Libro de Fisica 2 Secundaria

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(1)Física Ciencias. DISTRIBUCIÓN GRATUITA PROHIBIDA SU VENTA. Juan Manuel Ramírez de Arellano • María Eugenia Niño Rincón. Ciencias 2 fue pensado para que estudiantes y profesores encuentren recursos útiles, atractivos y actuales en el proceso de aprender y enseñar Física. En la secuencia de actividades se integran secciones con información reciente e histórica, con el fin de ofrecer elementos que permitan establecer relaciones entre los conceptos fundamentales y los diversos contextos. El libro cuenta con dos espacios innovadores: Estrategias para el aprendizaje y la documentación de información, al inicio de la obra, que no sólo funciona como auxiliar del aprendizaje, sino que propone a los estudiantes una posición participativa en el “cómo aprender”; e Infografía, al final de cada bloque, que presenta, de manera interesante, situaciones cotidianas explicadas gráficamente a partir de los principales contenidos de los bloques. Además, para no perder de vista los aprendizajes esperados y los propósitos, se incluyen actividades de evaluación permanente en diferentes escalas: bloque, tema y subtema.. Ciencias. Física. Física. SERIE. diálogos. Ciencias. SECUNDARIA segundo grado. Juan Manuel Ramírez de Arellano María Eugenia Niño Rincón.

(2) Física. Ciencias. SECUNDARIA segundo grado. .

(3) Ciencias 2 Diseño e ilustración D.R. © Editorial Macmillan de México, S.A. de C.V. 2008 Texto © Juan Manuel Ramírez de Arellano, María Eugenia Niño Rincón 2008 Primera Edición 2008. Prohibida la reproducción parcial o total de esta obra, por cualquier medio o método, sin autorización por escrito de la editorial. Todos los derechos reservados conforme a la ley. Producción: Editorial Terracota, S.A. de C.V. Coordinación editorial: Claudia Arancio Coordinación de ciencias: Martha G. Coronel Aguayo Edición: José Adrián Martínez González Asistente editorial: Diana Lagos Castillo Coordinación de producción: Jeanette Vázquez Gabriel Diseño de la serie: Regina Landa Diagramación: Paola Xospa Estilo: David Monroy Gómez, Mariana Castillo Ilustraciones: Rodolfo Pastrana Fotografías: Jupiter Images Unlimited, Stock Xchange, nasa, dar Archivo: Judith S. Durán, Rodrigo Ramírez Diseño de portada: Mónica Pérez D.R. © Editorial Macmillan de México, S.A. de C.V. Fotografía de portada: Jupiter Images Unlimited. CANIEM No. 2275. Editorial Macmillan de México, S.A. de C.V. Av. Insurgentes Sur 1886 Col. Florida Delegación Álvaro Obregón C.P. 01030 México, D.F. Tel.: (55) 5482 2200 [email protected] www.grupomacmillan.com.mx www.macmillan.com.mx Impreso en México Esta obra se terminó de imprimir en septiembre del 2008 en los talleres de [FAVOR DE AGREGAR NOMBRE DEL IMPRESOR] con domicilio en [DIRECCIÓN DEL IMPRESOR]. 2012. 2011. 10. 8. 9. . 7. 2010. 2009. 2008. 6. 4. 2. 5. 3. 1. .

(4) presentaciones. Para los alumnos. E. n las páginas de este libro aprenderás a observar la naturaleza y el mundo que te rodea, desde lo más grande hasta lo más pequeño. Así lo hacen los científicos, que observan con atención al Universo que está a su alrededor y tratan de hallar explicaciones. El objetivo de esta obra es que conozcas cómo funciona la naturaleza, así como ayudarte a que te hagas preguntas acerca de los fenómenos que ves a tu alrededor. Te darás cuenta de que, como todos los científicos, al ir descubriendo el porqué de las cosas, nuevas interrogantes surgirán, porque la ciencia no es algo que ya esté terminado, sino que se mueve, se adapta, se corrige y avanza.. Tal vez hayas visto un arco iris en el cielo o la forma en que se mueve una canica al golpearla, y de forma intuitiva, sin que te des cuenta, te habrás preguntado: ¿por qué pasa eso? Puede ser un momento solamente, pero lo más probable es que te haya sucedido. ¿Por qué se mueve un auto? ¿Por qué te mueves tú? ¿Por qué el Sol sale todos los días y nos ilumina? ¿Qué es la luz? Algo de eso lo verás en este libro. Conforme vayas avanzando en tu curso de física y en la lectura de este libro, no solamente te darás una idea de cómo se comporta la naturaleza y algunas de sus leyes, sino además comprenderás mejor qué es la ciencia, cómo se relaciona con la sociedad y las formas en las que debe utilizarse para ayudar a la humanidad.. Para el docente. E. stimado docente: hemos escrito el presente libro para guiar a los estudiantes en la materia de Ciencias 2 y darle a usted las herramientas necesarias para que en la clase aprovechen al máximo el desarrollo de sus competencias, para que al final tengan un panorama más amplio de lo que es la ciencia y la tecnología y el impacto que tienen en la sociedad.. Este texto cuenta con secciones que, sin desviarlo del tema principal, le servirán para completar su clase y permitir que los estudiantes establezcan relaciones entre los conceptos fundamentales y su contexto histórico y social. Esperamos que esta obra, junto con sus actividades y apartados, le sea de gran ayuda en el curso, para que la experiencia educativa sea fluida, efectiva y amena.. .

(5) índice || contenidos • Guía de uso • estrategias. BLOQUE 1 El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza. Tema 1 • La percepción del movimiento............................................................................................................ 16 • ¿Cómo sabemos que algo se mueve?................................................................................................ 17 • ¿Cómo describimos el movimiento de los objetos?......................................................................... 23 • Un tipo particular de movimiento: el movimiento ondulatorio........................................................ 36. Tema 2. • El trabajo de Galileo: una aportación importante para la ciencia.................................................... 46 • ¿Cómo es el movimiento de los cuerpos que caen?......................................................................... 46 • ¿Cómo es el movimiento cuando la velocidad cambia? La aceleración......................................... 54. Tema 3. • Proyectos: Investigar e imaginar, diseñar y experimentar para explicar o innovar....................... 62 • Los terremotos..................................................................................................................................... 64 • Los deportes......................................................................................................................................... 67 • Aparatos que ayudan a nuestros sentidos......................................................................................... 68. BLOQUE 2 Las fuerzas. La explicación de los cambios. Tema 1 • El cambio como resultado de las interacciones entre objetos........................................................ 76 • ¿Cómo se pueden producir cambios? El cambio y las interacciones............................................. 77. Tema 2. • Una explicación del cambio: la idea de fuerza................................................................................... 86 • La idea de fuerza: el resultado de las interacciones......................................................................... 86 • ¿Cuáles son las reglas del movimiento? Tres ideas fundamentales sobre las fuerzas................. 97 • Del movimiento de los objetos en la Tierra al movimiento de los planetas. La aportación de Newton..................................................................................................................... 109. Tema 3. • La energía: una idea fructífera y alternativa a la fuerza.................................................................... 120 • La energía y la descripción de las transformaciones........................................................................ 120 • La energía y el movimiento.................................................................................................................. 127. Tema 4. • Las interacciones eléctrica y magnética............................................................................................ 135 • ¿Como por acto de magia? Los efectos de las cargas eléctricas.................................................... 135 • Los efectos de los imanes.................................................................................................................... 145. Tema 5. • Proyectos: Investigar e imaginar, diseñar y experimentar para explicar o innovar....................... 151 • Las mareas............................................................................................................................................ 151 • El magnetismo...................................................................................................................................... 152 • La construcción de puentes colgantes.............................................................................................. 153. BLOQUE 3 Las interacciones de la materia. Un modelo para describir lo que no percibimos. Tema 1 • La diversidad de objetos...................................................................................................................... 160 Características de la materia. ¿Qué percibimos de las cosas?......................................................... 161. .

