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interacción de la materia en su campo
Tipo: Esquemas y mapas conceptuales
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¡No te pierdas las partes importantes!
Nombre del alumno: ___________________________________________________________ Semestre y grupo: _________ Elaborado por: Carolina Resendez Morales Elizabeth Zamora Hernández Rocio Arizbe Silveyra Morales Jesús Baca Ugarte
Las progresiones y sus subtemas que dirigirá tu aprendizaje durante este semestre son: PARCIAL I PROGRESIÓN 1 La energía puede ser transferida de un objeto en movimiento a otro objeto cuando colisionan. La energía está presente cuando hay objetos en movimiento, hay sonido, hay luz o hay calor. ● Colisiones ● ¿Cómo se relacionan las 3 leyes de Newton con los accidentes? ● Leyes de movimiento de Newton ● Concepto de fuerza ● Primera ley de Newton o principio de la inercia ● Segunda ley de Newton ● Tercera ley de Newton PROGRESIÓN 2 La energía tiene diferentes manifestaciones (por ejemplo, energía en campos electromagnéticos, energía térmica, energía de movimiento). ● Energía electromagnética ● Energía térmica y temperatura ● Luz y calor en nuestro cuerpo, casa y vecindario ● Luz y calor, manejo y control PROGRESIÓN 3 La energía se puede transferir de distintas formas y entre objetos o sistemas, así como al interior de ellos. ● El viaje de la energía ● Conducción y convección ● Radiación ● Demuestra cómo se mueve la energía PROGRESIÓN 4 Cuando la energía fluye es posible detectar la transferencia de energía a través de un objeto o sistema. ● ¿Cuánta energía se queda? ● Calorías y BTU ● Sistemas de medición de energía ● Conoce las herramientas para medir energía
La energía no se puede destruir, sin embargo, se puede convertir en otras formas de menor utilidad (por ejemplo, cuando hay pérdidas por calor). ● Primera ley de la termodinámica ● Optimización y eficiencia energética PROGRESIÓN 11 El funcionamiento de los sistemas depende de su disponibilidad de energía. ● Energía cinética y potencial ● Fuentes de energía renovables y no renovables PARCIAL III PROGRESIÓN 12 En los sistemas cerrados las cantidades totales de materia y energía se conservan. ● Sistema abierto ● Sistema aislado ● Sistema cerrado PROGRESIÓN 13 Los cambios de energía y materia en un sistema se pueden rastrear a través de sus flujos hacía, desde y dentro del mismo. ● Flujos de energía y materia PROGRESIÓN 14 Emplear el principio de conservación en el que la energía no se crea ni se destruye, significa que el cambio total de energía en cualquier sistema es siempre igual al total de energía transferida dentro o fuera del sistema. ● Ley de conservación de la energía ● Fuerzas conservativas ● Fuerzas no conservativas PROGRESIÓN 15 A través del concepto de conservación de la energía es posible describir y predecir el comportamiento de un sistema. ● Comportamientos y aplicación de sistemas
La ciencia como un esfuerzo humano para el bienestar, parte 2. Discusión de la aplicación de las ciencias naturales: sobre la generación de energía eléctrica. ● Generalidades de energía eléctrica
Actividad 1. En equipos de 4 personas Identificar y explicar diferentes situaciones de la vida cotidiana donde observan ejemplos de colisiones, posteriormente compartir con el resto del grupo.
