caliente o más fría aunque en realidad está siempre a la misma temperatura. Esto es para que observen que nuestros sentidos no son parámetros fijos que podamos utilizar para medir la temperatura. RM Sí, cuando tocamos algo lo sentimos caliente o frío.

4. a) RM Por ejemplo: el agua fría a 10 ºC, el agua tibia a 20 ºC y el agua caliente a 30 ºC.

b) RM No. La mano que estuvo en agua fría siente caliente el agua tibia, y la otra la siente fría.

Intercambien sus opiniones sobre:

1. RM La mano que estuvo en agua fría recibe calor del agua templada, por eso la siente caliente. La mano que estuvo en agua caliente cede calor al agua templada, de modo que la percibe fría.

2. RM No, porque el agua templada que está a una temperatura específica se siente distinta dependiendo de si la mano estuvo antes en agua caliente o en agua fría.

57

IICIENCIAS

Lo que pienso del problemaResuelve en tu cuaderno:

1. Cuando tienes fiebre, la temperatura de tu cuerpo aumenta. ¿Siempre “tienestemperatura” o sólo cuando estás enfermo?

2. En una noche fría, ¿es mayor la temperatura de tu cuerpo o la de una cobija?

3. ¿Las cobijas nos dan calor? ¿Por qué?

4. ¿Existe diferencia entre calor y temperatura? Explica.

Manos a la obraActividad UNOComparen mediciones de temperatura. Para ello:

1. Comenten: ¿Podemos usar nuestros sentidos para saber si algoestá caliente?

2. Van a necesitar:

a) Tres recipientes (pueden ser vasos, ollas pequeñas u otros).

b) Termómetro

3. Realicen lo siguiente:

a) Llenen uno de los recipientes con agua caliente, otro conagua fría y otro con agua tibia.

b) Coloquen una de sus manos en el agua caliente y la otra enel agua fría.

c) Dejen las manos sumergidas dentro de los recipientes almenos un minuto.

d) Introduzcan después las dos manos en el agua templada.

e) Midan con un termómetro la temperatura del agua tibia.

4. Contesten en su cuaderno:

a) ¿A qué temperatura se encontraba el agua tibia?

b) ¿Sintieron el agua templada a la misma temperatura con lasdos manos? Describan lo que sintieron.

Intercambien sus opiniones sobre:

1. ¿Por qué el agua templada se siente más caliente en una manoque en otra?

2. ¿Nuestros sentidos miden con precisión la temperatura?Expliquen.


58

secuencia 18Termómetro

Lean el texto.

• Durante la lectura, pongan atención a las diferentes escalas que se utilizan paramedir la temperatura.


¿Cómo se mide la temperatura?Para medir la temperatura se usa un termómetro. Este instrumento de medición se basa en la dilatacióntérmica: cuando los materiales se calientan, se incrementa el volumen que ocupan. Una situación cotidiana enla que es posible observar la dilatación térmica es cuando ponemos la leche a calentar; al recibir calor, aumentael volumen que ocupa, por eso sube el nivel de la leche en la cacerola, e incluso puede llegar a derramarse.

Casi todos los materiales se expanden al calentarse. El mercurio, cambia apreciablemente su volumen conpequeñas variaciones en la temperatura y por este motivo se utiliza en los termómetros.

Para elaborar un termómetro, se encierra una pequeña cantidad de mercurio en un tubo capilar de vidrio.Al poner en contacto el termómetro con un cuerpo a mayor temperatura, la dilatación del mercurio provocaque suba la columna del líquido. La longitud de la columna se puede entonces relacionar con la temperatura.Para ello se asignan valores numéricos arbitrarios a distintas longitudes del capilar de mercurio.

Existen varias escalas para medir la temperatura, como la Celsius, la Fahrenheit y la Kelvin. En la escalaCelsius, el número cero se le asigna a la temperatura en la que el agua se congela y el 100 a la temperatura deebullición del agua. Se llama así en honor a Anders Celsius, el astrónomo sueco que propuso esta escala. Laescala Fahrenheit asigna el valor de 32 a la temperatura a la que se congela el agua y 212 a la temperatura ala que hierve. Se le dio ese nombre en honor al creador de los termómetros, Daniel Gabriel Fahrenheit. En lasCiencias se usa la escala absoluta o de Kelvin.

Diferentes escalas para medir la temperatura.

Escala Kelvin Escala FahrenheitEscala Celsius

212˚ F

176˚ F

140˚ F

104˚ F

68˚ F

32˚ F

- 4˚ F

- 40˚ F

- 76˚ F

- 112˚ F

- 148˚ F

373.15 K

353.15 K

333.15 K

313.15 K

293.15 K

273.15 K

253.15 K

233.15 K

213.15 K

193.15 K

173.15 K

100˚ C

80˚ C

60˚ C

40˚ C

200˚ C

0˚ C

- 20˚ C

- 40˚ C

- 60˚ C

- 80˚ C

- 100˚ C

Temperaturade evaporación

del agua

Temperaturade solidificación

del agua

El recurso expone la invención y funcionamiento del termómetro, así como las distintas escalas termométricas: grados Celsius, Fahrenheit y Kelvin.

4 El recurso tecnológico fortalece la información del texto. Puede aprovechar el video para reflexionar sobre la utilidad de estos conocimientos en la vida cotidiana.


En el texto se explica la dilatación térmica del mercurio y su relación con los termómetros, así como las diferentes escalas termométricas.

De ser posible, se recomienda hacer un experimento demostrativo: verter un poco de leche en una cacerola y calentarla en una estufa o parrilla eléctrica. De esta manera, es posible observar el fenómeno de dilatación térmica. La leche, al recibir calor, se expande, es decir, aumenta el volumen que ocupa.

En un termómetro de mercurio también es posible observar la dilatación térmica: al recibir calor el mercurio ocupa un volumen mayor.

Recuerde que el propósito de la secuencia es construir una explicación a fenómenos macroscópicos a partir del movimiento de las moléculas, por lo que se recomienda, después de realizar la Actividad DOS, preguntar a sus estudiantes: ¿por qué los materiales se expanden al calentarse? ¿Qué ocurre con las moléculas que lo forman? La respuesta es que con el calor aumenta la energía cinética de las moléculas, por lo que se mueven más ocupando mayor espacio. Esto se ejemplifica claramente en el interactivo.

2 Invite a los alumnos a leer con cuidado la tabla en la que se muestran diferentes escalas para medir la temperatura. En México utilizamos más frecuentemente la escala Celsius o grados centígrados. En otros países se utiliza más la escala Fahrenheit. La escala absoluta o grados Kelvin se usa en las ciencias. Puede preguntar a sus alumnos cuál es la temperatura promedio de una persona, con buen estado de salud y en reposo, en las diferentes escalas.


59

IICIENCIASRespondan es sus cuadernos:

1. ¿Cuál es la ventaja de utilizar mercurio en lostermómetros?

2. De acuerdo con la figura ¿a cuánto equivalen200°C en K?

Actividad DOSMovimiento de las moléculas

Relacionen la temperatura con el movimiento de las moléculas.

1. Observen con atención la siguiente figura que representa las moléculas de un gas adiferentes temperaturas y separadas por una barrera.

Vínculo entre SecuenciasPara recordar el concepto de vector revisa la Secuencia 7: ¿Por qué se mueven las cosas?

El cuadro con fondo rosa representa un gas a mayor temperatura y el fondo azul representa un gas a temperaturamenor. Cuando se quita la barrera que los separa, los gases se mezclan.

2. Comenten:

a) ¿Qué representan las flechas a un lado de cada una de las moléculas?

b) ¿Qué forma de energía está relacionada con la rapidez de una molécula?

c) ¿En qué caso las moléculas se mueven más rápido o tienen más energía cinética:cuando el gas está a mayor o a menor temperatura?

d) Imaginen que las moléculas son como pelotas de tenis rebotando de un lado aotro. Cuando se quita la barrera, una pelota que va muy rápido choca con una queva más lento. ¿Qué pasaría con la rapidez de cada una de las pelotas?

e) ¿Qué pasa cuando las moléculas del gas que están a mayor temperaturaempiezana chocar con las que están a una temperatura menor?

f) ¿Qué ocurre con la temperatura de la mezcla de gases después de quitar la barrera?Expliquen lo sucedido en términos de los choques de las moléculas y la energíacinética.

Nueva destreza empleada

Relacionar: Establecer vínculos o lazos entre

objetos, organismos, conceptos, situaciones,

etcétera; a partir del conocimiento que se

posee sobre sus propiedades, usos y funciones.

SESIÓN 2

BarreraGas a temperatura alta, con

una energía cinética media elevada.Gas a temperatura baja, con

una energía cinética media reducida.

Los gases se mezclan: ahora ambos tienen la misma energía cinética mediay están a la misma temperatura (temperatura de equilibrio).

Se retira la barrera

Respondan es sus cuadernos:

1. RM Que con pequeñas variaciones en la temperatura cambia mucho el volumen que ocupa y se puede apreciar claramente la variación en la altura de la columna.

2. RM 293.15 k

Para cerrar la sesión puede utilizar la pregunta 2 del intercambio de opiniones de la Actividad UNO, y luego comentar la necesidad de utilizar termómetros en diferentes situaciones.

