modulo ciencias experimentales

TABLA DE CONTENIDO

CIENCIA EXPERIMENTALESTABLA DE CONTENIDO

Presentación 5Generalidades 6

Contexto del módulo 12

Unidad 1. Describiendo y midiendo la materia 19Sesión 1: ¿Qué es la materia? 19Sesión 2: ¿Cómo se caracteriza la materia? 25Sesión 3: ¿Qué características de la materia son medibles? 32

Unidad 2. Clasificando la materia y sus cambios 43Sesión 4: ¿Qué tipos de materia existen? 43Sesión 5: ¿Qué cambios sufre la materia? 50Sesión 6: ¿Qué relaciones existen entre la materia y la energía? 59

Unidad 3. Conociendo la naturaleza eléctrica de la materia 67Sesión 7: ¿Por qué se electrizan los cuerpos? 67Sesión 8: ¿Qué es la energía eléctrica? 76Sesión 9: ¿Cómo se obtiene y aprovecha la energía eléctrica? 86

Unidad 4. Conociendo la naturaleza de movimiento de la materia 97Sesión 10: ¿Por qué se mueven los cuerpos? 97Sesión 11: ¿Qué es el movimiento ondulatorio y dónde se presenta en la naturaleza? 105Sesión 12: ¿Cómo se lleva a cabo el movimiento de la materia en los sistemas biológicos y químicos? 115

Bibliografía 124

3Universidad Tecnológica de Bolívar Ciencias Experimentales

Las ciencias experimentales (para algunos) o naturales (para otros) –dependiendo del enfoque con el que se les mire (asociadas al trabajo de laboratorio o como ciencias que buscan comprenden los fenómenos de la naturaleza)-, son fundamentalmente la Biología, la Física y la Química, campos de conocimiento de alto reconocimiento en la comunidad académica alrededor del mundo y su divulgación e investigación es vital y determinante para la alfabetización científica de las sociedades y la potenciación y desarrollo de las naciones.

Por tal razón una formación básica sobre los aportes fundamentales de estas ciencias –sin que eso signifique que otras ciencias como las sociales no apunten a lo mismo- nos dan herramientas conceptuales que permiten comprender los fenómenos naturales y los procesos tecnológicos desde una mirada crítica, sistemática, rigurosa, analítica y reflexiva. Es así como el módulo de Ciencias Experimentales, posibilita el desarrollo de competencias científicas y ciudadanas en los estudiantes para resolver y asumir situaciones problémicas en el contexto de la vida laboral y cotidiana.

De modo que acudiendo al corpus de conocimiento de la física, la química y la biología, es posible comprender diversidad de fenómenos naturales desde el micromundo (el átomo, las moléculas, las células) hasta el macromundo (los organismos, el planeta, el universo).Y bajo esa perspectiva, el módulo se estructura en 4 unidades:

En la Unidad 1, Describiendo y midiendo la materia, se busca profundizar en relación a interrogantes como: ¿Qué es la materia? ¿Cómo se caracteriza? ¿Cuáles de sus propiedades se pueden medir? Posteriormente la ruta del módulo nos llevará a ahondar en relación a la clasificación de la materia, los cambios que sufre en la naturaleza y su íntima relación con la energía, temáticas que serán abordadas en la Unidad 2. Clasificando la materia y sus cambios.

Para las dos últimas unidades, Unidad 3. Conociendo la naturaleza eléctrica de la materia y Unidad 4. Conociendo la naturaleza de movimiento de la materia, el objetivo es profundizar respecto a la naturaleza eléctrica y de movimiento de la materia, para comprender fenómenos como la electrización de los cuerpos, la corriente eléctrica, el movimiento de los cuerpos, entre otros.

Te invitamos a leer cuidadosamente cada una de las unidades y sesiones y desarrollar las actividades con ánimo y dedicación. Consulta el material de apoyo del aula virtual, donde profundizarás algunos temas expuestos en este módulo; así, integrarás conocimientos, desarrollarás tu creatividad y fortalecerás tu sentido de investigación.

PRESENTACIÓN


PRESENTACIÓN

GENERALIDADES DEL MÓDULO

FICHA TÉCNICA

Número de créditos: 4Duración: 10 semanasTotal sesiones: 12

CONTENIDO PROGRAMÁTICO

UNIDADES SESIONES TEMAS

I. DESCRIBIENDO Y MIDIENDO LA MATERIA

1. ¿Qué es la materia?

• ¿A qué se le llama materia?• Estructura de la materia• Materia viva• Niveles de organización de la

materia

2. ¿Cómo se caracteriza la materia?

• Propiedades de la materia• Tipos de propiedades

3. ¿Qué características de la materia son medibles?

• Conceptos básicos• Sistema internacional de medidas

(SI)• Conversión de unidades y análisis

dimensional

II. CLASIFICANDO LA MATERIA Y SUS CAMBIOS

4. ¿Qué tipos de materia existen?

• Sustancias y mezclas • Separación de mezclas

5. ¿Qué cambios sufre la materia?

• Transformaciones en la materia• Cambios físicos Vs. Cambios

químicos

6. ¿Qué relaciones existen entre la materia y la energía?

• Relación materia – energía• Tipos de energía

66 Universidad Tecnológica de Bolívar Ciencias Experimentales


III. CONOCIENDO LA NATURALEZA ELÉCTRICA DE LA MATERIA

7. ¿Por qué se electrizan los cuerpos?

• Conceptos básicos • Electrización de los cuerpos• Tipos de electrización

8. ¿Qué es la energía eléctrica?

• Conceptos relacionados con la energía eléctrica

• Materiales conductores y aislantes

9. ¿Cómo se obtiene y aprovecha la energía eléctrica?

• Fuentes y usos de la energía eléctrica• Energías alternativas

IV. CONOCIENDO LA NATURALEZA DE MOVIMIENTO DE LA MATERIA

10. ¿Por qué se mueven los cuerpos?

• Conceptos básicos• Movimiento según Newton• La gravedad de Newton y la gravedad

de Einstein

11. ¿Qué es el movimiento ondulatorio y dónde se presenta en la naturaleza?

• Conceptos básicos• Movimiento ondulatorio• Las ondas en la naturaleza y en la

cotidianidad

12. ¿Cómo se lleva a cabo el movimiento de la materia en los sistemas biológicos y químicos?

• Movimiento de la materia a través de la membrana celular.

• Ciclos biogeoquímicos

UNIDADES SESIONES TEMAS



COMPETENCIA

Mediante el estudio de este material, la participación activa en las tele-clases, en el Aula Virtual y la realización de las actividades propuestas, estarás en capacidad de:

• Interpretar y sustentar desde las herramientas conceptuales de la física, la química y la biología, fenómenos naturales cotidianos, con el fin de construir conocimientos científicos asociados a estos campos, apropiar lenguaje científico y potenciar habilidades para delimitar y resolver situaciones problémicas, que posteriormente se reflejen y contribuyan a un mejor desempeño en su entorno laboral.

ELEMENTOS DE COMPETENCIA

• Comprender la organización de la materia desde la perspectiva del macro y micromundo.

• Clasificar la materia en términos de sustancias y mezclas e identificar los cambios físicos y químicos que ésta sufre en contextos naturales y cotidianos.

• Reconocer y comprender la naturaleza eléctrica y de movimiento de la materia en fenómenos naturales y situaciones cotidianas.


COMPETENCIA

UNIDAD CONTEXTO

SESIÓN CONTEXTUALIZACIÓN SOBRE LAS CIENCIAS EXPERIMENTALES

HACER SABER SER

Reconocer los objetos de estudio y alcances de las ciencias experimentales (Biología, Física y Química) para explicar el entorno natural y cotidiano

• ¿Qué son las Ciencias Experimentales?

• ¿Cuáles son los objetos de estudio de la Biología, la Química y la Física?

Reflexivo ante los alcances y limitaciones de ciencias experimentales en la comprensión de la realidad natural y cotidiana

SESIÓN 1¿QUÉ ES LA MATERIA?

HACER SABER SER

Identificar la estructura de la materia desde el nivel atómico-molecular hasta el nivel ecosistémico

• ¿A qué se le llama materia?

• Estructura de la materia• Materia viva• Niveles de organización de

la materia

Interesado y motivado por entender la perspectiva sistémica en que las ciencias experimentales estudian la naturaleza

SESIÓN 2¿CÓMO SE CARACTERIZA LA MATERIA?

HACER SABER SER

Diferenciar la materia en la naturaleza y el contexto cotidiano, desde el reconocimiento de sus propiedades

• Propiedades de la materia• Tipos de propiedades

Atento y buen observador de las características de la materia en fenómenos naturales o de la vida cotidiana

SESIÓN 3¿QUÉ CARACTERÍSTICAS DE LA MATERIA SON MEDIBLES?

HACER SABER SER

Emplear el análisis dimensional para convertir adecuadamente, diferentes unidades de medida de una misma propiedad

• Conceptos básicos• Sistema internacional de

medidas (SI)• Conversión de unidades y

análisis dimensional

Consciente de la importancia de la medición de propiedades en entornos cotidianos, académicos y/o laborales

TABLA DE SABERES

UNIDAD 1 DESCRIBIENDO Y MIDIENDO LA MATERIA


TABLA DE SABERES

SESIÓN 4¿QUÉ TIPOS DE MATERIA EXISTEN?

HACER SABER SERUtilizar las categorías de sustancias y mezclas para clasificar la diversidad de materia presente en contextos naturales y/o cotidianos

• Sustancias y mezclas • Separación de mezclas

Observador y analítico de su entorno natural y cotidiano para distinguir la materia presente en términos de sustancias o mezclas

SESIÓN 5¿QUÉ CAMBIOS SUFRE LA MATERIA?

HACER SABER SER

Identificar las transformaciones de la materia como cambios físicos y/o químicos en el entorno natural y cotidiano

• Transformaciones en la materia

• Cambios físicos Vs. Cambios químicos

Reflexivo sobre las transformaciones que acontecen en la materia en fenómenos naturales o situaciones cotidianas

SESIÓN 6¿QUÉ RELACIONES EXISTEN ENTRE LA MATERIA Y LA ENERGÍA?

HACER SABER SERComprender la relación materia - energía, a partir de los postulados actuales de las ciencias experimentales e identificar manifestaciones de la energía en fenómenos de la naturaleza y la vida cotidiana

• Relación materia – energía• Tipos de energía

Argumentativo respecto a la relación materia-energía sustentando sus razonamientos y ejemplificando desde el contexto natural y cotidiano

SESIÓN 7¿POR QUÉ SE ELECTRIZAN LOS CUERPOS?

HACER SABER SER

Experimentar la electrostática en situaciones cotidianas y explicarla desde soportes científicos válidos

• Conceptos básicos • Electrización de los

cuerpos• Tipos de electrización

Recursivo y organizado al realizar experiencias prácticas sobre electrostática

UNIDAD 2 CLASIFICANDO LA MATERIA Y SUS CAMBIOS

UNIDAD 3 CONOCIENDO LA NATURALEZA ELÉCTRICA DE LA MATERIA


TABLA DE SABERES

SESIÓN 8¿QUÉ ES LA ENERGÍA ELÉCTRICA?

HACER SABER SERDiferenciar conceptos como corriente, intensidad, potencia, resistencia, material conductor y material aislante y asociarlos apropiadamente con la energía eléctrica

• Conceptos relacionados con la energía eléctrica

• Materiales conductores y aislantes

Participativo en los foros sincrónicos y asincrónicos, demostrando adecuado uso y apropiación del lenguaje científico asociado a la electricidad

SESIÓN 9¿CÓMO SE OBTIENE Y APROVECHA LA ENERGÍA ELÉCTRICA?HACER SABER SER

Evaluar las ventajas y desventajas de la obtención de energía eléctrica a partir de energías alternativas

• Fuentes y usos de la energía eléctrica

• Energías alternativas

Consciente de la importancia de las energías alternativas como opciones de energía respetuosas con el medio ambiente

SESIÓN 10¿POR QUÉ SE MUEVEN LOS CUERPOS?

HACER SABER SERArgumentar el movimiento de los cuerpos desde los postulados de Isaac Newton y diferenciar su concepción de gravedad con respecto a la de Einstein

• Conceptos básicos• Movimiento según Newton• La gravedad de Newton y

la gravedad de Einstein

Atento y crítico de los alcances y limitaciones de la teoría del movimiento, desde la mecánica clásica

SESIÓN 11¿QUÉ ES EL MOVIMIENTO ONDULATORIO Y DÓNDE SE PRESENTA EN LA

NATURALEZA?HACER SABER SER

Reconocer el movimiento ondulatorio en la naturaleza y el contexto cotidiano

• Conceptos básicos• Movimiento ondulatorio• Las ondas en la naturaleza

y en la cotidianidad

Valorar y reflexionar sobre el conocimiento del movimiento ondulatorio y sus implicaciones en la vida del ser humano

SESIÓN 12¿CÓMO SE LLEVA A CABO EL MOVIMIENTO DE LA MATERIA EN LOS

SISTEMAS BIOLÓGICOS Y QUÍMICOS?HACER SABER SER

Describir y explicar el movimiento de la materia a nivel celular y ecosistémico

• Movimiento de la materia a través de la membrana celular

• Ciclos biogeoquímicos

Curioso e interesado por el conocimiento científico sobre el movimiento de la materia a nivel celular y ecosistémico

UNIDAD 4 CONOCIENDO LA NATURALEZA DE MOVIMIENTO DE LA MATERIA


TABLA DE SABERES

UNIDAD CONTEXTO DEL MÓDULO

SESIÓN CONTEXTUALIZACIÓN SOBRE

LAS CIENCIAS EXPERIMENTALES

La física, la biología y la química se han consolidado en ciencias experimentales o de la naturaleza -por excelencia-, y a partir de ellas, el conocimiento científico se ha venido especializado cada vez más, en tanto las situaciones de la vida del ser humano se complejizan y dinamizan. Hoy por ejemplo se habla de alimentos transgénicos, problemas climáticos, enfermedades genéticas, energías alternativas...(por mencionar algunas temáticas) dando lugar a la ramificación de las ciencias naturales “madre” en campos de conocimiento diversos y delimitados, por ejemplo: la Genética, la Ecología, la Astrofísica… y continuar con el listado sería una tarea dispendiosa.

Este apartado nos permitirá conocer los objetos de estudio y perspectivas del entorno que cada uno de estos campos (Física, Química y Biología) se ha dedicado a comprender e investigar.

¿QUÉ SABES SOBRE…?

Observa con atención las siguientes fotografías:


UnidadCONTEXTO DEL MÓDULO

Imagen No. 1. Fotografías relacionadas con situaciones cotidianas y naturales. 1. Crecimiento de las plantas, 2. Capacidad para hablar y escuchar, 3. Los movimientos planetarios, 4. Nadar, 5. Cocinar, 6. Formación de la lluvia.

Algunas tomadas y adaptadas de: http://educacienciastic.blogspot.com/; http://www.freepik.es/

Contesta los siguientes cuestionamientos, partiendo de las imágenes anteriores, tus conocimientos escolares y tu experiencia cotidiana.

1. ¿Qué crees que estudia la Física?

2. ¿Qué crees que estudia la Química?

3. ¿Qué crees que estudia la Biología?

4. Escoge una de las imágenes y reflexiona ¿qué podría aportar cada ciencia (la biología, la física y la química) a la comprensión de esta situación? ¿Por qué?

Ahora que has reflexionado sobre lo que sabes acerca de la Biología, la Física y la Química, te invitamos a realizar una lectura atenta a la siguiente sesión, con el fin de profundizar sobre el contexto de estos campos de conocimientos.


SESIÓN CONTEXTO DEL MÓDULO

1. ¿QUÉ SON LAS CIENCIAS EXPERIMENTALES?

Son aquellas ciencias que construyen conocimiento a través de diversas metodologías de investigación pero acuden principalmente a la de tipo experimental, es decir, observan, registran, controlan variables para estudiar el entorno, y por lo general, desarrollan sus proyectos de investigación bajo unas hipótesis de trabajo iniciales que buscan ser comprobadas, verificadas o corroboradas.

Es muy habitual que también se les denomine como Ciencias Naturales o ciencias de la naturaleza, puesto que sus investigaciones tienen relación con lo que sucede en el entorno natural y los fenómenos que en él acontecen, por lo que, todo aquello relacionado con el mundo social y humano (objeto de estudio propio de las ciencias sociales o ciencias humanas) no es una preocupación para estos campos de conocimiento.

Así por ejemplo, explicar la producción de una tormenta, la formación de un bebé en el vientre de una madre, o los procesos metabólicos en el interior de nuestro organismo, una vez consumimos un alimento, son fenómenos de interés investigativo propios de las ciencias experimentales, mientras que entender las ventajas y desventajas de los acuerdos comerciales (como el TLC) para los países desarrollados y en vías de desarrollo o analizar las causas y consecuencias de la violencia en Colombia, son asuntos de indagación de las ciencias sociales.

Ahora bien, existen muchas ciencias experimentales o naturales (Medicina, Biología molecular, Genética, Fisicoquímica, Ecología, Astrofísica…), pero todas ellas tienen una relación directa con las cinco ciencias naturales o experimentales fundamentales o básicas, de las cuales se derivan las demás; estás son: la astronomía, la física, la biología, la química y la geología. En este módulo en particular, nos concentraremos en revisar tres de ellas: la Biología, la Física y la Química.

Esquema No. 1. Ciencias experimentales básicas.

Biología

Física

Astronomía

CIENCIAS EXPERIMENTALES

BÁSICAS

Química

Geología



Ahora que ya hemos revisado qué significa Ciencia experimental o natural, cuáles son las cinco ciencias experimentales básicas y cuáles de ellas trabajaremos en el módulo, pasemos a analizar sus objetos de estudio.

2. ¿CUÁLES SON LOS OBJETOS DE ESTUDIO DE LA BIOLOGÍA, LA QUÍMICA Y LA FÍSICA?

Debido a que la naturaleza en un contexto complejo, dinámico y cambiante, una sola ciencia experimental no lograría comprenderla a plenitud, por tal motivo, cada ciencia experimental se ha dedicado a estudiar e indagar acerca de una “porción” de naturaleza y delimitar su campo de acción y comprensión. Es así como cada una de las ciencias experimentales tiene un campo delimitado de investigación sobre la naturaleza. A continuación veremos de forma breve y sencilla las características de los objetos de estudio de la Física, la Química y la Biología:

• Física: esta ciencia natural enfatiza sus estudios en relación al comportamiento de los cuerpos desde el punto de vista de la conservación, el equilibrio, la dinámica y las interacciones, lo que requiere el uso de términos como fuerza, energía, sistema, carga, campo, entre otros.

Algunas ramas de la física son: la óptica –estudios de la luz-, la termodinámica –estudios sobre fenómenos relacionados con el calor-, la mecánica –estudios sobre movimiento de los cuerpos-, el electromagnetismo- estudios sobre fenómenos eléctricos y magnéticos, o la mecánica cuántica- estudios sobre el comportamiento microscópico de los cuerpos, a nivel atómico y subatómico-.

• Biología: este campo de conocimiento centra su mirada hacia la compresión de los cuerpos vivos y sus cambios, desde la perspectiva celular, evolutiva, relacional y ecosistémica, interesándose por la estructura, desarrollo, crecimiento, reproducción, clasificación y evolución de los seres vivos.

Al igual que la física, la biología también tiene ramificaciones o sub-disciplinas que, por lo general, se enfocan en temas ambientales: tales como la Ecología (estudios sobre los ecosistemas y sus organismos, poblaciones y comunidades-), Zoología (dedicada al estudio de los animales), Botánica (relacionada con el estudio de las plantas), Veterinaria (estudios sobre la prevención, diagnóstico y tratamiento de las enfermedades en animales), Paleontología (estudios relacionados con organismos vivos en el pasado de la Tierra, por medio de sus evidencias fósiles), Microbiología (disciplina dedicada al estudio de los seres microscópicos); o en tópicos celular-moleculares: como por ejemplo la Genética (estudios sobre la herencia biológica de una generación a otra), entre otras.