(6) • ¿Para que sirven los modelos?............................................................................................................ 169. Tema 2. • Lo que percibimos de la materia......................................................................................................... 176 • ¿Un modelo para describir la materia?.............................................................................................. 176 • La construcción de un modelo para explicar la materia.................................................................. 182. Tema 3. • Cómo cambia el estado de la materia................................................................................................ 190 • Calor y temperatura, ¿son lo mismo?................................................................................................ 191 • El modelo de partículas y la presión................................................................................................... 201 • ¿Qué sucede en los sólidos, los líquidos y los gases cuando varía su temperatura y la presión ejercida sobre ellos?.................................. 208. Tema 4. • Proyectos: Investigar e imaginar, diseñar y experimentar para explicar o innovar....................... 215 • Las máquinas de vapor........................................................................................................................ 215 • El clima.................................................................................................................................................. 216 • Los submarinos.................................................................................................................................... 218. BLOQUE 4 Manifestaciones de la estructura interna de la materia. Tema 1 • Aproximación a fenómenos relacionados con la naturaleza de la materia.................................... 226 • Manifestaciones de la estructura interna de la materia................................................................... 227. Tema 2. • Del modelo de partícula al modelo atómico...................................................................................... 236 • Orígenes de la teoría atómica............................................................................................................. 236. Tema 3. • Los fenómenos electromagnéticos.................................................................................................... 243 • La corriente eléctrica en los fenómenos cotidianos......................................................................... 244 • ¿Cómo se genera el magnetismo?.....................................................................................................256 • ¡Y se hizo la luz! Las ondas electromagnéticas................................................................................. 263. Tema 4. • Proyectos: Investigar e imaginar, diseñar y experimentar para explicar o innovar....................... 275 • La electricidad en nuestra casa.......................................................................................................... 275 • El láser................................................................................................................................................... 277 • El teléfono celular................................................................................................................................. 277. BLOQUE 5 Conocimiento, sociedad y tecnología Proyectos • Proyecto 1: ¿Cómo se originó el Universo?....................................................................................... 282 • Proyecto 2: ¿Cómo descubrimos los misterios del Universo?....................................................... 286 • Proyecto 3: ¿Cuáles son las aportaciones de la ciencia al cuidado y la conservación de la salud?........................................................................................... 288 • Proyecto 4: Crisis de energéticos. ¿Cómo participo y qué puedo hacer?..................................... 290 • Proyecto 5: Breve historia de la física y la tecnología en México.................................................... 292 • Bibliografía...................................................................................................................................... 295. .

(7) guía de uso En cada bloque. Comienza tu estudio de Ciencias 2 recordando lo que ya sabes o analizando lo que necesitas saber con la sección “Examínate”, y cuando termines de estudiar tu bloque podrás aplicar tus conocimientos con los proyectos que se proponen al final y comprobar el camino adelantado con la “Autoevaluación”.. Examínate Esta sección la debes utilizar para realizar actividades que tendrán como fin la recuperación de conceptos e ideas que estudiarás en el bloque, o explorar los conocimientos que necesites para abordarlo. Proyectos Son un espacio para que trabajes en equipo, donde integrarás y aplicarás lo aprendido durante el bloque.. Autoevaluación Esta sección te proporcionará herramientas que te permitan conocer el avance logrado a lo largo de cada bloque.. . Infografías Las infografías proporcionan información complementaria de manera gráfica acerca de situaciones, aparatos o fenómenos donde intervienen algunos de los conceptos estudiados en el bloque..

(8) guía de uso En cada tema. Explora tus conocimientos. Se presenta un inicio donde tendrás la oportunidad de verificar lo que sabes de algunos tópicos con la sección de inicio “Explora tus conocimientos”, una etapa de desarrollo que estará integrada por los diferentes subtemas, y para concluir se presenta el cierre del tema con “Lo que aprendí”.. Inicio En esta sección encontrarás una serie de preguntas y actividades enfocadas en la recuperación de los conocimientos previos que estudiarás en el tema.. Desarrollo Constituido por los diferentes subtemas, que iniciarán con una lectura breve, una noticia o un artículo de revista. Una etapa de desarrollo integrada por un conjunto de actividades individuales, en equipo y grupales, así como diferentes secciones que complementarán tu estudio. Finalmente, una etapa de cierre del subtema para que evalúes lo que aprendiste.. Para entrar en materia El objetivo de esta sección es que te familiarices con lo que vas a estudiar en cada uno de los subtemas.. Secciones de apoyo Infociencia Lectura acerca de los avances tecnológicos de la actualidad en los que esté implicada la física.. Viajando por el tiempo Reseñas breves de descubrimientos o biografías de científicos importantes que contribuyeron a la formación de la física como ciencia.. .

(9) guía de uso. Individuales. En equipo. Actividades Esta sección es para que realices cuestionarios, ejercicios de reflexión, trabajos de investigación y experimentos que te ayudarán a cubrir los aprendizajes esperados.. Cierre Consta de una serie de actividades que te ayudarán a saber si alcanzaste los aprendizajes esperados de cada tema.. Al finalizar Esta sección te permitirá darte cuenta de tus logros y avances en los tópicos que estudiaste en el subtema.. . Experimentales. Lo que aprendí Esta sección de actividades aborda los conceptos estudiados en cada tema..

(10) estrategias. Para el aprendizaje y la documentación de información. E. n esta sección presentamos técnicas que pueden emplearse para la documentación y síntesis de la información estudiada en diversos temas. Estas técnicas consisten en diagramas y esquemas, algunos de los cuales son usados a lo largo del libro o se sugieren para organizar la información acumulada en los proyectos que se proponen al final de cada bloque.. Círculo de preguntas Es un esquema que consiste en una serie de preguntas que dan una respuesta específica alrededor de un tema central. Para su elaboración se recomienda seguir los siguientes pasos: a) Elegir el tema. b) Buscar información acerca del tema. c) Plantear preguntas con base en datos, ideas, teorías, personajes y otros aspectos específicos que sean sobresalientes. d) Elaborar el esquema con base en la información documentada. El esquema “círculo de preguntas” tiene la siguiente forma:. ¿Por qué?. ¿C óm o?. é? qu ara ¿P. Causas. Características. Consecuencias Tema central ¿Qué?. Lugar. s? ne uié ¿Q. Periodo. ¿D ón de ?. Personajes. ¿Cuándo?. .

(11) Elí pt ica. Diagrama tipo Sol Es un diagrama que puede emplearse para organizar las ideas o aspectos de un tema específico. Su nombre se debe a la forma que tiene. A lo largo del libro se emplea en algunas actividades de exploración de conocimientos. A continuación se da un ejemplo de cómo usar este tipo de diagrama. En el centro del círculo va el tema central, en este caso, los tipos de galaxias. En las líneas o rayos van ideas acerca del tema, en este caso, el nombre de cada tipo de galaxia.. ba rra da. res ula g e Irr. estrategias. Espirales. Elípticas. das rra Ba. Es pir al. ba rra da. Tipos de galaxias. Cirugía láser. Enfermedades que trata. Radiología. Ondas electromagnéticas utilizadas Enfermedades que trata. La radiación en medicina. ¿En qué consiste?. Enfermedades que trata. Ondas electromagnéticas utilizadas. Ondas electromagnéticas utilizadas. Medicina nuclear. Enfermedades que trata. ¿En qué consiste? Radioterapia. 10. Ondas electromagnéticas utilizadas. Mapa semántico Sirve para estructurar la información de acuerdo con su categoría. Tiene las siguientes características: a) Se elige el tema o idea central. Por ejemplo, “La radiación en la medicina”. b) Se identifican las categorías secundarias que se quieren estudiar. Para el ejemplo dado pueden ser: medicina nuclear, radiología, cirugía láser y radioterapia. c) Se dan las características principales de las categorías estudiadas, y se elabora el esquema. A continuación se muestra el mapa para el ejemplo dado.. ¿En qué consiste?. ¿En qué consiste?.