3 Es importante escuchar las respuestas de varios estudiantes y fomentar el intercambio de ideas entre todos.

SeSión 2

Antes de iniciar la sesión, recuerde a sus alumnos brevemente cuál es el problema que están resolviendo.

Mencione que durante ella relacionarán la temperatura con el movimiento de las moléculas e identificarán el sentido de la transferencia de calor.

Actividad DOS El interactivo permite la simulación del movimiento

de las moléculas y la manipulación de variables como temperatura, con el fin de observar que al aumentar la temperatura, aumentará el movimiento de las moléculas.

4 Además, fomenta la participación y el debate en el aula con la oportunidad de que los alumnos integren sus conocimientos y expresen sus ideas sobre el fenómeno observado. El recurso cuenta con instrucciones y sugerencia didáctica que se recomienda revisar antes de utilizarlo para un mejor aprovechamiento.

Puede utilizar el interactivo como complemento a la actividad.

El propósito de esta actividad es que los estudiantes utilicen la teoría cinética para explicar el concepto de temperatura.

La temperatura suele ser un concepto abstracto y difícil de entender. Incluso históricamente no fue comprendido del todo hasta la creación de esta teoría que aporta una visión más cercana e intuitiva a este concepto.

Los estudiantes podrán relacionar la temperatura con la energía cinética de las moléculas que forman la materia.

4 Invite a los estudiantes a observar con atención la imagen.

1. El papel del profesor es de vital importancia en esta parte, especialmente si no fue posible utilizar el interactivo. Se recomienda que pregunte a los estudiantes qué es lo que observan en el esquema y los guíe a una descripción como la que se muestra a continuación:

En el esquema pueden observarse las moléculas de un gas a baja temperatura, (fondo azul), y a una temperatura más alta (fondo rosa). Las flechas representan la velocidad de las partículas, con magnitud dirección, y sentido. Una flecha más grande representa una rapidez mayor.

Es importante que los estudiantes observen que las moléculas se mueven en distintas direcciones y van a chocar unas con otras. En el gas que está a una temperatura más alta, las moléculas se mueven a una rapidez mucho mayor, así que van a chocar con más frecuencia.

El dibujo con el fondo morado representa la situación en la que la barrera que separa los dos gases se retira. Las moléculas con mayor rapidez, van a comenzar a chocar con las otras. En cada choque, una molécula rápida transmite parte de su energía cinética a una lenta. En consecuencia, mientras se reduce la rapidez de la primera, aumenta la de la segunda.

Después de cierto tiempo, y varios choques, todas las moléculas tendrán, en promedio, la misma velocidad. Cuando eso pasa se dice que los gases llegan a un equilibrio térmico, es decir, que igualan sus temperaturas.

2. a) RM Representan la velocidad de las partículas: la magnitud, la dirección y el sentido. Una flecha más grande representa una rapidez mayor.

b) RM La energía cinética.

c) RM Cuando está a mayor temperatura.

d) Puede ilustrar esto con un ejemplo sencillo. Coloque un balón en el suelo, éste tendrá rapidez cero. Si patea otro balón que choque con éste, el balón quieto comenzará a moverse, es decir aumenta su rapidez, mientras que la rapidez del balón que estaba inicialmente en movimiento disminuye. RM La que va más rápido al chocar con

otra molécula, reduce su rapidez. La molécula con la que choca aumenta su rapidez.

e) RM Transfieren parte de su energía cinética, así que disminuyen su rapidez y la de las moléculas con las que chocaron aumenta.

f) RM Las moléculas con mayor rapidez, y por lo tanto mayor energía cinética, van a comenzar a chocar con las otras moléculas. Al chocar van a transmitir parte de su energía cinética, por lo tanto, van a disminuir su rapidez. A cambio de esto las demás moléculas aumentarán su rapidez, de tal manera, que después de cierto tiempo, y varios choques, todas las moléculas tendrán, en promedio, la misma rapidez y la misma energía cinética. Cuando eso pasa se dice que los gases llegan a un equilibrio térmico, es decir, que igualan sus temperaturas.

Es importante que los alumnos recuerden la representación vectorial. La velocidad es un vector y la rapidez es la magnitud del vector velocidad.


60

secuencia 18

Actividad TRESidentifiquen el sentido de la transferencia de calor. Para ello:

• Antes de la actividad, comenten lo siguiente: ¿El calor se transfiere de un cuerpocaliente a uno frío o, por el contrario, de uno frío a uno caliente?

1. Material

a) Tres recipientes (como vasos u ollas pequeñas).

b) Termómetro de mercurio, clínico o científico.

c) 250 ml de agua caliente.

d) 250 ml de agua fría.

2. Procedimiento

a) Viertan 250 ml de agua en la olla.

b) Caliéntenla hasta que alcance una temperatura de 35°C. ¡Tengan mucho cuidadoal manipular el termómetro y los recipientes calientes!

c) Viertan 250 ml de agua fría en un vaso.

d) Midan la temperatura del agua fría.

e) Mezclen el agua caliente y el agua fría en el tercer recipiente.

f) Midan la temperatura de la mezcla.


Ahora ya sabes que la temperatura está relacionada con el movimiento

de las moléculas de un cuerpo. ¿Cómo será el movimiento de las

moléculas del aire cuando la temperatura es baja, y cómo será cuando

la temperatura es alta? Justifica tu respuesta.

Recuerda que tu respuesta te ayudará a resolver el problema.

Actividad TRES

Identifiquen el sentido de la transferencia de calor. Para ello:

El propósito de esta actividad es que los estudiantes, mediante una sencilla experiencia, observen que al mezclar dos líquidos a diferentes temperaturas, el que está a una temperatura menor se calienta y el otro se enfría. Esto para que identifiquen el sentido en el que ocurre la transferencia de energía.

1 Mientras los alumnos trabajan en grupos, el maestro debe estar atento a qué ocurre en los equipos. Puede registrar frases o palabras de los alumnos para retomarlas en las discusiones generales. Además, en algunos momentos, puede guiar el diálogo de los alumnos si considera pertinente para destacar algún contenido conceptual.

1. Material

Si no cuentan con termómetro, guíe a los estudiantes a que observen que, después de mezclar el agua caliente y el agua fría, la temperatura de la mezcla es mayor que la del agua fría.

Reflexión sobre lo aprendidoRM Cuando la temperatura es más alta, las moléculas se mueven más rápido porque la temperatura es proporcional a la energía cinética.


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IICIENCIAS3. Resultados

Completen la tabla en su cuaderno:

Temperatura Agua caliente Agua fría

Inicial: Ti

Final (mezcla): Tf

Cambio de temperatura: Tf -Ti


a) ¿Cuál fue el cambio de temperatura para el agua fría? Hagan la resta de latemperatura final menos la inicial.

b) ¿Cuál fue el cambio de temperatura para el agua caliente?

5. Comunicación

Elaboren un reporte de la práctica en sus cuadernos.

Comenten:

1. ¿Por qué aumentó la temperatura del agua fría? Explíquenlo en términos de la teoríacinética.

2. ¿Cómo interpretan el signo negativo en el valor del cambio de temperatura del aguacaliente?

3. ¿El calor se transfiere de un cuerpo caliente a uno frío, o viceversa?

Vínculo entre SecuenciasPara revisar las formas en las que se manifiesta la energía revisa la Secuencia 10: ¿Cómo se utiliza la energía?


Ahora ya sabes que la temperatura es proporcional a la energía

de las moléculas del sistema. También comprobaste que el calor

cambia la temperatura de un cuerpo. En consecuencia, el calor

debe ser una forma más de energía. Utiliza este conocimiento

para explicar cómo es la transferencia de energía entre tu cuerpo

y el viento, en una noche fría.

Recuerda que tu respuesta te servirá para responder el problema.

3. Resultados

RM En la tabla.


a) RM 10 ºC.

b) Si no cuentan con termómetro comente que si la temperatura final es menor que la inicial la resta daría como resultado una cantidad negativa. RM –10 ºC.

Comenten:

1. RM Porque estuvo en contacto con el agua caliente, que estaba a mayor temperatura. El agua caliente cedió calor al agua fría.

2. Escuche las respuestas de los estudiantes; después puede comentar que el signo negativo significa que el cuerpo cede calor y el signo positivo refleja una situación en la que el cuerpo recibe calor. RM Que el agua caliente perdió calor al cederlo al agua fría y por eso se enfrió.

3. RM Del cuerpo caliente al frío, por lo cual el agua caliente se enfrió después de mezclarlas.

Para cerrar la sesión se recomienda utilizar la Reflexión sobre lo aprendido para que los estudiantes comprendan que si la temperatura es una medida de la energía cinética de las moléculas, entonces, para aumentar la temperatura, es necesario aumentar la energía de alguna forma. Una manera es calentando, ya que el calor es una forma de energía. Puede preguntar entonces qué diferencia identifican entre el calor y la temperatura. La respuesta es que el calor es una forma de energía que se transfiere entre dos sistemas, mientras que la temperatura es una medida de la energía cinética de las moléculas del sistema.