• Química: esta ciencia se encarga de comprender los cambios y transformaciones en la materia a nivel atómico-molecular, al igual que la composición y clasificación de las sustancias.



Entre algunas de las ramas que subyacen de esta ciencia están la química orgánica (estudios sobre las sustancias constituidas por carbono) química instrumental (estudios relacionados con el análisis composición de sustancias y muestras con ayuda de instrumentos y técnicas de laboratorio), bioquímica (composición y comportamiento químico de los seres vivos a nivel celular y molecular), Fisicoquímica (estudios del comportamiento energético en sistemas químicos y el comportamiento de la materia), Electroquímica (estudios relacionados con las trasformaciones de la energía eléctrica y la energía química), Química computacional (relacionada con estudios frente al aprovechamiento de sistemas computacionales y software en la comprensión de sistemas químicos), por mencionar algunas.

Como puede notarse, cada una de estas ciencias naturales tiene una “preocupación” delimitada acerca de su comprensión de naturaleza. No obstante es fundamental en este punto destacar, que normalmente el entendimiento de un fenómeno natural siempre requiere de mínimo dos de estas tres ciencias experimentales, así por ejemplo: comprender el proceso de gestación de un bebé, demanda como mínimo de los campos de la Biología y la Química; el funcionamiento de una olla a presión, implica las ciencias de la Física y la Química o en el caso de la construcción de una prótesis de pierna, convoca los conocimientos científicos de la Biología y la Física.

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 1

Propósito: Relacionar fenómenos naturales y cotidianos con los objetos de estudios de las ciencias experimentales de la Física, la Química y la Biología.

Descripción: Para cada fenómeno natural (numerado) señala la ciencia experimental (designada con las letras A. B. y C.) que a tu consideración más aporta a su comprensión. Luego, explica el porqué de tu elección.

Fenómeno naturalCiencia Experimental que

mejor lo explica Explicación de la elección

1. La descomposición de un alimento y la aparición de mohos ( )

A. BIOLOGÍA1. ( )

2. La preparación de un plato (como una lasaña, una torta o un desayuno) ( )

2. ( )



3.El funcionamiento de un motor de automóvil ( )

B. QUÍMICA3. ( )

4. El mecanismo requerido para encender una bombilla ( )

4. ( )

5. La producción de un medicamento ( ) C. FÍSICA 5. ( )

6. El comportamiento de los pingüinos ( ) 6. ( )

Criterio de autoevaluaciónReconoce los objetos de estudio y alcances de las ciencias experimentales (Biología, Física y Química) en la comprensión de fenómenos naturales.


Propósito: Aproximarse a un fenómeno natural e identificar las ciencias experimentales que más aportan a su comprensión.

Descripción:

Consulta sobre un fenómeno natural de interés (Ej: producción de la lluvia, elaboración de un producto, funcionamiento de un objeto, u otro fenómeno natural y:

1. Elabora un resumen que permita describirlo y explicarlo.

2. Identifica y asocia la(s) ciencia(s) experimental(es) que aporta(n) a la explicación y comprensión del fenómeno seleccionado.

Criterio de autoevaluación

Reflexivo(a) ante los alcances y limitaciones de ciencias experimentales en la compren-sión de la realidad natural y cotidiana.



ANOTACIONES


UNIDAD 1DESCRIBIENDO Y MIDIENDO LA MATERIA

SESIÓN 1¿QUÉ ES LA MATERIA?

Durante el desarrollo de esta primera unidad trabajaremos acerca de cómo caracterizar y medir aquello que sea materia y por ello, debemos iniciar la reflexión pensando en el interrogante que nos propone la sesión 1: ¿Qué es la materia? e incluso ¿Qué no lo es?



Imagen No. 2. Fotografías relacionadas con situaciones cotidianas y naturales. 1. Un paisaje, 2. El sol, 3. Un juego de futbol. Tomadas y adaptadas de: https://www.flickr.com/


SESIÓN 1 ¿QUÉ ES LA MATERIA?


1. Indica para cada situación, los elementos que consideres como ejemplos de materia

2. Indica para cada situación, los elementos que a tu parecer, NO son ejemplos de materia

3. Define con tus palabras el concepto de Materia

Ahora que has reflexionado sobre lo que sabes acerca de la materia, te invitamos a realizar una lectura atenta a la siguiente sesión, con el fin de profundizar sobre este importante concepto, en el contexto de las ciencias experimentales.

1. ¿A QUÉ SE LE LLAMA MATERIA?

Cuando se habla de “materia” a nivel cotidiano, es muy común encontrarse con variedad de significados. Por ejemplo: los abuelos (por lo general) lo atribuyen al pus o líquido amarillento que es segregado de una herida; en el contexto académico se le puede considerar como un sinónimo de asignatura o módulo; y de hecho algunos académicos emplean este término para distinguir los seres vivos de los inertes; sin embargo para el campo de las ciencias experimentales (ciencias naturales que son de nuestro interés en este módulo), la materia tiene que ver con todo aquello que cumpla con la siguiente condición: estar constituido, formado o estructurado por entidades atómicas y/o moleculares, en otras palabras, estar hecho de átomos y/o moléculas.

Por lo tanto, una hoja de cuaderno (constituida por moléculas de celulosa), un celular (formado componentes plásticos y metálicos que a su vez son fundamentalmente, moléculas de Acrilonitrilo Butadieno Estireno o ABS, y una batería de átomos de litio (Li)), una naranja (compuesta por células vegetales y moléculas de agua, vitaminas y fructosa), un cerebro (conformado por células animales especializadas llamadas neuronas, que contienes moléculas proteicas específicas, lípidos, vitamina E y otros componentes químicos), o una moneda (constituida por mezclas de átomos metálicos, por lo general de Cobre-Cu-, Aluminio –Al-, Níquel –Ni- , Estaño –Sn- y Zinc –Zn-), son ejemplos de materia, en tanto están hechos de átomos y/o moléculas.


Unidad 1DESCRIBIENDO Y MIDIENDO LA MATERIA

No obstante, aunque ya sabemos que significa y a qué se le denomina materia en el contexto de las ciencias naturales, surge entonces el siguiente interrogante: ¿qué son y cómo son los átomos y las moléculas?

2. ESTRUCTURA DE LA MATERIA

Como ya se mencionó, todo aquello que sea materia –desde la perspectiva de las ciencias naturales- es aquello que en su composición tenga entidades atómicas y/o moleculares.

Los átomos son los sistemas más pequeños de la materia y las moléculas son la unión de dos o más átomos. Un átomo (cualquiera que este sea) es un sistema en el cual conviven un conjunto de subpartículas conocidas como: protones (de carga positiva +) y neutrones (de carga neutra) en el núcleo y alrededor de este último, las cargas negativas conocidas como electrones.

Debido a que los átomos son imperceptibles al ojo humano, los científicos han ideado maneras de representarlo a través de “modelos del átomo” o modelos atómicos y a lo largo de la historia, su forma de representar ha cambiado y se ha adaptado a los estudios y nuevos hallazgos sobre su estructura.

A continuación podemos apreciar algunos de los modelos atómicos más reconocidos y empleados actualmente:

Esquema No. 2. Representación del átomo de Oxígeno (O) según sea el modelo atómico.

DALTON

THOMSON

BOHR

MECANO CUÁNTICO

BOHRSOMMERFELD



DALTON

Y bajo tales modelos de representación atómica, una molécula de agua H2O (la cual posee unidos dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno), se puede representar de la siguiente manera:

Esquema No. 3. Representación de la molécula de agua (H2O) según el modelo atómico.

En ese orden de ideas, si el objeto, cuerpo o cosa está compuesta de átomos y/o moléculas, independientemente del modelo de representación o tipo, sabremos que es materia. Ahora bien, si estos átomos se configuran y enlazan de manera tal que forman un sistema celular, entonces estaremos hablando de materia viva. A continuación revisaremos cómo es la estructura general de la materia viva.

3. MATERIA VIVA

Para este momento, ya debes saber lo que es materia, pero dentro de esta gran categoría se encuentra un grupo de relevante interés para las ciencias naturales: la materia viva. A ésta hacen parte los animales, plantas, microorganismos, seres humanos, es decir, todos los seres vivos.

Los seres vivos son aquellos conformados por células, en otras palabras, sistemas complejos constituidos principalmente por: material genético (ADN), citoplasma y membrana, los cuales a su vez, están conformados por átomos de: Carbono (C), Hidrógeno (H), Oxígeno (O), Nitrógeno (N), Fósforo (P), Azufre (S), y quienes se constituyen en el andamiaje de biomoléculas complejas como: lípidos, proteínas, glúcidos, al igual que otras sustancias como agua y sales.

Cuando el ADN se encuentra distribuido por el citoplasma se dice que la célula es procariota, pero si esta biomolécula se encuentra separada del resto de organelos en

BOHRSOMMERFELD

MECANO CUÁNTICO



Átomo

Molécula

Macromolécula

Organelo celular

OrganismoMulticelular

BIÓSFERAEcosistemaComunidadPoblación

UNIVERSOGalaxia

Sistema solar

Célula

Tejido

Órgano

Sistema

el citoplasma (dentro de un núcleo celular), entonces se llaman células eucariotas. Así, organismos como bacterias y cianobacterias están conformados por células procariotas, mientras que organismos como euglenas y amebas (microorganismos), animales y plantas, están constituidos por células eucariotas. En el aula virtual podrás encontrar recursos de apoyo y profundización sobre la célula animal y vegetal.

Una vez revisado el concepto de materia viva, retomemos el concepto de materia y analicemos como los científicos han determinado una jerarquía que va desde el átomo hasta el universo.

4. NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA

Como lo hemos notado, las ciencias experimentales crean modelos de representación de los conceptos que explican los fenómenos naturales (por ejemplo el modelo del átomo o el de la célula) y además delimitan la naturaleza y el universo a través de niveles de jerarquía con el objetivo de centrar su mirada investigativa. Conozcamos los niveles de organización de la materia desde la perspectiva del micro y el macromundo, con ayuda del esquema a continuación:

Esquema No. 4. Niveles de organización de la materia desde el sistema atómico hasta el sistema universo. Algunas imágenes fueron tomadas y adaptadas de: http://commons.wikimedia.org/ y https://www.flickr.com

Mic

rom

un

do

Macro

mu

nd

o




Propósito: Identificar ejemplos de materia en un contexto de interés para el estudiante.

Descripción:

Toma una fotografía de un lugar, situación u objeto que desees. Luego de realizar una lectura visual de la misma, enlista aquellos elementos que, dentro de ella, consideras son materia y los elementos que NO lo son. Para el grupo delimitado como materia, consulta sus componentes y para el grupo que has definido como NO materia, explica y argumenta tu elección.

Criterio de autoevaluaciónIdentifica ejemplos de materia desde el punto de vista de las ciencias experimentales, en el contexto de una situación cotidiana.


Propósito: Realizar analogías entre el contexto de la ciencias experimentales y el contexto laboral en relación a los niveles de organización

Descripción:

Consulta en detalle sobre la jerarquía de un entorno laboral cercano a tu formación tecnológica y:

1. Elabora un esquema de niveles de organización de dicho contexto.

2. Piensa y analiza: ¿qué crees que pasaría si dicho entorno seleccionado no tuviera unos niveles de organización establecidos? Defiende tu posición.

Criterio de autoevaluaciónInteresado y motivado por entender la lógica en que las ciencias experimentales estudian la naturaleza y la manera como esta perspectiva sistémica ha permeado a los entornos laborales.

ANOTACIONES



SESIÓN 2¿CÓMO SE CARACTERIZA LA MATERIA?

La sesión 1 nos permitió conocer qué significado tiene el concepto de materia para las ciencias experimentales y a partir de la misma, en esta segunda sesión nos dedicaremos a comprender las características, propiedades y particularidades de la materia.



Imagen No. 3. Ejemplos de materia. Tomadas y adaptadas de: https://www.flickr.com/, http://es.wikipedia.org/, http://blogs.20minutos.es/


SESIÓN 2 ¿CÓMO SE CARACTERIZA LA MATERIA?


1. ¿Cómo crees que es posible distinguir o diferenciar una materia de otra (por ejemplo las nubes de la lluvia o los peces del agua)?

2. ¿Qué propiedades podemos identificar en un objeto, cuerpo o cosa con ayuda de nuestros órganos de los sentidos?

3. ¿Qué propiedades sólo se pueden determinar en un objeto, cuerpo o cosa con ayuda de instrumentos de medición?

Ahora que has reflexionado sobre lo que sabes acerca de las propiedades de la materia, te invitamos a realizar una lectura atenta a la sesión 2, con el objetivo de profundizar so-bre las características de la materia de interés para las ciencias experimentales.

1. PROPIEDADES DE LA MATERIA

Sabemos que la materia está constituida por átomos, y su posibilidad de formar moléculas es inimaginable y de allí que el universo tenga diversidad de materia viva e inerte. Así es posible que sólo con átomos de Carbono (C), Oxígeno (O) e hidrógeno (H), existan variedad de sustancias, tal como se observa a continuación:

Imagen No. 4. Fotografías relacionadas con ejemplos de materia que tienen moléculas constituidas principalmente por átomos de Carbono, Hidrógeno y Oxígeno.

Tomadas y adaptadas de: https://www.flickr.com, http://www.gastronomiaycia.com, http://hortofruit.biotec.uma.es/

Sacarosa

CarbonoHidrógenoOxígeno

Ácido oléico

Etanol

Celulosa



No obstante, cada uno de los ejemplos de materia anteriores y los que imaginemos, son diferentes unos de otros y lo sabemos gracias a que tienen particularidades o características llamadas por las ciencias experimentales propiedades, las cuales nos permiten distinguirlos y describirlos.

De ese modo, propiedades como el color, la textura, la dureza, el tamaño, la masa, entre otros, nos ayudan a caracterizar y detallar la materia, sea cual sea su forma de expresión en la naturaleza: azúcar común, aceite de oliva, licores, hojas, aire, mascotas, celulares y demás.

Entendido qué son y cuál es la utilizar de señalar y determinar las propiedades de la materia, revisemos como se clasifican.

2. TIPOS DE PROPIEDADES

Las propiedades de la materia se pueden clasificar según varios criterios:

1. Si permiten o no identificar la clase de materia (específicas y generales)2. Si son de naturaleza cualitativa o cuantitativa (organolépticas o medibles)3. Si pueden ser verificadas con o sin cambios en la composición (químicas o

físicas)

Hablemos de cada una para profundizar al respecto.

• Propiedades generales: son aquellas características comunes a cualquier objeto, cuerpo o sustancia que sea materia, es decir, se poseen por el hecho de ser materia, pero no permiten identificar la clase de materia o sustancia.

Por ejemplo la masa, el volumen o el peso son propiedades generales en tanto, una manzana, un esfero, un computador, una persona o un trozo de carne, tiene una cantidad de materia (masa), ocupan un lugar en el espacio (volumen) y son atraídos por la gravitación de la Tierra, expresado como una fuerza de aceleración (peso). Sin embargo, si decimos que un cuerpo desconocido tiene las siguientes características: tiene una masa de 36 kg, ocupa un volumen de 2 m3 y pesa 352 N, no sería suficiente para determinar qué es con precisión.

• Propiedades específicas: corresponden a las características que son únicas y definidas para un objeto, cuerpo o sustancia y por lo tanto, con ellas si es posible determinar a qué tipo de materia se hace referencia.

Características específicas son: la densidad, la temperatura de fusión, la temperatura de ebullición o la solubilidad. Tal es el caso del agua pura, la cual es la única clase de materia que tiene una densidad de 1g/cm3 (en un cm3 de espacio siempre hay 1 g de agua) o temperaturas de fusión y ebullición de 0°C y 100°C a nivel del mar, respectivamente, en otras palabras, sólo el agua pasa del estado sólido a líquido (hielo a agua fluida) y del estado líquido a gas (agua fluida a vapor), a dichas temperaturas.



• Propiedades organolépticas: se refieren a las propiedades que podemos identificar con ayuda de los órganos de los sentidos (vista, olfato, tacto, audición y gusto), es decir, el color, el olor, la textura o el sabor. Estas propiedades se consideran cualitativas porque dependen del observador y no de un equipo de medición.

• Propiedades mensurables o medibles: tiene que ver con las características que deben ser determinadas o cuantificadas con la ayuda de instrumentos de medición. Tales propiedades son la masa, el volumen, el peso, la longitud, la temperatura, el área, la densidad, el pH, entre otros.

Para cada una de estas propiedades existe un equipo o herramienta de medición apropiado. Es así como se usan balanzas para calcular la masa, las probetas, las pipetas o tazas medidoras para determinar el volumen, los dinamómetros para conocer el peso, el termómetro para establecer la temperatura, el pHmetro para comprobar el pH, entre otros. Estas propiedades serán retomadas en la sesión 3.

• Propiedades físicas: estas características se relacionan con aquellas propiedades observables o determinables (cualitativas y cuantitativas) sin interferir o producir cambios en la composición molecular del cuerpo, objeto o cosa. Ejemplos de este tipo de propiedades son las organolépticas, la densidad, la elasticidad, la conductividad, las temperaturas de fusión o ebullición.

• Propiedades químicas: estas últimas son propiedades que sólo pueden apreciarse siempre y cuando ocurran cambios en la composición y estructura molecular del objeto, cuerpo o cosa, tales como: la reactividad, la combustibilidad, la oxidabilidad, el pH, entre otros.

Veamos un ejemplo de aplicación sobre las propiedades de la materia:

Imagen No. 5. Ejemplo de materia y sus propiedades. Fotografía tomada y adaptada de: https://www.flickr.com

Algunas propiedades de una muestra de jugo de naranja

• Volumen = 200 ml• Masa = 210 g• Color = amarillo • Sabor = ácido• pH = 3,5• Densidad = 1,05 g/cm3



Un resumen de las propiedades de la materia se puede observar en el mapa conceptual a continuación:

Esquema No. 5. Mapa conceptual sobre las propiedades de la materia.


Propósito: Reconocer las propiedades de un objeto, cuerpo o cosa que sea materia, en un situaciones habituales o de la cotidianidad.

Descripción:

Observa los ejemplos de materia a continuación, consulta algunas de sus propiedades y construye su hoja de información, lo más completa posible.

Ejemplo de materia Hoja de información de alguna de sus propiedades

Leche semidescremada

Color: Blanco-amarillento

Sabor: Dulce

Volumen: 1,1 litros (una bolsa)

pH: 6,1 a 6,5

Densidad: 1,032 g/ml



Ejemplo de materia Hoja de información de alguna de sus propiedades

Vidrio

Gasolina

Desinfectante de pisos

Criterio de autoevaluaciónDiferencia la materia de un contexto cotidiano, desde el reconocimiento de sus propiedades.


Propósito: Profundizar respecto a las propiedades de objetos de uso cotidiano.

Descripción:

Consulta respecto a la composición química de los CD´s, DVD´s, memorias portátiles, micro SD u otras herramientas de almacenamiento de información. Luego elabora un escrito de tres párrafos, donde describas en detalle las propiedades del dispositivo elegido.

Criterio de autoevaluaciónInteresado por profundizar respecto a las propiedades o características de un objeto de uso académico, laboral y cotidiano.



ANOTACIONES



SESIÓN 3¿QUÉ CARACTERISTICAS DE LA MATERIA SON MEDIBLES?

A lo largo de las primeras sesiones (1 y 2) trabajamos alrededor del concepto de materia y de las propiedades que permiten caracterizarla desde el punto de vista de las ciencias experimentales. Para esta última sesión de la unidad 1, nos concentraremos en conocer las propiedades mensurables (o medibles) y a comprender la utilidad del análisis dimensional para realizar conversión de unidades de medida de una misma propiedad.


