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Héctor Pérez Montiel

primera edición ebook 2014

Grupo Editorial Patria®División Bachillerato, Universitario y Profesional

Fisica 2.

Serie integral por competencias

Derechos reservados:

©2014, Héctor Pérez Montiel

©2014, Grupo Editorial Patria, S.A. de C.V.

ISBN ebook: 978-607-438-981-4

Renacimiento 180, Col. San Juan Tlihuaca,Delegación Azcapotzalco, Código Postal 02400, México, D.F.Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial MexicanaRegistro núm. 43

Queda prohibida la reproducción o transmisión total o parcial del contenido de la presente obra en

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Impreso en México / Printed in Mexico

Primera edición ebook: 2014

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Grupo Editorial Patria®

Contenido

Introducción a la asignatura y a tu libro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IX

Competencias genéricas del Bachillerato General . . . . . . . . . . . . XV

Competencias disciplinares básicas del campo deFísica 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XV

Las secciones de tu libro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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1 Explicas el comportamiento de los fluidos

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1.1 Hidráulica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

partir de sus propiedades físicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Estados de la materia a partir de su estructura molecular . . . . . 7

1.2 Hidrostática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Viscosidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Cohesión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Adherencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Capilaridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Incompresibilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Presión hidrostática y paradoja hidrostática de Stevin . . . . . 20

Presión atmosférica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Barómetro de mercurio, experimento de Torricelli . . . . . . . 21

Presión manométrica y presión absoluta . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Principio de Pascal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Tonel de Pascal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Principio de Arquímedes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

1.3 Hidrodinámica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Aplicación de la hidrodinámica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Gasto de un líquido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Teorema de Bernoulli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Aplicaciones del teorema de Bernoulli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

. . . . . . . . . . . . . 54

Flujo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Ecuación de continuidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Diferencias entre los fluidos y los sólidos a

Tensión superficial

Densidad y peso específico

Movimiento de los objetos sólidos en los fluidos

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ContenidoB

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2

2 .1 El calor y la temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

Escalas de temperatura y sus unidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

Transformación de temperaturas de una escala a otra . . . . . . . . 78

Concepto de calor y sus unidades de medida . . . . . . . . . . . . . . 80

Mecanismos por medio de los cuales el calor se transmite de un cuerpo a otro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

Conducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

Convección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

Radiación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

2 .2 La dilatación térmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

Dilatación lineal y coeficiente de dilatación lineal . . . . . . . . . . . . 90

Dilatación superficial y coeficiente de dilatación superficial . . . . 91

Dilatación cúbica y coeficiente de dilatación cúbica . . . . . . . . . . 92

Dilatación irregular del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

2 .3 El calor específico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

Calor específico o capacidad calorífica específica . . . . . . . . . 99El calor y las transformaciones del estado físico de la materia, calor latente de fusión y de vaporización . . . . . . . 106

Calor latente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

Calor latente de fusión y calor latente de solidificación . . . . 106

Calor latente de vaporización y calor latente de condensación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

El calor absorbido o desprendido por un cuerpo es proporcional a su variación de temperatura y a su masa . . . . . . 108

Calorímetro de agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

2 .4 Procesos termodinámicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

Sistema termodinámico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

Paredes diatérmicas y adiabáticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

Procesos termodinámicos adiabáticos y no adiabáticos . . . 117

Equilibrio termodinámico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

117

Identificas diferencias entre calor y temperatura

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3 3 .1 Electricidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

Procesos históricos de la electricidad y la importancia que ésta tiene en el desarrollo de la electrostática en la vida cotidiana . 128

3 .2 Electrostática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

Comprendes las leyes de la electricidad

Capacidad calorí�ca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

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Carga eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

Conservación de la carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

Formas de electrizar los objetos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

Conductores y aislantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

Diferencias entre los conceptos de: campo eléctrico, energía potencial y potencial eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

Ley de Coulomb y su modelo matemático . . . . . . . . . . . . . . . . 139

Campo eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

Intensidad del campo eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

Energía potencial eléctrica y diferencia de potencial o voltaje 150

3 .3 Electrodinámica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

Intensidad de la corriente eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

Resistencia eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

Ley de Ohm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

Características de los circuitos con resistencia colocadas en serie, paralelo y mixto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

Comportamiento de los circuitos eléctricos en serie y en paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

Circuito en serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

Circuito en paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

Conexión de resistencias en serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

Conexión de resistencia en paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

Conexión mixta de resistencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

Potencia eléctrica y el efecto Joule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

Efecto Joule y ley de Joule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

Capacitores o condensadores eléctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

Usos de los capacitores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192

Conexión de capacitores en serie y en paralelo . . . . . . . . . . . . 193


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44 .1 Magnetismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208

Características de los imanes y de las interacciones magnéticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208

Diferentes tipos de imanes: naturales, artificiales, temporales y permanentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

Concepto de campo magnético y su representación gráfica por medio de líneas de fuerza magnética . . . . . . . . . . . . . . 209

Relacionas la electricidad con el magnetismo

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Magnetismo terrestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

Declinación magnética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

Inclinación magnética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

Teorías del magnetismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214

4 .2 Electromagnetismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

Descripción cualitativa del campo magnético producido por una corriente eléctrica en un conductor recto, una espira y un solenoide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

Campo magnético producido por un conductor recto . . . 219

Campo magnético producido por una espira . . . . . . . . . . . . . 219

Campo magnético producido por un solenoide o bobina 221

Inducción electromagnética y su relevancia en la electrificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223

Inducción electromagnética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223

Ley del electromagnetismo de Faraday . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224

Características de las corrientes directa y alterna . Funcionamiento del transformador, generador y motor eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

Corriente directa y alterna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

Transformadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

Generador eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

Motor eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230

Impacto social, cultural y ambiental de las contribuciones de la Física . Riesgos y beneficios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230

Relacionas la electricidad con el magnetismo

Anexo 1 Tabla de equivalencias entre las unidades de medida de algunas magnitudes físicas . . . . . . . . . . . 240

Anexo 2 Alfabeto griego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

Anexo 3 Constantes físicas y sus valores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242

Respuestas de los ejercicios propuestos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

Glosario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252

Vínculos en Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253

Índice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254


Introducción a la asignatura y a tu libro

Esta segunda edición de Física 2 pertenece a la Serie integral por competencias de Grupo Editorial Patria y está completamente apegado a los contenidos correspondientes de esta asignatura del Bachillerato General, la cual corresponde al campo de conocimiento de las ciencias experimentales .

Esta obra es un importante recurso para que los estudiantes logren las competencias que se indican en el progra-ma actualizado de Física 2 . Además, se ha realizado con base en un diseño a color que facilita su lectura y posibilita la rápida identificación de los temas y la información de apoyo .

El estudio de la física en el nivel medio superior tiene como propósito acercar al escolar a los conocimientos, prin-cipios, teorías y leyes que esta ciencia proporciona, y que rigen el comportamiento de los fenómenos físicos . De tal manera que al aplicarlos pueda explicar de manera científica el porqué de los múltiples fenómenos que acontecen en su entorno . Y aún más: pretende que dé el salto del saber al saber pensar para saber hacer, fortaleciendo su desempeño sobre el saber, con una plena conciencia cívica y ética de las consecuencias de sus acciones y hechos .

Para lograr lo anterior, es preciso educar con un enfoque por competencias, lo que posibilita el logro de una integración entre el medio, el hombre y su entorno social .

La física, así como las demás ciencias experimentales, es parte fundamental para despertar en la juventud una clara conciencia acerca de la importancia que tiene la naturaleza en el desarrollo de la vida . Por tanto, su estudio debe establecer una relación activa entre el conocimiento y las habilidades que generará, de tal manera que propicie reflexiones acerca de los fenómenos que se estudian, permitiendo una aproximación a la investigación y experi-mentación .

Debemos tener presente que el educar por competencias no pretende incluir sólo conocimientos que se apliquen en la vida cotidiana del estudiante, sino también se desea generar una cultura científica y humanista que dé sentido y articule los conocimientos adquiridos en las diferentes disciplinas .

Educar por competencias incluye saber pensar para poder hacer con una actitud determinada. En donde el saber es el conocimiento, el pensar son las habilidades de pensamiento y el hacer son las destrezas junto con las actitudes y los valores .

La educación por competencias se facilita cuando el docente:


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1 . Propicia que el estudio de la física resulte ameno e interesante .

2 . Favorece un ambiente agradable de trabajo y una comunicación abierta, pero respetuosa .

3 . Promueve la realización de diversas actividades, incluidas las experimentales, las cuales resultan intere-santes para los estudiantes .

4 . Ayuda y orienta a los alumnos y alumnas, para que superen sus deficiencias en diversas áreas del conoci-miento, como son: las matemáticas, el lenguaje y la ortografía .

5 . Relaciona, siempre que es posible, los contenidos abordados en el programa de estudio con la vida real del educando .

6 . Impulsa la realización de proyectos educativos, ya sean científicos, tecnológicos o humanos .

7 . Propone problemáticas que despiertan el interés de los estudiantes, de manera que a partir de éstas anali-cen la realidad externa y construyan sobre ella su conocimiento para que a su vez éste se pueda trasladar a otros contextos similares .

8 . Fortalece el autoaprendizaje, de modo que los estudiantes aprendan a aprender dominando este método para realizar sus consultas e investigaciones .

9 . Fomenta la elaboración de investigaciones usando diferentes fuentes de información: libros, revistas, pe-riódicos, enciclopedias, videos, películas e Internet .

10 . Propicia el trabajo en equipos .

11 . Rompe con el esquema conductista (el profesor dice y el alumno repite) .

12 . Elabora cuestionarios para reafirmar los aspectos más importantes que debe dominar el escolar al rea-lizar una lectura en su libro de texto o en las diferentes fuentes de información a su alcance, o bien, al efectuar una actividad experimental .

13 . Promueve la participación del grupo en la exposición de las respuestas que dieron a las preguntas formu-ladas en el cuestionario, realimentando y corrigiendo en caso necesario .

14 . Evalúa de manera constante el desempeño de cada estudiante con base en sus participaciones en clase, in-vestigaciones y consultas realizadas en las diferentes fuentes de información; exposiciones ante el grupo; trabajo individual y en equipo; participación en las actividades experimentales; diseño y elaboración de dispositivos útiles para efectuar una demostración experimental acerca de un fenómeno físico; proyectos realizados; exámenes escritos; visitas de campo; propuestas para reducir la contaminación ambiental en su localidad, etcétera .

15 . Propicia la autoevaluación y coevaluación entre iguales .

Este libro contiene múltiples experiencias de enseñanza-aprendizaje para que los estudiantes desarrollen ha-bilidades que les posibiliten movilizar sus saberes dentro y fuera del aula . De tal manera que siempre que sea posible apliquen lo aprendido en situaciones cotidianas y consideren las repercusiones personales, sociales y ambientales que implican dichas aplicaciones .


Este libro consta de los siguientes bloques de estudio:

Bloque 1Explicas el comportamiento de los fluidos. Desempeños del estudiante al concluir el bloque: Identifica las características de los fluidos que los diferencian de los sólidos . Resuelve cuestionamientos y/o problemas sobre la presión hidrostática y presión atmosférica relacionados con su entorno inmediato . Comprende los principios de Arquímedes y Pascal y su importancia en el diseño de ingeniería y de obras hidráulicas en general . Utiliza las leyes y principios que rigen el movimiento de los fluidos para explicar el funcionamiento de aparatos y dispositivos utilizados en el hogar, la industria, entre otros .

Bloque 2Identificas diferencias entre calor y temperatura. Desempeños del estudiante al concluir el bloque: Define conceptos relacionados con el calor y la temperatura así como sus unidades de medida . Identifica y analiza las formas de intercambio de calor entre los cuerpos . Describe con base en sus características el fenómeno de la di-latación de los cuerpos . Analiza y comprende la transformación del trabajo en energía y de la energía en trabajo .

Bloque 3Comprendes las leyes de la electricidad. Desempeños del estudiante al concluir el bloque: Define conceptos básicos relacionados con la electricidad . Identifica y analiza las formas de electrizar cuerpos . Describe con base en sus características el fenómeno de cargas eléctricas en reposo y en movimiento . Analiza y comprende el uso de las leyes de Coulomb, Ohm, Watt, Joule, Ampere y Faraday en el manejo y el diseño de circuitos eléctricos .

Bloque 4Relacionas la electricidad con el magnetismo. Desempeños del estudiante al concluir el bloque: Define con-ceptos básicos relacionados con el magnetismo y el electromagnetismo . Identifica y analiza el campo magnético generado por los imanes, por una espira y un solenoide . Describe con base en sus características las diferencias de la corriente alterna y directa .

Este libro es una herramienta importante en el desarrollo de las competencias genéricas, ya que forman el per-fil del egreso del bachiller y las competencias disciplinares que corresponden a la asignatura de Física 2 . Ello en virtud de que por medio de las diferentes actividades propuestas, se favorece que el estudiante resuelva proble-mas relacionados con su vida cotidiana; tome decisiones haciendo un análisis crítico y reflexivo; desarrolle su creatividad al diseñar y realizar actividades experimentales; establezca distintas formas de representación gráfica; aplique las ecuaciones matemáticas; utilice calculadora y computadora; haga uso correcto del lenguaje al elaborar reportes escritos, resúmenes, investigaciones y proyectos .

También, propicia que el estudiante identifique las ideas principales de un texto y favorece el trabajo en equipo y grupo . Promueve que aprenda de manera autónoma y construya sus conocimientos, movilizando sus saberes dentro y fuera del aula, de tal manera que relacione lo aprendido con su vida cotidiana y proponga soluciones para resolver problemas que se presenten en su localidad y que contribuyan a la conservación del medio .

Finalmente, nos será grato saber que este libro cumple con el objetivo para el cual fue escrito y que además es bien recibido por los que comparten la responsable y noble labor de la docencia .


XI

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Las secciones de tu libroAquí encontrarás los saberes que deberás adquirir y fortalecer con el estudio de cada bloque en lo que respecta a: desempeños que logras al concluir el bloque, los objetos de aprendizaje, las competencias a desarrollar y una serie de preguntas guía para establecer los conocimientos previos con los que cuentas .

Desempeños del estudiante al concluir el bloque Señala lo que debes poder realizar como resultado de lo estudiado en el bloque .

Competencias por desarrollarRepresentan las competencias específicas que debes desarrollar en cada bloque y sirven de marco rector a los saberes por trabajar .

Objetos de aprendizajeIndica lo que estudiarás en cada bloque .

¿Qué sabes hacer ahora?Constituye una propuesta de evaluación diagnóstica que te posibilitará conocer las ideas y conocimientos previos que posees con respecto a los contenidos que se abordarán en el bloque .

Situación didácticaCada bloque se inicia con una pregunta, misma que deberás resolver de alguna de las siguientes maneras: a través de una lectura en la cual identifiques las ideas clave y elabores una síntesis; investigues en las diferentes fuentes de información que tengas a tu alcance y obtengas conclusiones; lleves a cabo un proyecto o diseñes una actividad experimental y dispositivos para llevarla a cabo; realices trabajo de campo; hagas una presentación, una campaña o alguna otra actividad que posibilite despertar tu interés y promover que desde el inicio del estudio del bloque comiences a utilizar tus saberes, los fortalezcas y adquieras nuevos saberes, ya sea a nivel personal, en equipo o grupal .

Secuencia didáctica: ¿Qué tienes que hacer?Establece los pasos que debes seguir para resolver la pregunta formulada en la situación didáctica y te posibilita adquirir y movilizar tus saberes en diferentes contextos tanto dentro como fuera del aula .

Rúbrica ¿Cómo sabes que lo hiciste bien?Señala los criterios que debes considerar para resolver la situación didáctica y que serán de utilidad para que tu mismo y tu profesor(a) puedan evaluar y valorar tu desempeño .

Autoevaluación: Son preguntas que al responderlas satisfactoriamente te indicarán que has logrado las competencias esperadas . En caso contrario, te servirán para repasar aquellos saberes que aún no dominas . Recuerda que para resolver tus dudas cuentas con tus compañeros(as) y con el invaluable apoyo de tu profesor(a) .

Coevaluación e intercambio de ideas y aprendizajesEs muy importante que después de contestar la autoevaluación, intercambies tus respuestas con otro compañero o compañera y en grupo comenten las respuestas que dieron . Corrijan siempre que sea necesario y si tienen dudas pregunten a su profesor(a) . Recuerden que el intercambio de ideas, conocimientos y experiencias, favorece su aprendizaje y el logro de las competencias esperadas .

XIII


Recomendaciones para hacer tu portafolio de evidenciasGuarda las evidencias que hacen posible constatar tu desempeño escolar, ya sea en una carpeta física o en carpetas creadas en tu computadora para cada bloque de estudio . Tu profesor(a) te indicará qué otras evidencias debes conservar y cuál es el momento oportuno para que se las muestres .