RM 35 ºC RM 15 ºC

RM (25 ºC – 15 ºC) = 10 ºCRM (25 ºC – 35 ºC) = –10 ºC

RM 25º C

Es importante que los estudiantes recuerden que el calor es una forma de energía y por lo tanto la transferencia de calor es en realidad transferencia de energía de un cuerpo que está a mayor temperatura a uno que está a menor temperatura.

Reflexión sobre lo aprendidoRM En una noche fría el aire está a una temperatura menor que mi cuerpo, por lo que la transferencia de energía en forma de calor ocurre de mi cuerpo al aire.


62

secuencia 18

Actividad CUATRODescriban formas de aumentar la temperatura de un sistema.

1. Contesten: ¿Qué sucede con la temperatura del agua fría sise agita la botella que la contiene?

2. Van a necesitar:

a) Botella de plástico de 500 ml con tapa

b) 300 ml de agua

c) Termómetro de mercurio

d) Trapo

3. Realicen lo siguiente:

a) Coloquen 300 ml de agua fría en la botella.

b) Midan la temperatura del agua y ajusten la tapa.

c) Cubran completamente la botella con un trapo.

d) Agítenla vigorosamente durante 10 minutos.

e) Midan la temperatura del agua.

4. Comenten:

a) ¿Ocurrió lo que pensaban con la temperatura del agua?Expliquen.

b) ¿Qué forma de energía está relacionada con elmovimiento?

intercambien sus opiniones:

¿Con qué mecanismos se puede aumentar la temperaturade un sistema?

SESIÓN 3

SeSión 35 Antes de iniciar la sesión, recuerde

a sus alumnos brevemente cuál es el problema que están resolviendo.

Mencione a sus alumnos que describirán transformaciones de energía. Estudiarán las diferencias entre los conceptos de calor y temperatura.

Actividad CUATRO

El propósito de esta actividad es que los estudiantes noten que a partir del movimiento es posible aumentar la temperatura de un sistema. Realizarán una sencilla experiencia que les permitirá contrastar sus ideas previas relacionadas con el calor como un fluido y relacionarlo con el movimiento. 1 Al final de la experiencia puede preguntar a los alumnos por qué se calienta el agua si, efectivamente, se “llena” de calor, y cuestionarlos al respecto.

Describan formas de aumentar la temperatura de un sistema.

1. Probablemente los estudiantes piensen que no cambia la temperatura del agua. RL Por ejemplo: No cambia la temperatura.

2. Si no cuentan con un termómetro, pida a varios estudiantes que toquen el agua antes y después de agitarla y comenten en qué caso la temperatura es mayor.

4. a) RL Por ejemplo: No, porque la temperatura del agua aumentó después de agitarla.

b) RM La energía cinética.

Intercambien sus opiniones:

• RM Al calentarlo y también al moverlo. En la experiencia se transfiere energía cinética de la botella (pues la movemos con el brazo) a energía cinética de las moléculas del agua y se aumenta la temperatura.


63

IICIENCIAS

¿Es lo mismo calor que temperatura?La teoría cinética molecular explicó loque significa la temperatura de unsistema. En un sistema con temperaturaalta, las moléculas se están moviendorápidamente al azar en diferentesdirecciones, mientras que a bajatemperatura las moléculas lo hacen máslentamente. La temperatura refleja elpromedio de la energía cinética de lasmoléculas de un cuerpo. Si latemperatura es alta, las moléculas, enpromedio, se mueven más rápido.

Se ha diseñado una escala para medirtemperatura, la escala absoluta o Kelvin,en la que el cero absoluto corresponde a unasituación en la que las moléculas estarían completamente quietas. Esto no es posible en ningún lugar delUniverso: se considera que el espacio exterior tiene una temperatura aproximada de 3 K por encima del ceroabsoluto, lo que corresponde a una temperatura de -270ºC.

Entonces, si la temperatura es proporcional a la energía de las moléculas y sabemos que el calor cambia latemperatura, en consecuencia, el calor debe ser una forma más de energía: la energía transferida entre doscuerpos debido a que están a diferentes temperaturas.

La teoría cinética ilustró el proceso de transferencia de calor: cuando se ponen dos sistemas con diferentetemperatura en contacto, las moléculas del sistema que tiene mayor temperatura transfieren energía cinéticaal chocar con las moléculas del sistema cuya temperatura es menor. Cuando, en promedio, las moléculas de losdos sistemas tienen una energía similar, se dice que alcanzaron el equilibrio térmico y, por definición, la mismatemperatura.

Puesto que el calor es una forma de energía, debe cumplirse también el Principio de Conservación de laEnergía. Si existe transferencia de energía entre dos cuerpos, el calor que recibe un cuerpo es el mismo quecede el otro. Aunque en el lenguaje cotidiano suele decirse “¡tengo calor!”, es incorrecto desde el punto devista de la Física: el calor es energía en tránsito, así que no puede “poseerse”.

En un día caluroso, deberíamos exclamar: “¡Qué temperatura ambiental tan alta!”.


Vínculo entre SecuenciasPara recordar en qué unidades se mide la energía, repasa la Secuencia 11: ¿Quién inventó la montaña rusa?

Vínculo entre SecuenciasPara recordar el Principio de Conservación de la Energía, revisa la Secuencia 10: ¿Cómo se utiliza la energía?

Para terminar…¿Es lo mismo calor que temperatura?

Lean el texto.

Durante la lectura subrayen las ideas principales.

Siempre que existe una diferencia de temperatura entre objetos, va a existir unatransferencia de energía en forma de calor.

-20°C80°C calor 0°C calor

Para terminar

El video permite identificar la diferencia entre calor y temperatura, por medio de diversas demostraciones.

4 El recurso tecnológico complementa la información del texto. Puede aprovechar el recurso para reflexionar con sus alumnos en cuáles situaciones de la vida cotidiana emplearían el concepto calor y en cuáles, temperatura.


El texto formaliza los principales conceptos que se abordan en esta secuencia: calor y temperatura. Además, destaca las diferencias entre el significado de ambos conceptos.

5 Se sugiere colgar los cuadros sinópticos de los diferentes equipos para la consulta continua.

El calor es una forma de energía y por lo tanto cumple también el Principio de Conservación, si un objeto se calienta es porque otro se enfría, de tal forma que el calor que uno recibe es igual al que el otro pierde.

El propósito de este vínculo es que los estudiantes observen que el calor, al ser una forma de energía, se mide en las mismas unidades.


64

secuencia 18

Sabías que…La conducción es la transferencia de calor que existe entre dos cuerposque están en contacto y que se encuentran a diferentes temperaturas.Un ejemplo es cuando sirves el café caliente en una taza: al tocarla, sesiente caliente.

Otra forma de transferir el calor es por convección. Cuando enciendesuna vela, por ejemplo, el aire alrededor de la flama se calienta, y seexpande al igual que el mercurio; por lo tanto, su densidad disminuyey, como el aire caliente asciende, obliga al aire frío a bajar, el cual, a suvez, al estar más cerca de la flama, se calienta. Este ciclo da lugar a unacontinua circulación de aire en la que se transfiere el calor a lasregiones frías.

Todos los materiales oponen resistencia, en mayor o menor medida, ala transferencia de calor. Los materiales que presentan una resistenciaalta son llamados aislantes térmicos. Un ejemplo de este tipo demateriales es el aire. Sin embargo, debido al fenómeno de convección,el aire puede transferir calor con facilidad. Por esta razón se suelenusar como aislantes térmicos materiales porosos o fibrosos, que soncapaces de inmovilizar el aire confinado en su interior. De esta manerase dificulta la transferencia por convección, además de la transferenciapor conducción.

Como el calor se transfiere debido al choque de moléculas, el mejoraislante térmico es el vacío, es decir, un medio que prácticamenteno tenga moléculas y que por lo tanto no transfiera el calor ni porconducción ni por convección. Así funcionan los termos, por esopueden mantener el café caliente por mucho tiempo.

comenten:

1. ¿Qué es la temperatura?

2. Si dos cuerpos están a la misma temperatura, ¿existe intercambio de calor?¿Por qué?

3. Si el calor es una forma de energía, ¿en qué unidades se mide?

4. En el experimento de la Actividad TRES, ¿se cumple el Principio de Conservación de laEnergía? Expliquen.

Comenten:

1. RM La temperatura es proporcional al promedio de la energía cinética de las moléculas de un cuerpo.

2. RM No, porque ya están equilibrio y todas las partículas se mueven en promedio con la misma velocidad.

3. RM En calorías o joules.

4. Recuerde a sus estudiantes que en la Actividad TRES el agua caliente se enfría y el agua fría se calienta. Estrictamente hablando, el agua caliente cede una pequeña parte del calor al aire. Esto puede reflejarse en que el cambio de temperatura del agua caliente sea ligeramente distinto (en magnitud) al cambio de temperatura del agua fría. Sin embargo, podemos considerar que la energía se conserva, así que el calor que cede el agua caliente es el que recibe el agua fría. RM Sí, porque la energía en forma de calor que cede el agua caliente es la que se transmite al agua fría.

Sabías que…

Se recomienda preguntar a los alumnos de qué forma podrían explicar la transferencia de calor utilizando la teoría cinética. Pida que recuerden la Actividad DOS en la que se estudia el choque de las moléculas y su relación con la transferencia de calor por conducción.