Lee con atención el siguiente caso:

Gustavo y Fernanda son esposos desde hace una década y su aniversario se acerca. Cada uno ha estado planeando un detalle para tan especial fecha. Gustavo quiere sorprender a su esposa, preparando él mismo una cena romántica. Para el día tan esperado, Gustavo ya tiene listos todos los ingredientes y el tiempo cronometrado. Sin embargo, durante la preparación de la comida se ha enfrentado a algunas dificultades de medición:

En la receta aparece que debe precalentar el horno a 482 °F y la escala del suyo está en °C, y los empaques de los productos comprados indican libras y litros y la mayoría de las unidades de los ingredientes de la receta están en g y ml.

¿Logrará Gustavo preparar la cena romántica o el aniversario será un desastre?




Contesta los siguientes cuestionamientos, partiendo teniendo en cuenta el caso anterior, tus conocimientos escolares y tu experiencia cotidiana.

1. ¿Qué entiendes por masa, volumen y temperatura?

2. ¿En qué unidades de medida se expresa la masa, el volumen y la temperatura?

3. ¿Qué instrumentos de medición se emplean para medir las propiedades anteriores?

Ahora que has reflexionado sobre lo que sabes acerca de las propiedades medibles de la materia, te invitamos a realizar una lectura atenta a la sesión 3, con el objetivo de aprender acerca de la medición y su relación con las propiedades de la materia desde la perspectiva de las ciencias experimentales.

1. CONCEPTOS BÁSICOS

• Cantidad física: Corresponde a un número + una unidad de medida. Por ejemplo, en la expresión: 2 litros de leche, 2 es el número, litros o l son la unidad de medida y leche sería un ejemplo de materia.

• Magnitud física: Corresponde a una propiedad o característica medible o cuantificable, según un patrón de medida establecida y se expresan como cantidades físicas. Ejemplos de magnitudes físicas son: la masa, el peso, el volumen, el tiempo, la densidad, etc.

• Masa: Propiedad física de los cuerpos o sustancias que determina la cantidad de materia que éstos poseen. La unidad internacional para la medición de la masa es el kilogramo (kg).

• Medición: Es la determinación de una propiedad de un cuerpo o sustancia, que incluye una unidad específica. Durante las mediciones se obtienen magnitudes

SESIÓN 3 ¿QUÉ CARACTERÍSTICAS DE LA MATERIA SON MEDIBLES?


físicas y éstas son calculadas con ayuda de instrumentos específicos de medición. Así por ejemplo, la balanza mide masa, la probeta volumen, el termómetro temperatura, entre otros.

• Temperatura: corresponde a la magnitud de grado de calor que se trasfiere de un cuerpo a otro. Las unidades más empleadas para expresar temperatura son: °C (Celsius), °F (Fahrenheit) y K (Kelvin).

• Volumen: Propiedad física de los cuerpos o sustancias que determina la cantidad de espacio tridimensional (largo, ancho y alto) ocupado por éstos. La unidad internacional para la medición del volumen es el Litro (L).

2. SISTEMA INTERNACIONAL DE MEDIDAS (SI)

Los científicos emplean un único sistema de medición llamado Sistema Internacional de Medidas (SI). Este sistema maneja siete unidades básicas y de ellas se derivan otras. A continuación se muestran las unidades básicas del SI:

Unidades básicas del Sistema Internacional de Medidas

Cantidad física Nombre de la Unidad Abreviatura

Masa Kilogramo Kg

Longitud Metro m

Tiempo Segundo s

Temperatura Kelvin K

Cantidad de sustancia Mol mol

Corriente eléctrica Amperio A

Intensidad luminosa Candela cd

Tabla No. 1

Durante las mediciones de algunos parámetros, las ciencias naturales en ocasiones se enfrentan a cifras muy grandes o por el contrario, muy pequeñas y por ello, han ideado una forma de escritura de dichas cifras denominado notación científica.

La notación científica se expresa así: N x 10 nDonde,

N es el número o cifra10 corresponde a la base yn es el exponente de la base



Veamos algunos ejemplos del uso de la notación científica:

Cifra Notación con dos decimales Notación sin decimales

0,0000038 3,8 x 10-6 38 x 10-7

295624,89 29,56 x 104 296 x 103

1860 1,860 x 103 19 x 102

0,00052 0,52 x 10-3 52 x 10-5

Tabla No. 2

Ahora bien, cuando se desea escribir y denominar magnitudes grandes en cualquiera de sus unidades, el SI también aprueba el uso de prefijos múltiplos y prefijos submúltiplos. Estos prefijos se refieren a un valor numérico único y siempre a una potencia de 10. En la siguiente tabla es posible ver dichos prefijos de múltiplos y submúltiplos dictaminados por el SI:

Múltiplos y submúltiplos establecidos por el SI.

Múltiplos Submúltiplos

Prefijo símbolo Valor numérico Prefijo símbolo Valor numérico

Tera- T 1012 Deci- d 10-1

Giga- G 109 Centi- c 10-2

Mega- M 106 Mili- m 10-3

Kilo- K 103 Micro- µ 10-6

Hecto- H 102 Nano- n 10-9

Deca- D 101 Pico- p 10-12

Tabla No. 3

Aquellos valores con exponentes positivos implican correr la coma hacia la derecha y los exponentes negativos mover la coma hacia la izquierda. Recordemos que a los números enteros no se les escribe la coma, pero también se pueden expresar como el valor entero coma cero (por ejemplo 47 es lo mismo que 47,0).



De modo que, si hablamos por ejemplo de:

• 30 decagramos (Dg) es lo mismo que decir, 30 x 101 gramos ó 300 gramos;

30,0 x 10 300,0 ó simplemente 300

Un lugar hacia la derecha se mueve la coma

1

Esquema No. 6.

• 250 centilitros (cl), se refiere a 250 x 10-2 litros ó 2,50 litros;

250,0 x 10 2,50

Dos lugares hacia la izquierda se mueve la coma

-2

Esquema No. 7

• 1,50 nanómetros (nm), será equivalente a 0,150 x10-9 metros ó 0,00000000150 metros.

1,50 x 10 0,00000000150

Nueve lugares hacia la izquierda se mueve la coma

-9

Esquema No. 8

En cualquier campo científico, siempre resulta más útil trabajar las magnitudes grandes o pequeñas en notación científica, es decir, indicando el valor numérico, la potencia en base 10 y la unidad únicamente, pero los prefijos de los múltiplos y submúltiplos señalados por el SI, ayudan a simplificar aún más la escritura de las unidades de cualquier magnitud.

Recordemos que en la sesión anterior trabajamos acerca de las propiedades de la materia y algunas son de carácter cualitativo (como el color, sabor, textura, etc.) y otras corresponden a magnitudes físicas, en otras palabras, son cuantitativas, como es el caso de la masa, el volumen y la temperatura, propiedades de gran relevancia para las ciencias experimentales.

Sin embargo, además del manejo de las cifras y su expresión (sea con uso de prefijos múltiplos o submúltiplos o simple notación científica), también es fundamental saber emplear las unidades de cada magnitud o propiedad. Por ejemplo, si se quiere indicar la masa de un objeto, se sabe que ésta se puede expresar con diversas unidades tales como: kg, g, lb, mg, entre otros. Pero: ¿Cómo se cuántos g son cuántos kg o cuántas mg son cuántos g?



Para responder estos cuestionamientos, es necesario que repasemos primero acerca de los factores de conversión y del análisis dimensional para luego, resolver este tipo de situaciones problema.

3. CONVERSIÓN DE UNIDADES Y ANÁLISIS DIMENSIONAL

Un factor de conversión es una relación de equivalencia o correspondencia entre dos unidades de la misma o de diferente magnitud. Por ejemplo, 1000 gramos (g) son equivalentes a 1 kilogramo (kg), 1000 microlitros (µl) son equivalentes a 1 mililitro (ml) o en el caso de la densidad del agua pura, en 1 ml de H2O siempre hay 1 g de la misma sustancia, o de manera abreviada: 1g/ml.

Los factores de conversión se emplean para convertir unidades de una misma magnitud o para hallar la correspondencia entre dos magnitudes diferentes. Estos se escriben en forma de fraccionarios así:

Número + UnidadNúmero + Unidad

Por ejemplo,

1000 g1 kg ó

1 kg1000 g1

1 g de H2O1 ml de H2O

1 ml de H2O 1 g de H2O2 ó

En el caso 1, se muestran la relación de equivalencia (factor de conversión) entre dos unidades (gramos y kilogramos) de una misma magnitud (para este ejemplo la masa). En el caso 2, se observa la relación de correspondencia (factor de conversión) entre dos unidades (gramos y mililitros) de dos magnitudes diferentes, es decir la masa y volumen (relación que permite establecer otra magnitud llamada densidad).

Durante las actividades académicas y cotidianas, el uso de unidades es muy común, y por ello, es imperante desarrollar y demostrar alto manejo en el establecimiento de relaciones de equivalencia o correspondencia entre las unidades medidas y para comprender mejor situaciones problemas asociados a mediciones, emplear el análisis dimensional resulta muy útil y funcional. El análisis dimensional es una metodología bastante usada en el campo de las ciencias experimentales y sus diversas ramas y ésta se fundamenta en la lectura completa de un problema o en un ejercicio en cuanto a:

1. La información solicitada para la solución del ejercicio.2. La información suministrada por el enunciado o descripción del ejercicio (como los

datos, sus unidades y las magnitudes involucradas).3. La información requerida para la solución del ejercicio (como datos adicionales y/o

implícitos).

;



4. El establecimiento de las relaciones lógicas de equivalencia o correspondencia entre unidades (factores de conversión) y finalmente, la resolución del ejercicio, teniendo en cuenta la cancelación de unidades respectivas.

Para aplicar mejor los conceptos de factor de conversión y análisis dimensional, a continuación se mostrarán ejemplos relacionados con medición de masa, de volumen y de temperatura y unidades cotidianas, a partir del siguiente caso:

Marcela y Juan fueron a la tienda de víveres y a la droguería, hicieron unas compras para la semana y se les presentaron las siguientes situaciones:

a.Marcela necesitaba 5 toallas higiénicas y la tienda las ofrece en presentación por paquete de 12 unidades a $ 8.250 o individual a $1.200 ¿Qué le aconsejas: comprar: en presentación por paquete o individual?

b.Juan requiere gel para el cabello y en la tienda encuentra tarro de 400 ml a $4.150 o en presentación de sobre de 60 ml a $1.000 ¿En cuál de las dos presentaciones (tarro o sobre) sale más barato el ml de gel?

c. Una vez llegaron a la droguería, ambos desean conocer su masa corporal actual, usan una báscula y el equipo les reporta: a Juan 172 lb y Marcela 98 lb, pero ellos quería saber en términos de kg.

a. Marcela necesitaba 5 toallas higiénicas y la tienda las ofrece en presentación por paquete de 12 unidades a $ 8.250 o individual a $1.200 ¿Qué le aconsejas: comprar en presentación por paquete o individual?

1. ¿Cuál es la información solicitada para la solución del ejercicio? La equivalencia entre costo ($) de una toalla por paquete y su comparación con el costo ($) de una toalla vendida individualmente, para que Marcela ahorre dinero.

2. ¿Cuál es la información suministrada por el enunciado o descripción del ejercicio? Paquete de toallas x 12 = $8.250 y Toalla individual = $1.200

3. ¿Cuál es la información requerida para la solución del ejercicio? Saber a cuánto $ equivale una toalla en un paquete

Ejemplo 1. Análisis dimensional relacionado con la medición de dinero



b. Juan requiere gel para el cabello y en la tienda encuentra tarro de 400 ml a $4.150 o en presentación sobre de 60 ml a $1.000 ¿En cuál de las dos presentaciones –tarro o sobre- sale más barato el ml de gel?

1. ¿Cuál es la información solicitada para la solución del ejercicio? La equivalencia entre costo ($) de 1 ml de gel en tarro y en sobre y su comparación para que Juan ahorre dinero.

2. ¿Cuál es la información suministrada por el enunciado o descripción del ejercicio? Tarro de gel de 400 ml = $4.150 y Sobre de gel de 60 ml =$1.000

3. ¿Cuál es la información requerida para la solución del ejercicio? Saber cuánto cuesta 1 ml de gel en presentación tarro y 1 ml de gel en presentación sobre

4. ¿Cuáles son las relaciones lógicas de equivalencia o correspondencia? ¿Cuál sería la solución?La relación de equivalencia entre $ y ml en presentación tarro es:

400 ml (tarro)

$4.150 o $4.150

400 ml (tarro) y 60 ml

$1.000 (sobre) o $1.000 (sobre)

60 ml

Ejemplo 2. Análisis dimensional relacionado con la medición de volumen

4. ¿Cuáles son las relaciones lógicas de equivalencia o correspondencia? ¿Cuál sería la solución? La relación de equivalencia entre $ y toalla higiénica en un paquete es:

ó y ya que se necesita saber el costo de una sola toalla el factor de conversión apropiado será el que permita cancelar toallas, para que al final nos quede la unidad $, el cual es:

Así: x 1 Toalla = $ 687,5

cada toalla en un paquete de 12 unidades, por lo que comparando los valores, lo más conveniente para Marcela es comprara el paquete y no de manera individual.

R/: Marcela: Sale más barato comprar las toallas en el paquete que de manera individual.



y ya que se necesita saber el costo del ml de gel en cada caso, los factores de conversión apropiados serán aquellos que permitan cancelar ml, para que al final nos quede la unidad $, los cuales serían:

$4.150400 ml (tarro) y $1.000 (sobre)

60 ml

Así: x 1 ml = $ 10,4 sale cada ml de gel en el tarro

x 1 ml = $ 16,7 sale cada ml de gel en el sobre.

$4.150400 ml (tarro)

$1.000 (sobre)60 ml

R/: Sale más barato comprar el gel en presentación tarro que en sobre.

c. Una vez llegaron a la droguería, ambos desean conocer su masa corporal actual, usan una báscula y el equipo les reporta: a Juan 172 lb y Marcela 98 lb, pero ellos quería saber en términos de kg.

1. ¿Cuál es la información solicitada para la solución del ejercicio? La equivalencia en kg de 172 lb y 98 lb correspondientes a las masa corporales de Juan y marcela, respectivamente.

2. ¿Cuál es la información suministrada por el enunciado, descripción del ejercicio o qué debemos averiguar? 1 lb = 453,56 g y 1kg = 1.000 g

3. ¿Cuál es la información requerida para la solución del ejercicio? Saber cuántos kg son 1 lb

4. ¿Cuáles son las relaciones lógicas de equivalencia o correspondencia? ¿Cuál sería la solución?La relación de equivalencia que tenemos son 1000 g

1 kg o viceversa y

1lb453,56 g , y ya que se requiere transformar lb en g, debemos emplear

ambos factores de conversión en el orden adecuado de modo que, se pueda cancelar g y lb, pues nos interesan son los kg:

Ejemplo 3. Análisis dimensional relacionado con la medición de masa



Así:

1 kg 1000 g

453,56 g 1lb

X x 172 lb = 78 kg es la masa de Juan

1 kg 1000 g

453,56 g 1lb

X x 98 lb = 44,4 kg es la masa de Marcela

R/: La masa corporal de Juan es de 78 kg y la de Marcela es de 44,4 kg.


Propósito: Conocer y realizar cálculos respecto a magnitudes propias del contexto laboral y de formación tecnológica del estudiante.

Descripción:

Consulta sobre las unidades de medida de información y sus equivalencias. Luego, empleando factores de conversión y el análisis dimensional resuelve:

1. Si se requiere almacenar 2 TB de información audiovisual ¿Cuántos DVD sencillos se deben utilizar?

2. Si se dispone de un servicio gratuito de almacenamiento de información en la nube con capacidad de 4, 5 GB ¿Cuántas canciones de aproximadamente 3,5 MB cada una, se pueden guardar en dicho espacio?

3. Si se compra un celular con memoria interna disponible para el usuario de 6,7 GB y de regalo se obsequia una micro SD de 2 GB, ¿Cuántas fotografías de 2040 KB se podrían almacenar en total?

Criterio de autoevaluaciónEmplea el análisis dimensional para convertir adecuadamente, diferentes unidades de medida de una misma propiedad.


Propósito: Reconocer la importancia de la medición en contexto académico, laboral y cotidiano del estudiante.

Descripción:

Construye un escrito corto de ½ página, donde respondas al siguiente interrogante:

¿Cómo influye la medición en tu vida académica, laboral y cotidiana? Luego compártelo en el aula virtual.



Criterio de autoevaluaciónConsciente de la importancia de la medición en situaciones reales relacionadas con su formación, su entorno laboral y su ambiente cotidiano.

ANOTACIONES

UNIDAD 2CLASIFICANDO LA MATERIA Y SUS CAMBIOS

SESIÓN 4¿QUÉ TIPOS DE MATERIA EXISTEN?

Durante la primera unidad conocimos el concepto de materia y sus propiedades desde el punto de vista de las ciencias experimentales. En el desarrollo de la segunda unidad, el objetivo es clasificar la materia e identificar sus transformaciones, por lo tanto para la sesión 4, iniciaremos pensando en la diversidad de materia existente y las dos agrupaciones que los químicos han creado para clasificarla: sustancias puras o mezclas.


Observa las siguientes fotografías y luego responde:

Esquema No. 9. Ejemplos de materia. Algunas fotografías tomadas y adaptadas de: http://

educacienciastic.blogspot.com/; http://www.freepik.es/, https://www.flickr.com/, http://es.wikipedia.

org/, http://blogs.20minutos.es/, http://www.gastronomiaycia.com, http://hortofruit.biotec.uma.

es/, http://commons.wikimedia


SESIÓN 4 ¿QUÉ TIPOS DE MATERIA EXISTEN?


Contesta los siguientes cuestionamientos, partiendo teniendo en cuenta el esquema anterior, tus conocimientos escolares y tu experiencia cotidiana.

1. ¿Qué es una sustancia y qué es una mezcla? Usa ejemplos del Esquema No.9 para explicar

2. ¿Conoces algún método de separación de mezclas? Enlista los que recuerdes y explica uno de ellos.

Ahora que has reflexionado sobre lo que sabes acerca de la clasificación de la materia, te invitamos a realizar una lectura atenta a la sesión 4, con el objetivo de aprender respecto a los tipos de materia y algunos métodos de separación de mezclas desde la perspectiva de las ciencias experimentales.

1. SUSTANCIAS PURAS Y MEZCLAS

En la naturaleza, aquello que sea materia, es decir, que esté formado por átomos y/o moléculas, (ver sesión 1) se puede clasificar como: Sustancias o Mezclas.

Las primeras corresponden a un tipo de materia con la misma clase de átomos o moléculas y por ende, un solo componente. Por ejemplo la sal de cocina -sólo moléculas de cloruro de sodio (NaCl)-, la capa de ozono -formada únicamente por moléculas de O3- o una pieza de hierro -constituida exclusivamente por átomos de Fe-. En tanto las mezclas, son aquellas que reúnen en un mismo espacio, dos o más componentes. Algunos ejemplos de mezclas son: una ensalada de frutas –variedad de frutas, queso, crema de leche, salsas, etc.-, un jugo en leche –fruta, agua, leche, azúcar- o agua salada –agua y sal-.

Analicemos los siguientes ejemplos de materia y su clasificación:

Unidad 2CLASIFICANDO LA MATERIA Y SUS CAMBIOS


Imagen No.6. Tipos de materia en dos ejemplos de la vida cotidiana: Ensalada de frutas y papel aluminio. Fotografías tomadas y adaptadas de: http://blogs.20minutos.es/, https://www.flickr.com

Por lo tanto, si quieres saber si una materia es sustancia o mezcla, debes observar muy bien sus componentes o consultar sobre los mismos para salir de dudas.

En el siguiente mapa conceptual se visualizan y resumen los tipos de materia:

Mezcla Sustancia

Ensalada de frutas Papel aluminio

Componentes: Uva, Kiwi, banano, manzana, frutas que a su vez contienen: moléculas de agua, fructosa (azúcar de las frutas) vitaminas, entre otros.

Componentes: Átomos de aluminio (Al).