Otras seccionesResolución de problemasLos problemas resueltos a manera de ejemplos se desarrollan paso a paso para que comprendas cómo se resuel-ven .

Ejercicios propuestosSon ejercicios que te posibilitan incrementar tu capacidad de razonamiento en la medida en que adquieres nuevos conocimientos y experiencias, fortaleciendo tu estima y seguridad en ti mismo, al constatar que eres capaz de resolverlos . Si el(la) profesor(a) considera que el grupo es capaz de resolver problemas más complejos, debe proponerlos en el salón de clase para que en caso de dudas éstas se puedan resolver ahí y no dejarlos de tarea . Ello evitará que se generen frustraciones si no los pueden resolver .

Para tu reflexiónSon lecturas que te posibilitan analizar la importancia de la Física y lo mucho que aún hay por descubrir e inventar .

Aplicación de tus saberesSon actividades propuestas para que con la supervisión de tu profesor(a), valores las aplicaciones de la física en tu entorno .

Esquemas didácticosTe serán de utilidad para visualizar de manera sencilla los conceptos involucrados y las relaciones jerárquicas entre dichos conceptos .

Actividad de aprendizajeTe posibilitará saber si vas adquiriendo los conocimientos esperados en cada subtema, y a tu profesor(a) le servirá para constatar si los estás adquiriendo o no, y si debe modificar su plan de trabajo escolar .

Instrumentos de evaluaciónPor medio de la resolución de un cuestionario que contiene diversas actividades, te será posible comprobar si has adquirido los aprendizajes, habilidades, actitudes y valores que se indican en cada bloque . Si respondes satis-factoriamente el cuestionario, sigues adelante; en caso contrario, repasa aquello que te presenta dudas . No dudes en apoyarte en tu profesor(a) . En esta segunda edición encontrarás también rúbricas, listas de cotejo y guías de observación

Actividad experimentalSon actividades experimentales propuestas que te servirán para fortalecer tus aprendizajes adquiridos . Realízalas cuando tu profesor(a) te lo indique .

Retroalimentación de la actividad experimentalTe servirá para constatar si tus respuestas al cuestionario fueron correctas y realizaste bien tus observaciones ex-perimentales .

XIV


Respuestas de los ejercicios propuestosCon el propósito de que estés seguro de haber resuelto correctamente los ejercicios propuestos, en las páginas finales del libro encontrarás las respuestas de cada uno, se identifican por bloque, tema y subtema .

GlosarioÉste se incluye en las páginas finales del libro y en él se definen los términos y conceptos que debes conocer y manejar como parte de tu lenguaje científico .

BibliografíaSon sugerencias de libros que puedes consultar para complementar tu información . Se localiza en las páginas finales .

Vínculos en InternetSe sugieren algunas páginas de Internet, las cuales te servirán para obtener información que enriquezca el conte-nido del libro e incremente tu interés por la investigación y el estudio . Se localizan también en las páginas finales del libro .

AnexosEn esta sección se incluye una tabla de equivalencias entre las unidades de medida de algunas magnitudes físicas, el alfabeto griego, así como constantes físicas y sus valores .

Además, por haber comprado este libro tienes acceso a un sitio Web: www .recursosacademicosenlinea-gep .com .mx que contiene videos, animaciones, audios y diferentes archivos cuyo objetivo es ampliar tu conocimiento, hacer claros algunos procesos complejos de los temas a considerar, y posibilitar y actualizar de manera rápida la informa-ción en todos los temas del plan de estudios de la Dirección General del Bachillerato .

XV


Competencias genéricas del Bachillerato General

Las competencias genéricas son aquellas que todos los bachilleres deben estar en la capacidad de desarrollar al permitirle a los estu-diantes comprender su entorno (local, regional, nacional o inter-nacional) e influir en él, contar con herramientas básicas para con-tinuar aprendiendo a lo largo de la vida, y practicar una convivencia

adecuada en sus ámbitos social, profesional, familiar, etc .; en razón de lo anterior estas competencias construyen el Perfil Egresado del Sistema Nacional de Bachillerato .

A continuación se listan las competencias genéricas:

1. Se conoce y valora a sí mismo y aborda problemas y retos teniendo en cuenta los objetivos que persigue . 2. Es sensible al arte y participa en la apreciación e interpretación de sus expresiones en distintos géneros . 3. Elige y práctica estilo de vida saludables . 4. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiadas . 5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos . 6. Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general, considerando otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva . 7. Aprende por iniciativa e interés propio a lo largo de su vida . 8. Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos . 9. Participa con una conciencia cívica y ética en la vida de su comunidad, región, México y el mundo . 10. Mantiene una actitud respetuosa hacia la interculturalidad y la diversidad de creencias, valores, ideas y prácticas sociales . 11. Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables .

Competencias disciplinares básicas del campo de Ciencias ExperimentalesCompetencias disciplinares básicas

Bloques de Física 21 2 3 4

1. Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos.

X X X X

2. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas.

X X X X

3. Identifica problemas, fórmula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas. X X X X

4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes.

X X X X

5. Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones.

X X X X

6. Valora los preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas. X X X X

7. Explicita las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos. X X X X

8. Explica el funcionamiento de máquinas de uso común a partir de nociones científicas. X X

9. Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos. X X X X

10. Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o modelos científicos.

X X X X

11. Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental.

X X X X

12. Decide sobre el cuidado de su salud a partir del conocimiento de su cuerpo, sus procesos vitales y el entorno al que pertenece.

X

13. Relaciona los niveles de organización Química, biológica, Física y ecológica de los sistemas vivos.

14. Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de sus vida cotidiana.

X

Conoce tu libro

XIV

Responde en tu cuaderno las siguientes preguntas:

1. Describe qué sucede con tu vida cotidiana cuando por alguna causa se interrumpe por un tiempo prolongado el suministro de energía eléctrica.

2. Explica qué ventajas y desventajas le ves al uso de la energía eléctrica en tu vida cotidiana.

3. Explica la idea o conocimientos que tengas referentes a cómo se produce la energía eléctrica.

4. ¿Has elaborado un circuito eléctrico en la escuela secundaria o en tu vida cotidia-na? Si tu respuesta es a�rmativa, explica cómo lo hiciste.

Coevaluación e intercambio de ideas y aprendizajesUna vez que has respondido las preguntas anteriores, espera la indicación de tu profesor o profesora para intercambiar tus respuestas con las de otro compañero o compañera. Lean sus respectivas respuestas y después intercambien ideas y conocimientos para que nue-vamente respondan las preguntas anteriores, pero ahora de manera conjunta. Después de que las han escrito en su cuaderno, participen con las demás parejas comentando y argumentando sus respuestas, en un ambiente propositivo y de respeto a las ideas y los conocimientos de todos.

Ahora, realice lo siguiente:

1. Elabore cada quien una tabla en la que lleven el registro de sus conocimientos actuales y futuros.

Lo que estamos seguros que sabemos

Lo que no estamos seguros de saber o no sabemos y

queremos saber

Para contestar al �nal del estudio de este bloque

(lo que aprendimos)

¿Qué sabes hacer ahora?

Objetos de aprendizaje

Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales especí�cos.

Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas.

Identi�ca problemas, formula preguntas de carácter cientí�co y plantea las hipótesis necesarias para responderlas.

Obtiene, registra y sistematiza la información para responder preguntas de caracter cientí�co, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes.

Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones en equipos diversos, respetando la diversidad de valores, ideas y prácticas sociales.

Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias cientí�cas.

Hace explícitas las nociones cientí�cas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos.

Explica el funcionamiento de máquinas de uso común a partir de nociones cientí�cas.

Diseña modelos o prototipos para resolver problemas locales, satisfacer necesidades o demostrar principios cientí�cos.

Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o modelos cientí�cos.

Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental dentro de su región y/o comunidad.

3.1 Electricidad.

3.2 Electrostática.

3.3 Electrodinámica.

3B LO Q U E

Competencias por desarrollar


De�ne conceptos básicos relacionados con la electricidad.

Identi�ca y analiza las formas de electrizar cuerpos.

Describe, con base en sus características, el fenómeno de cargas eléctricas en reposo y movimiento.

Analiza y comprende el uso de las leyes de: Coulomb, Ohm, Watt, Joule, Ampere y Faraday en el manejo y diseño de circuitos eléctricos.

Desempeños por alcanzar











queremos saber


(lo que aprendimos)














3.1 Electricidad.



3B LO Q U E










Se trata de una conjunción de competencias disciplinares a lograr en cada bloque, que te permiten demostrar la capacidad que tienes para aplicar tus conocimientos en situaciones de la vida personal o social, ya que al mismo tiempo pondrás en práctica tus destrezas, habilidades y actitudes.


Estos desempeños son los que se espera que logres al �nalizar cada bloque, te posibilitan poner en práctica tus conocimientos, habilidades y actitudes al realizar cada una de las actividades propuestas en este libro.

En los objetos de aprendizaje encontrarás los contenidos estructurados, integrados y contextualizados con una secuencia lógica y disciplinar, y que son de gran relevancia y pertinencia al nivel educativo en el que te encuentras.

Esta sección constituye una propuesta de evaluación diagnóstica que te permitirá establecer las competencias y conocimientos con los que cuentas, para así iniciar la obtención de conocimientos y capacidades nuevas.

¿Cómo lo resolverías?

En cada bloque iniciamos con una situación didáctica que bien puede ser resolver un problema, realizar un experimento, un proyecto, una investigación o una presentación, o bien elaborar un ensayo, un video, un producto, una campaña o alguna otra actividad que permita que adquieras un conocimiento y competencias personales o grupales, a través de un reto.

¿Qué tienes que hacer?

La secuencia didáctica es una guía para que puedas adquirir los conocimientos y desarrollar habilidades a través de una metodología que facilite y dirija tus pasos. Son además descriptores de procesos que por el análisis detallado que facilitan tu actividad y tus resultados.

¿Cómo sabes quelo hiciste bien?

Las rúbricas son métodos prácticos y concretos que te permiten autoevaluarte y así poder emprender un mejor desempeño. Puedes encontrar tanto actitudinales como de conocimientos.

SeccionesdeLasInicio de bloque

Tu libro

RúbricaSituación didáctica

Secuencia didáctica


Ejemplos

Es importante mencionar que a lo largo de los bloques encontrarás diferentes ejemplos y ejercicios que tienen la finalidad de propiciar y facilitar tu aprendizaje.

Taller y actividad experimental

La experiencia que logres a través de los talleres, actividades experimentales y de laboratorio te ofrece la posibilidad de desarro-llar tus competencias y habilidades en la solución de problemas en situaciones cotidianas, además de estimular y fomentar tu aprendi-zaje cooperativo durante el trabajo en equipo.

Ejercicios

Los ejercicios propuestos en este libro te ayudarán a movilizar y consolidar los conocimientos adquiridos en situaciones reales o hipotéticas, mismas que te llevaran a un proceso de interacción, seguridad y soltura durante tu aprendizaje.

Aplica lo que sabes

Está diseñada para que puedas aplicar tus conocimientos a situaciones de tu vida diaria así como al análisis de problemáticas en tu comunidad y en el mundo en general, que te servirán para hacer propuestas de mejoras en todos los ámbitos.

Para tu reflexión

Tiene el propósito de enriquecer el conocimiento que estás adqui-riendo con lecturas adicionales, notas informativas e información relevante para el tema que estás considerando. Esta información además de ser útil, te permite contextualizar diferentes perspec-tivas para la misma información.

Actividad de aprendizaje

A lo largo del libro encontrarás diferentes actividades de aprendiza-je, que de forma breve te permitirán reforzar los conocimientos y competencias adquiridas a través de preguntas puntuales al desarrollo del bloque.

En el libro encontrarás diferentes sugerencias y actividades que, una vez realizadas, te permitirán construir un gran número de evidencias, algunas escritas otras a través de la exposición de temas o presentación de productos. Es importante que recuerdes que además de presentar la información, la manera en que lo hagas determinará el nivel de calidad con la que se perciba tu trabajo. Por ello se te invita siempre a realizar tu mejor esfuerzo.

Éstas te ayudan a verificar el desempeño logrado al realizar algún trabajo, producto o evidencia solicitados en cada bloque del libro. En general, es un listado de criterios o aspectos que te permiten valorar el nivel de aprendizaje, los conocimientos, habilidades, actitudes y/o desempeños alcanzados sobre un trabajo en particular. Puedes realizarlas de manera personal o como coevaluación.

Es una poderosa herramienta de análisis que te posibilitará verificar si has logrado algún desempe-ño, asimilar contenidos o si eres capaz de aplicar tus conocimientos, si has conseguido realizar un procedimiento de manera adecuada o si has obtenido soluciones correctas a un problema planteado.

Son un conjunto de acciones y propuestas que te permitirán hacer una recolección, siste-matización y un análisis de los desempeños y logros obtenidos a través del trabajo que realizaste durante cada bloque, éstos junto con el portafolio de evidencias, te ayudarán a obtener mejores resultados en las prácticas de evaluación que realice tu profesor/a.

Al haber elegido este libro tienes acceso a nuestro sitio web, donde encontrarás material extra como videos, animaciones, audios y documentos que tienen el objetivo de ampliar tus conocimientos, dejar más claros algunos procesos complejos y actualizar de forma rápida y dinámica la información de todos los temas del plan de estudios de la DGB.

Instrumentos de evaluación

Portafolio de evidencias Rúbrica

Lista de cotejo

www.recursosacademicosenlinea-gep.com.mx

152

BLOQUE 3 Comprendes las leyes de la electricidad

3. ( ) Antonio comenta que la carga eléctrica total del Universo no es una magnitud constante, ya que puede crearse o des-truirse a voluntad.

4. ( ) Patricia indica que las cargas eléctricas de diferente signo se rechazan y las de igual signo se atraen.

5. ( ) Raúl manifiesta que la carga del electrón es positiva y la del protón es negativa.

6. ( ) Angélica señala que los objetos se pueden electrizar por fro-tamiento, contacto e inducción.

7. ( ) Manuel argumenta que en una esfera hueca metálica las cargas eléctricas se distribuyen uniformemente sobre su superficie externa, al igual que se distribuyen en su superfi-cie interna.

8. ( ) Tania indica que un objeto adquiere carga eléctrica cuando gana o pierde electrones.

9. ( ) Isabel dice que Coulomb demostró que a mayor distancia entre dos objetos cargados eléctricamente, mayor es tam-bién la fuerza de atracción o repulsión.

10. ( ) Andrea manifiesta que el campo eléctrico es la zona que rodea a toda carga eléctrica.

Lámparas de luminiscencia

Las lámparas de luminiscencia carecen de filamento y son tubos que generalmente contienen algún gas raro, como el neón, el helio o el argón, y dos electrodos. Al aplicar a los electrodos un voltaje de unos 1 000 V por cada metro de longitud del tubo, se produce un flujo de electrones altamente energizados. Estos electrones chocan violenta-mente contra los átomos del gas y los excitan; cuando los átomos vuel-ven a su estado fundamental, emiten el exceso de energía adquirida en forma de luz, cuya longitud de onda corresponderá a las características del átomo considerado.

Por ejemplo, el neón emite una luz roja, el helio la da de color ama-rillo rosado, la mezcla de argón y mercurio emite un color azul. Si se combinan convenientemente los colores emitidos por los gases con el color del vidrio de la lámpara, se puede obtener todo tipo de colores que hacen muy vistosos los anuncios publicitarios, teatrales o de los lu-gares de esparcimiento, según las necesidades requeridas (Fig. 3.29).

Figura 3.29 Mediante el empleo de lámparas de luminiscencia se hacen los vistosos anuncios publicitarios.

Instrucciones: Escribe una V en el paréntesis si el enunciado es ver-dadero, o una F si es falso.

1. ( ) Julián dice que la palabra electricidad proviene del vocablo griego elektrón, que significa ámbar. El ámbar es una resina fósil.

2. ( ) Noemí señala que la carga eléctrica es una propiedad que tienen los electrones y los protones.


Para tu re�exión

Energía potencial eléctrica y diferencia de potencial o voltajeCuando un objeto se encuentra dentro del campo gravitatorio de la Tierra, tiene una energía potencial gravitacional. De manera análoga, una carga eléctrica situada dentro de un campo eléctrico tendrá una energía potencial eléctrica o simplemente un poten-cial eléctrico, pues la fuerza que ejerce el campo es capaz de reali-zar un trabajo al mover la carga.

Toda carga eléctrica, positiva o negativa, tiene un potencial eléc-trico debido a su capacidad para realizar trabajo sobre otras cargas (�gura 3.30).

Q 1(infinito)q

`

Figura 3.30 La carga positiva Q tiene un potencial eléctrico debido a su capacidad para realizar un trabajo sobre la carga positiva q y viceversa.