En la convección, en un inicio, ocurre algo similar: el calor se transmite cuando moléculas con mucha energía cinética chocan con otras, estos choques se dan en cierta región de aire. Lo que provoca que aumente el volumen en esa región y el aire ocupe un mayor espacio, como consecuencia, disminuye la densidad y la masa de aire se eleva.

Puede guiarlos a una explicación similar a partir de preguntas como: ¿qué pasa cuando

las moléculas que tienen más energía cinética chocan con otras con menor energía cinética? ¿Qué sucedería con el volumen de una región de aire si las moléculas se movieran más rápido? ¿Si un cuerpo ocupa más volumen con la misma masa, qué ocurre con su densidad? ¿Qué sucede con una porción del aire si su densidad es menor que la del resto?, etcétera.

4 Esta sección es importante ya que permite a los estudiantes conocer las formas en las que se transmite el calor, lo cual es necesario para resolver el problema. Si la escuela cuenta con Internet se recomienda revisar la página: ¿Cómo viaja el calor?, la dirección completa se muestra en el recuadro de Para saber más…


65

IICIENCIAS


Revisa lo que pensabas al inicio y al final de la

secuencia sobre si una cobija te “da” calor. ¿Cambió

lo que pensabas? Explica tu respuesta.

Lo que aprendimosResuelvo el problema“Cuando hace mucho frío en la noche necesitas cubrirte con más cobijas. ¿Por qué? ¿Lascobijas nos ‘dan’ calor? Justifica tu respuesta.”

Responde el problema en tu cuaderno. Para ello:

1. Reflexiona: Cuando acabas de tomar una cobija o cuando te metes a la cama, ¿en esemomento la sientes caliente o hasta que llevas un ratito adentro y tapado?

2. La temperatura de tu cuerpo es aproximadamente de 36°C. ¿Qué temperatura tendrála cobija si el aire de la habitación está a 15°C? Explica.

3. Recuerda que hay transferencia de calor cuando existe una diferencia entre lastemperaturas de dos cuerpos. Entonces, si al acostarte tu temperatura es mayor quela de la cobija, ¿en qué sentido se produce la transferencia de calor cuando te tapascon ella?

4. ¿Si no te taparas con la cobija transmitirías más o menos calor al aire? Explica.

5. Menciona las formas en que tu cuerpo transmite calor en una noche fría. Justifica turespuesta

6. ¿Es correcto desde el punto de vista físico decir que las cobijas nos “dan” calor?Explica.

7. ¿Qué material utilizarías para taparte, un edredón de plumas o una bolsa de plástico?¿Por qué?

Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: Calor y temperatura en la programación de la red satelital Edusat.

Lo que aprendimos

En la sección Lo que aprendimos, se presentan las siguientes actividades de evaluación de los contenidos de la secuencia:

✓ Resuelvo el problema: El alumno da una solución al problema; emplea para ello los conceptos y las destrezas aprendidas.

✓ Para qué me sirve lo que aprendí: El alumno transfiere los nuevos aprendizajes a situaciones y contextos diferentes a los estudiados.

✓ Ahora opino que…: Se plantea una nueva situación problemática relacionada con los contenidos, ante la cual el alumno manifiesta una opinión informada.

El maestro puede, si así lo desea, emplear algunas actividades de la secuencia, para realizar la evaluación diaria del trabajo en clase (evaluación formativa), como las que se sugieren en los cierres de sesión.


Responde el problema en tu cuaderno. Para ello:

1. RL Por ejemplo: Al principio las sábanas se sienten frías. Es hasta después de unos minutos de taparnos que las sentimos calientes.

2. RM La cobija está a la misma temperatura que el ambiente: 15 º C, ya que están en contacto todo el tiempo y llegan a un equilibrio térmico en donde se igualan las temperaturas.

3. RM El cuerpo humano calienta a la cobija hasta que ambos llegan aproximadamente a la misma temperatura.

4. RM Más, puesto que la cobija me aísla impidiendo que mi cuerpo transmita calor al aire.

5. RM Por conducción, al estar en contacto con el aire; por convección, cuando el aire a mi alrededor se calienta y asciende provocando que el aire frío baje y se caliente al estar cerca de mi cuerpo y el ciclo se repita. Este proceso provoca, como resultado, que mi cuerpo vaya cediendo calor al aire.

Reflexión sobre lo aprendidoRL Por ejemplo: Sí, porque antes pensaba que la cobija me daba calor, cuando en realidad la cobija no “tiene” calor ni lo ”da”. Es energía en tránsito y no puede poseerse. Mi cuerpo, aunque le transmite algo de calor a la cobija, su efecto principal es dificultar el tránsito de calor entre mi cuerpo y el aire.

6. RM Es incorrecto decir que una cobija “da” calor. Es importante recordar que el calor es energía en tránsito entre cuerpos que están a diferentes temperaturas, así que no puede “poseerse”.

7. RM Un edredón de plumas porque es más poroso y por lo tanto un mejor aislante térmico.

El programa permite reconocer las nociones de calor y temperatura, así como los fenómenos relacionados con éstos. Muestra también la utilidad del termómetro como avance tecnológico en las ciencias y la vida cotidiana.

4 Puede aprovechar el recurso para sintetizar con sus alumnos los conocimientos construidos a lo largo de la secuencia. El recurso tecnológico integra el contenido de la secuencia.


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secuencia 18

Ahora opino que…La temperatura a nuestro alrededor hace posible la vida en la Tierra. En otros lugares, como en el planeta Mercurio, las temperaturas varían entre 180°C y 427°C.

• Contesta en tu cuaderno:

1. ¿Crees que exista vida en Mercurio? ¿Por qué? Justifica tu respuesta utilizando laidea de temperatura.

2. ¿Qué puede pasar con la vida en la Tierra si continúa el calentamiento global? ¿Por qué?

¿Para qué me sirve lo que aprendí?Vas a ir a una fiesta y quieres pintar tus pantalones favoritos de negro. Si el tinte que usas es un polvo ¿qué harías para que se disolviera más rápido en agua? ¿Utilizarías agua tibia o fría? ¿Por qué?


Aquí se recomienda evaluar si los alumnos relacionan la temperatura de un objeto, con la rapidez de las moléculas que lo componen.

Vas a ir a una fiesta y quieres pintar tus pantalones favoritos de negro. Si el tinte que usas es en polvo, ¿qué harías para que se disolviera más rápido en agua? Utilizarías agua caliente o fría?

Después de que los estudiantes respondan pueden realizar la experiencia para aclarar dudas sobre lo que ocurriría. En un vaso con agua muy caliente pongan una gota de colorante, puede ser violeta de genciana. Hagan lo mismo en un vaso con agua fría y observen lo que sucede. RM La pondría en agua caliente, porque las moléculas se mueven más rápido, así que chocan más entre sí con las moléculas de la medicina disolviéndola en menor tiempo.

Ahora opino que…

Se recomienda apreciar si los estudiantes valoran el papel que juega la temperatura para que exista vida en la Tierra, así como las consecuencias funestas que tiene el calentamiento global.

La temperatura a nuestro alrededor hace posible la vida en la Tierra. En otros lugares como en Mercurio las temperaturas varían entre 180 º C y 427 º C.

1. RM No, porque está muy cerca del Sol y las temperaturas son demasiado altas para que exista vida.

2. RM La temperatura podría aumentar tanto que desaparecerían muchas especies y a los humanos no les iría mucho mejor.


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IICIENCIAS

Para saber más… 1. Gasca, Joaquín (2003). Fuerzas físicas. México: SEP/Ediciones Culturales

Internacionales.

1. Biblioteca de la ciencia ilustrada (2002). México: Fernández Editores.

2. Diccionario de física (2004). Madrid: Oxford-Complutense.

1. Hermans-Killam, Linda y Doris Dau. 14 de octubre de 2001. ¿Cómo viaja el calor?IPAC/NASA. 5 de marzo de 2007.http://www.spitzer.caltech.edu/espanol/edu/thermal/transfer_sp13oct01.html

2. Hermans-Killam, Linda y Doris Dau. 8 de septiembre de 2001. ¿Qué es el calor y cómo se produce? IPAC/NASA. 5 de marzo de 2007.http://www.spitzer.caltech.edu/espanol/edu/thermal/heat_sp_06sep01.html

Para saber más…

En este libro puede encontrarse más información sobre el calor y la temperatura.

En el diccionario pueden buscarse términos físicos como calor, energia y temperatura.

En las páginas de internet pueden conocer más sobre el calor y cómo se transmite.


¿Puede inflarse un globo sin soplarle?Propósito y perspectivaEn esta secuencia se construye una explicación del concepto de presión basada en el modelo cinético.

Los contenidos se abordan en esta secuencia desde una perspectiva CTS al valorar algunos avances tecnológicos, como la prensa hidráulica.


• Los contenidos conceptuales en negritas.






secuencia 19




1Texto introductorio Valorar las explicaciones científicas y apreciar lo

asombroso que pueden ser algunos avances tecnológicos.


UNO Identificar los cambios en los resultados de aplicar una fuerza al cambiar el área de contacto. Cuestionario.

DOS Identificar las diferencias entre los conceptos de fuerza y presión. Cuestionario.