Esquema No.10. Mapa conceptual sobre los tipos de materia



2. SEPARACIÓN DE MEZCLAS

Una mezcla se puede separar en sus componentes siempre y cuando se emplee el método físico de separación apropiado. Conozcamos algunos de los más utilizados en casa, en la industria y en los laboratorios:

• Destilación: consiste en separar sólidos de líquidos y líquidos de líquidos, de una mezcla homogénea a través de procesos de vaporización y condensación de los líquidos, aprovechando la diferencia de temperaturas de ebullición de cada sustancia líquida presente en la mezcla.

• Cromatografía de papel: separa los componentes de mezclas homogéneas complejas, gracias a la diferencia de velocidad con la que son arrastrados los mismos, por un solvente que se mueve a través de un medio poroso.

• Filtración: sirve para separar sólidos de líquidos en mezclas heterogéneas, con ayuda de materiales porosos llamados filtros.

• Decantación: funciona como mecanismo de separación de mezclas heterogéneas por diferencia de densidades y aprovechando la gravedad y el reposo para la separación de los mismos.

• Separación magnética: es un método que se fundamenta en la separación de dos sólidos en mezcla heterogénea (donde uno de ellos tiene propiedades magnéticas), por acción de un imán.

• Tamizado: método de separación de dos o más sólidos de tamaños de partícula diferente, que consiste en pasar la mezcla por un tamiz de modo que el sólido más fino pase por el mismo y el sólido con mayor tamaño de partícula sea retenido.

En las imágenes que siguen, podrás observar los montajes de los métodos de separación descritos anteriormente:

Homogéneas

Métodos de separación

Destilación Cromatografía

Imagen No.7. Algunos métodos y montajes de separación de mezclas homogéneas. Fotografías tomadas y adaptadas de: http://agrega.educacion.es/, http://img.scoop.it/, http://articulos-la.blogspot.com/



CentrifugaciónDecantación

HeterogéneasMétodos de separación

Filtración

Sedimentación Separación magnética Tamizado o cribado

Imagen No.8. Algunos métodos y montajes de separación de mezclas heterogéneas. Fotografías tomadas y adaptadas de: https://quimicaenaccion.wikispaces.com, http://cienciadebolsillo.com/, http://sustentator.com/blog-es, http://cch-

quimica-129.wikispaces.com/


Propósito: Emplear las categorías de Sustancias y Mezclas para clasificar la materia presente en un entorno cotidiano cercano al estudiante.

Descripción:

Realiza el siguiente ejercicio de aplicación:

1.Abre la nevera, una gaveta de la cocina y un cajón de un mueble de tu casa.2.Enlista los ejemplos de materia que encuentres en cada uno.3.Clasifícalos como sustancias o mezclas, con ayuda de la siguiente tabla:



EJEMPLOS DE MATERIA EN: LA NEVERA, UNA GAVETA DE LA COCINA Y/O UN CAJÓN DE UN MUEBLE

Sustancias Mezclas

¿Por qué razones ubicaste estos ejemplos de materia a este lado de la tabla?

Explicación

¿Por qué razones ubicaste estos ejemplos de materia a este costado de la tabla?

Explicación

Criterio de autoevaluaciónObservador y analítico al clasificar la diversidad de materia presente en contextos naturales y/o cotidianos, utilizando las categorías de sustancias y mezclas.


Propósito: Identificar sustancias puras y mezclas y aquello que no sea materia, en ejemplos cercanos al contexto diario del estudiante.

Descripción: Ubica cada uno de los ejemplos señalados según sean: sustancias puras, mezclas o no materia.



ANOTACIONES

Criterio de autoevaluaciónComprender la diferencia entre materia tipo sustancia y tipo mezcla y distingue aquello que no cumpla con la categoría de materia.

SustanciasMezclas

No es materia

• Luz• Teléfono Celular • Cuchara• PC• Módulo impreso• Archivo digital• Televisor• Gasolina• Vinagre• Olla de aluminio• Anillo de plata• Calor

Ejemplo


SESIÓN 5¿QUÉ CAMBIOS SUFRE LA MATERIA?

En el desarrollo de la segunda unidad el objetivo es clasificar la materia e identificar sus transformaciones, por lo tanto una vez trabajado en la sesión anterior sobre la diversidad de materia existente y su clasificación como sustancias puras o mezclas, en la sesión 5 nos corresponde conocer la dinámica de transformación de la materia de orden físico y químico.


Observa con atención la siguiente situación y luego responde:

Esquema No. 11. Transformaciones del papel. 1. Papel cortado y 2. Papel quemado. Fotografías tomadas y adaptadas de: http://es.wikihow.com/, http://lacienciaysusdemonios.com/




Contesta los siguientes cuestionamientos, partiendo de la situación anterior, tus conocimientos escolares y tu experiencia cotidiana.

1. ¿Qué entiendes por cambio o transformación en la materia?

2. ¿Cuándo un cambio en la materia es físico y cuándo es químico?

Ahora que has reflexionado sobre lo que sabes acerca de los cambios en la materia, te invitamos a realizar una lectura atenta a la sesión a continuación, con el objetivo de aprender respecto a las transformaciones de la materia y cuándo se les considera cambios físicos o cambios químicos desde la perspectiva de las ciencias experimentales.

1. TRANSFORMACIONES EN LA MATERIA

La materia no es estática, no se mantiene en el tiempo sin cambio alguno. La materia es dinámica y sufre transformaciones. Un ejemplo que demuestra que la materia se transforma es la concepción, nacimiento, crecimiento y muerte de un organismo. A continuación se presenta las etapas del desarrollo del ser humano, observa la imagen atentamente y piensa en los cambios y transformaciones que se dan en el ejemplo mencionado:

Imagen No.9. Cambios y transformaciones evidenciados desde la concepción hasta la muerte de un organismo. Fotografías tomadas y adaptadas de: http://conectate6a.wikispaces.com/, http://solucionessaludables.com/

SESIÓN 5 ¿QUÉ CAMBIOS SUFRE LA MATERIA?


Antes de la gestación, todos fuimos óvulos y espermatozoides, una vez concebidos, fuimos un óvulo fecundado por un espermatozoide, luego estas dos células fusionadas se reproducen y nos convertimos en un feto, posteriormente a partir de la semana 3 hasta la semana 40, se desarrollaron nuestros órganos, sistemas y nos preparamos para el nacimiento. No obstante, los cambios no terminan allí, todos pasamos por muchos cambios durante nuestro crecimiento: en la niñez (desarrollo muscular, óseo), la adolescencia (cambios hormonales, desarrollo del sistema reproductor) y las trasformaciones continúan durante la juventud (maduración), la adultez (se alcanza por completo el desarrollo físico para la reproducción) y la vejez (deterioro del cuerpo).

En este sentido la materia viva, siempre sufre grandes transformaciones lo que no significa que la materia inerte no las tenga también. Por ejemplo, el movimiento de un vehículo es gracias a muchos procesos que implican cambios, tales como: el funcionamiento de un motor, el enfriamiento para evitar su recalentamiento, la lubricación de las piezas, el suministro de combustible como gasolina o gas natural, o en caso de ser eléctrico, el suministro de electricidad, por mencionar algunos cambios.

De igual forma, ejemplos más sencillos donde se evidencian cambios en la materia pueden ser: cuando se rompe un objeto (antes el objeto estaba completo ahora está en pedazos), cuando respiramos (tomamos el oxígeno (O2) y expulsamos dióxido de carbono (CO2)), cuando escribimos (la hoja estaba en blanco y ahora tiene tinta en forma de palabras, garabatos o dibujos), cuando nos vestimos (antes estábamos desnudos o con otras prendas de vestir y ahora tenemos ropa cubriéndonos o tenemos otro atuendo), cuando mordemos una manzana (antes estaba completa y de color blanco en su pulpa, ahora tiene un pardeamiento sobre la zona mordisqueada), y así podríamos continuar mencionando ejemplos y más ejemplos donde se demuestra que la materia cambia y se transforma permanentemente.

Sin embargo los científicos naturales, han agrupados todos estos cambios en dos categorías empleando como criterio los cambios en la estructura química (cambios en los átomos y/o moléculas) de la materia, antes y después del evento o proceso por el que esta pase; estas categorías son: Cambios físicos o Cambios químicos.

2. CAMBIOS FÍSICOS VS. CAMBIOS QUÍMICOS

Los cambios o transformaciones que la materia sufre pueden ser de orden Físico o de orden Químico.

Son cambios físicos cuando la estructura química o composición no se ve afectada en lo absoluto, es decir, aunque el agua pase del estado sólido al líquido (por ejemplo cuando se derrite un cubo de hielo), sus moléculas de agua (H2O) siguen siendo las mismas pero con más energía de movimiento. Un ejemplo de cambio físico se observa en la siguiente imagen:



Imagen No. 10. Ejemplo de cambio físico: Rompimiento de un material de vidrio. Fotografías tomadas y adaptadas de: http://www.medcien http://www.medciencia.com/ y http://workspacejec.blogspot.com/. Información de composición del

vidrio tomado de: http://www.cebrace.com.br/

Si analizamos el ejemplo anterior relacionado con el rompimiento del vidrio, durante la transformación (de copa de vino entera a copa rota), la composición química siempre se mantuvo, en otras palabras el proceso observado corresponde a un cambio de tipo físico.

Sin embargo, cuando la estructura o composición química si se afecta, los cambios son de orden químico, tal como sucede cuando respiramos, puesto que las sustancias iniciales se transforman en otras, denominadas productos y por ello, durante los cambios químicos es necesario emplear el lenguaje científico de las reacciones químicas para representar este tipo de cambios. Enseguida observamos la reacción química que sustenta el cambio químico sufrido durante el proceso de combustión de un gas como el metano:

COMPOSICIÓN QUÍMICA

ANTES DESPUÉS

Óxido de silicioSiO 2 72% Óxido de silicio

SiO 2 72%

Sulfato de sodioNaSO4

14% Sulfato de sodioNaSO4

14%

Óxido de calcioCaO

9% Óxido de calcioCaO

9%

Óxido de magnesioMgO

4% Óxido de magnesioMgO

4%

Óxido de aluminio (III)Al2 O3

0,7% Óxido de aluminio (III)Al2 O3

0,7%

Óxido de potasioK2O

0,3% Óxido de potasioK2O

0,3%



Imagen No. 11. Ejemplo de cambio químico: Combustión de metano –gas natural-. Fotografías tomadas y adaptadas de: http://laquimicadenacho.wikispaces.com/, Fogón de estufa: http://lacasaeconologica.es/

Según lo apreciado en la imagen 11, la combustión es un cambio químico, en la medida en que durante el proceso de transformación se obtienen nuevas sustancias (en este caso agua H2O y dióxido de carbono-) y gracias al rompimiento de las moléculas iniciales (Metano CH4 y Oxígeno molecular O2), se libera energía en forma de luz y calor, es decir, se enciende el quemador o fogón en la estufa.

Un resumen de los tipos de cambios que se dan en la materia, lo puedes contemplar en el siguiente mapa conceptual:

Reactivos Productos



Esquema No.12. Mapa conceptual sobre los cambios de la materia

Por lo tanto, para determinar y establecer el tipo de cambio que se da en un proceso de trasformación de la materia, sea este sencillo o complejo, es necesario asegurarse de contestar un cuestionamiento primero: ¿La composición química del ejemplo de materia objeto de análisis, cambio?


Propósito: Identificar las transformaciones de la materia como cambios físicos y/o químicos en situaciones de la vida cotidiana.

Descripción: Para cada una de las situaciones a continuación: señala si corresponden a cambios físicos y/o químicos y sustenta.



Situación

Marque con una equis (X) el tipo de transformación

ExplicaciónCambio(s) físico(s)

Cambio(s) químico(s)

Lavar los platos

Mezclar leche con cereal

Exprimir una naranja

Doblar una hoja

Crecimiento de las uñas

Inflar una bomba

Digerir un alimento

Elaboración de yogur

Criterio de autoevaluaciónObservador y analítico al clasificar las transformaciones que se presentan en la materia en situaciones cotidianas, utilizando las categorías de cambios físicos y/o químicos.


Propósito: Reconocer el tipo de cambios en la materia durante su rutina laboral.

Descripción: Elabora una lista de 10 actividades que realices en tu jornada laboral. Para cada una indica los cambios físicos y/o químicos evidenciados y sustenta tu clasificación. Para el desarrollo de esta actividad puedes emplear el formato a continuación:



Mi contexto laboralLugar de trabajo:_________________________________________________________Cargo: ________________________Horario laboral: ________________________________________

Actividades en la jornada laboral

Tipos de cambios presentados

Sustentación

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

Criterio de autoevaluaciónObservador y analítico al clasificar las transformaciones que se presentan en la materia como físicas y/o químicas en su contexto laboral.



ANOTACIONES


SESIÓN 6¿QUÉ RELACIONES EXISTEN ENTRE LA MATERIA Y LA ENERGÍA?

Durante el desarrollo de la unidad 2, se ha estado trabajando alrededor de la clasificación y transformaciones de la materia y para esta sesión cerraremos revisando la relación materia – energía y algunas de las formas de manifestación de la energía en la naturaleza y la vida cotidiana.


Observa con atención la fotografía a continuación y luego responde:

Imagen No. 12. El universo. Fotografía tomada de: http://eltercerprecog.blogspot.com/


SESIÓN 6 ¿QUÉ RELACIONES EXISTEN ENTRE LA MATERIA Y LA ENERGÍA?


Contesta los siguientes cuestionamientos, partiendo de la situación anterior, tus conocimientos escolares y tu experiencia cotidiana.

1. ¿Qué entiendes por energía? Escribe 3 ejemplos de energía

2. ¿Cómo crees que se relacionan los conceptos de materia y energía?

Ahora que has reflexionado respecto a lo que sabes acerca de la energía y tipos y su relación con la materia, te invitamos a realizar una lectura atenta a la sesión 6, con el objetivo de aprender respecto a la energía, los postulados actuales sobre su relación con la materia y la variedad de manifestaciones en la que ésta se presenta en la naturaleza y la cotidianidad.

1. RELACIÓN MATERIA - ENERGÍA

Antes de las propuestas de uno de los científicos más famosos Albert Einstein, se consideraba que la materia y la energía eran conceptos independientes, es decir, que el uno no influenciaba ni afectaba al otro y viceversa. Bajo esa perspectiva, se asumía y comprendía que la energía era tan solo la capacidad de un cuerpo de realizar un trabajo y el cuerpo era la materia.

Hoy en día y gracias a los aportes teóricos revolucionarios del científico en mención, la existencia de una equivalencia entre la masa (propiedad de la materia) y la energía a través de su ecuación: E = m x c2 donde, E: Energía en unidades J, m: masa en kg y c: velocidad de la luz elevada al cuadrado, se sabe que la energía y la materia son manifestaciones distintas de la misma cosa, en otras palabras, la materia se puede convertir en energía y la energía en materia.

Así por ejemplo, podríamos calcular la cantidad de energía en que se podrían convertir 18 g de agua (un sorbo de este líquido), multiplicando esta masa por la velocidad de la luz (aproximadamente de 300.000.000 m/s- al cuadrado, es decir, 300.000.000 x 300.000.000, o lo mismo que 300.000.0002), lo que nos daría:



E = m x c2

Cantidad de Energía obtenida de convertir 18 g o 0,018 kg de agua sería,

E = 0,018 kg x (300.000.000 m/s)2E = 0,018 kg x (90.000.000.000.000.000 m2/s2)

E = 1.620.000.000.000.000 kg m2/s2 o 1.620.000.000.000.000 Julios (J)

1.620.000.000.000.000 Julios (J) o en notación científica 1620 x 1012 J son una enorme cantidad de energía, teniendo en cuenta que 1 julio es la energía necesaria para lanzar una manzana hacia arriba un metro.

En ese orden de ideas, si la materia se convirtiera en energía pura, los átomos y las moléculas que la constituyen deberán destruirse, lo que desataría la obtención de una inimaginable cantidad de energía y por lo tanto, la energía, desde el punto de vista de Einstein y su teoría de la relatividad, es básicamente materia acelerada y la materia por ende es energía condensada.

Una vez analizado el concepto de energía y su relación con la materia, pasemos a revisar algunas de sus más importantes manifestaciones en la naturaleza y la vida cotidiana.

2. TIPOS DE ENERGÍA

Las formas de expresión de la energía son diversas y para su estudio, los científicos suelen usar como criterios: su grado de contaminación y disponibilidad, es decir, energías renovables y no renovables; según su fuente de obtención, como por ejemplo mareomotriz, hidráulica o nuclear; y según su función o aplicación, tales como la energía cinética, potencial, calórica o metabólica.

A continuación se presentan algunas de las manifestaciones de la energía más importantes en la naturaleza y las actividades humanas:

Manifestación de la energía Definición Usos y aplicaciones

Calórica

También conocida como energía térmica, se relaciona con la cantidad de energía transferida de un cuerpo a otro y se hace evidente cuando se da lugar a un cambio en la temperatura. Ésta se puede obtener del sol, de la quema de combustibles, de procesos químicos o mecánicos.

El cuerpo humano produce y emite calor hacia el medio como una consecuencia de los procesos bioquímicos que ocurren en su interior. También se evidencia en sistemas de calefacción, planchas, estufas de uso doméstico e industrial e incluso es una energía empleada en naves espaciales.



Lumínica

La energía lumínica es aquella que transporta y produce las ondas de luz y con la cual es posible que los cuerpos sean visibles al ojo humano. Algunas fuentes de luz son: el sol, las lámparas, el fuego, entre otros.

Es aprovechada por las plantas para realizar la fotosíntesis; se emplea en sistemas de iluminación como la bombilla o la vela, las farolas de los automóviles, linternas, entre otros.

Electricidad

Es una energía renovable que corresponde a una corriente de electrones que fluye por un material conductor.Ésta se puede obtener de centrales solares, eólicas, hidroeléctricas, térmicas o nucleares y de biomasa o a partir de la combustión.

Se emplea para el funcionamiento de máquinas, motores, acondicionadores, neveras, microondas, dispositivos electrónicos como celulares, computadores, consolas, televisores, etc., para la iluminación y el alumbrado, para la producción de calor, para el uso doméstico y la industria, en medios de transporte, por mencionar algunas.

Química

Este tipo de energía es aquella almacenada en los alimentos y los combustibles y aprovechable para generar movimiento, trabajo, u otro tipo de energía. Algunas fuentes de energía química son las reacciones químicas (cambios químicos), los alimentos y la combustión.

La energía química es de gran utilidad para las células en sus procesos bioquímicos; con esta se mueven automóviles, maquinaria, aviones, barcos y demás.

Nuclear

Corresponde a la energía almacenada en el núcleo del átomo y se libera cuando se desintegran y átomos pesados se convierten en átomos livianos o más estables o viceversa en procesos denominados fisión y fusión nuclear. Fuentes de este tipo de energía son el uranio, el plutonio y otros elementos radiactivos.

Actualmente la energía nuclear es aprovechada para producir electricidad, calor, luz y energía mecánica, a través de reactores nucleares; también se libera durante la explosión de bombas atómicas. Por otro lado, esta energía se emplea en la detección de enfermedades y tratamientos médicos como la radioterapia.

Cinética

La energía cinética es aquella que un cuerpo posee cuando está en movimiento. La misma depende de la masa y la velocidad que posea el objeto al desplazarse. Algunas fuentes de este tipo de energía son el viento, la marea, las corrientes de agua, entre otros.

Un objeto, cuerpo o cosa en reposo, desde el punto de vista físico, tiene una energía de reserva durante su estado de reposo que puede convertirse en trabajo o energía, cuando pasa del estado en reposo al estado en movimiento. Por lo tanto, una piedra sobre el suelo contiene energía potencia y una vez cae o resbala por un plano inclinado su energía potencial se convierte en energía cinética. Otro ejemplo evidente del uso de estas energías se presenta en un automóvil detenido, el cual en dicho estado tiene energía potencial y una vez se mueve, esa energía se expresa como energía cinética.