(12) estrategias Mapa cognitivo tipo medusa. Fuentes de energía. Renovable. No renovable Definición:. Ejemplos:. Ventajas:. Desventajas:. Definición:. Ejemplos:. Ventajas:. Desventajas:. Es un diagrama que parece la estructura de una pequeña medusa y que sirve para organizar los contenidos de los temas y subtemas. Cuenta con la siguientes características: a) Se elige un tema. b) Se seleccionan las divisiones, subtemas o ramas que se quieren analizar acerca del tema. c) Las características de cada subtema se colocan en los hilos de la medusa. A continuación se muestra un ejemplo de este tipo de diagrama.. Presión atmosférica. Mapa conceptual Es una manera de representar la relación entre diferentes conceptos e ideas, guardando un orden jerárquico. Para ello se recurre al uso de flechas y palabras de enlace. Para su elaboración se sugieren los siguientes pasos: a) Elegir el tema. b) Subrayar los conceptos o ideas principales. c) Determinar la jerarquía de conceptos e ideas. d) Establecer las relaciones entre ellos. e) Elaborar el mapa conceptual. A continuación se muestra un ejemplo. Recuerda hacer uso de palabras de enlace, flechas y conectores para establecer de manera clara la relación entre los conceptos e ideas.. presión que. Ejerce la atmósfera. sus unidades en SI son. es un factor del. Tiempo metereológico. Pascales (Pa). que provoca. se mide con. Anticiclones. Borrascas. Barómetros. pueden usarse para. que pueden ser. De mercurio. Anaeroides. Fuente del mapa conceptual: http: //perso.gratisweb.com/grupopascal/FLUIDOS%20Profe/Carpeta%20unidad/Patmosferica/ LIM/Presionatmosferica.html. Consultada el 15 de junio de 2008.. Medir alturas sobre el nivel del mar. 11.

(13) Bloque 1. El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza Introducción. > El primer contacto con los fenómenos naturales es través de los sentidos. La falta de cual-. quiera de ellos cambiaría notablemente nuestra percepción del Universo. No todos los seres vivos de nuestro planeta perciben del mismo modo su entorno: las serpientes ven colores que nosotros no podemos, y los perros pueden escuchar sonidos que nosotros no detectamos. Lo anterior puede llevarnos a plantearnos la siguiente pregunta: ¿está limitada nuestra concepción de la naturaleza a lo que nuestros sentidos nos permiten percibir? > El estudio de los fenómenos naturales comienza desde tus sentidos, y algo que ellos te permiten percibir es que las cosas cambian. La idea de cambio y su relación en la descripción del movimiento es lo que estudiarás en este primer bloque. También conocerás el aspecto histórico, es decir, cómo a lo largo de cientos de años pensadores de diferentes partes del mundo buscaron describirlo, al principio con base en sus sentidos, y después con ayuda de instrumentos, pues el desarrollo tecnológico es algo que siempre ha ido de la mano de la ciencia. Tu aventura en la búsqueda de la comprensión de los fenómenos naturales comienza aquí. Pero antes te presentamos los propósitos de este primer bloque.. Propósitos. > 1. Analiza y comprende los conceptos básicos del movimiento y sus relaciones. Describe e. interpreta algunas formas de representación simbólica y gráfica. > 2. Valora las repercusiones que tuvieron los trabajos de Galileo acerca de la caída libre en el. desarrollo de la física, especialmente en lo que respecta a la forma de analizar los fenómenos físicos. > 3. Aplica e integra habilidades, actitudes y valores durante el desarrollo de los proyectos, enfatizando el diseño y la realización de experimentos que le permitan relacionar los conceptos estudiados con fenómenos de su entorno. Asimismo, elabora explicaciones y predicciones. > 4. Reflexiona acerca de las implicaciones sociales de algunos desarrollos tecnológicos relacionados con la medición de la velocidad con la que ocurren algunos fenómenos.. 12.

(14) 1. La percepción del movimiento. 2. El trabajo de Galileo: una aportación importante para la ciencia. 3. Proyectos: Los terremotos Los deportes Aparatos que ayudan a nuestros sentidos. Temas ¿Cómo sabemos que algo se mueve?. Semana 1. ¿Cómo describimos el movimiento de los objetos?. Semana 2. Un tipo particular de movimiento: el movimiento ondulatorio.. Semana 3. ¿Cómo es el movimiento de los cuerpos que caen?. Semana 4. ¿Cómo es el movimiento cuando la velocidad cambia? La aceleración.. Semana 5. Comprender las etapas del proyecto de investigación, elegir el tema del proyecto, definir el objetivo y compilar la información.. Semana 6. Plantear la hipótesis y realizar el diseño del experimento.. Semana 7. Obtener resultados, organizarlos y exponerlos.. Semana 8. 13.

(15) antes de comenzar. Examínate. E. n este primer bloque te acercarás al estudio de las cosas en movimiento. ¿Qué significa exactamente que una cosa se mueva? ¿Cómo sabes que algo se mueve? El movimiento es fácil de percibir, pero describirlo es un poco complicado. Con estas actividades te percatarás de cuánto sabes acerca del tema antes de que comiences a estudiarlo.. I. En la figura siguiente se muestran varios objetos en movimiento. Escribe debajo de los dibujos las palabras que describan cómo se mueve cada objeto.. 1. ¿Cómo sabes que algo se mueve? 2. Si observas dos autos moviéndose en la misma dirección, ¿cómo sabes cuál va más rápido?. A nuestro alrededor hay una gran cantidad de cosas que presentan movimiento.. 14.

(16) 3. ¿Qué es la rapidez? 4. ¿Es lo mismo velocidad que rapidez? Explica tu respuesta. 5. ¿Sabes qué es una onda? 6. Cuando se dice que un objeto está acelerándose, ¿significa que va muy rápido? 7. ¿Cómo describirías el movimiento de un objeto que dejas caer desde una cierta altura?. III. Contesta de acuerdo con las imágenes. ¿Qué objeto caerá más rápido y por qué piensas que así será?. IV. Completa la siguiente información y coloca en las líneas los nombres de las partes que integran una gráfica: En una gráfica, a las líneas que se intersecan en un punto llamado se les llama . El horizontal se representa con la letra y el vertical con la letra .. 1 2. 3. 3. 0 1. 2. 15.

(17) Bloque 1 | Tema 1. Tema 1 La percepción del movimiento Explora tus conocimientos I. Responde las siguientes preguntas:. 1. Escribe cinco ejemplos, lo más distintos posible, en los que percibas que algo se mueve. 2. El modo como observas que un objeto se mueve, ¿depende del lugar desde el que estés observando? Piensa en un ejemplo que te ayude a contestar esta pregunta. 3. Explica con tus propias palabras qué entiendes por “movimiento rápido” y “movimiento lento”. 4. ¿Cómo se mide la rapidez de un auto? 5. ¿La luz y el sonido se mueven? Explica tu respuesta. 6. ¿Cómo se mueve la Tierra respecto del Sol? Realiza un dibujo para responder. 7. ¿Qué entiendes por velocidad? 8. ¿Qué significa que un movimiento sea ondulatorio?. Definición de movimiento. II. Escribe dentro del círculo del esquema una definición de movimiento y en las líneas exteriores coloca los tipos de movimientos que conozcas. Después, busca en el aula de medios, en páginas de Internet, en la biblioteca de aula y en la escolar, la definición de movimiento y los tipos que hay, y compáralos con los que escribiste en el esquema. Comenta tus respuestas con tus compañeros y con tu profesor o profesora.. L. a mecánica es la parte de la física que estudia el movimiento y se ha desarrollado desde hace muchos siglos. En este tema estudiarás qué es el movimiento; también te ocuparás de observar y distinguir los varios tipos de movimiento que tus sentidos te permiten apreciar. Cuando hayas comprendi-. Física. Ciencia que estudia las propiedades de la naturaleza considerando sólo los atributos que se pueden medir.. 16. do lo que estás observando, buscarás una forma de describirlo y registrarlo en papel, para poder continuar con tu estudio. En el último subtema estudiarás uno de los movimientos más importantes dentro de la física, el movimiento ondulatorio, que está relacionado con los fenómenos de la luz y el sonido..

(18) El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza. ¿Cómo sabemos que algo se mueve?. Para entrar en materia Los tenistas tienen mejor percepción visual. Recientemente, un equipo de científicos suizos hizo un estudio con 18 jugadores profesionales de tenis. Concluyeron que los jugadores de tenis perciben mejor algunos movimientos que el resto de las personas y pueden juzgar mejor la rapidez del movimiento que perciben. En el estudio compararon a los tenistas con otros triatletas que no jugaban tenis, y con personas que no eran atletas. En una prueba, los participantes observaban dos pantallas; en cada una se mostraban puntos moviéndose y los participantes debían decir en cuál pantalla los puntos eran más rápidos. Los tenistas fueron quienes salieron mejor en esta. prueba. Esto era de esperarse, pues los tenistas usualmente observan pelotas de tenis viajando hacia ellos a gran velocidad. Pero así se demostró que su percepción visual de la rapidez con que se mueve un objeto era mejor que la del resto de las personas, aun fuera de una cancha de tenis. En general, se concluyó que existen dos posibilidades: o jugar tenis mejora la percepción visual del movimiento, o los jugadores son buenos en el tenis porque ya tenían una percepción mejor del movimiento, o una combinación de ambas. Fuente: http://www.plosone.org/article/ fetchArticle.action?articleURI=info: doi/10.1371/journal.pone.0002380. Consultada el 15 de junio de 2008.. Figura 1. El movimiento es apreciado por los órganos de los sentidos. Una jugadora de tenis utiliza la vista.. 17.