Texto de información inicial Introducir la expresión matemática que relaciona la presión con la fuerza y el área.

2


TRES Relacionar el movimiento de las moléculas con la presión Modelo y cuestionario.

Presión

CUATRO Observar una consecuencia del principio de Pascal. Cuestionario.

Por equipo: Jeringa desechable de 5 ml sin aguja, jeringa desechable de 20 ml sin aguja, agua, manguera de equipo para venoclisis.

3 Texto de formalización Explicar el principio de Pascal y el funcionaminto de la prensa hidráulica. Prensa hidráulica




Ahora opino que…


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secuencia 19

Texto introductorio

Para empezarLean el texto.

• Antes de la lectura, respondan: ¿El aire ejerce presión sobre nosotros?

sesión 1

¿Puede inflarse un globo sin soplarle?

Cada día de nuestra vida respiramos aire y el oxígeno que éste contiene nos mantiene vivos. Lo curioso es que la mayoría del tiempo ni siquiera somos conscientes del aire que nos rodea, que, aunque no nos demos cuenta, ejerce una presión sobre nosotros que llamamos presión atmosférica.

Sin importar el lugar en el que vivimos, siempre está presente la presión atmosférica. Pero debes saber que el valor de esta presión no es el mismo a nivel del mar que en lo alto de una montaña.

Para entender por qué pasa esto, imagina una columna de aire por encima de tu cabeza; el peso de todo ese aire es lo que origina la presión. Si te encuentras en lo alto de una montaña, la altura de esa columna es menor que si estás a nivel del mar, es decir, hay menos aire sobre tu cabeza, por lo tanto hay menos peso y menos presión.

Ahora ya sabes cómo está formada la materia y puedes distinguir la diferencia entre calor y temperatura. En esta secuencia utilizarás la teoría cinética para entender el concepto de presión. Valorarás las aplicaciones que tiene el conocimiento científico y la tecnología en situaciones cotidianas.

El vaso está lleno de agua; sin embargo, al voltearlo ¡el agua no se cae! Esto se debe a la presión atmosférica. Las moléculas del aire que están en constante movimiento chocan con la hoja de papel por debajo impidiendo que el agua caiga.Al nivel del mar, la altura de la columna de aire es mayor; por lo tanto, la

presión también es más grande.

SeSión 15 Antes de iniciar la sesión, mencione

a sus alumnos que identificarán las diferencias en los conceptos de fuerza y presión.

Valorarán las explicaciones científicas y apreciarán lo asombrosos que pueden ser algunos avances tecnológicos.

Para empezar

Texto introductorio

El texto introduce la idea de presión a partir de la presión atmosférica. Se recomienda realizar de manera demostrativa el experimento que se muestra en la figura.

Es necesario llenar un vaso hasta el borde, taparlo con una hoja de papel y darle media vuelta. El agua no se derrama debido a la presión atmosférica.

3 Comente con sus estudiantes qué fenómenos naturales o qué situaciones que ocurren a su alrededor están relacionadas con la presión. Por ejemplo, puede preguntar por qué pica una aguja.


1. El propósito.






1 Recuerde no pedir a los alumnos la respuesta al problema en este momento; deje que imaginen posibles soluciones. La solución que damos a usted le permite guiar adecuadamente a los alumnos durante las actividades.

Solución al problema: RM El mago debe conectar el globo a la boca de la botella y calentarlo a baño maría. De esta forma se calienta el aire que está dentro de la botella. Las moléculas se mueven con mayor rapidez, por lo que aumenta la presión. Las moléculas chocan con mayor frecuencia contra las paredes del globo, empujándolas y provocando que se infle.

Lo que pienso del problemaEn esta sección los alumnos expresan libremente lo que piensan, por lo que las respuestas pueden ser muy variadas. Es importante detectar las ideas previas para poder trabajarlas a lo largo de la secuencia.

Contesta en tu cuaderno:

1. RL Por ejemplo: Porque se llena de aire.

2. Los alumnos suelen pensar equivocadamente, que el aire no pesa. Si es así puede realizar un sencillo experimento en el que se construye un balanza utilizando un lápiz; en uno de los extremos se amarra un globo inflado y en el otro un globo desinflado. Se puede observar que la balanza se inclina del lado del globo inflado. Si no cuenta con el tiempo suficiente para realizar el experimento, se recomienda generar preguntas que lleven a sus alumnos a reflexionar al respecto, por ejemplo: ¿el aire está formado por moléculas?, ¿esas moléculas pesan? RL Por ejemplo: No, porque el aire es muy ligero.

3. Los estudiantes suelen pensar que el aire sólo se mueve cuando existe viento y que de lo contrario está quieto. Sin embargo recuerde que ya estudiaron la teoría cinética, así que podrían responder que las moléculas que forman el aire están en constante movimiento. Si lo considera necesario pueden repasar la Secuencia 17: ¿Cómo se organiza la materia? RL Por ejemplo: Están quietas porque no hay viento ni corrientes de aire.

4. En el lenguaje cotidiano se utiliza la palabra presionar como sinónimo de empujar. Esto puede llevar a los estudiantes a confundir la fuerza con la presión. Si es así, es importante detectar estas ideas previas y trabajarlas a lo largo de la secuencia. RL Por ejemplo: Sí, porque al empujar algo también lo presiono.

5. Los estudiantes no relacionan la presión con el movimiento de las moléculas, por lo que pueden pensar que el globo se infla porque se llena de vapor de agua. Sin embargo, la botella no tiene agua, así que el vapor no puede entrar dentro del globo. RL Por ejemplo: Para calentar el agua hasta que hierva, de manera que el globo se llene de vapor y se infle.

Manos a la obra

Actividad UNO

El propósito de la actividad es que los estudiantes identifiquen que si aumenta el área de contacto es necesario aumentar la fuerza para lograr los mismos resultados, en este caso, partir una papa o una zanahoria.

A lo largo de estas dos primeras actividades y del texto de información inicial, el alumno

comprenderá la relación de la presión con la fuerza y el área de contacto analizando situaciones cercanas a su experiencia. Esto será necesario posteriormente para comprender el origen de la presión en los fluidos a partir del choque de las moléculas con las paredes del recipiente que los contienen.

1. RL Por ejemplo: Para que pueda atravesar fácilmente los alimentos.

4. RM Al utilizar la parte filosa del cuchillo.

Comenten:

1. RM Al utilizar la parte del cuchillo que no tiene filo.

2. RM El lado filoso es más delgado, por lo que el área de contacto es menor.

3. RM Mayor.

69

IICIENCIAS

Consideremos lo siguiente…A continuación se presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante esta secuencia.

El circo ambulante llegó a tu comunidad el fin de semana pasado y hay un mago que puede inflar un globo sin soplarle. Para realizar su truco, el mago utiliza los elementos que ves en la ilustración. ¿Cómo hace el truco? Argumenta tu respuesta empleando el concepto de presión.

Lo que pienso del problemaContesta en tu cuaderno:

1. ¿Por qué se infla un globo cuando le soplas?

2. ¿El aire pesa? Explica.

3. El aire dentro del globo, ¿se mueve o está quieto? Explica.

4. ¿Es lo mismo presión que fuerza? Explica.

5. ¿Para qué utiliza el mago la hornilla eléctrica?

Manos a la obraActividad UNOIdentifiquen los cambios en los resultados de aplicar una fuerza al cambiar el área de contacto.

• Para ello:

1. Respondan: ¿Por qué los cuchillos deben estar afilados para poder partir los alimentos?

2. Van a necesitar:

a) Papa o zanahoria

b) Cuchillo

3. Intenten cortar la papa con el lado del cuchillo que no tiene filo y luego con el lado filoso. Realicen lo anterior con mucho cuidado.

4. Respondan: ¿De qué forma pudieron partir suavemente la papa o la zanahoria?

Comenten:

1. ¿En qué caso necesitaron aplicar más fuerza?

2. ¿Cuál es la diferencia en el área de contacto entre los dos lados del cuchillo?

3. Si el área de contacto es mayor, la fuerza necesaria para partir la papa, ¿es mayor o menor?


70

secuencia 19

Huellas que deja una bailarina en la arena utilizando sandalias. Huellas que deja una bailarina en la arena caminando de puntas con zapatillas de ballet.

Actividad DOSidentifiquen la diferencia entre los conceptos de fuerza y presión.

Para ello, realicen en sus cuadernos lo siguiente:

1. Observen las siguientes imágenes:

2. Respondan en el pizarrón:

a) ¿En qué caso es menor el área de contacto entre la bailarina y la arena?

b) Si el peso de la bailarina es el mismo, ¿cómo explican que sus huellas son mucho más profundas cuando camina apoyándo sólo las puntas de los pies?

c) Si aumenta el área, ¿qué pasa con la presión que ejerce la bailarina sobre la arena? ¿Aumenta o disminuye?

d) ¿Cuál es la diferencia entre el concepto de fuerza y el de presión?

e) ¿Cómo sería la fórmula que representa la presión?


¿Por qué decansamos más cuando nos recostamos

que estando sentados? Expliquen en términos del

área de contacto, la presión y la fuerza.

Actividad DOS

El propósito de esta actividad es que los estudiantes relacionen la presión con la fuerza y el área e identifiquen que son conceptos diferentes.