44

BLOQUE 1 Explicas el comportamiento de los fluidos

Situación didáctica ¿Cómo lo resolverías?

¿Qué dispositivo puedes diseñar y construir para el estudio y la de-mostración de algún fenómeno físico relacionado con uno de los siguientes temas?

1. Teorema de Bernoulli2. Teorema de Torricelli3. Tubo de Venturi4. Fuerza de sustentación de los aviones5. Fuerza de fricción viscosa del aire

Secuencia didáctica ¿Qué tienes que hacer?

A continuación se lista una serie de acciones que deben seguir para contestar la problemática de la pregunta formulada. Realícenla con un espíritu de colaboración, entusiasmo y responsabilidad, de tal manera que este trabajo en equipo resulte una experiencia útil para construir y fortalecer su aprendizaje.

1. Formen un equipo de cuatro integrantes y después, previo acuerdo con su profesor o profesora, seleccionen alguna de las opciones propuestas en la situación didáctica anterior.

2. Organícense para que todos participen en la investigación do-cumental o vía Internet para que puedan diseñar y construir el dispositivo que hayan seleccionado; además, de los recursos que requerirán tanto materiales como económicos para su ex-plicación y demostración ante sus compañeros y compañeras.

3. Apóyense en este libro para hacer la lectura de los conceptos involucrados y consulten otras fuentes de información que tengan a su alcance y que consideren necesarias.

4. Diseñen y elaboren su dispositivo, veri�quen su funciona-miento y una vez estén de acuerdo, realicen primero en su

cuaderno o computadora el guión que les servirá de apoyo para hacer su explicación y demostración de la utilidad de su dispositivo ante los demás equipos. Después elaboren dicho guión en papel rotafolio o cartulinas.

5. De acuerdo con las instrucciones de su profesor o profesora, y previo acuerdo entre ustedes, participen de manera organi-zada, colaborativa y respetuosa, en la explicación y demostra-ción de la utilidad de su dispositivo.

6. Comenten con los demás equipos los resultados obtenidos, sus aprendizajes, los problemas que surgieron durante el dise-ño y elaboración, y de qué manera los resolvieron. Recuerden que el intercambio de ideas, conocimientos y experiencias ad-quiridas, fortalece su aprendizaje.

117


una mayor altura; por ello, los globos aerostáticos se elevan, ya que al tener aire caliente en su interior son menos densos que el aire frío. Igual sucede con los humos y las sustancias contaminantes que ascienden y se difunden en la atmósfera por estar más calientes que el aire que está arriba.

Algunos días de invierno, cuando amanece, el suelo transfiere mucho calor al ambiente por la radiación, sobre todo si no hay viento. Esto provoca que se enfríe el aire que está cerca del suelo y, de ese modo, alcanza tempera-turas menores que el aire que está encima, por lo que ahora la temperatura aumenta con la altura: se ha producido una inversión térmica.

Cuando sucede esto, los humos y las sustancias contaminantes no pueden ascender ni difundirse en la atmósfera, en términos literales quedan atrapados por la inversión, ya que al tratar de ascender se encuentran con aire cada vez más caliente.

La inversión térmica actúa como una tapadera que deja cerca de la superficie terrestre los contaminantes emitidos a la atmósfera. Si esta situación se mantiene durante mucho tiempo, la contaminación al nivel del suelo puede llegar a ser crítica (figura 2.33).

En general, las inversiones se desvanecen a medio día debido al calentamiento solar y al viento. Sin embargo, en invierno la capa de aire frío puede ser muy densa y los rayos provenientes del Sol llegan al suelo con menor intensidad, ya que al incidir en forma oblicua (inclinada) y no perpendicular en el aire, atraviesan un mayor espesor de ella, por lo que disminuye la cantidad de calor que recibe dicha superficie, lo que ocasiona que la inversión térmica continúe. Si el fenómeno persiste durante días, la cantidad de contaminantes presentes en el aire pueden alcanzar niveles peligrosos. En Londres, Inglaterra, en 1952 murieron más de 4 000 personas debido a una prolongada inversión térmica que acumuló enormes cantidades de residuos procedentes de la combustión del carbón de las calefacciones de las casas.

Aire frío

Aire caliente (capa invertida)

Aire frío

Inversión térmica

Figura 2.33 La inversión térmica se debe a que el aire que está cerca del suelo se enfría y alcanza temperaturas menores que el aire que está encima.

De acuerdo con las instrucciones de tu profesor, realiza lo siguiente:

1. Reúnete con 2 o 3 compañeros y pónganse de acuerdo para que puedan intercambiar ideas, compartir sus experiencias, investigar y visitar los lugares que en seguida les indicaremos. Todo ello les posibilitará encontrar explicaciones correctas y claras respecto a los efectos del calor sobre los objetos.

2. Visiten cuando menos dos establecimientos en los cuales utilicen alguna fuente de calor para realizar su actividad de producción comercial. Pueden ser, entre otros: una tortillería, una vulcaniza-dora, una fábrica de ladrillos o de vidrio, una tintorería, un taller mecánico donde reparen mofles o radiadores, una rosticería, una lonchería, una panadería, etcétera. Pidan permiso para observar cómo realizan su trabajo, qué fuente de calor usan y pregunten al encargado cuál es su costo promedio mensual. Elaboren en-tre todos una explicación que describa lo que se realiza en cada establecimiento visitado, qué efectos produce el calor sobre los objetos, de dónde procede el que utilizan, su costo y, si es el caso, qué tipo de contaminación produce y por qué.

3. Si alguno de ustedes tiene computadora con acceso a Internet, investiguen las características de las fuentes de calor que usan en los establecimientos visitados. En caso de que ninguno tenga computadora, visiten un café Internet.

4. Propongan cómo un establecimiento visitado podría reducir su consumo de energía calorífica.

5. Elaboren un informe, preparen cartulinas y esquemas didácticos, y en el salón de clase expongan ante sus demás compañeros el resultado de su trabajo. Por supuesto, la orientación y los comen-tarios de su profesor o profesora enriquecerán su investigación.

Aplica lo que sabes

2.4 Procesos termodinámicosLa termodinámica es la rama de la física que se encarga del estudio de la transformación del calor en trabajo y viceversa. Su estudio se inició en el siglo xviii y sus principios se fundamentan en fenóme-nos comprobados experimentalmente.

45


Rúbrica ¿Cómo sabes que lo hiciste bien?

Criterios que deben considerar para resolver la situación didáctica y que serán de utilidad para que cada quien y su profesor o profeso-ra evalúen y valoren su desempeño.

1. Lean con atención en su libro de texto y en las fuentes de in-formación que hayan consultado, lo referente al tema relacio-nado con el dispositivo que diseñarán y construirán, de acuer-do con el inciso que seleccionaron. Identi�quen las ideas clave y anótenlas en sus cuadernos o computadoras.

2. Pónganse de acuerdo en cuál será la mejor manera de diseñar y construir su dispositivo y consigan el material necesario, buscando siempre que el costo sea accesible para todos.

3. Deben explicar y demostrar la utilidad del dispositivo cons-truido para ustedes y los demás compañeros de grupo.

4. El guión debe ser elaborado una vez que todos están de acuer-do en cómo se llevará a cabo la explicación y demostración del dispositivo que construyeron y cuáles serán los contenidos re-levantes, entre los cuales incluirán los principales conceptos involucrados.

5. Durante la demostración y explicación de la utilidad de su dis-positivo para estudiar el fenómeno físico o tema que selecciona-ron, deben participar todos de una manera organizada, previo acuerdo de lo que hará cada quien.

6. Comenten con los demás equipos las di�cultades que tuvie-ron durante el diseño y construcción del dispositivo, y de qué manera las resolvieron.

Autoevaluación

Con el propósito de que re�exiones acerca de los resultados obte-nidos después de realizar y diseñar la actividad experimental, res-ponde en tu cuaderno lo siguiente:

1. Participé de manera entusiasta, responsable y propositiva en el diseño y la construcción del dispositivo y aporté lo siguien-te (descríbelo):

2. Contribuí en la elaboración del guión y aporté lo siguiente (descríbelo):

3. Participé con mis compañeros de equipo en la explicación y demostración de la utilidad del prototipo y a mí me tocó reali-zar lo siguiente (descríbelo):

4. La experiencia y los conocimientos que me dejaron el diseño y la construcción del dispositivo son los siguientes (descríbe-los):

5. Tengo claros los principales conceptos que se involucraron en el tema seleccionado para ser demostrado y explicado por medio del dispositivo construido, y puedo explicar cada uno de ellos (explícalos):

6. Una di�cultad que tuvimos en el diseño y la construcción del dispositivo y que me gustaría compartir para que les sea de utilidad a mis compañeros o compañeras, es la siguiente (descríbela):

Coevaluación e intercambio de ideas y aprendizajes

De acuerdo con las instrucciones de tu profesor o profesora, inter-cambia tu autoevaluación con un compañero o compañera, lean sus respectivas respuestas, corríjanse de ser necesario e intercam-bien ideas, experiencias y aprendizajes adquiridos. En caso de duda, consulten a su profesor o profesora.

Enriquece tu portafolio de evidencias Guarda en tu carpeta física o en la carpeta que creaste en tu computadora, el guión que elaboraste para la demostración de su actividad

experimental. Tu profesor o profesora te indicará cuándo debes mostrarle tu carpeta o enviarle tu archivo por correo electrónico.

Portafolio de evidencias

69


Propósito del portafolio de evidencias Semestre

Observa los resultados del proceso de formación a lo largo del semestre, así como el cambio de los procesos de pen-samiento sobre ti mismo y lo que te rodea, a partir del conocimiento de los distintos temas de estudio, en un ambiente que te permita el uso óptimo de la información recopilada.

Número de bloques del libro.

Asignatura Nombre del alumno:

Criterios de reflexión sobre las evidencias Comentarios del estudiante:

¿Cuáles fueron los motivos para seleccionar las evidencias presentadas?

¿Qué desempeños demuestran las evidencias integradas en este portafo-lio?

¿Qué competencias se desarrollan con las evidencias seleccionadas?

¿Las evidencias seleccionadas cumplieron las metas establecidas en el curso?

¿Qué mejoras existen entre las primeras evidencias y las últimas?

Monitoreo de evidenciasComentarios del profesor/a:

# Título Fecha de elaboración

1

2

3

4

5

Etapas para realizar tu portafolio de evidencias.

1. Comenta con tu profesor(a) el propósito de tu portafolio y su re-lación con los objetos de aprendizaje, competencias a desarro-llar, desempeños esperados, entre otros elementos; acuerden el periodo de compilación de los productos (por bloque, bimestre, semestre).

2. Haz un registro de los criterios que debes considerar al seleccio-nar tus evidencias de aprendizaje.

3. Comentar con tu profesor(a) todas las dudas que tengas.

Instrucciones para seleccionar las evidencias.

1. Realiza todas las evidencias y así podrás incluir las que elaboraste de manera escrita, audiovisual, artística, entre otras.

2. Selecciona aquellas que den evidencia de tu aprendizaje, compe-tencias y desempeños desarrollados, y que te posibiliten reflexio-nar sobre ello.

3. Todas las evidencias seleccionadas deben cumplir con el propósi-to del portafolio en cantidad, calidad y orden de presentación.

El portafolio de evidencias es un método de evaluación que consiste en:

Recopilar los diversos productos que realizaste durante cada bloque (investigaciones, resúmenes, ensayos, síntesis, cuadros comparati-vos, cuadros sinópticos, el reporte de prácticas de laboratorio, talleres, líneas de tiempo, entre otros), que fueron resultado de tu proceso de aprendizaje en este curso.

No vas a integrar todos los instrumentos o trabajos que realizaste; más bien, se van a integrar aquellos que tu profesor(a), considere son los más signi�cativos en el proceso de aprendizaje;

Te permiten re�exionar y darte cuenta de cómo fue tu desempeño durante el desarrollo de las actividades de aprendizaje realizadas.


62


Instrucciones: Escribe en el paréntesis de la izquierda la letra de la respuesta correcta, para cada una de las siguientes preguntas:

1. ( ) Adriana coloca con cuidado una aguja en posición ho-rizontal, sobre la super�cie libre de un líquido conte-nido en un recipiente, para que se observe que no se hunde. Con ello demuestra una característica de los líquidos en reposo llamada:

a) Viscosidad b) Cohesión c) Adherencia d) Tensión super�cial

2. ( ) Ángel describe a la atmósfera señalando que está cons-tituida por:

a) Nubes en constante formación y precipitación b) Una capa de aire que envuelve a la Tierra c) Una mezcla de gases inertes y ozono d) Vapor sobresaturado y ácidos gaseosos

3. ( ) Margarita explica que a medida que se asciende sobre la super�cie de la Tierra, la magnitud de la presión at-mosférica:

a) Aumenta b) Permanece igual c) Se incrementa proporcionalmente d) Va disminuyendo

4. ( ) Ricardo señala que la presión hidrostática de un líqui-do en reposo:

a) Es mayor en la super�cie libre del líquido b) Es constante en todas sus partes c) Se incrementa con la profundidad d) Disminuye con la profundidad

5. ( ) José Luis explica que la magnitud de la densidad de una sustancia:

a) Varía con la cantidad de dicha sustancia

b) Permanece constante independientemente de la cantidad de sustancia

c) Será mayor a medida de que se incremente la masa de la sustancia

d) Disminuye su magnitud a medida que el volumen de las sustancias disminuye

6. ( ) Rosario indica que la �otación de barcos, submarinos o la de los �otadores de las cajas de los inodoros se ex-plica con base en:

a) La ley de Boyle b) El principio de Bernoulli c) El principio de Pascal d) El principio de Arquímedes

7. ( ) Patricia indica que Bernoulli demostró que: a) La presión de un líquido que �uye por una tubería

es baja si la magnitud de su velocidad es alta b) A mayor altura sobre la super�cie de la Tierra se

incrementa la presión atmosférica c) Todo cuerpo sumergido en un líquido recibe un

empuje ascendente, igual al peso del líquido des-alojado

d) La presión aplicada a un líquido encerrado se transmite en forma integral a todas las partes del líquido

8. ( ) Ignacio comenta que si por un tramo de tubería ancho pasa determinado volumen de líquido en cierto tiem-po, y más adelante el tramo de tubería reduce su tama-ño, se observará que:

a) La cantidad de líquido que pasa por el tramo ancho es mayor que la que pasa por el tramo más angosto

b) La cantidad de líquido que pasa por el tramo ancho y el angosto es la misma

c) La cantidad de líquido que pasa disminuye de ma-nera proporcional al ancho de la tubería

Apellido paterno Apellido materno Nombre Grupo

Asegúrate de haber adquirido los objetos de aprendizaje que se abordan en el Bloque 1. Para ello, realiza lo que se te pide a continuación.


205


Lista de cotejo

Instrucciones: Pídele a un compañero(a) que haga una evaluación de la actividad de aprendizaje que se presenta en la pág. 213. Tú haz los mismo para evaluar la de tu compañero(a). Después intercambien los resultados de su mutua evaluación.

Fecha:

Nombre del estudiante:

Contenidocumple

Observacionessí no

Contesta a todas las preguntas.

Todas las respuestas son correctas.

Proporciona explicaciones claras sobre los contenidos.

Señala elementos importantes.

Relaciona los contenidos con los ejemplos que se indican.

Aporta información más allá de la que se solicita en cada pregunta.

Utiliza un lenguaje claro y coherente.

La redacción de las respuestas es adecuada y hay concordancia gramatical.

No presenta errores de ortografía.

Está limpio (no tiene tachaduras, ni borrones).

Respondió el cuestionario durante la clase.

Utiliza una estrategia efectiva para resolver cada pregunta.

OBSERVACIONES GENERALES:

204


Niveles

As

pect

o a

eval

uar

Contenido: Integra las ideas clave y conceptos necesarios para facilitar la captación del tema.

Redacción: Es totalmente comprensible, no requiere de aclaraciones.

Ortografía: No tiene ningún error ortográfico, ni de acentua-ción y puntuación.

Clasificación del contenido: Jerarquiza correctamente todas las ideas y conceptos principales.

Conectores: Utiliza en todo el esquema palabras correctas y acorde para relacionar entre sí los conceptos que desarrolla.

Gráficos: Usa flechas para unir todas las palabras e ideas claves.

Distribución: Divide la informa-ción y da espacios entre cada representación gráfica.

Instrucciones: Pídele a un compañero(a) que evalúe con esta rúbrica, el esquema didactico de la pág. 153. Tú haz lo mismo para evaluar la de tu compañero(a).

Rúbrica

Nombre del alumno:

38


Principio de Pascal y Principio de Arquímedes

1. ¿Qué magnitud de fuerza se obtendrá en el émbolo mayor de una prensa hidráulica cuya área es de 100 cm2 cuando en el émbolo menor de área igual a 15 cm2 se aplica una fuerza cuya magnitud es de 200 N?