(19) Bloque 1 | Tema 1. Actividad individual Responde las siguientes preguntas: 1. Los tenistas tienen mejor percepción visual del movimiento. ¿Qué otro tipo de personas te imaginas que pueden percibirlo mejor que el resto de nosotros? ¿Qué sentidos tienen mejor desarrollados? 2. ¿Qué entiendes por rapidez? 3. Cuando percibes un movimiento, ¿cuáles sentidos utilizas más? ¿Cuáles utilizas menos? 4. Completa la tabla siguiente y escribe qué órgano de los sentidos estás utilizando para percibir el movimiento que se ejemplifica en la imagen: Ejemplo. Órgano(s) de los sentidos que utilizas para percibir el movimiento. 5. Si se va la luz en tu casa, no tienes lámparas de mano y tu perro anda por ahí caminando, ¿qué sentidos utilizarías para saber por dónde va y no pisarlo? 6. ¿Se te ocurren ejemplos en los que puedas detectar el movimiento de las cosas utilizando el olfato y el gusto?. 18.

(20) El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza. Actividad grupal En el patio de la escuela, divídanse en dos equipos. El primero correrá una distancia entre dos puntos del patio. El segundo grupo los observará sin tomarles el tiempo y después responderá las siguientes preguntas: 1. ¿Qué hizo el ganador de la carrera para llegar primero a la meta? 2. ¿Cómo te das cuenta de quiénes son los más rápidos? 3. Ya que no puedes utilizar un reloj para medir el tiempo de los corredores, ¿qué otra manera se te ocurre para medir el tiempo durante la carrera? Después, los equipos intercambiarán papeles: quienes observaban correrán, mientras que quienes corrieron responderán las mismas preguntas.. Sabemos que las cosas se mueven, ¿pero qué significa esto? Al estudiar el movimiento de un cuerpo, en realidad estamos tratando de responder dos preguntas importantes: ¿Dónde está el objeto? ¿Cuándo está ahí? Existen leyes naturales que gobiernan el modo como los cuerpos cambian con el tiempo; uno de los trabajos del físico es encontrar esas leyes. Lo primero que hay que hacer es observar. Percibimos el movimiento de un objeto porque así nos lo indican nuestros sentidos: la vista, el oído, el tacto, el gusto y el olfato. Imagina que al estar parado en la banqueta, esperando el autobús, observas un automóvil pasar frente a ti. Sabes que el vehículo se mueve porque tus ojos han visto, primero, que en cierto momento estaba muy lejos de ti y, poco tiempo después, pasa jus-. to frente a ti. Si alguien te preguntara: “¿Has visto al automóvil estar en un solo lugar?”, responderías que no, pues lo has visto cambiar de posición. Ese cambio está relacionado con el tiempo en el que sucede. ¿Cuándo estaba el auto lejos? Hace algunos momentos. ¿En qué momento ha pasado el auto frente a ti? Ahora mismo. El cambio más simple que se observa en un cuerpo es el aparente cambio de su posición conforme pasa el tiempo. ¿Pero qué significa la palabra “aparente”? Tal vez podrías decir: “Ese carro que se está moviendo no tiene nada de aparente, veo que se mueve y lo que veo es real”. Sucede que todo el movimiento es relativo. Esto significa que cuando estudiamos el movimiento de algún cuerpo, decimos que se mueve respecto a otro cuerpo.. Figura 2. Nos damos cuenta de que un objeto se mueve porque cambia de posición respecto a un punto que está fijo.. 19.

(21) Bloque 1 | Tema 1 junto con el Sol y todos los planetas del Sistema Solar, se mueven alrededor del centro de nuestra galaxia a dos millones de kilómetros por hora. Una rapidez asombrosa. ¡Y nosotros no la sentimos! ¿Por qué? Nuestros sentidos nos engañan porque, como todos juntos nos movemos cuando la Tierra se mueve, nos parece que estamos sin movernos. Pero estamos en reposo solamente respecto al suelo que está debajo de nosotros, es decir, respecto a la Tierra. Aunque no lo percibamos, nosotros nos movemos junto con la Tierra y ésta, alrededor del Sol.. En una carrera de maratón podemos apreciar que los corredores se mueven porque así lo observamos con nuestros ojos, o porque escuchamos sus pisadas en la pista, o con nuestro sentido del tacto percibimos el movimiento del aire cuando pasan muy cerca de nosotros.. 20. Todo se mueve, pero siempre hay que saber con respecto a qué se mueve. Continuando con el ejemplo, si ahora te subes al autobús que esperabas, podrías imaginar que no eres tú quien se mueve hacia delante por la calle, sino que toda la calle con los edificios, las casas, los árboles, etcétera, se mueven hacia atrás. Es curioso pensar esto último. En realidad, mientras estás leyendo, todos nosotros nos movemos junto con la Tierra a una rapidez de aproximadamente 110 000 kilómetros por hora, en un viaje alrededor del Sol. Es una rapidez sorprendente si la comparamos con los apenas 80 kilómetros por hora del auto del ejemplo anterior. No sólo eso, sino que la Tierra,. Actividad individual Imagina que observas un avión en el cielo y a un perro caminando junto a ti. Contesta las siguientes preguntas: > ¿Sus movimientos son iguales? > ¿Tienen diferencias? > ¿Qué características de estos movimientos puedes percibir con tus sentidos?. Movimientos rápidos y lentos Imagina que estás parado en medio del patio de tu escuela y, para pasar el rato, observas cosas que se mueven. Tu punto de referencia es la Tierra. Entonces escoges dos objetos: el balón de futbol de tus amigos, que juegan un partido, y una nube que se encuentra en el cielo. Tus ojos y tus oídos perciben que el balón y la nube se mueven, pero no lo hacen del mismo modo. Si te lo preguntaran, dirías que el balón se mueve rápidamente cuando lo patean, mientras que la nube se va moviendo lentamente si no hay mucho viento. Tu vista y tu oído te dicen que existen movimientos diferentes, algunos más rápidos que otros. ¿Qué significa que algo sea rápido o lento? En una carrera de mara-.

(22) El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza tón, por ejemplo, gana quien corre más rápido, y eso se sabe porque es el que llega primero. Y ha llegado primero porque tardó menos tiempo en recorrer la distancia. Las cosas se mueven rápida o lentamente dependiendo del tiempo que ocupen en ello. Entre menos tiempo transcurra, más rápido es el movimiento. Pero a veces nuestros sentidos, que son limitados, nos impiden diferenciar exactamente qué objeto se mueve más rápido. Por eso, durante las carreras atléticas, de caballos o de autos, se utilizan fotografías, cronómetros y/o computadoras para decidir cuál fue el competidor más rápido cuando nuestros ojos no distinguen quién llegó primero. También es relativo decir que algo es rápido o lento. Un automóvil pue-. de ir más rápido que una bicicleta, pero si ponemos a competir al automóvil con un avión, el auto se moverá mucho más lentamente. Distancia y tiempo son factores que siempre van unidos cuando se quiere describir el movimiento. increíble pero cierto. Las ranas no pueden ver un objeto a menos que esté en movimiento. Si una mosca muerta se encuentra suspendida de un hilo enfrente de una rana hambrienta, la rana no sentirá su presencia. Las células detectoras en su retina funcionan de tal modo que sólo responden al movimiento. La rana podría morirse de hambre, sin darse cuenta de que su salvación se encuentra suspendida enfrente de sus ojos.. Actividad en equipo Forma equipo con uno de tus compañeros. Pídele que cierre los ojos, luego mueve tu cuaderno de un lado a otro enfrente de él. Pregúntale si se da cuenta del movimiento mientras tiene los ojos cerrados. Después será tu turno de cerrar los ojos y averiguar si puedes percibir el movimiento del cuaderno. Intenten maneras distintas de moverlo: rápido, lento, vertical. horizontal, abierto o cerrado. Escriban las sensaciones que sus sentidos percibieron del movimiento del cuaderno cuando tenían los ojos cerrados. Después comparen sus respuestas con las de sus compañeros y analícenlas con su profesor.. El movimiento del sonido y la luz Muchas veces has visto guitarras, e incluso puede ser que sepas cómo tocar una. Cuando pulsas la cuerda de la guitarra, observas que se mueve de un lado a otro. Se dice que la cuerda vibra. Pero no sólo eso, sino que también podemos escuchar sonido mientras la cuerda se mueve. El movimiento de la cuerda ha sido captado por nuestros ojos, pero también ha producido una reacción que ha viajado hasta nuestros oídos. Lo mismo sucede con muchos de los sonidos que percibes todos los días: cuando escuchas un sonido es por-. que probablemente algún objeto se ha movido en esa forma especial, llamada vibración, de la que hablaremos más adelante. La luz también se mueve. Hace muchos años, los antiguos griegos pensaban que podíamos ver porque nuestros ojos emitían rayos invisibles que después venían de regreso. Pero en el año 1000 de n.e., el sabio árabe Alhazen descubrió lo que en verdad sucede: la luz del Sol se mueve hasta que llega a un objeto, y de ese objeto la luz rebota hasta llegar a nuestros ojos.. Figura 3. Los rayos de luz que salen del Sol rebotan en un objeto y llegan a nuestros ojos.. 21.