2 Invite a los alumnos a observar con cuidado las imágenes ya que representan un buen ejemplo de la diferencia entre presión y fuerza. Puede preguntarles ¿cuál es el área de contacto en cada caso y en qué caso es mayor? (con las sandalias), ¿qué pasa con la presión en cada caso? (es mayor haciendo punta), ¿cómo lo saben? (porque las huellas son más profundas).

Puede guiar a los estudiantes a que utilicen la palabra proporcional que se ha manejado a lo largo del curso. Así, la presión es proporcional a la fuerza. Analizando el caso de la bailarina puede preguntar cómo es la relación entre el área y la presión (la presión es inversamente proporcional al área).

Identifiquen las diferencias entre los conceptos de fuerza y presión.

Es importante que los alumnos identifiquen la relación entre estas variables, de esta manera podrán comprender que en los fluidos, las moléculas, al chocar con las paredes del recipiente que los contienen, ejercen una fuerza, que al estar distribuida en determinada área da como resultado la presión.

2. a) RM Cuando la bailarina camina en puntas.

b) RM Porque el área en la que se aplica esa fuerza es menor cuando camina en puntas.

c) RM Disminuye, por eso cuando camina con toda la planta del pie las huellas son menos profundas.

d) RM Que la presión está relacionada con el área en la que se aplica determinada fuerza. Da una idea de cómo se distribuye la fuerza en un área específica.

e) Promueva que sus estudiantes propongan una relación matemática entre estas variables que representa lo observado hasta ahora. RM p= F

A

Reflexión sobre lo aprendidoLos estudiantes deben utilizar las ideas de fuerza, presión y área para explicar por qué es más cómodo recostarse que permanecer sentado. RM Al recostarse, el área de contacto en la que se reparte la fuerza es mayor, por lo que la presión disminuye y resulta más cómodo.


71

IICIENCIASLean el texto.

Antes de iniciar la lectura comenten dos ejemplos de la vida diaria donde se aplique la noción de presión.


¿Una cama de clavos para descansar?¿Por qué no nos lastimamos al acostarnos en una cama de clavos? En cambio, si por accidente llegarámos a pisar un solo clavo, por supuesto que nos dolería. Lo que ocurre es que, si bien la fuerza que ejercemos sobre la cama de clavos, es decir el peso de nuestro cuerpo, es el mismo en ambos casos, el área de contacto con un solo clavo es muy pequeña por lo que la presión que ejercemos aumenta. Por el contrario, en la cama de clavos, el área sobre la que esa fuerza se reparte es mucho mayor, así que la presión disminuye y no nos lastimamos.

Al aplicar una fuerza mayor, mayor es la presión y mientras menos fuerza, menor es la presión, lo que significa que la fuerza es proporcional a la presión. Por otro lado, si la fuerza se aplica sobre un área más grande, la presión es menor y si el área es más pequeña la presión es mayor, lo cual significa que la presión es inversamente proporcional al área. Esto puede escribirse matemáticamente con la siguiente ecuación:

p= FA

Las unidades en las que se mide la presión son llamadas pascales (Pa), en honor a Blaise Pascal quien dedicó su vida a investigar la presión en los fluidos. También se utilizan frecuentemente las atmósferas (atm) y los milímetros de mercurio (mmhg), entre otras unidades.

Hasta ahora hemos estudiado la presión en los sólidos, lo que será de utilidad para comprender la presión en los fluidos. En nuestra vida diaria existen muchas situaciones que están relacionadas con la presión en líquidos y gases. Un ejemplo es lo que ocurre con la pasta de dientes cuando apretamos el tubo por la parte de abajo: la presión se transmite a toda la pasta y provoca su expulsión por el orificio. Al salir a la carretera debemos revisar la presión de las llantas para evitar algún accidente. Inclusive en la cocina existen fenómenos relacionados con la presión, como el funcionamiento de la olla exprés. En ella se hace aumentar la presión dentro de la olla, permitiendo que la temperatura del agua se incremente a más de 100ºC y que los alimentos se cuezan más rápido.

Respondan en su cuaderno:

1. ¿Cómo explicar científicamente que un niño se acueste en una cama de clavos sin sufrir daño?

2. Si en lugar de un niño, se acuesta en la cama de clavos un adulto más pesado, de manera que la fuerza aumente, ¿la presión aumentará o disminuirá? ¿Por qué?

3. Si la fuerza se mide en N y el área en m2, ¿a qué unidades es equivalente el Pa?

Cama de clavos.


En el texto se introduce la relación matemática de la presión con la fuerza y el área. Se ejemplifica mediante la cama de clavos, explicando por qué es posible acostarse en ella sin lastimarse.

Se recomienda introducir las unidades de medición de la presión. Comente las diferencias y similitudes entre la expresión matemática que se presenta en el texto y la que los alumnos propusieron en la actividad anterior.

1 Durante la lectura, recuerde con sus estudiantes a qué variable es proporcional la presión (la fuerza), y a qué variable es inversamente proporcional (el área), y si esto se refleja en la expresión matemática que se muestra en el texto.

Respondan en su cuaderno:

1. RM Aunque el peso es el mismo que si el niño se sentara en un solo clavo, en una cama no se lastima porque el área de contacto es mucho mayor y la presión disminuye.

2. RM La presión aumenta porque el adulto pesa más y ejerce mayor fuerza sobre los clavos.

3. Pregunte a los alumnos en qué unidades se mide la fuerza (N) y el área (m2). Hágales notar que entonces las unidades de presión serían N

m2 . RM Newton sobre metro cuadrado ( N

m2)

2 Para cerrar la sesión, pregunte a los estudiantes qué es lo que han aprendido acerca de la presión. Puede utilizar este momento para retomar las ideas previas y ver si se han modificado. Pregunte nuevamente si presión es lo mismo que fuerza. Recuerde que se han analizado varios casos (las huellas de la bailarina, la cama de clavos, la distribución de masa de un edificio), en los cuales, aunque la fuerza es siempre el peso, al variar el área de contacto la presión cambia y se observan diferentes consecuencias.

3 Es importante escuchar las respuestas de varios estudiantes y fomentar la discusión entre todos.


72

secuencia 19SESIÓN 2 Actividad TRES

Presión

Relacionen el movimiento de las moléculas con la presión en los fluidos. Para ello:

1. Contesten: ¿El aire ejerce presión sobre nosotros?

2. Necesitan:

a) Frasco transparente con tapa.

b) 10 bolitas de unicel o canicas pequeñas.


a) Coloquen las bolitas de unicel o canicas en el frasco.

b) Tapen el frasco.

c) Agiten con fuerza el frasco.

d) Observen el movimiento de las bolitas o canicas.

4. Respondan en su cuaderno:

a) ¿Qué representan las canicas o pelotitas?

b) ¿Qué sucede entre las canicas o pelotitas y las paredes del frasco cuando éste se agita?

c) ¿Las moléculas ejercen alguna fuerza sobre las paredes del recipiente al chocar con ellas? ¿Por qué?

d) ¿Cuál será el área de contacto en la que se aplica esa fuerza?

e) Si agitan el frasco con mayor intensidad, ¿las pelotas chocan con mayor o menor frecuencia contra las paredes del frasco?

f) Entonces, ¿la presión aumenta o disminuye?

g) Una mayor agitación de las moléculas dentro del frasco, ¿sería también equivalente a aumentar la temperatura? Basen su respuesta en la teoría cinética.

comenten:

1. Las moléculas del aire que nos rodea, ¿ejercen alguna fuerza sobre nosotros?

2. ¿Cuál sería el área de contacto sobre la que se aplica esa fuerza?

3. ¿Cuál es el origen de la presión atmosférica?

Aire encerrado en un frasco. Las pelotas representan las moléculas del aire y las flechas son vectores que representan la magnitud y la dirección de la velocidad de las moléculas.

SeSión 25 Antes de iniciar la sesión, recuerde a

sus alumnos brevemente cuál es el problema que están resolviendo.Comente con los alumnos que en la sesión anterior estudiaron la relación de la presión con la fuerza y el área. En esta sesión podrán relacionar la presión con el movimiento de las moléculas.

Actividad TRES

El interactivo permite que los alumnos comprendan que la presión se origina a partir del choque de las moléculas. Lo anterior se logra a través de la manipulación de las variables: número de moléculas y volumen.

4 Además, fomenta la participación y el debate en el aula con la oportunidad de que los alumnos integren sus conocimientos y expresen sus ideas sobre el fenómeno observado.

El propósito de esta actividad es que los estudiantes comprendan el concepto de presión desde el punto de vista de la teoría cinética y lo relacionen con el choque de las moléculas con las paredes.

1 Pregunte a sus estudiantes qué relación existe entre la presión y el movimiento de las moléculas para detectar lo que piensan y trabajarlo a lo largo de la actividad.

Relacionen el movimiento de las moléculas con la presión. Para ello:

1. Puede ser común que los estudiantes piensen que el aire no ejerce presión. Recuerde con ellos que el aire pesa y que el peso es una fuerza que al repartirse en determinada área, genera una presión. RL Por ejemplo: No, porque si ejerciera alguna presión podríamos sentirlo.