Solución:

Datos Fórmula

F 5 ? F}A

5 f

}a

[ F 5 fA}a

A 5 100 cm2

a 5 15 cm2

f 5 200 N

Sustitución y resultado:

F 5 200 N 3 100 cm2

]]]]]]]]]]}}15 cm2 5 1 333.33 N

2. Calcular la magnitud de la fuerza que se obtendrá en el émbolo mayor de una prensa hidráulica de un diámetro de 20 cm, si en el émbolo menor de 8 cm de diámetro se ejerce una fuerza cuya magnitud es de 150 N.

Solución:

Datos Fórmula

F 5 ? F

}A

5 f

}a

[ F 5 fA}

aD 5 20 cm

d 5 8 cm

f 5 150 N

como área 5 p r 2 y 2r 5 D; r 5 D}2


r 5 20 cm

]]]]}2

5 10 cm

F 5 150 N 3 p (10 cm)2

]]]]]]]]]]]}}}p (4 cm)2

5 937.5 N

3. Calcular el diámetro que debe tener el émbolo mayor de una pren-sa hidráulica para obtener una fuerza cuya magnitud es de 2 000 N, cuando el émbolo menor tiene un diámetro de 10 cm y se aplica una fuerza cuya magnitud es de 100 N.

Ejemplos

Solución:

Datos Fórmulas

D 5 ? F

}A

5 f

}a

; a 5 p r 2

F 5 2 000 N

d 5 10 cm

f 5 100 N

Donde:

F]}pR2 5

f]}pr 2

[ R 5 F r

fp

p

5

2

22 000100

22 36N (5 cm)

Ncm.


R 5

F rfp

p

5

2

22 000100

22 36N (5 cm)

Ncm.

D 5 2R 5 2(22.36 cm) 5 44.72 cm

4. Un cubo de acero de 20 cm de arista se sumerge totalmente en agua. Si tiene un peso de 564.48 N, calcular:

a) ¿Qué empuje recibe?

b) ¿Cuál será el peso aparente del cubo?

Solución:

Datos Fórmulas

, 5 20 cm 5 0.2 m V 5 ,3

Peso del cubo 5 564.48 N a) E 5 PeV

a) E 5 ? b) Paparente 5 P 2 E

b) Paparente del cubo 5 ?

Pe H2O 5 9 800 N/m3


a) Vcubo 5 VH2O desalojada

5 (0.2 m)3 5 0.008 m3

E 5 PeV 5 9 800 N/m3 3 0.08 m3

5 78.4 N

b) Paparente 5 Peso real 2 Empuje

Paparente 5 564.48 N 2 78.4 N

5 486.08 N

Tu libro cuenta también con glosario, bibliografía, vínculos en Internet, líneas de tiempo, diagramas, mapas conceptuales además de atractivas imágenes y otras muchas secciones y herramientas que te resultarán muy útiles y complementarán tu aprendizaje.

Otras herramientas

39


1. Calcular la magnitud de la fuerza que se aplica en el émbo-lo menor de una prensa hidráulica de 10 cm2 de área, si en el émbolo mayor con un área de 150 cm2 se produce una fuerza cuya magnitud es de 10 500 N.

2. ¿Cuál será la magnitud de la fuerza que se producirá en el émbolo mayor de una prensa hidráulica, cuyo diámetro es de 40 cm, si en el émbolo menor de 12 cm de diámetro se ejerce una fuerza cuya magnitud es de 250 N?

3. Calcular el diámetro del émbolo menor de una prensa hidráu-lica para que con una fuerza cuya magnitud es de 400 N se produzca en el émbolo mayor, cuyo diámetro es de 50 cm, una fuerza con una magnitud de 4 500 N.

4. Un prisma rectangular de cobre, de base igual a 36 cm2 y una altura de 10 cm, se sumerge hasta la mitad, por medio de un alambre, en un recipiente que contiene alcohol.a) ¿Qué volumen de alcohol desaloja?b) ¿Qué magnitud de empuje recibe?c) ¿Cuál es el peso aparente del prisma debido al empuje, si su

peso real es de 31.36 N?

Dato:ralcohol 5 790 kg/m3

Ejercicios propuestosCuando un objeto se sumerge en un líquido se observa que éste aplica una presión vertical ascendente sobre él. Lo anterior se comprueba al introducir un trozo de madera en agua, la madera es empujada hacia arriba, por ello se deberá ejercer una fuerza hacia abajo si se desea mantener sumergida. El empuje que reciben los objetos al ser introduci-dos en un líquido fue estudiado por el griego Arquímedes, quien enunció el siguiente principio que lleva su nombre: todo objeto sumergido en un fluido recibe un empuje ascendente igual al peso del fluido desalojado.

El empuje (E ) que recibe un objeto sumergido en un líquido se determi-na multiplicando el peso específico del líquido (Pe ) por el volumen (V ) desalojado de éste: E 5 PeV.

Material empleado

3

Desarrollo de la actividad experimental

a) b)

Figura 1.38 En a) se registra el peso del trozo de hierro en el aire. En b) se determina el peso aparente del hierro al sumergirlo en agua.

Actividad experimental 4

Principios de Pascal y de Arquímedes

Objetivo

-químedes.

Consideraciones teóricas

Todo líquido contenido en un recipiente origina una presión hidrostática debido a su peso, pero si el líquido se encierra de modo hermético dentro de un recipiente puede aplicársele otra presión utilizando un ém-bolo; dicha presión se transmitirá íntegramente a todos los puntos del

el siguiente principio que lleva su nombre: toda presión que se ejerce sobre un líquido encerrado en un recipiente se transmite con la misma

que lo contiene.

De acuerdo con las instrucciones de tu profesor, realiza la siguiente actividad experimental.

249


Adherencia. Fuerza de atracción que se mani�esta entre las molé-culas de dos sustancias diferentes.

Aerodinámica. Estudia las formas más adecuadas para que un móvil disminuya la fuerza de fricción viscosa, ya sea del aire o del agua.

Aire. Mezcla de gases que constituye la atmósfera.

Bobina o solenoide. Se obtiene al enrollar un alambre en forma helicoidal o de hélice, acción que recibe el nombre de devanar.

Calor. Es energía en tránsito y siempre �uye de los objetos de ma-yor temperatura a los de menor temperatura.

Calor especí�co. Es la cantidad de calor que necesita un gramo de una sustancia para elevar su temperatura un grado centígrado.

Caloría. Es la cantidad de calor aplicado a un gramo de agua para elevar su temperatura a 1 °C.

Campo eléctrico. Zona que rodea a un objeto cargado eléctrica-mente y cuya fuerza se mani�esta sobre cualquier carga cercana a su zona de in�uencia.

Campo magnético. Zona que rodea a un imán y en la cual su in-�uencia se puede detectar.

Capacitor o condensador eléctrico. Dispositivo empleado para almacenar cargas eléctricas.

Capilaridad. Se presenta cuando existe contacto entre un líquido y una pared sólida, especialmente si son tubos muy delgados (casi del diámetro de un cabello) llamados capilares.

Carga de prueba. Carga eléctrica de valor muy pequeño y que por convención es de signo positivo.

Carga eléctrica. Propiedad que tienen los electrones y los proto-nes.

Carga puntual. Carga que tiene distribuida un objeto electrizado, cuyo tamaño es pequeño comparado con la distancia que lo separa del otro objeto cargado.

Cero absoluto de temperatura. Equivale a 0 K 5 2273 °C; a esta temperatura se considera un estado mínimo de energía ciné-tica toda vez que el movimiento de las moléculas es prácticamente nulo.

Circuito eléctrico. Sistema en el cual la corriente �uye con un conductor en una trayectoria completa, es decir, cerrada, debido a una diferencia de potencial o voltaje. En todo circuito eléctrico existen los siguientes elementos fundamentales: voltaje, corriente y resistencia. Su conexión puede ser en serie, paralelo y mixta.

Clima. Conjunto de condiciones meteorológicas que suelen darse en una región más o menos extensa de la Tierra.

Cohesión. Es la fuerza que mantiene unidas a las moléculas de una misma sustancia.

Conducción. Forma de transmisión del calor en los objetos sóli-dos, debido a la agitación que el calor produce entre las moléculas de un objeto y que se trans�ere en forma sucesiva de una a otra molécula sin que estas partículas adquieran energía cinética de traslación.

Conductor eléctrico. Se electriza en toda su super�cie, aunque sólo se frote un punto del mismo. También recibe el nombre de conductor aquel material por el cual pueden moverse electrones, de tal forma que permita el �ujo de corriente eléctrica.

Conductores no óhmicos. Reciben este nombre los semicon-ductores, mismos que no siguen la ley de Ohm, ya que su resisten-cia eléctrica no permanece constante cuando se aplican voltajes diferentes.

Conductores óhmicos. Se le da este nombre a los metales, ya que la ley de Ohm se aplica sin restricciones en ellos.

Contacto. Fenómeno de electrización que se origina cuando un objeto saturado de electrones cede algunos a otro objeto con el cual se junta.

Glosario

254

Bibliografía

Bibliografía

Cut nell, John D., Fí si ca. 2a. ed., Li mu sa Wi ley, Mé xi co, 2004.

He wi�, Paul G., Fí si ca con cep tual, 9a. ed., Pear son Edu ca ción, Mé xi co, 2004.

Pé rez Mon tiel, Héc tor., Fí si ca ex pe ri men tal 2, 2a. ed., Publicaciones Cultural, México, 2003.

Pé rez Mon tiel, Héc tor., Física general, 4a ed., Publicaciones Cultural, México, 2010.

Pé rez Mon tiel, Héc tor., Fí si ca y tec no lo gía 2, Publicaciones Cultural, México, 2003.

Wilson, Jerry D., Física, 2a. ed., Pearson Educación, México, 1996.


1











queremos saber


(lo que aprendimos)














3.1 Electricidad.



3B LO Q U E


















queremos saber


(lo que aprendimos)














3.1 Electricidad.



3B LO Q U E










Se trata de una conjunción de competencias disciplinares a lograr en cada bloque, que te permiten demostrar la capacidad que tienes para aplicar tus conocimientos en situaciones de la vida personal o social, ya que al mismo tiempo pondrás en práctica tus destrezas, habilidades y actitudes.


Estos desempeños son los que se espera que logres al �nalizar cada bloque, te posibilitan poner en práctica tus conocimientos, habilidades y actitudes al realizar cada una de las actividades propuestas en este libro.

En los objetos de aprendizaje encontrarás los contenidos estructurados, integrados y contextualizados con una secuencia lógica y disciplinar, y que son de gran relevancia y pertinencia al nivel educativo en el que te encuentras.

Esta sección constituye una propuesta de evaluación diagnóstica que te permitirá establecer las competencias y conocimientos con los que cuentas, para así iniciar la obtención de conocimientos y capacidades nuevas.

¿Cómo lo resolverías?

En cada bloque iniciamos con una situación didáctica que bien puede ser resolver un problema, realizar un experimento, un proyecto, una investigación o una presentación, o bien elaborar un ensayo, un video, un producto, una campaña o alguna otra actividad que permita que adquieras un conocimiento y competencias personales o grupales, a través de un reto.

¿Qué tienes que hacer?

La secuencia didáctica es una guía para que puedas adquirir los conocimientos y desarrollar habilidades a través de una metodología que facilite y dirija tus pasos. Son además descriptores de procesos que por el análisis detallado que facilitan tu actividad y tus resultados.

¿Cómo sabes quelo hiciste bien?

Las rúbricas son métodos prácticos y concretos que te permiten autoevaluarte y así poder emprender un mejor desempeño. Puedes encontrar tanto actitudinales como de conocimientos.

SeccionesdeLasInicio de bloque

Tu libro

RúbricaSituación didáctica

Secuencia didáctica


Ejemplos

Es importante mencionar que a lo largo de los bloques encontrarás diferentes ejemplos y ejercicios que tienen la finalidad de propiciar y facilitar tu aprendizaje.

Taller y actividad experimental

La experiencia que logres a través de los talleres, actividades experimentales y de laboratorio te ofrece la posibilidad de desarro-llar tus competencias y habilidades en la solución de problemas en situaciones cotidianas, además de estimular y fomentar tu aprendi-zaje cooperativo durante el trabajo en equipo.

Ejercicios

Los ejercicios propuestos en este libro te ayudarán a movilizar y consolidar los conocimientos adquiridos en situaciones reales o hipotéticas, mismas que te llevaran a un proceso de interacción, seguridad y soltura durante tu aprendizaje.

Aplica lo que sabes

Está diseñada para que puedas aplicar tus conocimientos a situaciones de tu vida diaria así como al análisis de problemáticas en tu comunidad y en el mundo en general, que te servirán para hacer propuestas de mejoras en todos los ámbitos.

Para tu reflexión

Tiene el propósito de enriquecer el conocimiento que estás adqui-riendo con lecturas adicionales, notas informativas e información relevante para el tema que estás considerando. Esta información además de ser útil, te permite contextualizar diferentes perspec-tivas para la misma información.


A lo largo del libro encontrarás diferentes actividades de aprendiza-je, que de forma breve te permitirán reforzar los conocimientos y competencias adquiridas a través de preguntas puntuales al desarrollo del bloque.

En el libro encontrarás diferentes sugerencias y actividades que, una vez realizadas, te permitirán construir un gran número de evidencias, algunas escritas otras a través de la exposición de temas o presentación de productos. Es importante que recuerdes que además de presentar la información, la manera en que lo hagas determinará el nivel de calidad con la que se perciba tu trabajo. Por ello se te invita siempre a realizar tu mejor esfuerzo.

Éstas te ayudan a verificar el desempeño logrado al realizar algún trabajo, producto o evidencia solicitados en cada bloque del libro. En general, es un listado de criterios o aspectos que te permiten valorar el nivel de aprendizaje, los conocimientos, habilidades, actitudes y/o desempeños alcanzados sobre un trabajo en particular. Puedes realizarlas de manera personal o como coevaluación.

Es una poderosa herramienta de análisis que te posibilitará verificar si has logrado algún desempe-ño, asimilar contenidos o si eres capaz de aplicar tus conocimientos, si has conseguido realizar un procedimiento de manera adecuada o si has obtenido soluciones correctas a un problema planteado.

Son un conjunto de acciones y propuestas que te permitirán hacer una recolección, siste-matización y un análisis de los desempeños y logros obtenidos a través del trabajo que realizaste durante cada bloque, éstos junto con el portafolio de evidencias, te ayudarán a obtener mejores resultados en las prácticas de evaluación que realice tu profesor/a.

Al haber elegido este libro tienes acceso a nuestro sitio web, donde encontrarás material extra como videos, animaciones, audios y documentos que tienen el objetivo de ampliar tus conocimientos, dejar más claros algunos procesos complejos y actualizar de forma rápida y dinámica la información de todos los temas del plan de estudios de la DGB.


Portafolio de evidencias Rúbrica

Lista de cotejo

www.recursosacademicosenlinea-gep.com.mx

152


3. ( ) Antonio comenta que la carga eléctrica total del Universo no es una magnitud constante, ya que puede crearse o des-truirse a voluntad.

4. ( ) Patricia indica que las cargas eléctricas de diferente signo se rechazan y las de igual signo se atraen.

5. ( ) Raúl manifiesta que la carga del electrón es positiva y la del protón es negativa.

6. ( ) Angélica señala que los objetos se pueden electrizar por fro-tamiento, contacto e inducción.

7. ( ) Manuel argumenta que en una esfera hueca metálica las cargas eléctricas se distribuyen uniformemente sobre su superficie externa, al igual que se distribuyen en su superfi-cie interna.

8. ( ) Tania indica que un objeto adquiere carga eléctrica cuando gana o pierde electrones.

9. ( ) Isabel dice que Coulomb demostró que a mayor distancia entre dos objetos cargados eléctricamente, mayor es tam-bién la fuerza de atracción o repulsión.

10. ( ) Andrea manifiesta que el campo eléctrico es la zona que rodea a toda carga eléctrica.

Lámparas de luminiscencia

Las lámparas de luminiscencia carecen de filamento y son tubos que generalmente contienen algún gas raro, como el neón, el helio o el argón, y dos electrodos. Al aplicar a los electrodos un voltaje de unos 1 000 V por cada metro de longitud del tubo, se produce un flujo de electrones altamente energizados. Estos electrones chocan violenta-mente contra los átomos del gas y los excitan; cuando los átomos vuel-ven a su estado fundamental, emiten el exceso de energía adquirida en forma de luz, cuya longitud de onda corresponderá a las características del átomo considerado.