(23) Bloque 1 | Tema 1 infociencia | | Las proteínas y el agua. Biofísica. Estudio de los fenómenos vitales mediante los principios y los métodos de la física.. Los organismos vivos contienen tanto proteínas como agua, y las complejas interacciones entre estas dos podrían ser la causa de muchos procesos biológicos. Hace poco, un equipo de biofísicos de la Universidad de Ohio, en Estados Unidos, descubrió que una proteína llamada mioglobina puede coordinar el movimiento de las moléculas de agua que la rodean y hacer que vayan mucho más lento de lo usual. El equipo de investigadores mostró también que dependiendo de la forma y la función de la proteína, el movimiento que provoque en las moléculas de agua cercanas será diferente. Esta relación entre el movimiento del agua y la forma de la proteína que lo causa ayudará a entender mejor enfermedades como el Alzheimer y el Parkinson. Las proteínas son empujadas constantemente de un lado a otro por el movimiento térmico de las moléculas de agua que las rodean; dicha manera de interactuar se llama hidratación. Los biofísicos piensan que esta hidratación juega un papel importante en la función. de las proteínas. Sin embargo, estas interacciones han sido muy difíciles de estudiar porque son muy rápidas, algunas veces duran menos que una millonésima parte de un segundo. A los investigadores se les ocurrió lanzar pulsos ultracortos de luz láser a las proteínas. Cuando una proteína recibe el pulso de la luz láser, absorbe parte de ésta y a su vez emite otra parte de luz que depende de cómo la proteína interactúa con las moléculas de agua cercanas. Descubrieron que se produce, primero, un movimiento colectivo, en el que las moléculas más cercanas a la proteína se mueven todas juntas y lentamente. El segundo es un movimiento individual, en el que las moléculas más lejanas a la proteína se mueven cada una por separado y más rápidamente. Aun así, estos dos movimientos son muy lentos comparados con el movimiento rápido del agua cuando no tiene proteínas cercanas. Referencia: Zhang, LY et al., "Mapping hydration dynamics around a protein surface", PNAS USA 104: 18461-18466 (2007).. Figura 4. Las moléculas de proteínas coordinan los movimientos del agua que las rodea.. 22.

(24) El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza. Al finalizar Responde las siguientes preguntas: 1. ¿Cuáles son los sentidos que utilizas más para percibir el movimiento de los objetos? ¿Qué movimientos podrías percibir únicamente con el olfato? 2. Escoge la opción que complete correctamente la siguiente frase: “Sabemos que un objeto se mueve porque… > a) … simplemente lo sabemos”. > b) … todos los objetos que están a su alrededor no se mueven”. > c) … cambia su posición respecto a un punto o un objeto que se toma como referencia”. > d) … todos los objetos que están a su alrededor están moviéndose”. 3. Imagina que observas a dos atletas corriendo y que llegan casi al mismo tiempo a la meta. > a) ¿Cómo sabes quién es más rápido? > b) Si los observas desde un edificio muy grande, de modo que se vean pequeños como hormigas, ¿sería suficiente tu vista para decidir quién llegó primero? ¿Qué podrías hacer para observarlos mejor? 4. Busca en libros, enciclopedias o Internet, información acerca de la luz y el sonido. Escribe un resumen en tu cuaderno de notas. Responde las siguientes preguntas: > a) Cuando escuchas un sonido, ¿significa que algo se mueve? Explica tu respuesta. > b) ¿Cómo llega la luz desde la fuente que la origina hasta nuestros ojos? ¿Se mueve? Explica tu respuesta.. A ti que te gusta…. …leer: el. movimiento está presente en todas partes; basta con que mires a tu alrededor para darte cuenta. Un buen libro de consulta con este tema es el de Francisco Noreña y Juan Tonda, El movimiento, sep / Santillana, 2002 (Biblioteca Escolar).. ¿Cómo describimos el movimiento de los objetos?. Para entrar en materia tas partes, cualidades o circunstancias. De acuerdo con esto, tu Has comenzado el estudio del descripción debe ser tan clamovimiento y te has dado cuen- ra, que las personas que no esta de que no todos los objetos se tuvieron contigo observando el mueven igual. Tus sentidos te objeto moverse entiendan cómo permiten percibir de qué mase movió, como si hubieran esnera se mueve un objeto: rápitado ahí. Figura 5. Cuando describes a da o lentamente, hacia arriba o Si te preguntan: “¿Cómo es alguien, puedes decir que “es hacia abajo, girando o de otras aquel vecino tuyo del que tanalto”, sin entrar en detalles, o maneras. ¿Cómo explicarías a to hablas?” , lo podrás describir puedes averiguar cuál es su alguien que nunca ha visto un de varias maneras. Tal vez dialtura, midiéndola con una avión el modo como se mueven gas: “Es amable, divertido y aleregla. los aviones en el cielo? gre”. O podrías decir: “Es moEsta explicación detallada reno, alto, y lo veo flaco”. Cualitativo. Denota las y clara de cómo es lo que es¿Qué tan moreno es? ¿Qué cualidades que no se puetás viendo se llama descripción. tan alto? Tal vez lo que tú den medir del objeto que describes, como su color, Describir, según el diccionario consideras flaco es normal su forma, su carácter, sus de la Real Academia Española, para otras personas. Ésgustos, etcétera. A estas también significa representar a tas son descripciones muy cualidades no se les puede alguien o algo utilizando las pa- generales, llamadas cualiasociar un número. labras para explicar sus distintativas porque presentan Descripciones cualitativas y cuantitativas. 23.

(25) Bloque 1 | Tema 1 las cualidades de la persona que describes. Si quisieras ser más detallado en tu descripción podrías decir: Cuantitativo.Denota las “Mide un metro con 70 cualidades del objeto que sí centímetros de altura pueden medirse utilizando números o cantidades, por y pesa 70 kilogramos”. ejemplo su peso, su altura o Ahora que has incluido su edad. números en tu descripción, las personas que la escuchen podrán saber qué tan alto y robusto es tu amigo. Este tipo de descripciones. se llaman cuantitativas, porque utilizan cantidades para describir lo que observas. En el estudio de la naturaleza se busca describir los fenómenos utilizando cantidades. En este subtema aprenderás a utilizar las cantidades adecuadas para describir el movimiento de los objetos y establecer qué tan rápido o qué tan lejos se ha movido el objeto que observas.. Actividad individual En la tabla siguiente marca con una “X” si lo que se menciona es un rasgo cualitativo o cuantitativo.. Cuantitativo. Cualitativo. Su estatura era de 1.80 metros. Era un árbol muy alto. El profesor hace una hora de la escuela a su casa. La superficie de la Luna es de 38 millones de km2. Una hormiga es muy liviana. El aceite es denso.. Cinemática. Rama de la física que se encarga de estudiar el movimiento de los cuerpos, sin considerar las causas que lo provocan.. 24. Cuando solamente observamos el movimiento de los cuerpos, sin preguntarnos qué lo causa, estudiamos su cinemática. Lanza una pelota hacia arriba. ¿Cómo describirías su movimiento? ¿Qué tan lejos alcanzó a llegar la pelota? ¿Cuánto tiempo duró en el aire? ¿Cómo responderías a estas preguntas? Se debe buscar una manera de describir el movimiento de un objeto para saber dónde se encuentra en cada instante y cómo se mueve. Como verás en este subtema, para describir correctamente el movimiento de un objeto. es suficiente saber cuatro cosas: • El marco de referencia respecto al que se estudia el movimiento. • La posición que tiene el objeto en cada momento. • El tiempo que tarda el objeto en realizar el movimiento. • La trayectoria que sigue cuando se mueve. Conociendo lo anterior (marco de referencia, posición, tiempo y trayectoria), se pueden obtener otros datos que ayuden a entender y describir aún mejor el movimiento de algún objeto..