4. a) RM Las moléculas del aire.

b) RM Chocan entre sí y con las paredes del recipiente.

c) Solicite a sus estudiantes que imaginen que su mano es la pared del frasco, y pregúnteles si sentirían los choques. Si es necesario, haga preguntas que los lleven a construir una respuesta como la que se muestra a continuación. Por ejemplo: ¿qué pasa con la velocidad de las moléculas cuando chocan con las paredes?, ¿cambia, se queda igual? Cuando la velocidad cambia, ¿existe aceleración? De acuerdo con la Segunda Ley de Newton, ¿qué

relación hay entre la fuerza y la aceleración? RM Al chocar con la pared, la molécula cambia su velocidad en sentido y en dirección. Y, si hay un cambio en la velocidad, ocurre una aceleración; por lo tanto, una fuerza.

d) RM El área de las paredes del recipiente.

e) RM Con mayor frecuencia.

f) RM Aumenta.

g) RM Sí, porque al aumentar la agitación de las moléculas se mueven cada vez más rápido y su energía cinética aumenta. La temperatura, proporcional a la energía cinética, debe aumentar en consecuencia.

Comenten:

1. Es importante comentar con los alumnos que en los fluidos se establece una unidad de área como el área de contacto, por ejemplo cm2. La presión es originada debido al promedio de los choques de las moléculas en esa superficie. Para reforzar esta idea puede revisar las unidades en las que se mide la presión. RM El aire está formado por moléculas en constante movimiento, esas moléculas chocan entre sí y con las cosas que están a su alrededor como nuestro cuerpo. Al chocar ejercen una fuerza. La presión es directamente proporcional a esa fuerza.

2. RM El área de nuestro cuerpo.

3. RM El choque de las moléculas del aire con todo lo que las rodea.


73

IICIENCIAS

Nueva destreza empleada

Observar: Usar uno o más de nuestros sentidos

–vista, oído, olfato, tacto o gusto–para reunir

información sobre objetos o eventos.


Ahora ya sabes que la presión de un fluido, como el aire que nos

rodea, es la consecuencia de una enorme cantidad de choques de

moléculas, ya que estas moléculas, al chocar, ejercen una fuerza

por unidad de área. ¿Qué ocurriría con la pared del globo si

aumentara la presión del aire que contiene? ¿Cómo podrías

incrementar la presión, es decir, aumentar el movimiento de las

moléculas y por lo tanto los choques con las paredes?

Utiliza este conocimiento para explicar por qué se infla un globo.

Recuerda que tu respuesta servirá para resolver el problema.

Actividad CUATROObserven una consecuencia del principio de Pascal:

1. Observen la figura.

2. Van a observar una consecuencia del principio de Pascal en una guerra de pulgares. Para esto necesitan:

a) Jeringa desechable de 5 ml sin aguja

b) Jeringa desechable de 20 ml sin aguja

c) Agua.

d) Manguera de equipo para venoclisis.


a) Corten un pedazo de la manguera de aproximadamente 10 cm de largo.

b) Conecten la jeringa de 20 ml a uno de los extremos de la manguera con el émbolo presionado hasta el fondo.

c) Conecten la jeringa de 5 ml sin émbolo en el extremo opuesto de la manguera.

d) Llenen con agua la jeringa de 5 ml hasta el borde y coloquen el émbolo.

e) Presionen un poco para que parte del agua se pase a la otra jeringa.

Vínculo entre SecuenciasLa teoría cinética de la materia se estudió en la Secuencia 17: ¿Cómo se organiza la materia?

Vínculo entre SecuenciasLo que ocurre con el movimiento de las moléculas al aumentar la temperatura se revisó en la Secuencia 18: ¿Hace calor?

Al apretar uno de los émbolos la presión se transmite de la misma forma a todos los puntos del fluido, por esto, todos los émbolos son empujados por el agua de la misma manera. A este dispositivo se le llama jeringa de Pascal y a esta propiedad de los fluidos se le conoce como Principio de Pascal.

Reflexión sobre lo aprendido3 Puede generar un debate entre sus

alumnos, ayudándoles en la recuperación de conocimientos. RM Si aumenta la presión, las moléculas chocarían más con las paredes del globo empujándolas hacia afuera y provocando que el globo se infle. Una forma de aumentar el movimiento de las moléculas, y por lo tanto la presión, es aumentar la temperatura del aire que está dentro del globo.

Actividad CUATRO

El propósito de esta actividad es que los alumnos realicen un sencillo experimento en el que observen el funcionamiento de una prensa hidráulica, basada en el principio de Pascal. Pida a varios estudiantes que pasen al frente e intenten presionar al mismo tiempo uno de los émbolos de las jeringas. Siempre ganará el que presione el émbolo más pequeño, la razón de esto la estudiarán en el texto de formalización.

Observen el principio de Pascal:

1. Analicen con cuidado la figura, comente con sus estudiantes que en la jeringa de Pascal, al empujar uno de los émbolos, la presión se transmite por el fluido de la misma forma en todos lados; esto provoca que los demás émbolos se eleven de la misma forma. Se recomienda preguntar cómo se moverían los émbolos si la presión no se transmitiera de esta manera.

2. El material puede conseguirse en cualquier farmacia. Es importante que las jeringas queden muy bien conectadas a la manguera; de esta manera, al presionar los émbolos, el dispositivo no se desarmará.

4 En esta secuencia se explica cómo se mueven las moléculas en los gases, lo cual es importante recordar antes de realizar la actividad.

Este conocimiento es muy importante para resolver el problema y, en general, para que los estudiantes relacionen un aumento en la temperatura con un aumento en la presión en un gas, si se mantiene constante el volumen.


74

secuencia 19

Para terminar…Prensa hidráulica

Lean el texto.

Pongan especial atención al principio de Pascal.


¿Alguna vez se han preguntado cómo funcionan la silla del dentista o un gato hidráulico? ¿Es posible que una niña pequeña levante un burro? La respuesta a esta última pregunta es sorprendente: ¡sí!, si aprovechamos el principio de Pascal, que indica que si se ejerce cierta presión a un líquido encerrado y en reposo, la presión se transmite a todas las partes del fluido y a las paredes del recipiente que lo contiene.

Examinemos el problema de la niña y el burro. El peso de la niña ejerce una fuerza sobre el pistón 1 y, por lo tanto, una presión que llamaremos p1.El principio de Pascal establece que esta presión se transmite al otro pistón con el mismo valor, por lo que la presión que la niña ejerce en el émbolo uno se transmite al émbolo dos. Esto lo podemos representar en una ecuación:

p1 = p2

Donde p2 es la presión sobre el pistón 2.Ahora utilizamos la definición de la presión y la sustituimos en la anterior.

F1= F2

A1 A2

Algunas aplicaciones del principio de Pascal.

SESIÓN 3


Ahora ya sabes que si se ejerce cierta presión en un fluido encerrado y en reposo,

ésta se transmite íntegramente a todas las partes del fluido.

Explica lo que sucede a partir del choque de las moléculas que forman el agua.

¿Cómo funciona la silla del dentista?

f) Dos personas deben intentar presionar el émbolo de cada una de las jeringas al mismo tiempo para ver quien logra presionarla hasta el fondo y ganar la guerra de pulgares.

g) Repitan varias veces con personas distintas

4. Contesten en su cuaderno:

a) ¿Qué jeringa presionaron las personas que ganaron la guerra de pulgares?

b) ¿Por qué es más fácil ganar si se escoge la jeringa más pequeña?

c) ¿De qué forma podrían aplicar lo que observaron en el experimento?

f) Se recomienda, antes de empezar el juego de la guerra de pulgares, preguntar al resto del grupo quién creen que gane.

4. Es importante que comenten las respuestas entre todo el grupo antes de escribirlas en el cuaderno.

a) RM La jeringa más pequeña.

b) Las prensas hidráulicas funcionan de la misma manera; el principio de Pascal resulta ser, en este caso, un multiplicador de fuerzas. Esto se estudiará más detenidamente en el texto de formalización. Un ejercicio interesante que se puede realizar después de leer el texto, es calcular las áreas de los dos émbolos para saber cuánto se amplifica la fuerza que se aplica al presionar el émbolo chico. Por ahora escuche las distintas ideas. RL Por ejemplo: porque el émbolo es más pequeño y pesa menos.

c) RM Para levantar cosas pesadas.

2 Para cerrar la sesión, se recomienda que retome la pregunta 2 de la sección Lo que pienso del problema y pida a sus alumnos que comparen lo que pensaban antes y ahora.

SeSión 35 Antes de iniciar la sesión, recuerde

a sus alumnos brevemente cuál es el problema que están resolviendo.

Comente con los alumnos que en la sesión anterior estudiaron la relación de la presión con la fuerza y el área.

Además, relacionaron la presión con el movimiento de las moléculas. En esta sesión estudiarán el principio de Pascal y su relación con el modelo cinético.

Para terminar…

El video muestra el funcionamiento de un gato hidráulico bajo el principio de Pascal.

4 El recurso tecnológico complementa la información del texto. Puede aprovechar el recurso para acercar gráficamente la explicación del movimiento de las moléculas de un líquido que produce la presión y su relación con avances tecnológicos como la prensa hidráulica.


El texto presenta el principio de Pascal y su relación con la teoría cinética.