Potencial

En el caso de la energía potencial, ésta corresponde a la energía almacenada en un cuerpo en reposo y que puede ser aprovechada para el desarrollo de un trabajo o la obtención de energía.



HidráulicaTambién llamada energía hídrica o hidro-energía, es aquella proveniente de la energía potencial y cinética del agua.

La aplicación más importante de la energía hidráulica y la mareomotriz es la obtención de energía eléctrica, a través de sistemas de presas y centrales hidroeléctricas, para el abastecimiento de pequeñas y grandes ciudades.Mareomotriz

Corresponde a la energía obtenida y proveniente de la energía potencial y cinética de las mareas y las olas.

EólicaLa energía eólica es un tipo de energía renovable y aquella que se obtiene de la energía potencial y cinética del viento.

Este tipo de energías limpias, debido a que no contaminan, son aprovechadas en varios lugares del mundo gracias al uso de aerogeneradores en el suelo y en el lecho marino

Sonora

La energía sonora o acústica es aquella transportada por las ondas del sonido, las cuales provienes de las vibraciones de una fuente sonora.

La energía sonora se evidencia en micrófonos, aparatos de audio y otros dispositivos; en el campo médico este tipo de energía se emplea a nivel de diagnóstico con imágenes generadas por ultrasonido; además el sonido es una herramienta de comunicación importante.

Radiante

Este tipo de energía se refiere a la energía almacenada en las ondas electromagnéticas como la luz visible, los rayos X, las ondas ultravioleta (UV), las ondas de radio o de infrarrojo (IR)

La energía radiante de los microondas se aplica a nivel de telecomunicaciones como televisión por cable, radio y telefonía móvil; en medicina los rayos X se emplean para la toma de radiografías y los rayos UV se usan en la ciencia forense para la detección de sangre, saliva y otros fluidos, por mencionar algunas aplicaciones.

Metabólica

La energía metabólica o asociada al metabolismo, se relaciona con la energía que las células usan para realizar sus procesos bioquímicos vitales tales como nutrirse, reproducirse, mantener sus estructuras, repararse, responder a estímulos , etc.

La aplicación de esta energía se da en todo organismo, sea este unicelular, multicelular o pluricelular, de modo que ocurre en toda la materia viva.

Tabla No. 4

Como puedes notar, la energía tiene muchas formas de manifestarse y el ser humano ha aprendido a aprovecharla para el desarrollo de sus actividades, por tal motivo se observa que también tiene enormes aplicaciones que van desde el ámbito doméstico, industrial, telecomunicaciones hasta la medicina y la exploración del universo, e incluso la naturaleza y nuestro propio organismo requiere de la energía.




Propósito: Identificar manifestaciones de la energía empleados en el hogar.

Descripción: Consulta acerca de los tipos de energía que abastecen tu región y luego responde:

1. ¿Qué tipos de energía empleas en tu hogar?2. ¿Qué funciones cumplen dichas energías? 3. ¿Cómo imaginas que sería tu vida cotidiana sin estas energías?

Criterio de autoevaluaciónReconoce los tipos de energía y sus utilidades en el contexto de su hogar.


Propósito: Identificar manifestaciones de la energía en una situación de la vida cotidiana y académica.

Descripción: Consulta acerca del funcionamiento de un computador o un celular y luego responde:

1.¿Qué tipos de energía intervienen en el funcionamiento de un computador o un celular?

2. Elabora un esquema que responda al cuestionamiento, por ejemplo mapa conceptual, cuadro sinóptico u otro.

3. Publica y comparte en el aula virtual tus aportes sobre la resolución de este interrogante.

Criterio de autoevaluaciónReconoce los tipos de energía y sus utilidades en el contexto de su vida cotidiana.


Propósito: Identificar manifestaciones de la energía en diversos contextos de la naturaleza y la cotidianidad

Descripción: Para las siguientes situaciones indica las energías involucradas y fundamenta tus planteamientos.



Situación Energías involucradas Explicación

Preparar un arroz

Montar bicicleta

Encender una camioneta

Tomar una fotografía con cámara digital

Preparar una bebida en la licuadora

Demoler un edificio

Digerir un alimento

Volar una cometa

Encender y utilizar un computador

Nadar

Criterio de autoevaluaciónReconoce los tipos de energía y sus utilidades en el contexto de su vida cotidiana y en la naturaleza.



ANOTACIONES

UNIDAD 3CONOCIENDO LA NATURALEZA ELÉCTRICA DE LA MATERIA

SESIÓN 7¿POR QUÉ SE ELECTRIZAN LOS CUERPOS?

Con la sesión 7 damos inicio a la unidad 3, relacionada con la comprensión de la naturaleza eléctrica de la materia, puesto que durante esta sesión nos concentraremos en la comprensión del fenómeno de electrización de los cuerpos.


Observa con atención las fotografías a continuación y luego responde:

Imagen No. 13. Electrización de los cuerpos. Fotografías tomadas y adaptadas de: http://4.bp.blogspot.com/, http://webdelprofesor.ula.ve/, http://e-ducativa.catedu.es/


SESIÓN 7 ¿POR QUÉ SE ELECTRIZAN LOS CUERPOS?


Contesta los siguientes cuestionamientos, partiendo de las fotografías anteriores, tus conocimientos escolares y tu experiencia cotidiana.

1. ¿Qué significa que un cuerpo se electrice?

2. ¿Qué es una carga eléctrica?

3. ¿Qué mecanismos conoces para electrizar un cuerpo?

Ahora que has reflexionado respecto a lo que sabes acerca de la electrización de los cuerpos, te invitamos a realizar una lectura atenta a la sesión 7, con el objetivo de aprender respecto la electricidad estática y las formas de electrización de los cuerpos, en situaciones cotidianas y propias de la naturaleza.


• Carga eléctrica: corresponde a una propiedad física de la materia que se manifiesta por fuerzas de atracción o repulsión. Estás cargas pueden ser positivas o negativas y dependiendo su naturaleza, cargas iguales se repelen y opuestas se atraen. En el SI la carga eléctrica de un cuerpo se mide en Coulomb (C) y equivalen a 6,24 x 1018 electrones, las cuales son subpartículas elementales del átomo.

• Electricidad estática: o también llamada electrostática hace referencia a una rama de la física, relacionada con el estudio de los cuerpos en términos de las interacciones que pueden presentarse entre ellos, gracias a la distribución de sus cargas eléctricas en reposo.

• Electricidad dinámica: o denominada como electricidad, es una rama de la física que se dedica al estudio de los fenómenos relacionados con el flujo o movimiento de cargas eléctricas o corrientes eléctricas.

Unidad 3CONOCIENDO LA NATURALEZA ELÉCTRICA DE LA MATERIA


2. ELECTRIZACIÓN DE LOS CUERPOS

No olvidemos que los cuerpos son materia y la materia se conforma de átomos. Los mismos son sistemas complejos en los cuales encontramos: un núcleo que posee protones (con carga positiva) y neutrones (de carga neutra). Alrededor del núcleo atómico se mueven los electrones, los cuales tiene carga negativa.

Esquema No. 13. Sistema atómico según el modelo mecano cuántico.

La carga eléctrica de un cuerpo normalmente es neutra, es decir, la relación protones (+) y electrones (-) es igual y entonces se dice que el cuerpo tiene carga neutra. No obstante, los cuerpos que poseen átomos con núcleos grandes, tienen más electrones moviéndose a su alrededor y además a mayor distancia, en comparación a los átomos con núcleos pequeños, y por ello, la posibilidad de que alguna carga negativa se aleje u otra se acerque, es bastante probable y viable. Cuando esto sucede, la contabilización de las cargas muestra una diferencia, que puede terminar en dos caminos: más protones (+) que electrones (-) y entonces el cuerpo se carga momentáneamente de forma positiva (pierde electrones) o menos protones (+) que electrones (-) y por ende, el cuerpo se carga de forma negativa (gana electrones), según sea la situación.

Electrones e- con carga negativa

Protones p+ con carga positivaNeutrones n0 con carga neutra

MÓDELO MECANO CUÁNTICO DEL ÁTOMO

Caso 1. Átomo con carga negativa

Periferia

Núcleo

MAYOR cantidad de e- en relación al # de p+

Según modelo mecano-cuántico

Representación de la carga negativaA. B.



Caso 2. Átomo con carga positiva

MENOR Cantidad de e- en relación al # de p

Según modelo mecano-cuántico

Representación de la carga positivaA. B.

Esquema No. 14. Representación de las cargas negativas y positivas.

De ese modo, cuando un átomo libera electrones, queda cargado positivamente y si el átomo aloja o acepta más electrones, entonces queda cargado de forma negativa. Ahora bien, si dos átomos o cuerpos cargados se acercan, pueden experimentar fuerzas de atracción (cargas opuestas) o repulsión (cargas iguales), según sea el caso:

Esquema No. 15. Representación de las fuerzas de atracción y repulsión entre cargas.



Por lo tanto, se le llama electrización al proceso por el cual un cuerpo se carga, sea positiva o negativamente. En la siguiente sección conoceremos los métodos más comunes, por los cuales un cuerpo se puede electrizar.

3. TIPOS DE ELECTRIZACIÓN

Por fricción

Este tipo de electrización se genera cuando dos cuerpos neutros se frotan o friccionan, dando lugar a una trasferencia de electrones de un cuerpo a otro y como resultado: un cuerpo se carga positivamente y el otro negativamente, lo que en consecuencia conlleva a la manifestación de una fuerza de atracción (cargas opuestas) que al principio no se daba. Este tipo de electrización es común cuando se frota un paño con una varilla metálica, tal como se observa en el siguiente esquema:

DespuésAntes

Esquema No. 16. Ejemplo de la electrización por fricción o frotamiento. Dibujo tomado y adaptado de: http://www.pps.k12.or.us/

Por conducción

Este tipo de electrización se genera cuando un cuerpo neutro se carga con tan solo el contacto de otro cargado previamente. Para este caso, el cuerpo cargado electriza al neutro y con la misma carga, es decir, si el cuerpo cargado previamente tiene una carga positiva, entonces al tocar al otro cuerpo neutro, éste último se carga también de manera positiva. En ese sentido ambos se electrizan con las mismas cargas y por lo tanto, al final del proceso los dos cuerpos manifiestan fuerzas de repulsión. La electrización por conducción o contacto es típica cuando una varilla metálica cargada previamente (por



DespuésAntes

lo general de manera negativa), se acerca a otro material metálico neutro, tal como se observa en el siguiente esquema:

Esquema No. 17. Ejemplo de la electrización por contacto o conducción

Por inducción

Este tipo de electrización se ocasiona cuando un cuerpo neutro se carga con tan solo el acercamiento (nunca contacto directo) de otro cuerpo cargado previamente. Para este caso, el cuerpo cargado genera un campo eléctrico a su alrededor que es suficiente para que el cuerpo neutro se vea afectando, excitando sus electrones y promoviendo su posterior electrización. La electrización inducida es habitual en las tormentas eléctricas cuando la parte inferior de la nubes cargadas negativamente por inducción (sin contacto directo alguno) cargan la superficie terrestre o cuerpos sobre la misma como casas y automóviles de forma positiva, tal como se observa en el siguiente esquema:

Esquema No. 18. Ejemplo de la electrización por inducción. Fotografía tomada y adaptada de: http://commons.wikimedia.org/

DespuésAntes

INDUCCIÓN

Cuerpo neutroen la superficie

Cuerpo cargado por inducción



Por lo tanto, la materia puede electrizarse por varios mecanismos. A continuación se plantea un mapa conceptual que resume el fenómeno de electrización de los cuerpos:

Esquema No. 19. Mapa conceptual relacionado con el fenómeno de electrización de los cuerpos

Como puedes notar, el fenómeno de electrización es natural en la materia y muy común en la vida cotidiana, y ahora cuentas con los elementos conceptuales básicos para explicar situaciones tales como: ¿Por qué luego de jugar con una bomba de fiesta, ésta se pega a la pared? ¿Por qué el cabello se eriza, luego de cepillarlo varias veces o luego de usar una secadora o plancha? ¿Por qué a veces al abrir una puerta metálica o con perilla metálica, se trasmite a la piel un “corrientazo”? ¿A qué se debe que al retirase una prenda de lana, en la oscuridad se observen algunos momentáneos haces de luz a través de la prenda de vestir?


Propósito: Experimentar con la electrización de los cuerpos

Descripción: Desarrolla los siguientes experimentos de electrostática:

Experimento 1Materiales: Bolígrafo, trapo de lana, y pequeños trozos de papel



Procedimiento:

1. Frota el bolígrafo en el trapo de lana, durante varios minutos2. Acerca el bolígrafo a los trocitos de papel y observa con atención lo que sucede.3. Responde los siguientes cuestionamientos: ¿por qué los papeles son atraídos por

el bolígrafo? ¿Qué tipo de electrizaciones se evidencian en el experimento 1? ¿por qué?

Experimento 2

Materiales: Hoja de acetato, líquido para hacer pompas de jabón, un globo de fiesta y una pajilla o pitillo.

Procedimiento:

1. Frota la bomba de fiesta sobre tu cabello hasta que se cargue muy bien.2. Con ayuda del pitillo, crea una pompa o burbuja grande de jabón sobre la hoja de

acetato.3. Acerca (sin hacer contacto directo) la bomba a la burbuja y observa con atención

lo que sucede. 4. Responde los siguientes cuestionamientos: ¿por qué la burbuja es atraída por la

bomba de fiesta? ¿Qué tipo de electrizaciones se evidencian en el experimento 2? ¿por qué?

Experimento 3

Materiales: una regla, una hoja de acetato, un paño de lana, un globo de fiesta y un grifo con acceso a agua.

Procedimiento:

1. Frota la regla sobre tu cabello, un paño de lana o una hoja de acetato hasta que se cargue muy bien.

2. Realiza el mismo procedimiento del punto 1 pero ahora con la bomba de fiesta.3. Acerca (sin hacer contacto directo), la regla a un chorrito de agua (pequeño para

no desperdiciar proveniente de un grifo de la cocina o del baño) y observa con atención lo que sucede.

4. Ahora repite el procedimiento del punto 3 pero empleando la bomba de fiesta esta vez.

5. Responde los siguientes cuestionamientos: ¿por qué se desvía el chorro de agua cuando se acerca la bomba o la regla sin siquiera tocarla? ¿Qué tipo de electrizaciones se evidencian en el experimento 3? ¿por qué?

Criterio de autoevaluaciónIdentifica los tipos de electrización en los experimentos propuestos.



ANOTACIONES


SESIÓN 8¿QUÉ ES LA ENERGÍA ELÉCTRICA?

Durante la sesión 8 nos dedicaremos a revisar los conceptos de: corriente eléctrica, intensidad, potencia y resistencia eléctrica, con el fin de acercarnos al lenguaje científico asociado a la electricidad y por supuesto, para comprender otra de las manifestaciones de la naturaleza eléctrica de la materia.



Imagen No. 14. Materiales conductores y aislantes de energía eléctrica. Fotografías tomadas y adaptadas de: http://4.bp.blogspot.com, http://retielectrica.blogspot.com/, http://ervijarico.blogspot.com/





1. ¿Qué entiendes por: corriente eléctrica, intensidad de corriente, potencia y resistencia eléctrica?

2. ¿Qué son los materiales conductores y aislantes de electricidad?

Ahora que has reflexionado respecto a lo que sabes acerca de los conceptos básicos alrededor de la electricidad, te invitamos a realizar una lectura atenta a la sesión a continuación, con el objetivo de diferenciar corriente, intensidad, resistencia, potencia, material conductor y material aislante.

1. CONCEPTOS RELACIONADOS CON LA ENERGÍA ELÉCTRICA

Recordemos que la sesión pasada (sesión 7) trabajamos entorno a la electricidad estática o electrostática. Para esta sesión, nos centraremos en reflexionar acerca de la electricidad dinámica o simplemente electricidad y por ello, partiremos revisando el lenguaje científico básico empleado para referirse a la misma, específicamente respecto a: corriente, intensidad, resistencia y potencia.

Corriente eléctrica

Normalmente en casa, en el trabajo o en otros espacios de nuestra vida cotidiana, hacemos uso de electrodomésticos –dispositivos que funcionan gracias a la electricidad- como por ejemplo, el computador, el televisor, la licuadora, el celular o la plancha, y en el caso de que no se desempeñen bien, asociamos su mal funcionamiento entre otras causas, a una posible falta de corriente eléctrica o en términos comunes “no le llega corriente”, pero ¿en realidad sabemos qué es la corriente eléctrica?

La corriente eléctrica se refiere al flujo o movimiento continuo y ordenado de electrones a través de un material conductor, desde el polo negativo al polo positivo de un generador. En ese sentido, hablar de corriente eléctrica es pensar en el paso o circulación de los electrones por un conductor y en los efectos que este movimiento produce sobre el material por el que viaja y sobre el entorno. En los esquemas 20 y 21, puedes observar la representación de la corriente eléctrica:

SESIÓN 8 ¿QUÉ ES LA ENERGÍA ELÉCTRICA?


Esquema No. 20. Representación de la corriente eléctrica o circulación de los electrones en diversas situaciones: la red eléctrica, cargar un celular por cable, hablar por teléfono y encendido de una bombilla. Fotografías

tomadas y adaptadas de: http://www.topota.net/, http://www.radiomundial.com.ve/, http://sprites.comohacerpara.com/, http://upload.wikimedia.org/

e- más

externos

Dirección de la corriente

e- libres

Esquema No. 21. Representación del flujo de la corriente eléctrica.

Ahora bien, según sea la dirección que tenga el flujo de los electrones (es decir, la dirección de dicha corriente) se dice que la corriente es directa ósea que se mueve siempre en una misma dirección, o bien, la corriente es alterna, en otras palabras, su dirección puede cambiar, con ayuda de un alternador. Los aparatos electrónicos como el computador, el celular o los electrodomésticos son alimentados por corriente directa, en cambio toda la red eléctrica exterior a las casas y edificios, transporta electrones con corrientes alternas.



Menor corriente

Mayor corrientee- e- e- e- e-e- e-

e- e- e-

A continuación se observa una representación de los tipos de corriente:

Esquema No. 22. Tipos de corriente eléctrica

Intensidad de corriente

Ya sabemos que es la corriente eléctrica, pero si lo que necesitamos es medirla, recurrimos a una magnitud creada para tal fin: la intensidad de la corriente.

La intensidad de corriente se refiere a la cantidad de electrones que pasan por un material conductor en una unidad de tiempo. La unidad de medida de la intensidad de corriente es el amperio (A). En el siguiente esquema se representa este concepto:

Esquema No. 23. Representación de la intensidad de corriente. Fotografía tomada y adaptada de: http://es.wikipedia.org



Como se puede observar en el esquema anterior, entre más electrones pasen por un material conductor en un segundo, mayor será la intensidad de corriente y por ende el amperaje.

Potencia eléctrica

Recordemos que la energía, desde el punto de la física clásica, es la capacidad de un mecanismo, un cuerpo o dispositivo de realizar un trabajo, tarea o actividad. Así, al conectar un electrodoméstico a una fuente de energía eléctrica, pensemos en la nevera, se logra por ejemplo: encender la bombilla de alumbrado en su interior, bajar la temperatura lo suficiente para refrigerar y congelar los alimentos, entre otras. En ese sentido, la energía eléctrica se transforma en energías: lumínica, calórica y cinética que a su vez son útiles para el eficiente funcionamiento del dispositivo. Y precisamente la energía utilizada para realizar un trabajo, actividad o tarea se mide en Joules (J).

Cuando hablamos de la potencia eléctrica, nos referimos a la velocidad a la cual es consumida dicha energía, de modo que la potencia se mide en Joule por segundo (J/s).

Ahora bien, 1 J/s equivalen a 1 Watt (W), lo que se traduce en: si la corriente eléctrica se mueve a una velocidad de 1 J de potencia en cada segundo, entonces el dispositivo eléctrico (nevera, plancha, celular, computador, etc.) está aprovechando o consumiendo 1 watt de energía eléctrica. Por lo tanto, la unidad de medida de la potencia es el watt (W).