Por ejemplo, el neón emite una luz roja, el helio la da de color ama-rillo rosado, la mezcla de argón y mercurio emite un color azul. Si se combinan convenientemente los colores emitidos por los gases con el color del vidrio de la lámpara, se puede obtener todo tipo de colores que hacen muy vistosos los anuncios publicitarios, teatrales o de los lu-gares de esparcimiento, según las necesidades requeridas (Fig. 3.29).

Figura 3.29 Mediante el empleo de lámparas de luminiscencia se hacen los vistosos anuncios publicitarios.

Instrucciones: Escribe una V en el paréntesis si el enunciado es ver-dadero, o una F si es falso.

1. ( ) Julián dice que la palabra electricidad proviene del vocablo griego elektrón, que significa ámbar. El ámbar es una resina fósil.

2. ( ) Noemí señala que la carga eléctrica es una propiedad que tienen los electrones y los protones.


Para tu re�exión

Energía potencial eléctrica y diferencia de potencial o voltajeCuando un objeto se encuentra dentro del campo gravitatorio de la Tierra, tiene una energía potencial gravitacional. De manera análoga, una carga eléctrica situada dentro de un campo eléctrico tendrá una energía potencial eléctrica o simplemente un poten-cial eléctrico, pues la fuerza que ejerce el campo es capaz de reali-zar un trabajo al mover la carga.

Toda carga eléctrica, positiva o negativa, tiene un potencial eléc-trico debido a su capacidad para realizar trabajo sobre otras cargas (�gura 3.30).

Q 1(infinito)q

`

Figura 3.30 La carga positiva Q tiene un potencial eléctrico debido a su capacidad para realizar un trabajo sobre la carga positiva q y viceversa.

44



¿Qué dispositivo puedes diseñar y construir para el estudio y la de-mostración de algún fenómeno físico relacionado con uno de los siguientes temas?

1. Teorema de Bernoulli2. Teorema de Torricelli3. Tubo de Venturi4. Fuerza de sustentación de los aviones5. Fuerza de fricción viscosa del aire


A continuación se lista una serie de acciones que deben seguir para contestar la problemática de la pregunta formulada. Realícenla con un espíritu de colaboración, entusiasmo y responsabilidad, de tal manera que este trabajo en equipo resulte una experiencia útil para construir y fortalecer su aprendizaje.

1. Formen un equipo de cuatro integrantes y después, previo acuerdo con su profesor o profesora, seleccionen alguna de las opciones propuestas en la situación didáctica anterior.

2. Organícense para que todos participen en la investigación do-cumental o vía Internet para que puedan diseñar y construir el dispositivo que hayan seleccionado; además, de los recursos que requerirán tanto materiales como económicos para su ex-plicación y demostración ante sus compañeros y compañeras.

3. Apóyense en este libro para hacer la lectura de los conceptos involucrados y consulten otras fuentes de información que tengan a su alcance y que consideren necesarias.

4. Diseñen y elaboren su dispositivo, veri�quen su funciona-miento y una vez estén de acuerdo, realicen primero en su

cuaderno o computadora el guión que les servirá de apoyo para hacer su explicación y demostración de la utilidad de su dispositivo ante los demás equipos. Después elaboren dicho guión en papel rotafolio o cartulinas.

5. De acuerdo con las instrucciones de su profesor o profesora, y previo acuerdo entre ustedes, participen de manera organi-zada, colaborativa y respetuosa, en la explicación y demostra-ción de la utilidad de su dispositivo.

6. Comenten con los demás equipos los resultados obtenidos, sus aprendizajes, los problemas que surgieron durante el dise-ño y elaboración, y de qué manera los resolvieron. Recuerden que el intercambio de ideas, conocimientos y experiencias ad-quiridas, fortalece su aprendizaje.

117


una mayor altura; por ello, los globos aerostáticos se elevan, ya que al tener aire caliente en su interior son menos densos que el aire frío. Igual sucede con los humos y las sustancias contaminantes que ascienden y se difunden en la atmósfera por estar más calientes que el aire que está arriba.

Algunos días de invierno, cuando amanece, el suelo transfiere mucho calor al ambiente por la radiación, sobre todo si no hay viento. Esto provoca que se enfríe el aire que está cerca del suelo y, de ese modo, alcanza tempera-turas menores que el aire que está encima, por lo que ahora la temperatura aumenta con la altura: se ha producido una inversión térmica.

Cuando sucede esto, los humos y las sustancias contaminantes no pueden ascender ni difundirse en la atmósfera, en términos literales quedan atrapados por la inversión, ya que al tratar de ascender se encuentran con aire cada vez más caliente.

La inversión térmica actúa como una tapadera que deja cerca de la superficie terrestre los contaminantes emitidos a la atmósfera. Si esta situación se mantiene durante mucho tiempo, la contaminación al nivel del suelo puede llegar a ser crítica (figura 2.33).

En general, las inversiones se desvanecen a medio día debido al calentamiento solar y al viento. Sin embargo, en invierno la capa de aire frío puede ser muy densa y los rayos provenientes del Sol llegan al suelo con menor intensidad, ya que al incidir en forma oblicua (inclinada) y no perpendicular en el aire, atraviesan un mayor espesor de ella, por lo que disminuye la cantidad de calor que recibe dicha superficie, lo que ocasiona que la inversión térmica continúe. Si el fenómeno persiste durante días, la cantidad de contaminantes presentes en el aire pueden alcanzar niveles peligrosos. En Londres, Inglaterra, en 1952 murieron más de 4 000 personas debido a una prolongada inversión térmica que acumuló enormes cantidades de residuos procedentes de la combustión del carbón de las calefacciones de las casas.

Aire frío

Aire caliente (capa invertida)

Aire frío

Inversión térmica

Figura 2.33 La inversión térmica se debe a que el aire que está cerca del suelo se enfría y alcanza temperaturas menores que el aire que está encima.

De acuerdo con las instrucciones de tu profesor, realiza lo siguiente:

1. Reúnete con 2 o 3 compañeros y pónganse de acuerdo para que puedan intercambiar ideas, compartir sus experiencias, investigar y visitar los lugares que en seguida les indicaremos. Todo ello les posibilitará encontrar explicaciones correctas y claras respecto a los efectos del calor sobre los objetos.

2. Visiten cuando menos dos establecimientos en los cuales utilicen alguna fuente de calor para realizar su actividad de producción comercial. Pueden ser, entre otros: una tortillería, una vulcaniza-dora, una fábrica de ladrillos o de vidrio, una tintorería, un taller mecánico donde reparen mofles o radiadores, una rosticería, una lonchería, una panadería, etcétera. Pidan permiso para observar cómo realizan su trabajo, qué fuente de calor usan y pregunten al encargado cuál es su costo promedio mensual. Elaboren en-tre todos una explicación que describa lo que se realiza en cada establecimiento visitado, qué efectos produce el calor sobre los objetos, de dónde procede el que utilizan, su costo y, si es el caso, qué tipo de contaminación produce y por qué.

3. Si alguno de ustedes tiene computadora con acceso a Internet, investiguen las características de las fuentes de calor que usan en los establecimientos visitados. En caso de que ninguno tenga computadora, visiten un café Internet.

4. Propongan cómo un establecimiento visitado podría reducir su consumo de energía calorífica.

5. Elaboren un informe, preparen cartulinas y esquemas didácticos, y en el salón de clase expongan ante sus demás compañeros el resultado de su trabajo. Por supuesto, la orientación y los comen-tarios de su profesor o profesora enriquecerán su investigación.

Aplica lo que sabes

2.4 Procesos termodinámicosLa termodinámica es la rama de la física que se encarga del estudio de la transformación del calor en trabajo y viceversa. Su estudio se inició en el siglo xviii y sus principios se fundamentan en fenóme-nos comprobados experimentalmente.

45



Criterios que deben considerar para resolver la situación didáctica y que serán de utilidad para que cada quien y su profesor o profeso-ra evalúen y valoren su desempeño.

1. Lean con atención en su libro de texto y en las fuentes de in-formación que hayan consultado, lo referente al tema relacio-nado con el dispositivo que diseñarán y construirán, de acuer-do con el inciso que seleccionaron. Identi�quen las ideas clave y anótenlas en sus cuadernos o computadoras.

2. Pónganse de acuerdo en cuál será la mejor manera de diseñar y construir su dispositivo y consigan el material necesario, buscando siempre que el costo sea accesible para todos.

3. Deben explicar y demostrar la utilidad del dispositivo cons-truido para ustedes y los demás compañeros de grupo.

4. El guión debe ser elaborado una vez que todos están de acuer-do en cómo se llevará a cabo la explicación y demostración del dispositivo que construyeron y cuáles serán los contenidos re-levantes, entre los cuales incluirán los principales conceptos involucrados.

5. Durante la demostración y explicación de la utilidad de su dis-positivo para estudiar el fenómeno físico o tema que selecciona-ron, deben participar todos de una manera organizada, previo acuerdo de lo que hará cada quien.

6. Comenten con los demás equipos las di�cultades que tuvie-ron durante el diseño y construcción del dispositivo, y de qué manera las resolvieron.

Autoevaluación

Con el propósito de que re�exiones acerca de los resultados obte-nidos después de realizar y diseñar la actividad experimental, res-ponde en tu cuaderno lo siguiente:

1. Participé de manera entusiasta, responsable y propositiva en el diseño y la construcción del dispositivo y aporté lo siguien-te (descríbelo):


3. Participé con mis compañeros de equipo en la explicación y demostración de la utilidad del prototipo y a mí me tocó reali-zar lo siguiente (descríbelo):

4. La experiencia y los conocimientos que me dejaron el diseño y la construcción del dispositivo son los siguientes (descríbe-los):

5. Tengo claros los principales conceptos que se involucraron en el tema seleccionado para ser demostrado y explicado por medio del dispositivo construido, y puedo explicar cada uno de ellos (explícalos):

6. Una di�cultad que tuvimos en el diseño y la construcción del dispositivo y que me gustaría compartir para que les sea de utilidad a mis compañeros o compañeras, es la siguiente (descríbela):

Coevaluación e intercambio de ideas y aprendizajes

De acuerdo con las instrucciones de tu profesor o profesora, inter-cambia tu autoevaluación con un compañero o compañera, lean sus respectivas respuestas, corríjanse de ser necesario e intercam-bien ideas, experiencias y aprendizajes adquiridos. En caso de duda, consulten a su profesor o profesora.

Enriquece tu portafolio de evidencias Guarda en tu carpeta física o en la carpeta que creaste en tu computadora, el guión que elaboraste para la demostración de su actividad



69


Propósito del portafolio de evidencias Semestre

Observa los resultados del proceso de formación a lo largo del semestre, así como el cambio de los procesos de pen-samiento sobre ti mismo y lo que te rodea, a partir del conocimiento de los distintos temas de estudio, en un ambiente que te permita el uso óptimo de la información recopilada.

Número de bloques del libro.

Asignatura Nombre del alumno:

Criterios de reflexión sobre las evidencias Comentarios del estudiante:

¿Cuáles fueron los motivos para seleccionar las evidencias presentadas?

¿Qué desempeños demuestran las evidencias integradas en este portafo-lio?

¿Qué competencias se desarrollan con las evidencias seleccionadas?

¿Las evidencias seleccionadas cumplieron las metas establecidas en el curso?

¿Qué mejoras existen entre las primeras evidencias y las últimas?

Monitoreo de evidenciasComentarios del profesor/a:

# Título Fecha de elaboración

1

2

3

4

5

Etapas para realizar tu portafolio de evidencias.

1. Comenta con tu profesor(a) el propósito de tu portafolio y su re-lación con los objetos de aprendizaje, competencias a desarro-llar, desempeños esperados, entre otros elementos; acuerden el periodo de compilación de los productos (por bloque, bimestre, semestre).

2. Haz un registro de los criterios que debes considerar al seleccio-nar tus evidencias de aprendizaje.

3. Comentar con tu profesor(a) todas las dudas que tengas.

Instrucciones para seleccionar las evidencias.

1. Realiza todas las evidencias y así podrás incluir las que elaboraste de manera escrita, audiovisual, artística, entre otras.

2. Selecciona aquellas que den evidencia de tu aprendizaje, compe-tencias y desempeños desarrollados, y que te posibiliten reflexio-nar sobre ello.

3. Todas las evidencias seleccionadas deben cumplir con el propósi-to del portafolio en cantidad, calidad y orden de presentación.

El portafolio de evidencias es un método de evaluación que consiste en:

Recopilar los diversos productos que realizaste durante cada bloque (investigaciones, resúmenes, ensayos, síntesis, cuadros comparati-vos, cuadros sinópticos, el reporte de prácticas de laboratorio, talleres, líneas de tiempo, entre otros), que fueron resultado de tu proceso de aprendizaje en este curso.

No vas a integrar todos los instrumentos o trabajos que realizaste; más bien, se van a integrar aquellos que tu profesor(a), considere son los más signi�cativos en el proceso de aprendizaje;

Te permiten re�exionar y darte cuenta de cómo fue tu desempeño durante el desarrollo de las actividades de aprendizaje realizadas.


62


Instrucciones: Escribe en el paréntesis de la izquierda la letra de la respuesta correcta, para cada una de las siguientes preguntas:

1. ( ) Adriana coloca con cuidado una aguja en posición ho-rizontal, sobre la super�cie libre de un líquido conte-nido en un recipiente, para que se observe que no se hunde. Con ello demuestra una característica de los líquidos en reposo llamada:

a) Viscosidad b) Cohesión c) Adherencia d) Tensión super�cial

2. ( ) Ángel describe a la atmósfera señalando que está cons-tituida por:

a) Nubes en constante formación y precipitación b) Una capa de aire que envuelve a la Tierra c) Una mezcla de gases inertes y ozono d) Vapor sobresaturado y ácidos gaseosos

3. ( ) Margarita explica que a medida que se asciende sobre la super�cie de la Tierra, la magnitud de la presión at-mosférica:

a) Aumenta b) Permanece igual c) Se incrementa proporcionalmente d) Va disminuyendo

4. ( ) Ricardo señala que la presión hidrostática de un líqui-do en reposo:

a) Es mayor en la super�cie libre del líquido b) Es constante en todas sus partes c) Se incrementa con la profundidad d) Disminuye con la profundidad

5. ( ) José Luis explica que la magnitud de la densidad de una sustancia:

a) Varía con la cantidad de dicha sustancia

b) Permanece constante independientemente de la cantidad de sustancia

c) Será mayor a medida de que se incremente la masa de la sustancia

d) Disminuye su magnitud a medida que el volumen de las sustancias disminuye

6. ( ) Rosario indica que la �otación de barcos, submarinos o la de los �otadores de las cajas de los inodoros se ex-plica con base en:

a) La ley de Boyle b) El principio de Bernoulli c) El principio de Pascal d) El principio de Arquímedes

7. ( ) Patricia indica que Bernoulli demostró que: a) La presión de un líquido que �uye por una tubería

es baja si la magnitud de su velocidad es alta b) A mayor altura sobre la super�cie de la Tierra se

incrementa la presión atmosférica c) Todo cuerpo sumergido en un líquido recibe un

empuje ascendente, igual al peso del líquido des-alojado

d) La presión aplicada a un líquido encerrado se transmite en forma integral a todas las partes del líquido

8. ( ) Ignacio comenta que si por un tramo de tubería ancho pasa determinado volumen de líquido en cierto tiem-po, y más adelante el tramo de tubería reduce su tama-ño, se observará que:

a) La cantidad de líquido que pasa por el tramo ancho es mayor que la que pasa por el tramo más angosto

b) La cantidad de líquido que pasa por el tramo ancho y el angosto es la misma

c) La cantidad de líquido que pasa disminuye de ma-nera proporcional al ancho de la tubería

Apellido paterno Apellido materno Nombre Grupo

Asegúrate de haber adquirido los objetos de aprendizaje que se abordan en el Bloque 1. Para ello, realiza lo que se te pide a continuación.


205


Lista de cotejo

Instrucciones: Pídele a un compañero(a) que haga una evaluación de la actividad de aprendizaje que se presenta en la pág. 213. Tú haz los mismo para evaluar la de tu compañero(a). Después intercambien los resultados de su mutua evaluación.

Fecha:

Nombre del estudiante:

Contenidocumple

Observacionessí no

Contesta a todas las preguntas.

Todas las respuestas son correctas.

Proporciona explicaciones claras sobre los contenidos.

Señala elementos importantes.

Relaciona los contenidos con los ejemplos que se indican.

Aporta información más allá de la que se solicita en cada pregunta.

Utiliza un lenguaje claro y coherente.

La redacción de las respuestas es adecuada y hay concordancia gramatical.

No presenta errores de ortografía.

Está limpio (no tiene tachaduras, ni borrones).

Respondió el cuestionario durante la clase.

Utiliza una estrategia efectiva para resolver cada pregunta.