(26) El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza ma marco de referencia. Casi siempre, cuando digamos que algo está en movimiento, estaremos diciendo que lo hace respecto a la superficie de la Tierra, que será nuestro marco El movimiento es relativo, y cuando de referencia. Otro dato que es imse dice que algo se mueve significa portante establecer es por dónde se que lo hace respecto a otro cuerpo mueve. El camino que sigue un cuerque se toma como referencia. Este po en el espacio al moverse se llama cuerpo especial respecto del cual trayectoria, y también depende del se describe el movimiento se lla- marco de referencia que se utilice.. Marco de referencia y trayectoria. Figura 6. La trayectoria depende del marco de referencia. Desde la Tierra vemos que la Luna y el Sol giran alrededor de nuestro planeta; sin embargo, si saliéramos en una nave espacial, veríamos que la Luna gira alrededor de la Tierra y ésta, a su vez, alrededor del Sol, siguiendo una trayectoria diferente.. Actividad individual El croquis de la derecha muestra varios lugares importantes de una ciudad y la trayectoria que siguió un turista para ir desde su hotel hasta el museo. Imagina que estás en el parque y describes la trayectoria del turista de esta manera: “Comienza en un hotel que está a tres cuadras al norte de donde me encuentro, luego camina, pasa junto a mí y sigue cinco cuadras al sur de donde estoy, y después camina dos cuadras hacia atrás”. ¿Cómo describirías el movimiento del turista si lo observaras desde el mercado? Compara tu respuesta con las de tus compañeros.. 25.

(27) Bloque 1 | Tema 1. Actividad individual Las siguientes figuras muestran varios objetos moviéndose de distintas maneras. De la lista de palabras escoge la que describa mejor la forma que tiene la trayectoria de cada objeto. Si no entiendes el significado de alguna de las palabras, puedes buscarlo en un diccionario, en una enciclopedia, o preguntarle a tu profesor o profesora. Lista de palabras: > Circular. > Parabólica. > Arco de > Elíptica. cincunferencia. > Recta.. Distancias La distancia no es lo mismo que la trayectoria. Mientras que la trayectoria de un objeto nos dice por dónde se fue, qué camino tomó al moverse, la distancia nos indica qué tan lejos ha ido, cuánto camino recorrió. La longitud de la trayectoria no siempre coincide con la distancia recorrida. Por ejemplo, la trayectoria que sigue la Tierra alrededor del Sol es una elipse; sin embargo, la Tierra ha estado orbitando alrededor del Sol durante miles de años y el camino que ha recorrido durante todo ese tiempo es mucho mayor a la longitud de su órbita.. 26. Cuando sales de tu casa, a dondequiera que vayas, esto implica que te muevas, que recorras determinadas distancias, pero en algún momento regresas a tu casa, es decir, al lugar de donde partiste. La longitud de la trayectoria que recorriste puede ser muy grande; sin embargo, al final de cuentas acabas en el mismo lugar. El desplazamiento es una cantidad que indica la distancia que hay entre dos puntos de la trayectoria y la dirección del movimiento. En el ejemplo anterior, el desplazamiento total es nulo, debido a que terminas en el lugar de partida. Cada vez que se llega al punto de partida, no hay desplazamiento. ¿Cómo se miden las distancias? Si.

(28) El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza quisieras medir qué tan larga es una mesa y no tuvieras a la mano nada más que un lápiz, probablemente se te ocurriría colocarlo sobre la mesa y contar cuántas veces cabe a lo largo de ésta. “La mesa mide 20 lápices de largo”, concluirás. Otro amigo tuyo tal vez quiera comprobar que la mesa en realidad mide 20 lápices de largo, así que tomará su propio lápiz (no el tuyo, porque es muy celoso con sus cosas) y afirmará que estás equivocado, pues “la mesa mide 22 lápices de largo y no 20”. ¿En realidad estás equivocado? ¡No! Ambos tienen razón, porque cada uno utilizó su propio lápiz, y el de tu amigo es un poco más corto que el tuyo. Si cada persona midiera las cosas con su propio lápiz, todos obtendríamos resultados distintos y no se podría decir acerca de ningún objeto. Por eso se creó el Sistema Internacional de Unidades (si), para que quienes lo utilicen midan con “el mismo lápiz”, y se ha llamado “metro” a la unidad de longitud común que será utilizada para calcular o medir distancias. Si se quiere medir cosas más pequeñas que un metro, éste se divide en 100 partes y a cada una se le llama centímetro. Para medir cosas grandes se usa el kilómetro, que es como se le llama a 1 000 metros. 1 milímetro (mm) = 1/1 000 metro 1 centímetro (cm) = 1/100 metro 1 kilómetro (km) = 1 000 metros. Tiempo El tiempo es una magnitud física definida por el Diccionario de la Real Academia Española como “la duración de las cosas sujetas al cambio”, algo que ya sabemos intuitivamente. En otras palabras, el tiempo es cuánto esperamos mientras las cosas suceden. Pero más importante que definir el tiempo es saber cómo medirlo. Una manera de medir el tiempo es valerse de algún evento que se repita periódicamente sin fallar, como el día. Podrías decir: “¿Cuánto tiempo ha pasado desde que fui a jugar futbol? Han pasado tres días, y lo sé porque el día se repite periódicamente y me sirve de referencia”. ¿Y si quisiéramos medir tiempos más cortos, como la duración del partido de futbol? Tendríamos que dividir el día, usando tal vez un reloj de arena. Contamos cuántas veces tenemos que dar vuelta al reloj de arena durante el día, y ese número de vueltas será el número de “horas” o divisiones que tenga el día. Se podría utilizar un péndulo en lugar del reloj de arena. El péndulo siempre tarda lo mismo en ir y venir, siempre que la longitud de su cuerda sea pequeña. Si se le añade un mecanismo que lo mueva y cuente el número de veces que el péndulo va y viene, tenemos un reloj como los de antes. El si define una unidad de tiempo para que todos los que lo utilicen. Antiguamente se utilizaban relojes con un péndulo y un mecanismo que medía el número de veces que éste oscilaba.. Podemos medir distancias utilizando varios instrumentos, como la regla o la cinta métrica.. 27.