A continuación observemos el consumo de energía eléctrica (potencial eléctrico) de diversos electrodomésticos genéricos durante una hora:

Electrodoméstico o aparato Consumo encendido durante una hora en Watts

Afeitadora con cargador 0,7 WAire acondicionado 558,6 WCafetera 25, 6 WCargador teléfono móvil 3,1 WHorno eléctrico 790 WHorno microondas 1100 WImpresora láser 450 W

Tabla No. 5. Tomada y adaptada de http://www.electrocalculator.com/

Resistencia eléctrica

Otro concepto muy empleado alrededor de la electricidad es la resistencia eléctrica. Mientras la corriente hace referencia al flujo de los electrones, la intensidad a la cantidad de electrones que pasan por un material en un tiempo dado y la potencia al consumo de energía eléctrica, en el caso de la resistencia se relaciona con la propiedad que tienen los materiales conductores para oponerse a la circulación de los electrones, y por ende, atenuar o frenar su libre movimiento a través del mismo.



Por lo general, los electrones fluyen de manera organizada por el material conductor siempre y cuando este les permita pasar de esa forma. Cuando el material tiene poca resistencia, los electrones se mueven fácilmente por el mismo, mientras que si el material tiene una mayor resistencia, el viaje de los electrones es más difícil, pues comienzan a chocar unos contra otros, lo que a su vez provoca elevación de la temperatura del material conductor y por ende, liberación de calor y/o luz. Esta propiedad se mide en Ohmios (Ω).

La resistencia de un material depende de dos variables: la longitud y el diámetro del mismo. Así si el cable es más grueso y largo, menor resistencia genera sobre el movimiento de los electrones y entre más delgado y más corto, mayor es la resistencia u oposición que el material desarrolla sobre el flujo de la corriente.

A continuación se observa un esquema que representa el concepto de resistencia eléctrica según las variables mencionadas:

Esquema No. 24 Representación de la resistencia eléctrica. <: Simboliza menor y >: Simboliza mayor Fotografía tomada y adaptada de: http://es.wikipedia.org



Circuito eléctrico

Para aprovechar la corriente eléctrica, ésta por lo general se transmite y distribuye a través de circuitos eléctricos o vías completas y cerradas por donde transitan o fluyen los electrones. Las partes básicas de un circuito electrónico se observan a continuación:

Imagen No. 15 Elementos básicos en un circuito eléctrico y simbología.

Ahora bien, existen dos tipos de circuitos: en serie y en paralelo. Los circuitos en serie son aquellos donde las bombillas (resistencias) siempre están conectadas una seguida de la otra y a su vez a una fuente. Tal es el caso de las luces navideñas empleadas para decorar los árboles de navidad. En el caso de los circuitos en paralelo, las bombillas (resistencias) están conectadas de forma que cada una es un circuito independiente, así se conecten a la misma fuente. Este tipo de circuitos es muy común en los hogares para encender las bombillas de cada habitación. La representación de cada uno de estos circuitos se observa en seguida:

Imagen No. 16. Representación de los tipos de circuito: en serie y paralelo.



2. MATERIALES CONDUCTORES Y AISLANTES

Según sea la capacidad de los materiales para conducir o permitir el flujo de la corriente eléctrica, en otras palabras, según su grado de resistencia eléctrica, los materiales se pueden clasificar en: Conductores, semiconductores y aislantes.

Los materiales considerados buenos conductores de electricidad, poseen una resistencia eléctrica es baja, por lo que son capaces de permitir el libre tránsito de los electrones. Algunos ejemplos de materiales conductores son los metales, como el cobre, bronce, oro y plata y mezclas homogéneas de agua y sales como cloruros, sulfuros y carbonatos.

En cuanto a los materiales denominados semiconductores, son aquellos que tienen una resistencia eléctrica media y por ello, no conducen la electricidad como un conductor pero lo hacen mejor que los materiales aislantes. Un ejemplo de este tipo de materiales son aquellos constituidos por Silicio (Si), Carbono (C) y Germanio (Ge).

Finalmente los materiales aislantes son aquellos con alta resistencia eléctrica, por lo que resultan muy útiles para evitar el contacto entre piezas conductoras y generar aislamiento protector. Materiales con estas características son: las cintas sintéticas, la goma, el plástico, el aceite mineral y el aire.


Propósito: leer y comprender el recibo de consumo de energía de una residencia a partir de los conceptos trabajados.

Descripción: Desarrolla los siguientes cuestionamientos a partir de un recibo de consumo de energía:

1.¿Qué medición eléctrica realiza la empresa que abastece de energía eléctrica tu hogar y cómo realiza el cálculo de consumo?

2.¿A cuánto equivale 1 W en pesos en tu recibo?3. ¿Cómo fue la evolución del consumo en los últimos meses?

Criterio de autoevaluaciónRelaciona los conceptos de electricidad vistos con una situación cotidiana como por ejemplo la facturación de energía eléctrica.


Propósito: Identificar materiales aislantes, semiconductoras y conductoras en un dispositivo de uso común.



Descripción: Consulta las partes físicas de un celular o un computador y luego contesta ¿Qué partes son aislantes, semiconductoras y conductoras? ¿Por qué?

Criterio de autoevaluación:Diferencia materiales aislantes, semiconductores y conductores en un dispositivo como el computador o el celular.


Propósito: Diferenciar materiales aislantes y conductores en un contexto propuesto.

Descripción: Desarrolla la siguiente actividad de agrupación:

1. Observa el esquema a continuación y consulta la composición química de cada uno de los componentes

2. Emplea la información consultada para clasificar cada material como aislante o conductor de electricidad y argumenta tu agrupamiento.

Criterio de autoevaluación Diferencia materiales aislantes y conductores en objetos de uso cotidiano.



ANOTACIONES


SESIÓN 9¿CÓMO SE OBTIENE Y APROVECHA

LA ENERGÍA ELÉCTRICA?

En el transcurso de la sesión 9 cerraremos la unidad 3, relacionada con la naturaleza eléctrica de la materia, revisando las formas de obtención de la energía eléctrica, sus usos y aplicaciones. De igual forma, conoceremos las formas de producción de energía eléctrica a partir de las energías alternativas más importantes en la actualidad.



Imagen No. 17. Dispositivos alimentados con energía eléctrica. Fotografías tomadas y adaptadas de: http://www.radiomundial.com.ve/, http://dolar.com.co/, http://consumidoresarg.org.ar/, https://www.colombiadigital.net





1. ¿Qué fuentes de energía eléctrica conoces?

2. ¿Cómo se aprovecha la energía eléctrica en las actividades humanas?

3. ¿Qué son las energías alternativas?

Ahora que has reflexionado respecto a lo que sabes acerca de los conceptos de las fuentes y usos de la electricidad, te invitamos a realizar una lectura atenta a la sesión a continuación, con el objetivo de comprender las maneras de producción de energía eléctrica tradicionales y alternativas.

1. FUENTES Y USOS DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA

Ahora que ya conocemos mejor que es la electricidad estática y dinámica y aprendimos algunos conceptos asociados tales como corriente, intensidad, potencia, resistencia, conductor y aislante, vamos a profundizar acerca de las fuentes y mecanismos de obtención de la energía eléctrica y los usos más destacados en el marco de las actividades del ser humano.

Recordemos que la energía eléctrica corresponde a la energía almacenada y aprovechable del movimiento de los electrones, es decir, de la corriente eléctrica.

Encender el televisor o el computador, cargar nuestro teléfono móvil o alargar la vida útil de los alimentos manteniéndolos en la nevera, son rutinas comunes en los seres humanos y son posibles, en gran medida, gracias a la energía eléctrica. No obstante, para que estas actividades se lleven a cabo con esta particular forma de energía y que la misma llegue a cualquier lugar, es necesario fabricarla, transportarla y distribuirla.

SESIÓN 9 ¿CÓMO SE OBTIENE Y APROVECHA LA ENERGÍA ELÉCTRICA?


Generación

La energía eléctrica que llega hasta las ciudades, por lo general se produce en centrales eléctricas, es decir, en instalaciones capaces de convertir la energía mecánica en energía eléctrica. Para ello, emplean diversas fuentes de energía tales como: el agua, el gas natural, el uranio, el viento y la energía solar. En ese sentido, las centrales eléctricas se clasifican según sea la fuente primaria de energía que empleen para producir energía mecánica que luego, dará lugar a la obtención de electricidad:

• Central hidráulica: en la cual la fuerza mecánica proveniente de caídas de corrientes de agua natural o artificial que mueven las palas de una turbina.

• Central térmica: en la donde la quema de combustible fósil (petróleo, carbón y gas) produce calor aprovechado para generar vapor de agua que a su vez, a altas presiones, mueve las palas de una turbina.

• Central nuclear: en este tipo de centrales el principio de obtención de vapor de agua a altas presiones que mueven las turbinas es debido a la liberación de gran cantidad de energía calórica de la fisión (división) de átomos pesados como el uranio (U).

• Central eólica: en la cual el movimiento del viento da lugar a energía mecánica rotatoria capaz de desplazar turbinas, con ayuda de aerogeneradores.

• Central termoeléctrica solar: en donde la energía calórica del sol aumenta la temperatura de un fluido que a su vez transmite el calor a otro líquido para convertirlo en vapor a alta presión y que finalmente, mueve las turbinas.

• Central de biomasa: esta central es muy similar al mecanismo e instalaciones de una central térmica, no obstante en vez de quemar combustibles fósiles, se obtiene energía calórica de la combustión de residuos sólidos urbanos (RSU), con la cual se obtiene un vapor de agua a alta presión con el fin de mover unas turbinas.

De igual forma, la obtención de electricidad puede hacerse a partir de fuentes renovables y fuentes no renovables. Las primeras son aquellas que pueden ser regeneradas de manera natural o artificial pero son inagotables, como por ejemplo las centrales hidráulicas, eólicas, termosolares y de biomasa. Las segundas corresponden a fuentes de energía no renovables, es decir, aquellas que se agotarán y por ende su uso está limitado en el planeta o su tasa de utilización está por encima de su regeneración. Tal es el caso de las centrales térmicas y nucleares.



Imagen No. 18. 1. Centra hidroeléctrica, 2. Central térmica, 3. Central nuclear, 4. Parque eólico, 5. Central termosolar y 6. Central de biomasa. Fotografías tomadas y adaptadas de: http://www.fierasdelaingenieria.com/,

http://www.eldiario.es/, http://e-ducativa.catedu.es/, http://www.veoverde.com/, http://commons.wikimedia.org/, http://nicolasdiruscio.redirectme.net

Transmisión

Una vez que ya se ha obtenido la energía eléctrica por algunas de las centrales mencionadas, lo siguiente es dar lugar a la etapa de transmisión, para lo cual se procede a enviar la electricidad a las subestaciones que se encuentran en las centrales generadoras por medio de líneas de transmisión, ya sea elevadas (en torres de subestación) o subterráneas. Dichas líneas de transmisión son de alta tensión y son capaces de llevar grandes de energía eléctrica y se despliegan a largas distancias.

DistribuciónLuego de que la energía eléctrica ha recorrido grandes distancias, esta llega a las subestaciones de distribución, quienes a través de sistemas de suministro eléctrico llevan la electricidad hasta a nuestros hogares y empresas.



Las anteriores etapas se resumen en el siguiente esquema:

Esquema No. 25. Representación de las etapas de generación, transmisión y distribución de energía eléctrica. Imagen tomada y modificada de: http://es.wikipedia.org/

Ahora bien, la energía eléctrica tiene múltiples aplicaciones y a partir de ésta es posible obtener otras formas de energía y por ello, los enormes esfuerzos del ser humano para producirla y obtenerla a través de variados mecanismos y fuentes. Sus usos se pueden clasificar en:

• Función térmica: puesto que la energía eléctrica se puede convertir en calor, evidenciable por ejemplo en estufas eléctricas, hornos y calefactores. Sin embargo, no siempre la producción e calor a partir de electricidad es benéfica puesto que los dispositivos electrónicos pueden quemarse o sobre calentarse y bajar su rendimiento o hasta dañarse definitivamente y por ello, normalmente los electrodomésticos y otros equipos y maquinarias se acompañan de sistemas de refrigeración para evitar este inconveniente y por tal razón, un televisor o un computador cuenta con refrigeradores y ventiladores.

• Función lumínica: sabemos que la electricidad se puede convertir en energía lumínica y gracias a esto, miles de ciudades en el mundo se abastecen de luz a través de bombillas eléctricas, que ahora son más eficientes y ahorradoras. De hecho gracias a la posibilidad de obtener energía lumínica de la electricidad, es posible el funcionamiento de los semáforos, los cuales son dispositivos electrónicos creados para regular el tráfico vehicular y peatonal.



• Función magnética: una vez comprendido el efecto magnético generado por la corriente eléctrica con los estudios de Maxwell, se logró correlacionar el magnetismo y la electricidad como dos manifestaciones de un mismo fenómeno y el cual es la base del funcionamiento de electroimanes, altavoces y transformadores, estos últimos, muy útiles para la producción de electricidad.

• Función mecánica: la electricidad puede transformarse en energía mecánica, dando lugar al movimiento de motores. Por ejemplo, los vehículos eléctricos se desplazan gracias a esta conversión energética y además son una manera más amigable con el planeta, puesto que no funcionan por la combustión, en donde la emisión de gases es de alto impacto.

Es así como los medios de transporte, las telecomunicaciones, las empresas e industrias, y la mayor parte de los hogares y ciudades dependen en gran medida del abastecimiento de energía eléctrica. Sin embargo, para satisfacer los requerimientos de electricidad en el mundo, se usa en las centrales térmicas, la combustión de materiales como el carbón, el petróleo y el gas, que a su vez produce gases contaminantes que se liberan a la atmósfera indiscriminadamente y en las centrales nucleares, uranio y otros elementos radiactivos peligrosos para el ambiente y la sociedad. Por estas razones, muchos países ya están investigando y poniendo en marcha proyectos relacionados con la obtención de electricidad a partir de energías renovables o alternativas.

2. ENERGÍAS ALTERNATIVAS

En primer lugar, vamos a revisar los mecanismos de funcionamiento de las centrales cuyas fuentes de energía son no renovables:

• Central termoeléctricaUna central de esta naturaleza siempre cuenta con: una caldera, una turbina, un alternador y un intercambiador de calor. Con estos elementos su funcionamiento parte de calentar agua y convertirla en vapor a alta presión, gracias a la quema de un combustible (petróleo, gas, biomasa u otro). El vapor a presión producido es empleado para mover una turbina que a la vez hace que rote un alternador, el cual es el responsable de la producción de electricidad. El vapor de agua que ha sido empleado, se redirecciona hacia un intercambiador de calor que baja su temperatura para regresarla a su estado líquido y reutilizarla nuevamente para empezar un nuevo ciclo. Por su parte, los gases producidos en el proceso de combustión en la caldera, son eliminados a través de altas chimeneas, lo que genera un gran impacto sobre el ambiente y promueve el efecto invernadero.



Esquema No. 26. Representación del funcionamiento de una central térmica. Tomado de: http://www.tecnoparador.es/

Central nuclear

En el caso de este tipo de centrales, éstas cuentan con los siguientes elementos básicos: un rector nuclear, una turbina, un generador y un intercambiador de calor. A diferencia de la central termoeléctrica, el calentamiento del agua y su posterior conversión a vapor a alta presión, se da gracias a una reacción nuclear llevada a cabo dentro del reactor. El vapor a presión mueve la turbina y ésta a su vez hace que gire el generador, en donde se da lugar a la obtención de energía eléctrica. El vapor de agua ya utilizado es llevado hacia un intercambiador de calor que baja su temperatura para regresarla a su estado líquido y reutilizarla. No obstante, los residuos radiactivos como gases y aguas residuales, al igual que posibles accidentes nucleares pueden conllevar al envenenamiento por exposición a sustancias radiactivas e incluso explosiones de grandes magnitudes como las ya sucedidas en el desastre de Fukushima en el 2011 o en el de Chernobil en 1986.

Esquema No. 27. Representación del funcionamiento de una central nuclear. Tomado de: http://www.tecnoparador.es/



Ahora revisemos los principios de funcionamiento de centrales cuyas fuentes de energía son renovables, por tanto amigables con el ambiente, también conocidas como energías alternativas en relación a las convencionales:

• Central eólicaEn una centra eólica el movimiento del viento es convertido en electricidad a través de unos dispositivos denominados aerogeneradores. Un aerogenerador consta de: una turbina (movida por el viento), un alternador (que transforma la energía cinética en electricidad), mecanismos de: freno (para evitar daño del aerogenerador en caso de vientos bruscos), control (para manipular a distancia todo el sistema) y multiplicador (para maximizar la velocidad de la turbina). En un parque eólico siempre hay múltiples aerogeneradores con el objetivo de ampliar la producción de energía eléctrica.

Esquema No. 28. Representación del funcionamiento de una central eólica. Tomado de: http://www.tecnoparador.es/

Imagen No. 19. Partes de un aerogenerador. Tomado y adaptado de: http://www.enrenovables.com/, ttp://www.tuverde.com/



• Central termosolarPara este tipo de centrales se aprovecha la energía de nuestro sol para convertirla en energía eléctrica gracias a la disposición de espejos gigantescos que concentran la radiación solar en un solo punto (torre), donde se alberga agua que, por calentamiento, se evapora. El vapor de agua mueve una turbina y a la vez la turbina le da funcionamiento al alternador y allí se produce la electricidad. Finalmente, el agua pasa a un condensador que baja su temperatura y el fluido regresa a la torre para iniciar el proceso una y otra vez.

Esquema No. 29. Representación del funcionamiento de una central termosolar. Tomado de: http://www.tecnoparador.es/

• Central geotérmicaEstas centrales aprovechan el calor al interior del planeta (magmas) como: calentador de depósitos de agua y productor de electricidad por medio del movimiento de una turbina impulsada por vapor de agua. Una vez el agua evaporada y a gran presión pasa por las turbinas, es regresada al acuífero por sistemas de refrigeración.

Esquema No. 30. Representación del funcionamiento de una central geotérmica Tomado y adaptado de: http://www.tecnoparador.es/



• Central hidroeléctricaSon aquellas capaces de convertir la energía cinética de corrientes de agua, en energía eléctrica por medio de una turbina que gira gracias al movimiento de caída del agua y lo que a su vez promueve el movimiento del alternador, elemento responsable de la generación de electricidad. En este tipo de sistema suele haber varias turbinas y alternadores para hacer más eficiente el proceso de obtención de electricidad.

Esquema No. 31. Representación del funcionamiento de una central hidroeléctrica Tomado y adaptado de: http://www.tecnoparador.es/

• Central mareomotrizPara el caso de este tipo de centrales, el objetivo es convertir el movimiento del agua de mares y océanos en electricidad y para ello, se aprovechan las mareas altas para llenar un embalse y durante la marea baja, expulsar por pequeñas compuertas el agua reservada hacia al mar, de modo que la diferencia de nivel de agua (del embalse y el mar abierto) maximice el movimiento del fluido y mueva las turbinas que a su vez darán lugar a la rotación de los alternadores, de manera muy similar al sistema de una hidroeléctrica, pero valiéndose de la energía de las mareas.

Es así como las ventajas del uso de este tipo de energías alternativas para la obtención de electricidad, radica especialmente en que son limpias, renovables y respetuosas con nuestro ambiente y resultan una buena opción ante la inseguridad de reservas de combustibles fósiles, sin embargo también son mecanismos costosos, de bajo rendimiento y de gran dependencia del clima.


Propósito: Profundizar acerca de la producción electricidad en la región de residencia y/o trabajo del estudiante.



Descripción: Asume el rol de reportero o investigador e imagina que te han solicitado elaborar un reportaje. Para ello, debes recolectar evidencias y construir un escrito. Te sugerimos las siguientes preguntas orientadoras:

1. ¿De dónde proviene la electricidad que abastece tu hogar y región?2. ¿Cómo se llama la central o centrales que realizan dicho abastecimiento de

electricidad? ¿Qué tipo de central son?3. ¿En tu región existen sistemas de obtención de electricidad con fuentes

alternativas? De ser afirmativo, describe brevemente su modo de funcionamiento y función para la comunidad.