OBSERVACIONES GENERALES:

204


Niveles

As

pect

o a

eval

uar

Contenido: Integra las ideas clave y conceptos necesarios para facilitar la captación del tema.

Redacción: Es totalmente comprensible, no requiere de aclaraciones.

Ortografía: No tiene ningún error ortográfico, ni de acentua-ción y puntuación.

Clasificación del contenido: Jerarquiza correctamente todas las ideas y conceptos principales.

Conectores: Utiliza en todo el esquema palabras correctas y acorde para relacionar entre sí los conceptos que desarrolla.

Gráficos: Usa flechas para unir todas las palabras e ideas claves.

Distribución: Divide la informa-ción y da espacios entre cada representación gráfica.

Instrucciones: Pídele a un compañero(a) que evalúe con esta rúbrica, el esquema didactico de la pág. 153. Tú haz lo mismo para evaluar la de tu compañero(a).

Rúbrica

Nombre del alumno:

38


Principio de Pascal y Principio de Arquímedes

1. ¿Qué magnitud de fuerza se obtendrá en el émbolo mayor de una prensa hidráulica cuya área es de 100 cm2 cuando en el émbolo menor de área igual a 15 cm2 se aplica una fuerza cuya magnitud es de 200 N?

Solución:

Datos Fórmula

F 5 ? F}A

5 f

}a

[ F 5 fA}a

A 5 100 cm2

a 5 15 cm2

f 5 200 N


F 5 200 N 3 100 cm2

]]]]]]]]]]}}15 cm2 5 1 333.33 N

2. Calcular la magnitud de la fuerza que se obtendrá en el émbolo mayor de una prensa hidráulica de un diámetro de 20 cm, si en el émbolo menor de 8 cm de diámetro se ejerce una fuerza cuya magnitud es de 150 N.

Solución:

Datos Fórmula

F 5 ? F

}A

5 f

}a

[ F 5 fA}

aD 5 20 cm

d 5 8 cm

f 5 150 N

como área 5 p r 2 y 2r 5 D; r 5 D}2


r 5 20 cm

]]]]}2

5 10 cm

F 5 150 N 3 p (10 cm)2

]]]]]]]]]]]}}}p (4 cm)2

5 937.5 N

3. Calcular el diámetro que debe tener el émbolo mayor de una pren-sa hidráulica para obtener una fuerza cuya magnitud es de 2 000 N, cuando el émbolo menor tiene un diámetro de 10 cm y se aplica una fuerza cuya magnitud es de 100 N.

Ejemplos

Solución:

Datos Fórmulas

D 5 ? F

}A

5 f

}a

; a 5 p r 2

F 5 2 000 N

d 5 10 cm

f 5 100 N

Donde:

F]}pR2 5

f]}pr 2

[ R 5 F r

fp

p

5

2

22 000100

22 36N (5 cm)

Ncm.


R 5

F rfp

p

5

2

22 000100

22 36N (5 cm)

Ncm.

D 5 2R 5 2(22.36 cm) 5 44.72 cm

4. Un cubo de acero de 20 cm de arista se sumerge totalmente en agua. Si tiene un peso de 564.48 N, calcular:

a) ¿Qué empuje recibe?

b) ¿Cuál será el peso aparente del cubo?

Solución:

Datos Fórmulas

, 5 20 cm 5 0.2 m V 5 ,3

Peso del cubo 5 564.48 N a) E 5 PeV

a) E 5 ? b) Paparente 5 P 2 E

b) Paparente del cubo 5 ?

Pe H2O 5 9 800 N/m3


a) Vcubo 5 VH2O desalojada

5 (0.2 m)3 5 0.008 m3

E 5 PeV 5 9 800 N/m3 3 0.08 m3

5 78.4 N

b) Paparente 5 Peso real 2 Empuje

Paparente 5 564.48 N 2 78.4 N

5 486.08 N

Tu libro cuenta también con glosario, bibliografía, vínculos en Internet, líneas de tiempo, diagramas, mapas conceptuales además de atractivas imágenes y otras muchas secciones y herramientas que te resultarán muy útiles y complementarán tu aprendizaje.

Otras herramientas

39


1. Calcular la magnitud de la fuerza que se aplica en el émbo-lo menor de una prensa hidráulica de 10 cm2 de área, si en el émbolo mayor con un área de 150 cm2 se produce una fuerza cuya magnitud es de 10 500 N.

2. ¿Cuál será la magnitud de la fuerza que se producirá en el émbolo mayor de una prensa hidráulica, cuyo diámetro es de 40 cm, si en el émbolo menor de 12 cm de diámetro se ejerce una fuerza cuya magnitud es de 250 N?

3. Calcular el diámetro del émbolo menor de una prensa hidráu-lica para que con una fuerza cuya magnitud es de 400 N se produzca en el émbolo mayor, cuyo diámetro es de 50 cm, una fuerza con una magnitud de 4 500 N.

4. Un prisma rectangular de cobre, de base igual a 36 cm2 y una altura de 10 cm, se sumerge hasta la mitad, por medio de un alambre, en un recipiente que contiene alcohol.a) ¿Qué volumen de alcohol desaloja?b) ¿Qué magnitud de empuje recibe?c) ¿Cuál es el peso aparente del prisma debido al empuje, si su

peso real es de 31.36 N?

Dato:ralcohol 5 790 kg/m3

Ejercicios propuestosCuando un objeto se sumerge en un líquido se observa que éste aplica una presión vertical ascendente sobre él. Lo anterior se comprueba al introducir un trozo de madera en agua, la madera es empujada hacia arriba, por ello se deberá ejercer una fuerza hacia abajo si se desea mantener sumergida. El empuje que reciben los objetos al ser introduci-dos en un líquido fue estudiado por el griego Arquímedes, quien enunció el siguiente principio que lleva su nombre: todo objeto sumergido en un fluido recibe un empuje ascendente igual al peso del fluido desalojado.

El empuje (E ) que recibe un objeto sumergido en un líquido se determi-na multiplicando el peso específico del líquido (Pe ) por el volumen (V ) desalojado de éste: E 5 PeV.

Material empleado

3


a) b)

Figura 1.38 En a) se registra el peso del trozo de hierro en el aire. En b) se determina el peso aparente del hierro al sumergirlo en agua.


Principios de Pascal y de Arquímedes

Objetivo

-químedes.


Todo líquido contenido en un recipiente origina una presión hidrostática debido a su peso, pero si el líquido se encierra de modo hermético dentro de un recipiente puede aplicársele otra presión utilizando un ém-bolo; dicha presión se transmitirá íntegramente a todos los puntos del

el siguiente principio que lleva su nombre: toda presión que se ejerce sobre un líquido encerrado en un recipiente se transmite con la misma

que lo contiene.

De acuerdo con las instrucciones de tu profesor, realiza la siguiente actividad experimental.

249


Adherencia. Fuerza de atracción que se mani�esta entre las molé-culas de dos sustancias diferentes.

Aerodinámica. Estudia las formas más adecuadas para que un móvil disminuya la fuerza de fricción viscosa, ya sea del aire o del agua.

Aire. Mezcla de gases que constituye la atmósfera.

Bobina o solenoide. Se obtiene al enrollar un alambre en forma helicoidal o de hélice, acción que recibe el nombre de devanar.

Calor. Es energía en tránsito y siempre �uye de los objetos de ma-yor temperatura a los de menor temperatura.

Calor especí�co. Es la cantidad de calor que necesita un gramo de una sustancia para elevar su temperatura un grado centígrado.

Caloría. Es la cantidad de calor aplicado a un gramo de agua para elevar su temperatura a 1 °C.

Campo eléctrico. Zona que rodea a un objeto cargado eléctrica-mente y cuya fuerza se mani�esta sobre cualquier carga cercana a su zona de in�uencia.

Campo magnético. Zona que rodea a un imán y en la cual su in-�uencia se puede detectar.

Capacitor o condensador eléctrico. Dispositivo empleado para almacenar cargas eléctricas.

Capilaridad. Se presenta cuando existe contacto entre un líquido y una pared sólida, especialmente si son tubos muy delgados (casi del diámetro de un cabello) llamados capilares.

Carga de prueba. Carga eléctrica de valor muy pequeño y que por convención es de signo positivo.

Carga eléctrica. Propiedad que tienen los electrones y los proto-nes.

Carga puntual. Carga que tiene distribuida un objeto electrizado, cuyo tamaño es pequeño comparado con la distancia que lo separa del otro objeto cargado.

Cero absoluto de temperatura. Equivale a 0 K 5 2273 °C; a esta temperatura se considera un estado mínimo de energía ciné-tica toda vez que el movimiento de las moléculas es prácticamente nulo.

Circuito eléctrico. Sistema en el cual la corriente �uye con un conductor en una trayectoria completa, es decir, cerrada, debido a una diferencia de potencial o voltaje. En todo circuito eléctrico existen los siguientes elementos fundamentales: voltaje, corriente y resistencia. Su conexión puede ser en serie, paralelo y mixta.

Clima. Conjunto de condiciones meteorológicas que suelen darse en una región más o menos extensa de la Tierra.

Cohesión. Es la fuerza que mantiene unidas a las moléculas de una misma sustancia.

Conducción. Forma de transmisión del calor en los objetos sóli-dos, debido a la agitación que el calor produce entre las moléculas de un objeto y que se trans�ere en forma sucesiva de una a otra molécula sin que estas partículas adquieran energía cinética de traslación.

Conductor eléctrico. Se electriza en toda su super�cie, aunque sólo se frote un punto del mismo. También recibe el nombre de conductor aquel material por el cual pueden moverse electrones, de tal forma que permita el �ujo de corriente eléctrica.

Conductores no óhmicos. Reciben este nombre los semicon-ductores, mismos que no siguen la ley de Ohm, ya que su resisten-cia eléctrica no permanece constante cuando se aplican voltajes diferentes.

Conductores óhmicos. Se le da este nombre a los metales, ya que la ley de Ohm se aplica sin restricciones en ellos.

Contacto. Fenómeno de electrización que se origina cuando un objeto saturado de electrones cede algunos a otro objeto con el cual se junta.

Glosario

254

Bibliografía

Bibliografía

Cut nell, John D., Fí si ca. 2a. ed., Li mu sa Wi ley, Mé xi co, 2004.

He wi�, Paul G., Fí si ca con cep tual, 9a. ed., Pear son Edu ca ción, Mé xi co, 2004.

Pé rez Mon tiel, Héc tor., Fí si ca ex pe ri men tal 2, 2a. ed., Publicaciones Cultural, México, 2003.

Pé rez Mon tiel, Héc tor., Física general, 4a ed., Publicaciones Cultural, México, 2010.

Pé rez Mon tiel, Héc tor., Fí si ca y tec no lo gía 2, Publicaciones Cultural, México, 2003.

Wilson, Jerry D., Física, 2a. ed., Pearson Educación, México, 1996.


n Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos.

n Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas.

n Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas.

n Obtiene, registra y sistematiza la información para responder preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes.

n Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones en equipos diversos, respetando la diversidad de valores, ideas y prácticas sociales.

n Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas.

n Hace explícitas las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos.

n Diseña modelos o prototipos para resolver problemas locales, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos.

1.1 Hidráulica

1.2 Hidrostática

1.3 Hidrodinámica

1B LO Q U E


Explicas el comportamiento de los fluidos

Responde en tu cuaderno las siguientes preguntas

1. ¿Cómo explicas con ejemplos de tu entorno qué son los fluidos?

2. ¿Cómo puedes demostrar que los líquidos son prácticamente incompresibles?

3. ¿Cómo demostrarías de manera sencilla que un gas se puede expandir y también comprimir?

4. Tienes un suministro permanente de agua en el lugar donde vives, ¿sabes cómo funciona? En caso afirmativo, explícalo.

5. Explica cómo eliminas el agua que utilizas en el baño y la cocina.

6.¿Evitas arrojar líquidos contaminantes como ácidos, grasas, petróleo, aguarrás o pinturas al drenaje? En caso afirmativo, explica cómo evitas la contaminación del ambiente.

7. ¿Has visto alguna presa y sabes para qué sirve? En caso afirmativo, explícalo.

8.¿Hay algún canal de desagüe también llamado de aguas negras cerca de tu casa y sabes de dónde viene, adónde va y los riesgos de contaminación ambiental que presenta? Si la respuesta es afirmativa, explícala.

9. ¿Conoces alguna máquina hidráulica como el gato o la prensa? En caso afirmativo, explica su principio básico de funcionamiento.

10. ¿Has visto la caída de agua en cascada y sabes cómo se puede aprovechar la energía del agua durante su caída? Si la respuesta es afirmativa, explícala.

Coevaluación e intercambio de ideas y aprendizajesUna vez que has respondido espera la indicación de tu profesor para intercambiar tus res-puestas con las de otro compañero o compañera. Una vez que han leído sus respectivas respuestas, pónganse de acuerdo y respondan nuevamente las preguntas. Participen con el resto del grupo en su exposición y discusión. Elaboren en su cuaderno una tabla como la que se muestra a continuación para llevar el registro de sus conocimientos actuales y futuros.



queremos saber

Para contestar al final del estudio de este bloque

(lo que aprendimos)


n Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o modelos científicos.

n Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental dentro de su región y/o comunidad.

Competencias por desarrollar Desempeños por alcanzar

Identifica las características de los fluidos que los diferencian de los sólidos.

Resuelve cuestionamientos y/o problemas sobre la presión hidrostática y presión atmosférica relacionados con su entorno inmediato.

Comprende los principios de Arquímedes y Pascal y su importancia en el diseño de ingeniería y de obras hidráulicas en general.

Utiliza las leyes y principios que rigen el movimiento de los fluidos para explicar el funcionamiento de aparatos y dispositivos utilizados en el hogar, la industria, entre otros.

4



Cómo puedo aplicar, explicar y demostrar a mis compañeros y compañeras, por medio del diseño de una actividad experimental, lo referente a alguno de los siguiente aspectos:

1. Cuando menos cuatro de las propiedades físicas que caracte-rizan el comportamiento de los fluidos como son: viscosidad, tensión superficial, cohesión, adherencia, capilaridad, incom-presibilidad de los líquidos, compresibilidad y expansibilidad de los gases, densidad y peso específico.

2. Presión hidrostática.

3. Presión atmosférica.

4. Presión manométrica y presión absoluta.


A continuación se lista una serie de acciones que debes seguir para contestar la problemática de la pregunta formulada. Es importante que seas entusiasta, positivo, reflexivo, claro y objetivo, de tal manera que esta experiencia resulte útil para fortalecer tu aprendizaje.

1. Forma un equipo de cuatro integrantes y después, previo acuerdo con su profesor o profesora, seleccionen alguna de las opciones propuestas en los cuatro incisos anteriores, misma que explicarán y demostrarán ante sus compañeros y compañeras, por medio del diseño de una actividad experi-mental.

2. Pónganse de acuerdo en la manera en que se organizarán para que todos participen en la investigación documental o vía Internet, el diseño, los recursos que requerirán tanto ma-teriales como económicos para la realización de la actividad experimental, la manera de obtenerlos y las características de su demostración ante sus compañeros(as).

3. Apóyense en este libro para estudiar los conceptos involu-crados, consulten otras fuentes de información que tengan a su alcance.

4. Diseñen su actividad experimental, llévenla a cabo las ve-ces que sean necesarias y una vez que determinen la mejor manera de realizarla, primero elaboren en su cuaderno o computadora el guión que les servirá de apoyo para hacer su demostración ante los demás equipos. Después, hagan dicho guión en papel rotafolio o cartulinas.

5. De acuerdo con las instrucciones de su profesor o profesora, y previo acuerdo entre ustedes, participen de manera orga-nizada, colaborativa y respetuosa en la realización y explica-ción de su actividad experimental.

6. Comenten con los demás equipos los resultados obtenidos, sus aprendizajes, los problemas que surgieron durante el diseño y la puesta en práctica, y de qué manera los resolvieron. Recuerden que el intercambio de ideas, conocimiento y expe-riencias adquiridas fortalecen su aprendizaje.

5



Criterios que deben considerar para resolver la situación didáctica y que serán de utilidad para que cada quien y su profesor o profe-sora evalúen y valoren su desempeño.

1. Lean con atención en su libro de texto y en las fuentes de información que hayan consultado, lo referente al tema que tratarán, de acuerdo con el inciso que seleccionaron. Iden-tifiquen las ideas clave y anótenlas en su cuaderno o en la computadora.

2. Pónganse de acuerdo en cuál será la mejor manera de lle-var a cabo la actividad experimental y consigan el material y equipo necesarios, buscando siempre que el costo sea bajo. Si necesitan construir un dispositivo o instrumento para realizarla, constrúyanlo con la participación y aportación de todos.