(29) Bloque 1 | Tema 1 midan del mismo modo la duración de los eventos. Por eso, se decidió que un día se dividiera en 24 horas, y que cada hora se fragmentara en 60 divisiones llamadas minutos. Así también, cada minuto está dividido en 60 segundos, y el segundo es la unidad de tiempo en el si. El si es el sistema de medidas más ampliamente utilizado en el mundo, pues solamente tres naciones no lo han adoptado como su sistema oficial de medidas: Liberia, Birmania y. Cantidad Física. Tabla 1.1. Unidades de medición del Sistema Internacional.. Estados Unidos de América. El Reino Unido utiliza este sistema a la par del llamado Sistema Imperial. Dicho sistema se desarrolló a partir del anterior sistema métrico decimal, que a su vez fue desarrollado por el químico francés Antoine-Laurent Lavoisier. El si incluye otras unidades que sirven para medir otro tipo de cantidades físicas, con las que nos familiarizaremos más adelante. La Tabla 1.1 resume algunas de estas unidades:. Unidad. Símbolo. Longitud. metro. m. Tiempo. segundo. s. Masa. kilogramo. kg. Fuerza. newton. N. Energía. joule. J. Corriente eléctrica. ampere. A. Temperatura. kelvin. K. Conexiones || Matemáticas en física. En las ciencias físicas, describir un fenómeno significa asignarle cierto número de cantidades físicas. Cada cantidad física es un número que va acompañado de una unidad de medición. Por ejemplo: 20 m, 3 hr, 45 cm, etcétera. Obtenemos estas cantidades haciendo mediciones y experimentos, o realizando cálculos matemáticos. Para realizar estos cálculos hay ciertas reglas que debemos seguir: Suma y resta. Solamente pueden sumarse o restarse cantidades que tengan el mismo tipo de unidades. Ejemplo:. (3 cm) + (23.6 cm) + (79 cm) = 105.6 cm. Todas son unidades de distancia. (49.7 s) – (12.3 s) = 37.4 s. Todas son unidades de tiempo. (5 m) + (10 s) – 3 (kg) = ¿Es posible realizar esta operación?. tan rápido se ha movido. Sabemos que si dos cuerpos recorren una misma distancia, el que la recorre más Al ver pasar un automóvil, podremos rápido es el que tarda menos tiempo medir la distancia que recorrió y el en hacerlo. Matemáticamente, esta tiempo que tardó en hacerlo. Pero idea se identifica como una razón de eso no es suficiente para describir cambio, que es una cantidad dividisu movimiento. Hace falta saber qué da entre el tiempo, y nos indica qué. Rapidez. 28.

(30) El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza tan rápido sucede el fenómeno que observamos. La rapidez es la medida de qué tan aprisa se mueve un objeto, y se obtiene al dividir la distancia En muchas ocasiones has escucharecorrida entre el tiempo empleado do que se utilizan indistintamente en recorrerla. las palabras “rapidez” y “velocidad”, pero cuando se hace un estudio ciendistancia tífico del movimiento, estas dos paRapidez = tiempo labras no son iguales. La velocidad de un objeto es su rapidez en una Imagina que vas a salir de viaje dirección determinada. Hasta ahora y estás en una estación observan- no habíamos mencionado nada acerdo el tren que se acerca. Te darás ca de la dirección de los objetos que cuenta de que la rapidez del tren va se mueven, pero es muy importante. cambiando. Cuando lo abordas en la Si para llegar a la escuela tomas el estación está en reposo, así que su autobús equivocado, aunque se muerapidez es igual a cero, pero luego va con la misma rapidez que el autocomienza a moverse y aumenta su bús que tomas siempre, te llevará en rapidez. Conforme se acerca a la es- una dirección diferente. El concepto tación siguiente, su rapidez comien- de movimiento de un objeto incluye za a ser menor, y es cada vez más su rapidez y la dirección en la que lento hasta que se detiene. La rapi- se dirige. dez del objeto cambia a cada instanLa velocidad se expresa mediante te, pero se puede obtener el prome- frases como “53 km/h hacia el Oesdio de los valores que toma la rapi- te”. Para que la velocidad cambie dez en cada instante, a lo que se le tiene que cambiar la rapidez, la dillama rapidez promedio: rección del movimiento o ambas. Si un auto de carreras avanza con una Rapidez distancia total recorrida rapidez de 150 km/h, pero va reco= promedio tiempo total del viaje rriendo una pista con muchas curvas, su velocidad no será constante Cuando se dice que “en cierto porque la dirección del movimiento instante, la rapidez del tren era de cambia a cada instante. 56 km/h”, se habla de la rapidez instantánea que tiene el objeto en el momento preciso en que lo observamos. La rapidez instantánea de un objeto puede cambiar en cada momento dependiendo de cómo se mueva aquél, y en general, no es igual a la rapidez promedio. Por ejemplo, si observas a un maratonista correr durante una hora, al principio verás que está quieto, con rapidez instantánea igual a cero. En otro instante se moverá con cierta rapidez, y en algún otro momento se moverá más rápidamente. La rapidez instantánea del maratonista cambia constantemente, pero su rapidez promedio seguirá igual a la distancia total que haya recorrido entre el tiempo total de su viaje.. Velocidad. La rapidez instantánea del tren va cambiando a cada momento cuando se mueve de estación en estación.. 29.

(31) Bloque 1 | Tema 1 Conexiones || Matemáticas en física. Al dividir cantidades físicas se dividen solamente los números. Si las unidades de medición no son las mismas, se deja indicada su división. Ejemplo:. 421 km ÷ 2.5 h =. =. Actividad individual 1. Tu familia ha decidido ir de vacaciones a la casa de tu abuelito, que está a 250 kilómetros al norte de donde vives. El viaje en autobús les ha tomado 4 horas. > a) ¿Cuál fue la rapidez promedio del autobús que tomaron? > b) ¿Cuál fue la velocidad promedio? > c) Si el autobús tuviera la misma rapidez promedio que encontraste en el inciso a), pero se dirigiera hacia el este, ¿llegaría a la casa de tu abuelito? Explica tu respuesta. 2. Si corres a una velocidad de 4 m/s, quiere decir que recorrerás 4 metros en cada segundo. ¿Qué distancia recorrerás si mantienes esa velocidad durante 10 segundos? ¿Y en 2 minutos? 3. Si dos autos se cruzan y uno va hacia el sur mientras el otro va al norte, pero el velocímetro de ambos autos marca 75 km/h, ¿viajan con la misma velocidad? 4. En la siguiente figura se indican los tres mandos principales que tiene un auto. ¿Qué parte de la velocidad cambia cada uno?. Volante. Acelerador Freno. Conexiones || Matemáticas en física. Si queremos sumar 140 m más 34 km, podemos hacerlo porque ambas cantidades tienen unidades de distancia, pero hay que convertir la magnitud de una de las cantidades para que sea igual a la otra, y así obtener un resultado. Para eso recordemos la relación entre el kilómetro y el metro: 1 km = 1 000 m Esta relación puede expresarse de las siguientes maneras, que son todas equivalentes: 1 km 1 000 m = =1 1 000 m 1 km ¿Qué resultado dan estas divisiones? Las dos primeras divisiones se llaman factor de conversión y se utilizan de la siguiente manera:. 30.

(32) El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza. Si queremos saber a cuántos kilómetros equivalen 140 m, multiplicamos por el factor de conversión de esta manera: 140 m km 1 km = = 0.14 km 140 m = 140 m 1 00 m 1 00 m ¿Cómo expresarías la suma?. Gráficas y tablas para describir el movimiento Ahora ya tienes más herramientas para describir el movimiento de un objeto. ¿Qué será bueno para comenzar? Tal vez un balón de futbol que se mueve durante un juego. Pero se mueve en muchas direcciones y sigue todo tipo de trayectorias y curvas caprichosas; no parece la mejor opción para empezar. ¿Hay algo más simple? Olvida por ahora las tres dimensiones del espacio, para que puedas estudiar el movimiento en una sola dimensión. Un ejemplo muy sencillo es el de un tren que viaja por una vía recta, sin una sola curva. De esta manera, siempre va en la misma dirección.. Figura 7. El tren de la imagen tiene un movimiento rectilíneo.. Se quiere determinar la posición del tren en distintos momentos, así que se le observa durante 10 minutos mientras se mueve por la vía. En cada minuto se marca la distancia que ha recorrido desde su punto de partida, y se registra en una tabla como la 1.2.. Poner cabeza gráfica. Gráfica de posición-tiempo > Una introducción a la gráfica obtenida con los datos la Tabla 1.2 djfskdfjals asldkf sdlsdedflasdk. Tiempo (min). Distancia (m). 0. 0. 1. 250. 2. 900. 3. 1 700. 4. 2 850. 5. 3 100. 2000. 6. 3 410. 1000. 7. 4 800. 8. 5 300. 9. 6 900. 8000. Distancia (m). 7000 6000 5000 4000 3000. 0. 1. 2. 3 4 5 6 Tiempo (min). 7. 8. 9. Tabla 1.2.. 31.