Criterio de autoevaluaciónRelaciona los conceptos de electricidad vistos con una situación cotidiana como por ejemplo el abastecimiento de energía eléctrica a nivel regional.


Propósito: Identificar las ventajas y desventajas de la obtención de energía eléctrica tanto de fuentes renovables como no renovables.

Descripción: Elabora un cuadro comparativo con las posibles ventajas y desventajas de las fuentes de energía renovable y no renovable para la producción electricidad y luego responde: ¿Cuál de los mecanismos de obtención de electricidad vistos en la sesión te parece más pertinente para tu región? ¿Por qué?

Criterio de autoevaluaciónEvaluar las ventajas y desventajas de la obtención de energía eléctrica a partir de energías alternativas y convencionales.

ANOTACIONES

UNIDAD 4CONOCIENDO LA NATURALEZA DE MOVIMIENTO DE LA MATERIA

SESIÓN 10¿POR QUÉ SE MUEVEN LOS CUERPOS?

La sesión a continuación abre la unidad 4 relacionada con la naturaleza de movimiento de la materia y con ella, iniciaremos pensando en las teorías que explican el movimiento de los cuerpos, desde las ideas de Newton y sus leyes del movimiento mecánico y Einstein y su teoría de la relatividad.



Imagen No. 20. Movimiento de los cuerpos. Fotografías tomadas y adaptadas de: http://e-

ducativa.catedu.es/, http://hidrolipoclasiainfo.files.wordpress.com/, http://farm2.static.flickr.com/, http://

listas.20minutos.es, http://agrega.educacion.es/


SESIÓN 10 ¿POR QUÉ SE MUEVEN LOS CUERPOS?


Contesta los siguientes cuestionamientos, partiendo de las fotografías anteriores, tus co-nocimientos escolares y tu experiencia cotidiana.

1. ¿Qué sabes acerca de las ideas de Isaac Newton y Albert Einstein?

2. ¿Qué es movimiento y qué consideras que se requiere para que un cuerpo se mueva?

3. ¿Qué entiendes por gravedad?

Ahora que has reflexionado respecto a lo que sabes acerca del movimiento de los cuerpos, te invitamos a realizar una lectura atenta a la sesión 10, con el objetivo de comprender las propuestas de dos importantes científicos: Newton y Einstein, sobre el fenómeno del movimiento.


Antes de emprender el viaje hacia la comprensión del movimiento de los cuerpos según la perspectiva de las ciencias experimentales, revisemos algunos conceptos iniciales:

• Aceleración: La aceleración es un fenómeno que sufren los cuerpos cuando se produce cambio en su movimiento, debido a la aplicación de una fuerza sobre su masa. Así cuando por ejemplo, vamos en un medio de transporte, como un autobús, evidenciamos que se acelera o desacelera cuando avanza con mayor velocidad o frena súbitamente, puesto que su velocidad cambia.

• Fuerza: Es el empuje que se ejerce o aplica sobre un cuerpo. Es una cantidad física vectorial y su unidad en el SI es el Newton (N). En el caso del autobús del ejemplo anterior, los mecanismos de combustión de gasolina, el motor y la conversión de energía química a calórica y cinética, generan una fuerza sobre las llantas y entonces el medio de transporte se mueve.

Unidad 4CONOCIENDO LA NATURALEZA DE MOVIMIENTO DE LA MATERIA


• Movimiento: fenómeno que sufren los cuerpos cuando cambian de posición en un tiempo dado y según la referencia de otros cuerpos, es decir, el fenómeno que observamos cuando el autobús se desplaza por la carretera, cuando te subes al mismo o cuando un perro “corretea” a una moto o una persona en bicicleta.

• Peso: corresponde a la cantidad de fuerza con la que la Tierra atrae la masa de un cuerpo. En ese sentido, un cuerpo como un autobús pesa más que una persona o una persona pesa más que su mascota canina. De igual forma, si esa persona es un astronauta y viaja a la Luna, su masa (cantidad de materia) no cambia pero su peso si, pues la gravedad lunar es mucho menor a la terrestre.

2. MOVIMIENTO SEGÚN NEWTON

Según Isaac Newton, el movimiento de los cuerpos (máquinas, proyectiles y hasta planetas) obedece a tres principios fundamentales; analicemos cada uno de ellos:

Principio de inercia

Este principio señala que todo cuerpo tiene la tendencia a mantener su estado de inercia, es decir, permanecer en el estado de reposo o de movimiento en el que se encuentre, siempre y cuando sobre el mismo no se aplique una fuerza, lo que significa que si sobre un cuerpo en movimiento no se efectúa una fuerza, este seguirá moviéndose indefinidamente con la misma velocidad que lleve. De hecho, para Newton el reposo es una forma de movimiento con velocidad igual a 0.

Esquema No. 32. Representación del principio de la inercia de un cuerpo en reposo. Fotografía tomada y adaptada de: http://www.soymimarca.com/

Principio de fuerza

Si lo que se quiere es cambiar el estado de inercia de un cuerpo, entonces se requiere aplicar una fuerza y precisamente el segundo principio de Newton plantea cuantificar dicha fuerza asociándola a la aceleración que sufre un cuerpo una vez aplicada una fuerza sobre su masa y es así, como propone la siguiente ecuación:

F = m x a, donde: m es masa en Kg , a es aceleración en m/s2 y por lo tanto,

F es la fuerza aplicada en unidades kg m/s2 o Newtons (N).



Entre más difícil sea acelerar un cuerpo, es decir, más fuerza se requiera, significa que su masa es mayor, de modo que cambiar su estado de inercia será una tarea muy ardua. Por tal razón, en algunas ocasiones se suele definir a la masa como la medida de la inercia de un cuerpo.

Imagen No. 21. Representación del principio de fuerza en un cuerpo. Fotografía tomada y adaptada de: http://agrega.juntadeandalucia.es/

Tomado el ejemplo de la imagen No. 21, podríamos calcular la fuerza aplicada a través del taco a cada bola. Suponiendo que la masa de una bola de billar de 0,16 kg es acelerada en 0,12 m/s2, entonces la fuerza aplicada será igual a:

F = m x aF = 0,16 kg x 1,3 m/s2

F = 0,21 kg m/s2 ó 0,21 N, es la cantidad de fuerza transmitida a la bola a través del taco, en este caso.

Principio de acción y reacción

Este principio es una invención de Newton para indicar que siempre que un cuerpo A realiza una acción sobre un cuerpo B, el cuerpo B siempre va ejercer la misma acción pero en dirección opuesta.

Significa que si retomamos el ejemplo de las bolas de billar, cuando una bola golpea (realiza una acción) a otra, la segunda desarrolla una reacción en sentido contrario. En el esquema No. 33 se observa esta situación:

Esquema No. 33. Representación del principio de acción – reacción. Fotografía tomada y adaptada de: http://www.vectoresgratis.com/



El principio de acción – reacción no se relaciona con la aplicación de dos fuerzas a un mismo cuerpo, sino más bien a las interacciones entre cuerpos distintos. Por lo tanto, las fuerzas no se anulan, puesto que los cuerpos se aceleran diferente.

3. LA GRAVEDAD DE NEWTON Y LA GRAVEDAD DE EINSTEIN

Para la física, comprender el universo a través de una teoría del todo o teoría unificadora ha sido una ambición desde sus inicios. Es así como hoy en día para explicar la interacción entre las partículas, la comunidad científica especialmente la de los físicos y afines, definen cuatro interacciones fundamentales, conocidos como campos de interacción de las partículas y son: interacción nuclear fuerte, interacción nuclear débil (interacciones que se dan a escala subatómica); interacción electromagnética e interacción gravitacional (interacciones a escala macroscópica). Específicamente, la interacción gravitatoria es aquella relacionada con el movimiento a gran escala, es decir, respecto a las estrellas, los planetas y los satélites.

Para Isaac Newton, la gravitación que explicaba la rotación de los planetas alrededor del sol era la misma que generaba la caída de los cuerpos en la Tierra y la consideró como una fuerza instantánea de atracción que se efectuaba a distancia, es decir, sin que los cuerpos tuvieran contacto. Y bajo esta concepción Newtoniana, es posible explicar la rotación de la luna y satélites artificiales alrededor de la Tierra, el movimiento del sistema solar y los planetas, el desplome de un bloque de rocas de una montaña, la ingeniería de la aviación, o las diferencias de peso de un astronauta en la Tierra y en la Luna. No obstante, pese a los esfuerzos de Newton, la rotación del planeta mercurio alrededor del Sol, nunca ajustó.

Por su parte Albert Einstein construyó una teoría denominada relatividad y luego, una llamada relatividad especial y con estas, un cambio abismal respecto al concepto de gravedad aceptado por la comunidad científica hasta el momento.

Einstein consideraba que nada podía viajar más rápido que la luz, en otras palabras, ninguna cosa puede viajar por encima de los 300.000.000 metros en un segundo, velocidad aproximada de la luz y de hecho, a tal velocidad, la luz solar llega a la Tierra cerca de pasados 8 minutos. Pues bien, los experimentos de Einstein siempre fueron teóricos. Uno de ellos tenía que ver con imaginar lo que sucedería si el sol desapareciera. En esa situación, antes de saber que el sol se extinguiera, aún tendríamos 8 minutos de radiación solar y pasado ese tiempo si sabríamos lo que habría ocurrido.

Sin embargo, según los postulados de Newton como la gravedad es una fuerza instantánea, entonces ante una situación como la anterior, el efecto inmediato sería que la Tierra saldría disparada de su órbita, puesto que la fuerza gravitatoria del sol no estaría para retenerla, mucho antes de que la luz llegara a la superficie terrestre y en consecuencia, la premisa que indica que lo más veloz es la luz, sería contradictorio.

A partir de razonamientos como el anterior, Einstein señaló que la gravedad era una especie de tejido espacio-tiempo que se curvaba con la masa, es decir, no la consideró



Siglo XVII

GR

AV

ED

AD

Siglo XVII

una fuerza sino una geometría. Dichas curvaciones o deformaciones generadas por un cuerpo con mucha masa, daban lugar a la atracción de otros cuerpos con menor masa que de igual forma también deformaban el tejido espacio –tiempo pero en menor proporción.

Una forma de representar la concepción de gravedad de cada uno de estos científicos, se observa a continuación:

Esquema No. 34. Representación de las concepciones de gravedad de Newton y Einstein. Fotografía tomada y adaptada de: http://science.nasa.gov/

Como puedes notar, el movimiento de la materia es un fenómeno que ha inquietado al ser humano desde la antigüedad, a muchos científicos y aún quedan interrogantes abiertos que permiten el crecimiento del conocimiento científico. Por ahora, las mejores teorías que explican por qué se mueven los cuerpos son las propuestas por Newton y Einstein.


Propósito: Relaciona los principios del movimiento según Newton con situaciones de la vida cotidiana.

Descripción: para cada una de las siguientes situaciones explica los tres principios del movimiento según Newton:

Newton Einstein

• Es una fuerza de atracción entre cuerpos grandes y explica la caída de los cuerpos.

• Es una distorsión de tejido espacio-tiempo causado por masas de gran tamaño.



Situación a analizar

Principio e inercia

Principio de fuerza

Principio de acción-reacción

Jugar con tu mascota

Pasear en bicicleta

Elevar una cometa

Nadar o bailar

Escribir en el computador

Criterio de autoevaluaciónComprende cada principio establecido por Newton para explicar el movimiento de los cuerpos.


Propósito: Identificar las diferencias entre la propuesta de gravedad de Newton y la de Einstein.

Descripción: Elabora un cuadro comparativo entre la gravedad de los dos científicos trabajados durante la sesión 10. Señala posibles alcances y limitaciones de entender la gravedad desde el pensamiento de Newton y desde el pensamiento de Einstein.

Criterio de autoevaluaciónEvalúa el concepto de gravedad de Newton y Einstein.


Propósito: Consultar acerca de las propuestas y contribuciones de Einstein.

Descripción: Realiza una búsqueda sobre las propuestas teóricas de Einstein en relación a:

• Su concepción sobre el tiempo• Su concepción sobre el espacio



• Su concepción sobre el tiempo-espacio• Su experimentos del pensamiento• Sus contribuciones en el desarrollo de ciencia y tecnología

Criterio de autoevaluaciónEvalúa el concepto de gravedad de Newton y Einstein.

ANOTACIONES


SESIÓN 11¿QUÉ ES EL MOVIMIENTO ONDULATORIO Y

DÓNDE SE PRESENTA EN LA NATURALEZA?

La unidad 4 nos propone como tópico de debate la naturaleza de movimiento de la materia y teniendo en cuenta que en la sesión anterior ahondamos acerca de los principios del movimiento según Newton y la concepción de gravedad de este científico en contraposición a Einstein, en esta sesión específicamente, trabajaremos alrededor de las ondas, el movimiento ondulatorio y sus manifestaciones en la naturaleza y aplicaciones en la cotidianidad.



Imagen No. 22. Situaciones que involucran ondas. Fotografías

tomadas y adaptadas de: http://upload.wikimedia.org/, http://www.rcysostenibilidad.telefonica.com/,

http://www.cosmonoticias.org/, http://www.gominolasdepetroleo.com/ y

http://static.betazeta.com/


SESIÓN 11 ¿QUÉ ES EL MOVIMIENTO ONDULATORIO Y DÓNDE SE PRESENTA EN LA NATURALEZA?



1. ¿Qué son las ondas? ¿A qué se le llama movimiento ondulatorio? Menciona 3 situaciones cotidianas en las que se involucren las ondas

2. ¿Cómo se propagan las ondas? ¿Qué tipos de ondas conoces?

3. ¿Qué características tiene una onda?

Ahora que has reflexionado respecto a lo que sabes acerca del movimiento ondulatorio y las ondas, te invitamos a realizar una lectura atenta a la presente sesión, con el fin de comprender a profundidad qué son las ondas, cuáles son sus características, cómo se clasifican y sus formas de manifestación en el contexto natural y aplicaciones en las acti-vidades humanas actuales.


Para comprender cómo se mueven las ondas desde la mirada de las ciencias experimentales, puntualicemos en algunos conceptos iniciales:

• Onda: es una perturbación que transporta energía (no materia) de un punto a otro y se ocasiona debido a un cambio en alguna propiedad física del sistema, como variación en la presión, en la temperatura, en la densidad, entre otros, generando una vibración que transmite energía a lo largo de dos puntos (punto de origen a punto final)

• Movimiento ondulatorio: corresponde al proceso y características de propagación de las ondas.

• Oscilación: Es equivalente a un ciclo de onda, es decir, a una cresta y un valle. Imagen No. 23. Ejemplos de ondas según el medio de propagación.

Fotografías tomadas y adaptadas de: http://media.biobiochile.cl/, http://2.bp.blogspot.com/, http://3.bp.blogspot.com/, http://descubrimientoderx.wikispaces.com/



2. MOVIMIENTO ONDULATORIO

En la cotidianidad del ser humano es muy común relacionarse con las ondas; por ejemplo al observar: la perturbación sobre el agua cuando una hoja sobre ella, la agitación de un cultivo de maíz o arroz, las vibraciones de las cuerdas de una guitarra o el retumbo de un tambor, el desplazamiento de las olas y las ondulaciones alrededor de un cuerpo que nada en la piscina o en un río.

En todas las situaciones anteriores y en muchas otras como: usar el control remoto para encender un televisor, tomar la ecografía de una mujer en embarazo y hasta escuchar música, implica la participación de las ondas. Las ondas se pueden clasificar según varios criterios:

Según el medio de propagación

• Mecánicas: son aquellas ondas que sólo se pueden propagar a través de un medio sólido, líquido o gaseoso. Algunos ejemplos son: el sonido, el cual se propaga por el aire o el agua; las ondas sísmicas, las cuales se propagan a lo largo de la corteza terrestre o las olas, las cuales se propagan por el agua marina.

• Electromagnéticas: son ondas que no usan un medio de propagación y viajan a través del vacío. Ejemplos de ondas electromagnéticas son la luz, las microondas, o las ondas de radio.

Imagen No. 23. Ejemplos de ondas según el medio de propagación. Fotografías tomadas y adaptadas de: http://media.biobiochile.cl/, http://2.bp.blogspot.com/,

http://3.bp.blogspot.com/, http://descubrimientoderx.wikispaces.com/



Según la dirección de propagación

• Ondas transversales: se refieren a aquellas con dirección de propagación perpendicular a la de la perturbación inicial.

• Ondas Longitudinales: corresponden a aquellas con dirección de propagación paralela a la perturbación inicial.

Imagen No. 24. Ejemplos de ondas según la dirección de propagación. Fotografías tomadas y adaptadas de: http://media.biobiochile.cl/, http://2.bp.blogspot.com/,

http://3.bp.blogspot.com, http://www.youtube.com/watch?v=-_PMqqEnr7E

Según el plano de vibración:

• Unidireccionales: aquellas que se propagan en una sola dimensión del espacio. Un ejemplo es la vibración resultante cuando estiramos una cuerda.

• Bidireccionales: ondas que se propagan en dos dimensiones del espacio. Este tipo de ondas se observa cuando caen gotas de lluvia sobre un charco.

• Tridimensionales: corresponden a ondas que se propagan en las tres dimensiones del espacio (largo, ancho y alto o X, Y y Z). Tal es el caso de las ondas sonoras de un trueno.

Imagen No. 25. Ejemplos de ondas según el plano de propagación. Fotografías tomadas y adaptadas de: http://upload.wikimedia.org/, http://ataraxiasocial.blogspot.com/



Reconocidos los tipos de ondas, pasemos a revisar las partes o características de las mismas.

Características de las ondas

Para describir el comportamiento de una onda, es necesario indicar un conjunto de parámetros o características tales como:

• Amplitud (A): corresponde a la distancia entre la cresta y el eje horizontal de la onda y está relacionada de manera directa con la intensidad de la misma. En ese sentido, entre más amplia sea la onda mayor energía transporta.

• Longitud (λ): es la medida de la distancia entre dos crestas o dos valles de una onda y es inverso a la energía transportada. De modo que, a mayor longitud, menor energía lleva la onda. Se suelen usar como unidades de medida: metros (m), nanómetros (nm) o Armstrong (Å).

• Frecuencia (F): representa en número de oscilaciones realizadas por una onda en un tiempo dado. Para su medición se emplea la unidad del Hertz (Hz) el cual equivale a un ciclo u oscilación por segundo.

• Periodo (T): indica la cantidad de tiempo necesario para que una onda realice una oscilación. Se expresa en segundos (s).

• Velocidad de propagación: es la medida de la distancia que una onda recorre en un tiempo dado. Este parámetro depende de las propiedades del medio que la onda atraviesa, como densidad, temperatura, presión, entre otros.

A continuación se observa gráficamente las características o parámetros que toda onda posee:

Esquema No. 35. Parámetros o características de una onda.

Ahora bien, teniendo en cuenta estos parámetros, especialmente los de frecuencia, amplitud y longitud de onda, las ondas sonoras y las ondas electromagnéticas se pueden ubicar en un espectro de frecuencias, es decir, una representación de la medida de



distribución de amplitudes para cada frecuencia de un fenómeno ondulatorio asociado. Esa sí como, cada tipo de ondas le corresponde un rango en el espectro general.

El espectro de frecuencias está divido en dos grandes grupos de ondas: Rango para las ondas mecánicas (en las que se encuentran las ultrasonoras, sonoras e infrasonoras) y el rango para las ondas electromagnéticas (en las que se incluyen los rayos gamma, rayos X, Ultravioleta, espectro visible, infrarrojo y radioeléctricas), tal como se presenta en los siguientes esquemas:

Esquema No. 36. Espectro sonoro.