3. Deben cuantificar las magnitudes físicas involucradas y de-mostrar la utilidad de su actividad experimental.

4. El guión debe ser elaborado una vez que todos están de acuerdo en cómo se llevará a cabo la actividad y cuáles se-rán los contenidos relevantes que contendrá, entre los cua-les incluirán los principales conceptos involucrados.

5. Durante la demostración y explicación de su actividad expe-rimental, deben participar todos de una manera organizada, previo acuerdo de lo que hará cada quién.

6. Comenten con los demás equipos las dificultades que tuvie-ron durante el diseño y la realización de la actividad experi-mental, y de qué manera las resolvieron.

AutoevaluaciónCon el propósito de que reflexiones acerca de los resultados ob-tenidos, después de realizar y diseñar la actividad experimental, responde en tu cuaderno lo siguiente:

1. Participé de manera entusiasta, responsable y propositiva en el diseño de la actividad experimental y aporté lo siguiente (describe lo que aportaste):


3. Participé con mis compañeros de equipo en la demostra-ción de la actividad experimental y a mí me tocó lo siguiente (descríbelo):

4. La experiencia y los conocimientos que me dejaron el di-seño y la realización de la actividad experimental son los siguientes (descríbelos):

5. Tengo claros los principales conceptos que se involucraron en el tema seleccionado para ser demostrados experimen-talmente y puedo explicar cada uno de ellos (explícalos):

6. En mi vida cotidiana he podido aplicar lo aprendido con el diseño, he realizado la actividad experimental y puedo seña-lar las siguientes situaciones (descríbelas):

7. Una dificultad que tuvimos en la realización de la actividad experimental y que me gustaría compartir para que les sea de utilidad a mis compañeros o compañeras y la pueden re-solver si se les presenta es la siguiente (descríbela):

Coevaluación e intercambio de ideas y aprendizajesDe acuerdo con las instrucciones de tu profesor o profesora, inter-cambia tu autoevaluación con un compañero o compañera. Lean sus respuestas, corríjanlas de ser necesario e intercambien ideas, experiencias y aprendizajes adquiridos. En caso de duda consulten a su profesor o profesora.

Enriquece tu portafolio de evidencias Guarda en tu carpeta física o en la carpeta que creaste en tu computadora, el guión que elaboraste para la demostración de tu actividad



6


1.1 HidráulicaLa hidráulica es la parte de la física que estudia la mecánica de los líquidos; analiza las leyes que rigen el movimiento de los líquidos y las técnicas para el mejor aprovechamiento de las aguas. La hidráulica se divide en dos partes: la hidrostática, encargada de lo relacionado con los líquidos en reposo (figura 1.1), y la hi-drodinámica, que estudia el comportamiento de los líquidos en movimiento (figura 1.2).

Figura 1.1 La hidrostática estudia los líquidos en reposo.

Figura 1.2 La hidrodinámica estudia el comportamiento de los líquidos en movimiento.

La hidráulica se fundamenta en las siguientes consideraciones: los líquidos son isótropos, es decir, manifiestan las mismas pro-piedades físicas en todas las direcciones; son incompresibles y to-talmente fluidos; circulan en régimen permanente toda vez que sus moléculas atraviesan una sección de tubería a la misma velocidad

y de manera continua, porque las moléculas en íntimo contacto transmiten íntegramente de una a otra las presiones que reciben.

Diferencias entre los fluidos y los sólidos a partir de sus propiedades físicasEs importante señalar que un fluido es toda sustancia cuyas mo-léculas pueden deslizarse unas sobre otras como sucede en los líquidos, o bien, las moléculas se mueven sueltas como en los ga-ses, debido a que se encuentran más separadas entre sí. Esto ex-plica por qué los líquidos y los gases no tienen forma definida y se adaptan a la del recipiente que los contiene. Por tanto, el nombre de fluido se le puede dar tanto a un líquido como a un gas, pues ambos tienen propiedades comunes. Conviene recordar que un gas tiene una densidad (relación entre la masa de una sustancia y el volumen que ocupa) muy baja, debido a la separación entre sus moléculas y, por tanto, puede comprimirse con facilidad, mientras que un líquido es prácticamente incompresible. Además, un gas es expansible por lo cual su volumen no es constante y al pa-sarlo a un recipiente de mayor volumen de inmediato ocupa todo el espacio libre. Un líquido, por su parte, no tiene forma definida, pero sí volumen definido (figura 1.3).

Figura 1.3 Un líquido no tiene forma propia, por lo que adopta la del recipiente que lo contiene. Sin embargo, sí tiene un volumen definido.

En tu vida cotidiana has observado que cuando quieres trasla-dar un líquido de un lugar a otro, debes colocarlo o confinarlo en recipientes como cubetas, tanques, barriles, botellas, frascos, ollas, etcétera, pero si se trata de un gas, éste debe estar contenido en recipientes perfectamente tapados y sellados para evitar que se escape. Esta operación la realizas una vez que has abierto un refresco o una bebida gaseosa embotellada, y no deseas que tu bebida favorita se quede sin gas, ¿verdad?

7


En el caso de los sólidos, has podido observar que tienen una forma definida, lo cual se debe a que en el estado sólido cada molécula está confinada en un espacio pequeño entre moléculas cercanas, por lo que vibran sin cambiar prácticamente de lugar debido a su fuerza de cohesión. También habrás observado que hay algunos sólidos, como es el caso de una piedra, una canica, un balín, una moneda, etc., que no se deforman cuando se les aplica una fuerza en virtud de que no son flexibles y, por tanto, carecen de elasticidad. Esta pro-piedad de algunos sólidos de no deformarse se denomina rigidez y obedece a la resistencia que opone un objeto a las fuerzas que tien-den a deformarlo.

Estados de la materia a partir de su estructura molecularLa materia se encuentra en la naturaleza de manera común, en tres estados físicos: sólido, líquido y gaseoso (figura 1.4).

Figura 1.4 La materia se encuentra en la naturaleza de manera común, en tres estados físicos: sólido, líquido y gaseoso.

De acuerdo con la teoría cinética molecular, la materia se encuen-tra formada por pequeñas partículas llamadas moléculas y éstas se hallan en movimiento, el cual cambia constantemente de dirección y velocidad. Debido a su movimiento, las moléculas tienen una energía llamada cinética que tiende a separarlas, pero también, de-bido a la fuerza de cohesión entre sus moléculas, tienen una energía llamada potencial que al contrario, tiende a juntarlas. Por tanto, el estado físico de una sustancia puede ser:

a) Sólido. Si la energía cinética de las moléculas es menor que la energía potencial (cohesión) que existe entre ellas.

b) Líquido. Si las energías cinética y potencial de sus molécu-las son aproximadamente iguales.

c) Gaseoso. Si la energía cinética de las moléculas es mayor que su energía potencial.

En el estado sólido cada molécula está confundida en un espacio pequeño entre moléculas cercanas, por lo cual vibran sin cambiar prácticamente de lugar debido a su alta fuerza de cohesión. Sin em-bargo, si al sólido se le suministra calor, las moléculas lo absorben y lo transforman en energía cinética, que al aumentar disminuye la magnitud de la fuerza de cohesión y el sólido cambia del esta-do sólido al líquido. Si el líquido se calienta aún más, las moléculas aumentan su energía cinética, nulificando la fuerza de cohesión y se producirá un nuevo cambio del estado líquido al gaseoso, es-tado en el cual las moléculas se mueven libremente con una gran magnitud de velocidad de un lado a otro, chocan entre sí y con las paredes del recipiente que los contiene, y dan como resultado la denominada presión de gas.

1.2 Hidrostáticala hidráulica es la parte de la física que estudia la mecánica de los fluidos; su estudio es importante porque nos permite analizar las leyes que rigen el movimiento de los líquidos y las técnicas para el mejor aprovechamiento de las aguas. También, mediante el cálcu-lo matemático, el diseño de modelos a pequeña escala y la experi-mentación con ellos, determina las características de construcción que deben tener presas, puertos, canales, tuberías y máquinas hi-dráulicas como el gato y la prensa. Se divide en dos partes: la hi-drostática que tiene por objetivo estudiar los líquidos en reposo. Se fundamenta en leyes y principios como el de Arquímedes, de Pascal y la paradoja hidrostática de Stevin, mismos que contri-buyen a cuantificar las presiones ejercidas por los fluidos y al es-tudio de sus características generales. La hidrodinámica estudia el comportamiento de los líquidos en movimiento. Para ello, con-sidera, entre otras cosas, la velocidad, la presión, el flujo y el gasto del líquido.

Revisa el esquema didáctico de la página 8 (Hidráulica).

ViscosidadEsta propiedad se origina por el rozamiento de unas partículas con otras cuando un líquido fluye. Por tal motivo, la viscosidad se puede definir como una medida de la resistencia que opone un líquido a fluir.

Si en un recipiente perforado en el centro se hacen fluir por sepa-rado miel, leche, agua y alcohol, observamos que cada líquido fluye con rapidez distinta; mientras más viscoso es un líquido, más tiem-

8


HIDRÁULICA

HIDROSTÁTICA

OBJETIVO

ESTUDIAR

LÍQUIDOS EN REPOSO

LEYES

RIGEN

MOVIMIENTO DE LOS LÍQUIDOS

HIDRODINÁMICA

OBJETIVO

ESTUDIAR

LÍQUIDOS EN MOVIMIENTO

TÉCNICAS

MEJOR APROVECHAMIENTO

AGUAS

MECÁNICA DE LOS LÍQUIDOS

POSIBILITA

CÁLCULO MATEMÁTICO

DISEÑO DE MODELOS

PEQUEÑA ESCALA

EXPERIMENTA-CIÓN CON ELLOS

DETERMINAR LAS CARACTERÍSTICAS

CONSTRUCCIÓN

estudia la

lo que

analizar las

el

a

y la

lo que hace posible

de

se divide en

su

es

losque

el

su

es

lospara el

de las

esto por medio del

GATO Y PRENSA HIDRÁULICOS

PRESAS

PUERTOS

TUBERÍAS

CANALES

de

Esquema didáctico

9


po tarda en fluir (figura 1.5). En la industria, la viscosidad se cuan-tifica en forma práctica, utilizando recipientes con una determinada capacidad que tienen un orificio de un diámetro establecido con-vencionalmente. Al medir el tiempo que el líquido tarda en fluir se conoce su viscosidad, para ello se usan tablas que relacionan el tiempo de escurrimiento con la viscosidad. La unidad de viscosidad en el Sistema Internacional es el pascal-segundo (Pa-s), defini-do como la viscosidad que tiene un fluido cuando su movimiento rectilíneo uniforme sobre una superficie plana es retardado por una fuerza de un newton por metro cuadrado de superficie de contacto con el fluido, cuya velocidad respecto a la superficie es de un metro por segundo.

1 Pa.s 5 1 Ns}

m2 5 1 kg}m s

Vaso de unicel con agua

Orificio

Figura 1.5 Dispositivo para comparar la viscosidad de varios líquidos al llenar el vaso con cada uno de ellos y observar el tiempo que tardan en fluir por el orificio.

Tensión superficialLa tensión superficial hace que la superficie libre de un líquido se comporte como una finísima membrana elástica.

Este fenómeno se presenta debido a la atracción entre las molé-culas del líquido. Cuando se coloca un líquido en un recipiente, las moléculas interiores se atraen entre sí en todas direcciones por fuer-zas iguales que se contrarrestan unas con otras, pero las moléculas de la superficie libre del líquido sólo son atraídas por las inferiores y late-rales más cercanas. Por tanto, la resultante de las fuerzas de atracción ejercidas por las moléculas próximas a una de la superficie se dirige hacia el interior del líquido, lo cual da origen a la tensión superficial (figura 1.6).

Figura 1.6 Tensión superficial. Las moléculas de la superficie libre del líquido sólo son atraídas por las inferiores y laterales, en tanto que las del interior del líquido son atraídas en todas direcciones, por lo cual está en equilibrio.

Debido a la tensión superficial una pequeña masa de líquido tien-de a ser redonda en el aire, tal es el caso de las gotas; los insectos pueden caminar sobre el agua, o una aguja puede ponerse en for-ma horizontal sobre un líquido y no se hundirá.

La tensión superficial del agua puede reducirse en forma conside-rable si se le agrega detergente, esto contribuye a que el agua jabo-nosa penetre con más facilidad en los tejidos de la ropa durante el lavado.

Cuadro 1.1 Valores de la viscosidad de algunas sustancias

Sustancia Viscosidad Pascal-segundo

Agua a 20 °C 0.001

Aceite de oliva a 20 °C 0.0970

Mercurio a 20 °C 0.0016

Glicerina a 20 °C 1.5

CohesiónEs la fuerza que mantiene unidas a las moléculas de una misma sustancia. Por la fuerza de cohesión, si se juntan dos gotas de agua forman una sola; lo mismo sucede con dos gotas de mercurio.

AdherenciaLa adherencia es la fuerza de atracción que se manifiesta entre las moléculas de dos sustancias diferentes en contacto. Comúnmente las sustancias líquidas se adhieren a los cuerpos sólidos.

Al sacar una varilla de vidrio de un recipiente con agua está com-pletamente mojada, esto significa que el agua se adhiere al vidrio. Pero si la varilla de vidrio se introduce en un recipiente con mercu-rio, al sacarla se observa completamente seca, lo cual indica que no hay adherencia entre el mercurio y el vidrio.

10


En general, cuando el fenómeno de adherencia se presenta significa que la fuerza de cohesión entre las moléculas de una misma sustan-cia es menor a la fuerza de adherencia que experimenta al contacto con otra. Tal es el caso del agua adherida al vidrio (figura 1.7), la pintura al adherirse a un muro (figura 1.8), el aceite al papel o la tin-ta a un cuaderno. Si la fuerza de cohesión entre las moléculas de una sustancia es mayor que la fuerza de adherencia que experimenta al contacto con otra, no se presenta adherencia y se dice que el líquido no moja al sólido (figura 1.9).

Agua

Figura 1.7 El agua moja a la varilla de vidrio debido a que es mayor la fuerza de adherencia que la de cohesión.

Figura 1.8 La pintura se adhiere al muro debido a la fuerza de atracción que se manifiesta entre las moléculas de dos sustancias diferentes.

Mercurio

Figura 1.9 El mercurio no moja a la varilla de vidrio debido a que es menor la fuerza de adherencia que la de cohesión.

CapilaridadLa capilaridad se presenta cuando hay contacto entre un líquido y una pared sólida, especialmente si son tubos muy delgados (casi del diámetro de un cabello) llamados capilares.

Al introducir un tubo de diámetro muy pequeño en un recipiente con agua se observa que el líquido asciende por el tubo y alcanza una altura mayor que la de la superficie libre del líquido. La superfi-cie del líquido contenido en el tubo no es plana, sino que forma un menisco cóncavo (figura 1.10).

Meniscos cóncavos

AguaMeniscos convexos

Mercurio

Figura 1.10 Formación de meniscos cóncavos al introducir tubos delgados en agua.

Figura 1.11 Formación de meniscos convexos al introducir tubos delgados en mercurio.

Si se introduce un tubo capilar en un recipiente con mercurio, se observa que el líquido desciende debido a una depresión. En este caso se forma un menisco convexo (figura 1.11).

Debido a la capilaridad, en las lámparas el alcohol y el petróleo as-cienden por las mechas; un algodón o un terrón de azúcar sumer-gidos parcialmente en agua la absorben poco a poco; y la savia de las plantas circula a través de sus tallos (figura 1.12).

Figura 1.12 Debido al fenómeno de la capilaridad, la savia de las plantas circula a través de sus tallos.

Revisa el esquema didáctico de la página 11 (Características de los líquidos).

IncompresibilidadLos líquidos se consideran prácticamente incompresibles. No sucede así con los gases que, como ya señalamos, pueden compri-mirse con facilidad debido a la separación existente entre sus mo-léculas y son expansibles, por lo cual su volumen no es constante. Un líquido no tiene forma definida, pero sí volumen definido.

Densidad y peso específicoLa densidad r de una sustancia, también llamada masa espe-cífica, es una propiedad característica o intensiva de la materia y

11


Esquema didáctico

CARACTERÍSTICAS DE LOS LÍQUIDOS

VISCOSIDADTENSIÓN

SUPERFICIAL

LA SUPERFICIE LIBRE DE UN

LÍQUIDO

MOLÉCULAS DE UNA MISMA

SUSTANCIA

MOLÉCULAS PARED SÓLIDA

COHESIÓN ADHERENCIA CAPILARIDAD

ROZAMIENTO DE UNAS PARTÍCULAS

CON OTRAS

UN LÍQUIDO FLUYE

ATRACCIÓN ENTRE LAS MOLÉCULAS

COMPORTA

DOS SUSTANCIAS DIFERENTES

LAS SUSTANCIAS LÍQUIDAS

SI SON TUBOS MUY DELGADOS

LÍQUIDOMANTIENE

UNIDAS MANIFIESTA LÍQUIDO

FINÍSIMA MEMBRANA

ELÁSTICA

CONTACTO

ADHIEREN A LOS CUERPOS SÓLIDOS

CAPILARES

FUERZAFUERZA DE ATRACCIÓN

EXISTE CONTACTO

son las siguientes

se origina por el se presenta debido a la

sede

generalmente

especialmente

es la es la se presenta cuando

cuandodel

como unaen

se

llamados

por lo que a las entre las y una

que que se entre un

12


expresa la masa contenida de dicha sustancia en la unidad de volu-men. Su valor se determina dividiendo la masa de la sustancia entre el volumen que ocupa:

r 5 masa}volumen

Es decir: r 5 m}V

En el Sistema Internacional, las unidades de densidad son kg/m3.