(33) Bloque 1 | Tema 1 Ésa es una manera de describir el movimiento. Otra forma es dibujar una gráfica que nos muestre la relación que hay entre el tiempo y la posición, y que se llama, precisamente, gráfica de posición-tiempo. Puede construirse con los datos de la Tabla 1.2. Se colocan los datos del tiempo en el eje horizontal y los de la distancia en el eje vertical, y se obtiene la gráfica de la página anterior. La gráfica nos da información sobre el movimiento del tren. En el primer punto el tren está en reposo y no ha recorrido distancia alguna. Después va aumentando su rapidez, y la curva comienza a elevarse. Pero algo pasa desde el minuto 4 hasta el 6, y el tren disminuye su rapidez (tal vez se encontró con unas vacas y tuvo que ir más lentamente). En esa parte, la curva se vuelve más horizontal. Después el tren vuelve a aumentar su marcha con rapidez, como lo muestra la verticalidad de la gráfica en esa parte.. Actividad individual Con los datos de la Tabla 1.2 indica: > ¿Cuál es la rapidez promedio del tren en los primeros 2 segundos? > ¿En los primeros 3 segundos? > ¿En todo el viaje?. Todo será más sencillo si pedimos que el tren mantenga su rapidez constante. Al no cambiar ésta ni la dirección del movimiento, sabemos que la velocidad del tren tampoco cambia, sino que se mantiene constante. A este tipo de movimiento se llama movimiento rectilíneo uniforme, porque sigue una trayectoria recta sin cambiar de dirección, y su rapidez es uniforme, no cambia su valor. También podríamos llamarlo movimiento a velocidad constante. Si registramos nuestras observaciones del tren que viaja a velocidad constante durante 5 minutos, obtendremos la Tabla 1.3.. Poner cabeza gráfica. > Gráfica Una introducción a la gráfica de posición-tiempo de movimiento uniforme djfskdfjals asldkfrectilíneo sdls dflasdk 6.5. Tabla 1.3.. Distancia (m). 0. 0. 1. 1.3. 2. 2.6. 3. 3.9. 4. 5.2. 5. 6.5. 5.2 Distancia (m). Tiempo (min). 3.9 2.6 1.3. Y si dibujamos una gráfica con estos datos, obtendremos una línea recta, como se muestra en la gráfica superior. Esta recta nos dice que el tren recorre la misma distancia a cada minuto, es decir, que es un movimiento. 32. 0. 1. 2. 3 4 Tiempo (min). 5. uniforme. Las gráficas muestran la relación entre dos o más cantidades físicas. Con todos los elementos del movimiento que estudiaste, es posible construir un mapa conceptual como el que se muestra a continuación:.

(34) El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza. Cinemática estudia el. movimiento de un cuerpo para su descripción se requiere. marco de referencia. velocidad. trayectoria. Actividad individual Con los datos de la Tabla 1.3 responde: > ¿Cuál es la rapidez promedio del tren en los primeros dos segundos? > ¿Y en los primeros tres segundos? > ¿Y en todo el viaje? > ¿Cambian tus resultados respecto al ejercicio anterior? ¿Por qué? Explica tu respuesta. Al terminar, comparen de manera grupal los resultados de los ejercicios que realizaron con las gráficas de las Tablas 1.2 y 1.3, y formulen una conclusión.. Actividad experimental Medición de distancias y tiempos. Objetivo: Describir el movimiento de un objeto realizando mediciones de la distancia que recorre y el tiempo empleado. Reúnanse en equipos de tres personas para realizar la siguiente actividad.. Material: 1. Cinta métrica. rio de 2. Un tubo de vid o. un metro de larg a. 3. Aceite de cocin . ro et óm 4. Un cron o epóxico. tip de a in til 5. Plas 6. Un embudo. 7. Marcador.. 33.

(35) Bloque 1 | Tema 1 ia punto de referenc oria que sigue, el ct en ye ea tra pl la r em ce e no qu co po cuerpo hace falta e recorre y el tiem del Para describir un nto, la distancia qu locidad promedio ie ve im la ov y z m el de e pi id ra m la se es al ál cu cu r al be to respec puede sa ndo esos datos se hacerlo. Conocie 1.19 objeto. de vidrio. tremos del tubo ex s lo Procedimiento: de o , hasta llenarlo. un n epóxica tape uda del embudo a ay in n til co as a pl cin la co on 1.C te de mo viertan el acei 2. Por el otro extre con bo tu l de rto ie o ab 3.Tapen el extrem el e ica. Verifiquen qu la plastilina epóx s dos por ninguno de lo aceite no se salga extremos. dor ponétrica y el marca 4.Con la cinta m vidrio. cm en el tubo de gan señas cada 10 e qu os er en ser núm Las marcas pued srre co cia an r la dist ayuden a identifica o: 10 cm, 20 cm, empl pondiente. Por ej . ra te cé et , 30 cm rtical bo en posición ve 5.Coloquen el tu r del rio fe in rte en la pa y observarán que que a burbuja de aire tubo aparece un viertan in . Cada vez que sube lentamente rá a lve vo a bo la burbuj la posición del tu o. o mod moverse del mism ómetro el tiempo on cr el n co 6. Midan 10 uja en recorrer de que tarda la burb cm, 60 a 50 40 cm, de a 20 cm, de 30 a a Un . cm 0 10 de 90 a de 70 a 80 cm y el : te en ui sig la es manera de hacerlo l equipo sostende o br m ie m er prim ndo manejará el drá el tubo, el segu s tercero anotará lo cronómetro, y el s ce ve de r pa n un datos. Practique sus e mejor. Repitan rs iza on cr sin para un an ng te veces y ob mediciones tres . os id ed m valores promedio de los la tos obtenidos en da s lo n re st 7. Regi siguiente tabla: do (s). Recorrido. Distancia ) recorrida (cm. a. Tiempo emple. De 10 a 20 cm De 30 a 40 cm De 50 a 60 cm De 70 a 80 cm De 90 a 100 cm tos. obeta graduario, utiliza una pr áfica con estos da vid gr a de un bo n tu ice el al r ui Re 8. nseg úala en intervaque no puedas co comestible y grad te ei ac de lla te Nota: En caso de bo a os (mL) o usa un da de 500 mililitr los de 5 cm.. 34. 1.19.

(36) El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza a? ltados: iento de la burbuj análisis de resu estudia el movim se e qu al to ec Preguntas para resp co de referencia e? 1. ¿Cuál es el mar ue la burbuja? sig e qu ia antiene constant or ct ye intervalo? ¿Se m da ca 2. ¿Cómo es la tra en a bi m la burbuja ca rrer 3. ¿La rapidez de nte? la burbuja en reco mantiene consta se mpos que tarda ad tie os ¿L s? le 4. ¿La velocid ua ig de distancia son 5. ¿Los intervalos s? le ua ig n ne la burbuja? cada intervalo so iban sus conclusio ovimiento que tie m de o tip el a los equipos y escr m de lla o se st o re el óm n ¿C co 6. dos paren sus resulta Al terminar, com s: ea tes lin nes en las siguien Conclusiones:. Al finalizar I. Escoge la opción correcta:. > > > > > > > > > > >. 1. ¿Cuáles de estas magnitudes son suficientes para describir el movimiento? a) La posición y la velocidad. b) La posición, el tiempo, la trayectoria y el marco de referencia. c) El marco de referencia, la dirección, la velocidad y el tiempo. 2. Responde si el siguiente enunciado es cierto o falso: “La distancia que recorre un objeto es siempre igual a la longitud de su trayectoria”. a) Cierto. b) Falso. 3. Un camión se mueve con una rapidez de 82 km/h. ¿Cuál es su rapidez en m/s? a) 22.78 m/s. b) 36.47 m/s. c) 41.20 m/s.. II. Contesta las siguientes preguntas:. 1. Un ciclista recorre 13 km en 30 minutos. Otro ciclista recorre 7 000 m en 2 h. ¿Cuál es más rápido? 2. ¿Qué tan lejos viajará un carro en 15 minutos si viaja a 20 m/s? 3. Supón que un ratón se mueve en línea recta hacia delante o hacia atrás. Lo observamos, graficamos su movimiento y obtuvimos una gráfica como la que se muestra en la siguiente página. Consideremos que la dirección positiva del movimiento es hacia adelante. Entonces, en la gráfica, cuando la curva sube, significa que el ratón se mueve hacia adelante. Cuando la curva baja, significa que el ratón se regresó caminando hacia atrás. La distancia total recorrida es, entonces, la suma de lo que caminó hacia adelante, menos la suma de lo que caminó hacia atrás. Con base en estas indicaciones, contesta lo que se te pide: > a) ¿En qué intervalos es constante la velocidad? > b) ¿Cuál es la distancia que recorre el ratón de t = 3 s hasta t = 7 s?. 35.