Como se puede observar, en el esquema anterior, los seres humanos tenemos la capacidad de detectar en un rango específico de frecuencias de ondas sonoras. No obstante, animales como la ballena azul, el elefante, el tigre o el puma pueden escuchar infrasonidos, mientras murciélagos, perros, algunos pájaros escuchan las frecuencias del ultrasonido.

Esquema No. 37. Espectro electromagnético. Tomado y adaptado de: http://es.wikipedia.org/



Para el caso de las ondas electromagnéticas el espectro es más grande debido a la variedad de ondas capaces de viajar en el vacío. En el caso de los humanos el rango electromagnético perceptible (espectro visible) es muy pequeño y es por ello, que no detectamos otras radiaciones como las ondas de radio, rayos gamma u otras.

3. LAS ONDAS EN LA NATURALEZA Y EN LA COTIDIANIDAD

El movimiento ondulatorio es un fenómeno físico ampliamente estudiado y gracias a ello, es posible reconocer sus manifestaciones en la naturaleza y sus aplicaciones en las actividades humanas. Revisemos al respecto para cada tipo de ondas:

• Radiofrecuencia: el espectro de radiofrecuencia o también conocido como RF corresponde a las ondas de menor energía en el espectro electromagnético ubicadas dentro del rango de los 3 Hz y los 300 GHz. Este tipo de ondas son muy útiles en: el campo de la radiocomunicaciones, para la trasmisión de televisión, radio AM y FM y telefonía móvil; a nivel astronómico, puesto que algunos cuerpos celestes emiten ondas en radiofrecuencia; en el área militar y comercial son muy empleadas para el control del tráfico aéreo a través de radares, los cuales son capaces de producir impulsos de radiofrecuencia y con el eco de retorno, determinar posiciones, direcciones, velocidades, entre otras variables, de objetos en reposo o en movimiento.

• Microondas: estas ondas electromagnéticas tienen frecuencias entre 300 MHz y 300 GHz y longitudes de onda entre 1 m y 1nm. La aplicación más conocida de estas ondas son los hornos microondas, lo cuales por medio de un magnetrón producen este tipo de vibraciones que luego se aprovechan para calentar los alimentos. De igual forma, se emplean para la trasmisión televisiva de una estación pequeña (camioneta equipada) a una estación de televisión y en el campo militar para el desarrollo de armas para la inmovilización momentánea o permanente de un enemigo.

• Infrarrojo: este tipo de radiación también conocido como IR, es de tipo electromagnético y térmico y todo cuerpo emite estas ondas siempre y cuando su temperatura sea superior a 0 K, es decir, superior a -273, 15 °C. Especialmente los mamíferos emiten este tipo de ondas debido a su calor corporal. Algunas aplicaciones de las ondas infrarrojas son: dispositivos de visión nocturna para detección de objetos en la oscuridad o poco visibles; para la comunicación entre ordenadores y sus elementos periféricos, como el mouse y el control remoto de dispositivos electrónicos como televisores, reproductores de sonido entre otros.

• Espectro visible: corresponde al rango de frecuencias de onda las cuales el ojo humano es capaz de captar e interpretar y se conoce con el nombre de espectro de luz visible o luz. Gracias a la luz visible y el órgano visual humano, podemos percibir las formas, los colores, los tamaños y otras características de los objetos a nuestro alrededor.



• Ultravioleta: esta radiación electromagnética también es denominada como radiación UV y corresponde al rango de longitudes de onda entre los 400 nm y los 15 nm. Es producida por el sol y debido a sus efectos negativos sobre la salud, son precisamente de estas ondas de las que nos protegemos cuando usamos productos de protección solar. Entre las aplicaciones más reconocidas están sus usos en medicina forense para detectar fluidos como sangre, orina, semen y saliva; en la industria para el control de plagas y como técnica de conservación de la leche.

• Rayos X: o RX son un tipo de radiación con la capacidad de generar imágenes en películas fotográficas, luego de atravesar variedad de materiales (madera, metal, huesos, músculo). Por esta razón, tiene aplicaciones médicas para el diagnóstico a través de radiografías del cuerpo; en el control de la seguridad en los aeropuertos; detectar defectos técnicos en piezas metálicas, maquinaria y equipos; entre otros.

• Rayos gamma: Este tipo de ondas electromagnéticas provienen de los núcleos atómicos, por lo general radiactivos, que sufren procesos de fisión o fusión nuclear o de eventos astronómicos como explosiones estelares. Las frecuencias de estas ondas son inmensas (por encima los 1 x 1019 Hz) y por ende la energía que transportan. Entre las aplicaciones más comunes de este tipo de radicación están: en el campo médico para la esterilización de equipos, tratamiento de algunas variedades de cáncer, para el diagnóstico de enfermedades, con núcleos radioactivos como el Tecnecio (Tc) que emiten este tipo de radicación; en el campo industrial se emplea escanear embalajes, esterilizar empaques y productos de la industria de alimentos.

• Ultrasonoras: estas ondas son imperceptibles para el ser humano puesto que manejan una frecuencia por encima de los 20.000 Hz. Sin embargo en la naturaleza son empleadas por animales como los delfines y los murciélagos, quienes producen pulsos ultrasónicos que les permite construir imágenes sonoras de su entorno a grandes distancias. Por otro lado, este tipo de ondas sonoras son empleadas a nivel médico para el diagnóstico del cuerpo humano a través de ecografías; a nivel militar este mismo principio es utilizado en radares para el sondeo y guiado en las rutas, especialmente las marítimas. Además el ultra sonido también tiene aplicaciones en la industria de alimentos, como método de conservación.

• Sonoras: son aquellas detectadas por el aparato auditivo humano puesto que están en frecuencias entre 20 y 20.000 Hz. Los sonidos viajan a mayor velocidad a través de sólidos, luego en líquidos y en menor medida en los gases y no se propagan en el vacío.

• Infrasonoras: corresponden a las ondas con frecuencias inferiores a 30 Hz, y al igual que el ultrasonido, tampoco es perceptible por el oído humano. Estas ondas se emplean para la detección de grandes objetos como montañas y para analizar eventos volcánicos o sísmicos puesto que terremotos y erupciones volcánicas emiten este tipo de vibraciones y en la naturaleza, animales como el elefante, son capaces de detectar estas ondas.



Para este punto debe ser evidente la importancia y atención que, muchos campos como el industrial, comercial, médico, entre otros, (además de las ciencias experimentales) le han prestado a la comprensión y aprovechamiento del movimiento ondulatorio en sus diversas formas de expresión (ondas mecánicas y ondas electromagnéticas).


Propósito: Identificar y clasificar ondas asociadas a situaciones naturales y actividades humanas.

Descripción: Para cada una de las siguientes situaciones, analiza el tipo de ondas que se generan o están implicadas y luego clasifícalas según los criterios propuestos.

Situación Ondas implicadas

Tipo de onda según

Propagación Dirección Plano de vibración

Radar submarino

Telefonía Móvil

Comunicación de los murciélagos

Terremoto

Comunicación inalámbrica

Señal de televisión

Ecografía 3D

Detección de billetes falsos

Criterio de autoevaluación

Clasifica el movimiento ondulatorio en situaciones naturales y del contexto cotidiano.




Propósito: Clasifica ejemplos de ondas de la vida cotidiana según el medio y dirección de propagación.

Descripción: Ubica en cada intersección de los conjutnos, el ejemplo de onda que corresponde según la clasificación vista en la sesión.

Criterio de autoevaluaciónIdentifica el tipo de onda según los criterios de medio y dirección de propagación.

ANOTACIONES


SESIÓN 12¿CÓMO SE LLEVA A CABO EL MOVIMIENTO DE LA MATERIA

EN LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS Y QUÍMICOS?

Durante la unidad 4 hemos estado analizando la naturaleza de movimiento de materia, desde las posturas de Newton y Einstein, comprendiendo el movimiento asociado a las ondas y ahora con la sesión 12, realizaremos un recorrido en relación al movimiento de la materia a nivel celular y ecosistémico, comprendiendo como el movimiento está presente en el micro mundo, con el transporte de sustancias en nuestras células y en el macromundo, a través de los ciclos biogeoquímicos en el planeta.


Observa con atención la fotografía a continuación y luego responde:

Imagen No. 26. El movimiento de la materia en la naturaleza. Fotografía tomada y adaptada de:

https://www.flickr.com


SESIÓN 12 ¿CÓMO SE LLEVA A CABO EL MOVIMIENTO DE LA MATERIA EN LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS Y QUÍMICOS?


Contesta los siguientes cuestionamientos, partiendo de la fotografía anterior, tus conocimientos escolares y tu experiencia cotidiana.

1. ¿Cómo crees que ingresan y salen sustancias de nuestras células?

2. ¿Qué es la membrana celular? ¿Qué funciones cumple en los seres vivos?

3. ¿Qué entiendes por ciclo biogeoquímico? ¿Recuerdas alguno? ¿Podrías describirlo?

Ahora que has reflexionado respecto a lo que sabes acerca del movimiento de la materia a través de los sistemas biológicos y químicos, te invitamos a realizar una lectura atenta a la última sesión del módulo, con el fin de comprender a profundidad qué mecanismos emplea la célula para transportar sustancias, cómo participa la membrana celular en esta labor y cómo se mueven algunos elementos químicos y compuestos a través de los ecosistemas para el mantenimiento de la vida en la Tierra.

1. MOVIMIENTO DE LA MATERIA A TRAVÉS DE LA MEMBRANA CELULAR

Los seres vivos para su adecuando funcionamiento, intercambian sustancias y nutrientes con el medio y en esta labor, las células o mejor, las membranas celulares son las protagonistas.

La membrana celular, también conocida como membrana plasmática o citoplasmática, es un organelo que da forma, estabilidad y estructura a la célula y permite el transporte de sustancias, reconocimiento y comunicación con el medio y otras células. Se le considera una barrera semipermeable y selectiva, puesto que permite o bloquea el ingreso/salida de materia a/de la célula. Conozcamos la estructura de la membrana celular en la siguiente imagen:



Imagen No. 27. Representación estructural de la membrana celular. Imagen tomada y adaptada de: http://www.cienciasfera.com/, http://biociclocomun.blogspot.com/

Ahora bien, para el transporte de sustancias al interior o al exterior de la célula, la membrana cuenta con mecanismos que le permiten el flujo de: moléculas pequeñas o macromoléculas y partículas de mayor tamaño. En siguiente tabla se resumen dichos mecanismos:

Mecanismo de transporte de:

Moléculas pequeñas Macromoléculas y partículas

Pasivo o difusión: Cuando las moléculas se mueven fácilmente a favor de su gradiente, es decir, desde la zona en donde están más concentradas a la zona donde menos lo están.

Endocitosis: Sucede cuando las partículas se incorporan al interior de la célula, gracias a un movimiento y repliegue de la membrana o invaginación. Si lo que ingresa es un material en estado líquido el proceso se conoce como pinocitosis. Pero si el material que entra está en estado sólido, el proceso recibe el nombre de fagocitosis.

Activo: sucede cuando las moléculas atraviesan la membrana en contra de su gradiente, es decir, de la zona de menor concentración a la de mayor, para lo cual es necesario que participen proteínas trasportadoras específicas y un aporte energético para desarrollar el movimiento “bombeo”, que en el contexto de la célula es el gasto de ATP (molécula energética).

Exocitosis: proceso mediante el cual se expulsan o liberan sustancias de gran tamaño hacia el exterior de la célula, con ayuda de una vesícula que las atrapa.



En las siguientes imágenes se representa cada uno de los mecanismos de transporte de sustancias en la membrana celular:

Imagen No. 28. Mecanismos de transporte de macromoléculas y partículas: endocitosis y exocitosis. Tomado de: http://www.fotosimagenes.org/

Imagen No. 29. Mecanismos de transporte de moléculas pequeñas: Transportes pasivo y activo. Tomado de: http://www.wikillerato.org/



2. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

Al igual que en el interior de las células, en general en la naturaleza el mecanismos de ciclos o etapas que se repiten una y otra vez, es muy común. Es así como por ejemplo, el comportamiento de las enzimas (sustancias reguladoras de reacciones químicas en las células), el movimiento de la luna y sus fases, e incluso las estaciones en el año (verano, otoño, primavera e invierno) son ciclos naturales.

Para lograr que los recursos se encuentren disponibles, la naturaleza ha diseñado ciclos que permiten su circulación, redistribución y reutilización en todo momento. Estamos hablando de los ciclos del agua, del carbono, del nitrógeno, entre otros, a los cuales se les denomina ciclos biogeoquímicos, puesto que son aquellas rutas y recorridos que estos elementos químicos y moléculas realizan por toda la tierra y sus subsistemas: atmósfera (zonas gaseosas), hidrósfera (zonas hídricas), litósfera (zonas de suelo) y biósfera (seres vivos).

Ahora bien, durante su recorrido o ciclo, los elementos químicos realizan travesías y se les puede encontrar en fase biótica, es decir, haciendo parte de los seres vivos y transitando de unos a otros, o en fase abiótica, es decir fluyendo por la atmósfera, el suelo o el agua.

En la siguiente tabla se observa la clasificación de los ciclos biogeoquímicos:

Clasificación de los ciclos

biogeoquímicos Definición Ejemplos de ciclos

Gaseosos o atmosféricos

Corresponden a los ciclos de los elementos que emplean en mayor medida a la atmósfera como su medio de reserva o depósito. Este tipo de ciclos son rápidos.

Ciclo de OxígenoCiclo el CarbonoCiclo del Nitrógeno

Sedimentarios

Son aquellos ciclos donde la litósfera es su principal depósito. Son más lentos puesto que los elementos antes de ser liberados deben sufrir procesos de meteorización, ser incorporados al suelo y luego si estar a disposición de los productores. En otras ocasiones son de difícil acceso puesto que se incorporan a sedimentos profundos.

Ciclo de fósforoCiclo del azufre

Tabla No.6.Tipos de ciclos biogeoquímicos



A continuación se describen algunos de los ciclos biogeoquímicos más importantes:

• Ciclo del oxígeno (O)

El oxígeno es un elemento que se encuentra en la naturaleza de manera libre en un 21% de la composición de la atmósfera. Los seres vivos toman este elemento cuando efectúan la respiración; gracias a este elemento obtienen la energía necesaria para realizar todas sus actividades vitales. El oxígeno regresa a la atmósfera a través de la fotosíntesis que realizan las plantas y así el ciclo inicia de nuevo.

• Ciclo del carbono (C)

El carbono (C) es el elemento primordial en las biomoléculas y se le encuentra presente en la tierra así: en la atmósfera en forma de dióxido de carbono (CO2), en la hidrósfera como carbonatos (CO3)-2 y en la litósfera haciendo parte de rocas carbonatadas, petróleo y carbón. A través de la fotosíntesis (proceso químico realizado por los productores) las plantas incorporan el carbono de la atmósfera y la hidrósfera como CO2 y lo integran a sus tejidos vegetales. Luego los consumidores (como los animales herbívoros) se alimentan de las plantas y de esta manera el carbono pasa a hacer parte de todos los seres vivos, quienes lo devuelven a la atmósfera como producto de la respiración (otro proceso químico) en forma de CO2 y al subsuelo, a través de sus excrementos o una vez mueren, en forma de rocas carbonatadas, a causa de la descomposición.

• Ciclo del nitrógeno (N)

El nitrógeno constituye el 75% de los gases en la atmósfera terrestre (N2) y es un macronutriente que todos los organismos vivos requieren para sintetizar proteínas. Sin embargo solo algunas bacterias y algas son capaces de convertirlo primero en amoniaco, luego en nitritos y finalmente en nitratos. El fenómeno descrito es un conjunto de cambios químicos y se conoce como nitrificación y gracias a la labor de las bacterias y algas nitrificantes, el nitrógeno en forma de nitratos se incorpora a las plantas y ellas lo metabolizan y lo fijan a sus tejidos, los cuales son consumidos por los organismos superiores a través de la cadena trófica y entonces el nitrato vuelve al suelo por sus excrementos o luego del proceso de descomposición tras su muerte. Gracias a la acción de algunas bacterias desnitrificantes (proceso inverso a la nitrificación), el nitrógeno vuelve a la atmósfera y el ciclo se completa.

• Ciclo del fósforo (P)

El fósforo es el único elemento que no se haya en la atmósfera sino como depósitos sólidos de fosfatos (Ca3 (PO4)2) en las rocas. Una vez se meteorizan (descomposición de minerales), el fósforo es captado por las raíces de las plantas e incorporado a la cadena trófica de los consumidores y regresando al subsuelo debido a sus excrementos o luego de su muerte. Una parte de dicho fósforo llega al mar debido a procesos de filtración y por corrientes de agua que lo transportan,



allí se incorpora a la cadena trófica de los ecosistemas acuáticos o simplemente se pierde en los fondos marinos. Cuando las aves como los pelícanos consumen peces, sus excrementos son depositados al subsuelo y el fósforo retorna nuevamente.

• Ciclo del azufre (S)

El azufre es uno de los elementos de vital importancia para los seres vivos, pues hace parte de aminoácidos que conforman las proteínas, las cuales a su vez, son fundamentales para el desarrollo y buen funcionamiento de las células. El ciclo del azufre comienza cuando este es expulsado a la atmósfera en forma de SO2 durante las explosiones volcánicas, la minería, la meteorización de las rocas, la combustión entre otros. Durante las lluvias éste se alberga en la hidrósfera, en forma de sulfatos (SO4)-2. Bajo esta estructura es incorporado a las plantas y luego pasa a las cadenas tróficas superiores, una vez éstas son consumidas. De igual manera, el azufre puede retornar a la atmósfera gracias a la descomposición de los organismos tras su muerte o por los gases provenientes de los volcanes, como sulfato o sulfuro, SO2 o H2S

• Ciclo del agua (H2O)

Sabemos que casi ¾ partes de la superficie de nuestro planeta están cubiertos por cuerpos de agua (mares, ríos, lagos, humedales, etc.). Debido al calor del sol el agua se evapora, asciende a la atmósfera y se condensa en forma de nubes. Cuando las gotas de agua adquieren cierto tamaño, precipitan en forma de lluvia, nieve o granizo, según sea la temperatura. Una parte del agua que cae, es absorbida por las plantas y ellas la retornan a la atmósfera por procesos de evapotranspiración, a su vez, los animales también la consumen y la regresa al medio través de sus excreciones o como producto de la respiración. El resto del agua que ha precipitado, se filtra y circula por cauces subterráneos o bien, forma cuerpos de agua que moldean el paisaje. Finalmente, el agua se calienta por la radiación solar y se evapora de nuevo y entonces el ciclo vuelve a empezar.

Esquema No. 38. Ciclo hidrológico. Tomado y adaptado de http://www.flickr.com




Propósito: Explicar el movimiento de la materia a nivel celular y ecosistémico.

Descripción: teniendo en cuenta lo trabajado en la sesión 12, explica lo aprendido sobre el movimiento de la materia a nivel celular y ecosistémico, elaborando un mapa conceptual. Para construir tu mapa ten en cuenta las siguientes recomendaciones:

a. Desarrollar una lista de conceptos importantes (máximo 10).

b. Jerarquizar los conceptos enlistados (indica el concepto más general y los subconceptos).

c. Establecer conexiones lógicas entre conceptos (diferente a definir los conceptos), con ayuda de conectores y flechas.

d. Verificar todas las conexiones realizadas entre conceptos y ajustar el diseño del mapa de modo que sea equilibrado y dinámico solicitándole la lectura del mismo por lo menos a dos compañeros de estudio.

e. Tener en cuenta las observaciones dadas por los lectores y mejorar el mapa conceptual construido.

f. Publicar tu mapa conceptual desarrollado en el aula virtual de aprendizaje (AVA).

Criterio de autoevaluaciónCurioso e interesado por el conocimiento científico sobre el movimiento de la materia a nivel celular y ecosistémico y creativo y organizado a la hora de comunicar sus aprendizajes al respecto.

ANOTACIONES

BIBLIOGRAFÍA

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BIBLIOGRAFÍA

modulo ciencias experimentales

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