El peso específico de una sustancia también es una propiedad característica; su valor se determina dividiendo su peso entre el volumen que ocupa:

Pe 5 P}V

Donde: Pe 5 Peso específico de la sustancia en N/m3. P 5 Peso de la sustancia en newtons (N). V 5 Volumen que ocupa en metros cúbicos (m3).

Podemos obtener la relación entre la densidad y el peso especí-fico de una sustancia si recordamos que: P 5 mg (1)Como:

Pe 5 P

}V

(2)

Sustituyendo 1 en 2 tenemos:

Pe 5 mg}

V (3)

Como:

m}V

5 r (4)

Pe 5 r g

Como se observa en esta última expresión matemática, el peso es-pecífico de una sustancia también se puede determinar si se cono-ce su densidad y se multiplica por la magnitud de la aceleración de

la gravedad. Si se despeja la densidad de la expresión matemática, tenemos que:

r 5 Pe}

gPor tanto, podemos calcular la densidad de una sustancia si se conoce la magnitud de su peso específico y lo dividimos entre la magnitud de la aceleración de la gravedad, tal como se observa en la expresión matemática anterior.La densidad de los líquidos se determina en forma práctica usando los densímetros. Estos dispositivos se sumergen en el líquido al cual se le determinará su densidad y ésta se lee, según el nivel que alcan-ce el líquido, con base en una escala previamente determinada por el fabricante. Un densímetro se gradúa colocándolo en diferentes líquidos de densidad conocida, como agua, alcohol o aceite. Al su-mergirlo en agua, por ejemplo, el nivel que ésta alcance indicará el valor de 1 g/cm3 (figura 1.13).

Aceite densidad0.915 g/cm 53

915 kg/m3

Alcohol densidad0.79 g/cm 53

790 kg/m3

0.915 0.790 1 000

Aceite densidad1 g/cm 53

1 000 kg/m3

Figura 1.13 Determinación de la densidad de un líquido usando un densímetro.

Revisa los esquemas didácticos de la página 16.En el cuadro 1.2 se dan algunos valores de densidad y peso especí-fico para diferentes sustancias.

Cuadro 1.2 Valores de densidad y peso específico de algunas sustancias

Sustancia Densidad en el SI kg/m3

Densidad en el CGS g/cm3

Peso específico en el SI N/m3

Peso específico en el CGS técnico gf/cm3

Agua (4 °C) 1 000 1.0 9 800 1.0

Alcohol 790 0.79 7 742 0.79

Aceite 915 0.915 8 967 0.915

Hielo 920 0.920 9 016 0.920

Madera 430 0.430 4 214 0.430

Oro 19 320 19.320 189 336 19.320

Hierro 7 860 7.86 77 028 7.86

Mercurio 13 600 13.60 13 280 13.60

Oxígeno (0 °C) 1.43 0.00143 14.014 0.00143

Hidrógeno (0 °C) 0.09 0.00009 0.882 0.00009

13


De acuerdo con las instrucciones de tu profesor, realiza lo siguiente.

Densidad y peso específico

1. Para determinar la densidad de un trozo de oro, se midió su masa y se encontró un valor igual que 50 g; al medir su volumen éste fue de 2.587 cm3. Calcular la densidad.

Solución:

Datos Fórmula

m 5 50 g r 5 m}V

V 5 2.587 cm3

r 5 ?


r 5 50 g

}}2.587 cm3 5 19.327 g/cm3

2. Para cuantificar la densidad del agua en el laboratorio se midieron 10 cm3 de agua y se determinó su masa con la balanza, encon-trándose un valor de 10 g.

Calcular:

a ) ¿Cuánto vale la densidad del agua?

b) Si en lugar de 10 cm3 midiéramos 1 000 cm3, ¿cambiaría el valor de la densidad del agua?

c) ¿Qué volumen ocuparán 600 g de agua?

Solución:

a) r 5 m}V

5 10 g

}}}10 cm3 5 1 g/cm3

E l resultado nos indica que un gramo de agua ocupa un volu-men de 1 cm3.

b) No cambia el valor de la densidad del agua, ya que la densidad es una propiedad característica o intensiva de la materia y su valor es independiente de la cantidad de materia. Por tanto, si tenemos un volumen de 1 000 cm3 de agua su masa será de 1 000 g y la relación masa entre volumen es un valor constan-te; este valor sigue señalando que un gramo de agua ocupará un volumen de 1 cm3:

r 5 m}V

5 1 000 g

}}]]]]]1 000 cm3 5 1 g/cm3

c) Como r 5 m}V

tenemos que:

V 5 }mr} 5

600 g}]]}

1 }cm g

3} 5 600 cm3

Ejemplos

3. 0.5 kg de alcohol etílico ocupan un volumen de 0.000633 cm3.

Calcular:

a ) ¿Cuál es su densidad?

b) ¿Cuál es su peso específico?

Solución:

Datos Fórmula

r 5 ? a) r 5 m}V

m 5 0.5 kg b) Pe 5 r g

V 5 0.000633 m3

g 5 9.8 m/s2

Pe 5 ?


a) r 5 m}V

5 0.5 kg

}]]]]]]]}0.000633 m3

5 789.88 kg/m3

b) Pe 5 r g 5 789.88 kg/m3 3 9.8 m/s2

5 7 740.92 N/m3

4. Calcular la masa y el peso de 15 000 litros de gasolina. Densidad de la gasolina 700 kg/ m3.

Solución:

Datos Fórmula

m 5 ? r 5 m}V

[ m 5 r V

P 5 ? P 5 mg

V 5 15 000 litros

r 5 700 kg/m3

g 5 9.8 m/s2

Transformación de unidades:

15 000 litros 3 1 m3

}]]]]]]}1 000 litros

5 15 m3


m 5 700 kg/m3 3 15 m3 5 10 500 kg

P 5 10 500 kg 3 9.8 m/s2 5 102 900 N

14


5. ¿Cuál es la densidad de un aceite cuyo peso específico es de 8 967 N/m3?

Solución:

Datos Fórmula

r 5 ? r 5 Pe}

gPe 5 8 967 N/m3

g 5 9.8 m/s2


r 5 8 967 kg m/s2/m3

}]]]]]]]]]]]}9.8 m/s2 5 915 kg/m3

6. Si te mostraran dos frascos de vidrio perfectamente tapados, con una capacidad de un litro cada uno, llenos de un líquido incoloro y te preguntaran si son de la misma sustancia, ¿cómo harías para responder sin necesidad de destapar los frascos?

Solución:

Primero se determina la densidad del líquido, si el valor es igual se trata indiscutiblemente de la misma sustancia; pero si el valor de la misma varía, entonces los líquidos son de diferente sustancia.

7. Si para hallar la densidad del cobre te dan a escoger entre un cubo de 1 cm3 de volumen y una barra de 10 kg de masa, ¿con cuál de los dos determinarías la densidad?

Solución:

Por comodidad, sería más fácil escoger el cubo de 1 cm3 de volu-men y determinar su masa para que al dividirla entre el volumen se obtenga la densidad. No obstante, pudiera carecerse de una balanza y en cambio tener una regla graduada para medir el lar-go, ancho y alto de la barra de cobre a fin de calcular su volumen multiplicando sus tres dimensiones, para después determinar su densidad al dividir la masa entre el volumen. Evidentemente, el valor de la densidad del cobre deberá ser el mismo en ambos casos si su determinación se hace con cuidado.

8. Determinar el volumen de un trozo de corcho si su densidad es de 0.23 g/cm3 y tiene una masa de 50 g. Además, decir si flota o no el corcho al sumergirlo en un recipiente lleno de agua; jus-tifica tu respuesta.

Solución:

Datos Fórmula

V 5 ? r 5 m}V

[ V 5 m}r

r 5 0.23 g/cm3

m 5 50 g


V 5 50 g

}}0.23 g/cm3 5 217.39 cm3

Al sumergir el corcho en agua flotará, pues su densidad es menor a la del agua, que es de 1 g/cm3.

9. Un cubo de aluminio presenta 2 cm de longitud en uno de sus lados y tiene una masa de 21.2 g.

Calcular:

a ) ¿Cuál es su densidad?

b) ¿Cuál será la masa de 5.5 cm3 de aluminio?

Solución:

Datos Fórmula

, 5 2 cm Volumen de m 5 21.2 g un cubo 5 ,3

a) r 5 ? a) r 5 m}V

b) m de 5.5 cm3 5 ? b) m 5 r V


a) V 5 (2 cm)3 5 8 cm3

r 5 21.2 g]]]}8 cm3

5 2.65 g/cm3

b) m 5 2.65 g/cm3 3 5.5 cm3

5 14.57 g

10. ¿Cuál es el volumen, en metros cúbicos y en litros, de 3 000 N de aceite de oliva, cuyo peso específico es de 9 016 N/m3?

Solución:

Datos Fórmula

V 5 ? Pe 5 P}V

[ V 5 P

}Pe

P 5 3 000 N

Pe 5 9 016 N/m3


V 5 3 000 N]]]]]]]]}9 016 N/m3 5 0.333 m3

V 5 0.333 m3 3 1 000 litros

]]]]]]]]}1 m3 5 333 litros

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11. Un objeto Y tiene una masa de 150 g y una densidad de 2 g/cm3, un objeto Z tiene una masa de 750 g y una densidad de 10 g/cm3.

a) Si se introducen por separado los dos objetos en un recipiente con agua, determinar cuál desplazará mayor volumen de agua.

b) ¿Es posible que el objeto Y y el objeto Z sean de la misma sustancia? Sí o no y por qué.

Solución:

Datos Fórmula

Objeto Y: r 5 m}V

[ V 5 m}r

m 5 150 g

r 5 2 g/cm3

Objeto Z:

m 5 750 g

r 5 10 g/cm3


a ) Volumen del objeto Y:

V 5 150 g

]]]]]]}2 g/cm3 5 75 cm3

Volumen del objeto Z:

V 5 750 g

]]]]]]}10 g/cm3 5 75 cm3

Como los dos objetos tienen el mismo volumen, ambos des-plazarán la misma cantidad de agua.

b) No obstante que los dos objetos tienen el mismo volumen, de ninguna manera pueden ser de la misma sustancia, pues su densidad es diferente y, como ya vimos, la densidad es una propiedad característica de cada sustancia.

1. Calcular la densidad de un trozo de hierro cuya masa es 110 g y ocupa un volumen de 13.99 cm3.

2. Para cuantificar la densidad de un aceite comestible se midie-ron 10 cm3 de aceite y se determinó su masa cuyo valor fue de 9.15 g. a) Determinar la densidad; b) si se mezclan los 10 cm3 de aceite con 10 cm3 de agua, después de cierto tiempo, ¿cuál de los dos líquidos se irá al fondo y cuál quedará arriba?

3. Si 300 cm3 de alcohol tienen una masa de 237 g, calcular: a) El valor de su densidad expresada en g/cm3 y en kg/m3; b) su peso específico expresado en N/m3.

Ejercicios

4. 1 500 kg de plomo ocupan un volumen de 0.13274 m3. ¿Cuánto vale su densidad?

5. ¿Cuál es la masa y el peso de 10 litros de mercurio? Dato: rHg 5 13 600 kg/m3. 6. Calcular el peso específico del oro cuya densidad es de 19 300

kg/m3.

7. ¿Qué volumen en metros cúbicos y litros ocupan 1 000 kg de alcohol con una densidad de 790 kg/m3?

8. Calcular la densidad de un prisma rectangular cuyas dimensio-nes son: largo 6 cm, ancho 4 cm, alto 2 cm, y tiene una masa de 250 g; calcular el volumen que ocupará un objeto de la misma sustancia si tiene una masa de 100 g.

9. ¿Qué volumen debe tener un tanque para que pueda almace-nar 2 040 kg de gasolina cuya densidad es de 680 kg/m3?

10. Un camión tiene una capacidad para transportar 10 tonela-das de carga. ¿Cuántas barras de hierro puede soportar si cada una tiene un volumen de 0.0318 m3 y la densidad del hierro es de 7 860 kg/m3?

11. Si al medir la densidad de dos líquidos incoloros se encuentra que: a) sus densidades son diferentes; b) sus densidades son iguales, ¿qué conclusiones se obtendrán en cada caso?

Densidad

Objetivo

• Determinar experimentalmente la densidad de algunos objetossólidos y líquidos.


La densidad o masa específica se define como el cociente que resulta de dividir la masa de una sustancia entre el volumen que ocupa. Es decir, expresa lamasa contenida de una sustancia en la unidaddevolumen.Laexpresiónmatemáticaparaladensidades:

r 5 m}V

Material empleado

• Unabalanzagranataria• Unaprobetade10cm3 y una de 500 cm3

• Unareglagraduada• Algunos objetos sólidos regulares comoprismas rectangulares,

cubos y esferas hechos de hierro, cobre, plomo, acero o zinc


16


Esquema didáctico Esquema didáctico

DENSIDAD O MASA ESPECÍFICA

EL COCIENTE QUE RESULTA

MASA DE UNA SUSTANCIA DADA

EXPRESIÓN MATEMATICA

DIVIDIR

VOLUMEN QUE OCUPA

r 5 m–V

de

entre el

es

la

su

se define como

PESO ESPECÍFICO DE UNA SUSTANCIA

DIVIDIENDO SU PESO


RELACIONA CON LA DENSIDAD

EL VOLUMEN QUE OCUPA

re 5 p

–V

Pe 5 rg

entre

es

con la

su

se

su valor se determina


17


4. Determina la densidad del alcohol y del aceite siguiendo los mis-mos pasos para conocer la densidad del agua. Anota sus respec-tivos datos y valores en el cuadro 1.3.

Cuestionario

1. ¿Cuál de las sustancias que utilizaste tiene mayor densidad y cuál menor densidad?

2. ¿Por qué decimos que la densidad es una propiedad característi-ca de la materia?

3. ¿Qué sustancia tiene mayor densidad, el aceite o el agua? ¿Por qué?

4. Si mezclamos aceite y agua, y después dejamos reposar la mez-cla,¿cuáldelasdossustanciasquedaabajoycuálarriba?Explicapor qué sucede esta separación.

• Algunosobjetosirregularescomollaves,piedras,aretesoanillos• Agua,alcoholyaceite


1. Determina la densidad de los objetos regulares que tengas dis-ponibles. Para ello, mide su masa con la balanza granataria y después encuentra su volumen con la fórmula respectiva (figura 1.14). Elabora en tu cuaderno un cuadro de datos como el mos-trado abajo, anota el nombre de la sustancia con la cual están fa-bricados los objetos regulares y el valor de su densidad, obtenida experimentalmentealdividirsumasaentresuvolumen.

2. Determina la densidad de los objetos sólidos irregulares que ten-gas. Para ello, mide su masa con la balanza granataria y determina su volumen con un método indirecto, que consiste en utilizar una probeta graduada a la que se le agrega agua; mide el desplazamien-to del agua producido al introducir el objeto irregular en ella. Anota en el cuadro 1.3 la sustancia con la cual están hechos los objetos irregulares, el valor de su masa, volumen y el cálculo de la densidad obtenidademodoexperimentalaldividirsumasaentresuvolumen.

Prisma rectangularV = , ah

CuboV = ,3

Esfera4V = – pr 3

3

h

,

a

Figura 1.14 Volumen de objetos regulares.

3. Determina la densidad del agua. Para lograrlo, mide con la ba-lanza granataria la masa de la probeta de 10 cm3 que utilizarás enelexperimento.Agrégale10cm3 de agua y vuelve a medir la masa de la probeta; al restarle a esta masa la de la probeta vacía encontrarás la masa de los 10 cm3 de agua. Anota en el cuadro 1.3 los datos de la masa, el volumen y el valor de la densidad, obtenidademodoexperimentalparaelagua.

Cuadro 1.3 Densidad de algunas sustancias (experimental)

Sustancia Masa (g)

Volumen (cm3)

masar 5 ————— (g/cm3)

volumen

primera edición ebook 2014 - grupo editorial patria …grupo editorial patria® introducción a la...

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