5 Los diferentes equipos pueden hacer cuadros sinópticos y pegarlos en las paredes del salón para consulta continua.

Reflexión sobre lo aprendido3 Puede generar un debate entre sus

alumnos, ayudándoles en la recuperación de conocimientos. RM Al empujar el émbolo, aumenta el número de choques con las moléculas de agua que están cerca del émbolo; la mayor frecuencia de choques se trasmite a capas sucesivas y finalmente por todo el fluido.


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IICIENCIAS

La prensa hidráulica está formada por dos pistones de distintos diámetros, los cuales están intercomunicados por un tubo lleno de agua o de otro fluido.

Como queremos encontrar la fuerza sobre el pistón 2, la que hace que se levante el burro, la despejamos y obtenemos:

F2 =F1 × A2

A1

Si el área del pistón 2 es 10 veces mayor que el área del pistón 1, la niña puede levantar ¡10 veces su peso! El principio de Pascal también puede verse como un multiplicador de fuerzas y esa es la razón por la cual la niña puede levantar al burro.

¿Cómo puede entenderse el principio de Pascal a partir de que el líquido está formado por moléculas? En la prensa hidráulica, al empujar el émbolo aumenta el número de choques con las moléculas del agua en la vecindad del émbolo. La mayor frecuencia de choques se transmite a capas sucesivas de líquido, hasta que la presión hace que el émbolo 2 se eleve.

Comenten:

1 ¿Cómo tendría que ser una prensa hidráulica para que la niña pudiera levantar un coche que pesa 30 veces más que ella?

2. Revisen la respuesta que dieron en la reflexión sobre lo aprendido de la Actividad CUATRO, ¿qué diferencias hay entre la respuesta que dieron y lo mencionado en el texto?

Lo que aprendimosResuelvo el problema“El circo ambulante llegó a tu comunidad el fin de semana pasado y hay un mago que puede inflar un globo sin soplarle. Para realizar su truco, el mago utiliza los elementos que ves en la ilustración. ¿Cómo hace el truco? Argumenta tu respuesta empleando el concepto de presión”.

Resuelve el problema en tu cuaderno. Para ello, haz lo que se pide:

1. ¿El aire de la atmósfera que se encuentra fuera del globo choca contra las paredes de éste? Justifica tu respuesta.

2. ¿Cómo es posible hacer que las moléculas del aire que están dentro del globo se muevan más rápido para que choquen con mayor frecuencia con la pared del globo y la empujen hacia fuera? ¿Qué elemento de la mesa del mago utilizarías para lograrlo?

3. Explica qué pasa con las moléculas del aire cuando se calienta la botella de la figura. ¿Se infla el globo? ¿Por qué?

La botella se calienta “a baño maría”: ¿se inflará el globo?

F1 = P1

a1

F2 = P2

a2

Comenten:

1. La prensa hidráulica puede entenderse como un multiplicador de fuerzas. RM Para que la niña pueda levantar 30 veces su peso, el área del pistón sobre el que se encuentra el coche debe ser 30 veces mayor que el área del pistón sobre el que se encuentra la niña.

2. RL

Lo que aprendimos

En la sección Lo que aprendimos, se presentan las siguientes actividades de evaluación de los contenidos de la secuencia:

✓ Resuelvo el problema: El alumno da una solución al problema; emplea para ello los conceptos y las destrezas aprendidas.

✓ Para qué me sirve lo que aprendí: El alumno transfiere los nuevos aprendizajes a situaciones y contextos diferentes a los estudiados.

✓ Ahora opino que…: Se plantea una nueva situación problemática relacionada con los contenidos, ante la cual el alumno manifiesta una opinión informada.

Al final de cada bloque se presenta:

• Un ejemplo de evaluación individual de Lo que aprendimos, así como un Ejemplo de evaluación sumativa de un bloque.

• Una Lista de cotejo de destrezas y actitudes, en la que se presentan las destrezas y las actitudes que se trabajan en cada secuencia.


Resuelve el problema en tu cuaderno. Para ello, haz lo que se pide:

4 Cuando los alumnos terminen de responder de manera individual, se recomienda que intercambien opiniones con el resto del grupo. Pida la participación de dos o tres alumnos, dando la palabra a los que levantan la mano y a otros que no. Pueden comentar cómo creen que hace el truco el mago y por qué. Se recomienda realizar el truco. Para esto es necesario poner el globo en la boca de la botella y calentarlo a baño maría. De esta forma, el aire dentro de la botella se calienta y hace que el globo se infle.

1. RM Sí, porque las moléculas del aire están en constante movimiento y chocan con todo lo que las rodea, incluyendo el globo.

2. RM Al calentar el aire que está dentro del globo las moléculas se van a mover más rápido. Para eso usaría la hornilla eléctrica.

3. RM Al calentar el aire que está dentro del globo las moléculas se van a mover más rápido que las moléculas de aire que chocan con el globo por fuera. Si la cantidad de choques es mayor dentro del globo que fuera, éste se infla.


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secuencia 19

¿Para qué me sirve lo que aprendí?De qué forma construirías una escuela utilizando la misma cantidad de material: verticalmente, como en un edificio alto o torre, o de forma extendida en una sola planta.

1. ¿En qué caso es mayor la presión que ejerce la construcción sobre la tierra? Explica.

2. ¿En qué caso se necesita reforzar más los cimientos? ¿Por qué?

Ahora opino que…explica qué le pasaría a un globo inflado si se suelta en el espacio exterior.

1. se desinfla.

2. se infla cada vez más hasta que explota.

3. Queda igual.

• Explica lo anterior en función del choque de las moléculas con las paredes del globo; recuerda que en el espacio exterior prácticamente no hay moléculas.


Revisa la respuesta que diste al inicio de la secuencia sobre por qué

se infla un globo cuando le soplas. ¿Qué diferencias notas entre lo

que escribiste entonces y lo que sabes ahora?

Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: Partículas, presión y fuerzaen la programación de la red satelital edusat.

El programa permite identificar la relación entre la presión, el movimiento de partículas de la materia y la fuerza, así como valorar estos conocimientos para su aplicación en avances tecnológicos. la explicación científica de los fenómenos que nos rodean, frente una explicación mágica. Se destaca el carácter asombroso de algunos avances tecnológicos.

4 Puede aprovechar el recurso para sintetizar con sus alumnos los conocimientos construidos a lo largo de la secuencia. El recurso tecnológico integra el contenido de la secuencia.


De que forma construirías una escuela utilizando la misma cantidad de materiales: verticalmente, como en un edificio alto o torre, o de forma extendida en una sola planta.

1. RL La presión es mayor si se construye como un edificio porque el área de contacto con la tierra es menor.

2. RL Cuando se construye como edificio porque la presión es mayor.

Ahora opino que…

¿Qué le pasaría a un globo si lo sueltas en el espacio exterior?

3 Comente con sus estudiantes que en el espacio exterior prácticamente no hay partículas. De este modo, el choque de las moléculas de aire que están dentro del globo no se contrarresta con choques de las moléculas que están afuera de él. Imaginar y contextualizar situaciones en el espacio exterior puede resultar interesante para los alumnos. Pueden comentar qué le pasaría a una persona en condiciones similares a las del globo, si han visto esto en alguna película y la importancia de los trajes espaciales.

• Explica lo anterior en términos del choque de las partículas con la pared del globo; recuerda que en el espacio exterior prácticamente no hay moléculas. RM Las moléculas de aire dentro del globo chocan y empujan la pared del globo. Al no haber choques de moléculas por afuera del globo que contrarresten los choques de adentro, éste se infla cada vez más hasta que estalla.

Reflexión sobre lo aprendidoDespués de realizar la actividad de manera individual, puede organizar un diálogo grupal, en el que intercambien sus opiniones acerca de si hubo cambios en sus conoci-mientos y las razones de ello. RL Por ejemplo: Antes pensaba que el globo se llenaba de aire y ahora pienso que al soplar dentro del globo aumenta la presión y las moléculas del aire chocan con las paredes del globo, empujándolas y provocando que éste se infle.


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IICIENCIAS

Para saber más…1. Gran Atlas Visual. Del Cosmos, La Tierra y México (2003). México: SEP/ Euroméxico,

Libros del Rincón.

2. Gasca, Joaquín (2003). Fuerzas físicas. México: SEP/ Ediciones Culturales Internacionales, Libros del Rincón.

1. Diccionario de Física (2004). Madrid: Oxford-Complutense.

2. Bouillot-Jaugey, Isabelle (2001). La Tierra. Larousse Dokéo. México: Larousse.

1. Talavera, Laura y Mario Farías. El vacío y sus aplicaciones. ILCE. 7 de marzo de 2007.http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/131/htm/elvacio.htm

Para saber más…

1. En el atlas pueden consultar más sobre la composición de la atmósfera.

2. En este libro pueden estudiar más acerca de la presión y su explicación a partir de la teoría cinética.

1. En el diccionario pueden consultar el significado de términos físicos como presión.

2. En este libro pueden aprender más sobre la atmósfera de la Tierra.

1. En esta página puede consultarse más acerca del vacío y sus aplicaciones.

66 libro para el maestro - sec | telesecundarias...de materia. todo lo que nos rodea es, en última...

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