EXPLICAR Las colisiones son eventos que suceden con frecuencia y en los que se transfiere energía. Básicamente, se distinguen dos tipos de choques: los elásticos y los inelásticos. En los primeros se conserva tanto la cantidad de movimiento lineal como la energía cinética del sistema. En los choques inelásticos, aunque se mantiene la cantidad de movimiento, se pierde parte de la energía cinética por diversos mecanismos entre los que se encuentran la energía térmica y la energía sonora que se libera cuando chocan los objetos. Las leyes de Newton se hacen presentes en el análisis de los diferentes tipos de choques,
puesto que se pueden aplicar en el cálculo de la fuerza que se ha aplicado en la colisión, la aceleración que sufren los objetos dependiendo de su masa y, considerando, además, que a cada acción corresponde una reacción de igual intensidad, pero sentido contrario. ¿Cómo se relacionan las 3 leyes de Newton con los accidentes? Las leyes de Newton tienen influencia en la seguridad vial. Tanto la velocidad, como las fuerzas, la masa, la inercia y el movimiento influyen en todos los desplazamientos que hacemos en nuestro día a día. Son tres las leyes físicas que intervienen en un accidente automovilístico. Leyes de movimiento de Newton Estas leyes fueron propuestas por Sir Isaac Newton (1642-1727), quien las publicó, por primera vez, en 1687 en su Philosophiae Naturalis Principa Mathematica (“Principios matemáticos de la filosofía natural”). Cabe señalar que estas leyes no son producto de deducciones matemáticas, sino que, en realidad, son una síntesis elaborada gracias a innumerables experimentos realizados con cuerpos en movimiento. Newton aprovechó las ideas y observaciones de muchos científicos antes que él, como Copérnico, Brahe, Kepler y especialmente Galileo Galilei, para poder expresarlas. Señalemos que estas tres leyes se califican como fundamentales en el sentido de que no han surgido por deducciones matemáticas a partir de otras leyes. Tal como revisaremos, la fuerza está presente en el movimiento, por lo que comenzaremos estudiando su concepto. Concepto de fuerza En nuestra vida cotidiana, podemos pensar que está presente una fuerza cuando se jala o se empuja algún objeto, asimismo, cuando nos referimos a una persona con músculos prominentes diciendo que tiene mucha “fuerza” o cuando intentamos describir el carácter decidido de un sujeto afirmando que tiene gran “fuerza” de carácter. Sin embargo, una mejor forma de conceptualizar formalmente lo que es una fuerza es considerarla como una interacción entre dos cuerpos o entre un cuerpo y su ambiente. Existen cuatro tipos de fuerza comunes: a) Fuerza normal : al descansar un objeto o cuando se le empuja sobre una superficie, ésta ejerce una fuerza sobre el objeto que es perpendicular a la superficie. El término perpendicular indica que la fuerza forma un ángulo de 90° con la superficie. b) Fuerza de fricción : es aquella que ejerce la superficie sobre un objeto que se mueve sobre ella. La fuerza de fricción es paralela a la superficie y su dirección es contraria al sentido del movimiento.
Si se utiliza el Newton (N) como unidad para expresar las fuerzas, esta ley se escribe en forma de ecuación de esta manera: Fuerza resultante = masa × aceleración F = ma Utilizando esta fórmula, es fácil recordar cuáles unidades son empleadas para definir al Newton: ● Fuerza (N) = masa (kg) × aceleración (m/s^2 ) Esta ley relaciona la fuerza con la aceleración que se le puede proporcionar a un objeto. La experimentación ha demostrado que la fuerza mantiene una proporción directa con la masa, de tal manera que mientras mayor sea la masa del objeto, mayor deberá ser la fuerza para otorgarle una aceleración. El tráiler necesita más fuerza para aumentar su aceleración que el automóvil porque su masa es mayor. La fuerza es directamente proporcional a la masa. Considerando otro ejemplo, si un futbolista imprime la misma fuerza a una pelota de tenis que a un balón de fútbol, podemos notar que la pelota de tenis adquiere mayor aceleración que el balón, puesto que su masa es menor. Aunque ya hemos mencionado en varias ocasiones el término “aceleración”, conviene entender mejor su sentido. La aceleración es un cambio en la velocidad con respecto al tiempo y esto se comprueba usando esta expresión:
Donde: a = aceleración, en m/s vf = velocidad final, en m/s v0 = velocidad inicial, en m/s t = tiempo, en segundos Asimismo, puesto que la velocidad es una magnitud vectorial, es decir, que tiene una magnitud, una dirección y un sentido, un cuerpo sufre una aceleración cuando cambia su velocidad en alguno de estos elementos. En otras palabras, cuando cambia la dirección en la que se mueve un objeto, o cuando se mueve más rápido o más lento, el objeto está sufriendo una aceleración que también es una magnitud vectorial. Tercera ley de Newton Conforme hemos analizado las dos anteriores leyes de Newton pudimos notar que las fuerzas no aparecen solas, sino en pares. Por ejemplo, en un objeto reposando sobre una mesa, el peso es una fuerza que tira hacia abajo y la fuerza normal tiene la misma magnitud que el peso, pero se dirige de manera perpendicular a la superficie. Cuando una persona se recarga sobre una pared, podemos suponer que la única fuerza presente es la que se ejerce sobre la pared, sin embargo, la pared también ejerce una fuerza de igual magnitud, pero de sentido contrario, sobre la persona. La tercera ley de Newton se conoce también como el principio de acción y reacción, y se enuncia de esta manera: Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria. Lo que quiere expresar es que las acciones mutuas de dos cuerpos son siempre iguales y dirigidas en sentido contrario. De ahí que se puede afirmar que las fuerzas nunca ocurren de forma individual, sino que lo hacen en pares iguales y opuestos. Podemos encontrar muchos ejemplos que hacen visible la aplicación de esta ley: cuando un pescador rema para mover su embarcación, también cuando un cohete espacial despega, cuando se dispara un arma. Esta ley se aplica en el diseño de estructuras en los edificios donde se busca que la suma de fuerzas contrarias sea igual a cero, para que sean estables en cualquier situación.
Analiza en el siguiente caso y determina la manera en que se están aplicando las leyes de Newton. Intenta dar una descripción breve y clara al mismo tiempo. En un partido de béisbol el pitcher lanza la bola con una velocidad aproximada de 144 km/h y el bateador la golpea con fuerza suficiente para cruzar todo el campo de juego hasta llegar a las gradas. Ha conectado un home run. La primera Ley de Newton se aplica porque:
La segunda Ley de Newton se está aplicando de esta manera:
La tercera Ley de Newton se muestra de esta forma:
2. La energía tiene diferentes manifestaciones (por ejemplo, energía en campos electromagnéticos, energía térmica, energía de movimiento). ENGANCHAR Lee el siguiente texto e imagina lo que está hablando. ¡Vamos a rockear! La guitarra eléctrica de esta banda llora en un concierto, mientras luces de colores bañan a la banda. Hace calor en el escenario debido a las luces, pero realmente se suman al espectáculo. Los fanáticos están emocionados y gritando de emoción. El emocionante concierto no sería posible sin varias formas diferentes de energía. **¿Saben cuáles son las diferentes formas de energía que hacen posible el concierto? ¿Pueden encontrar las seis formas diferentes de energía en un concierto?
EXPLORAR** Lee el siguiente caso y contesta las preguntas Caso de estudio (la taza con café caliente) En una habitación que tiene el clima controlado de manera artificial mediante un sistema de refrigeración ambiental, se ha logrado mantener una temperatura promedio de 23 °C. Debido a que el ambiente de la habitación parece agradable, decides prepararte una taza de café caliente. Pones agua a hervir en una cafetera y, una vez que hierve (temperatura de 100 °C), azúcar y media cucharada de café. Te sientas en un sillón de la sala, colocamos la taza de café sobre la mesa de centro. Al cabo de un par de minutos, te das cuenta de que el café ya no tiene la misma temperatura que sentías con las manos al momento de haberlo preparado, poco a poco disminuyó y ya no lo percibes tan caliente como
¿Qué sabemos de la energía y su movimiento? Desde el momento en que despiertas por la mañana, acostado en tu cama, hasta el instante en que regresas a tu cuarto, a dormir por la noche, has tenido la oportunidad de ejecutar un sinfín de actividades e interactuar con objetos y sistemas a los que les proporcionan energía o de quienes reciben acciones. Somos, por naturaleza, entes en contacto con el universo físico que nos rodea, al cual le debemos la oportunidad de ser lo que somos en cuerpo físico e, incluso, en ideas, pensamientos, emociones o la manera en la que nuestros sentidos nos dan información. Cada idea que viene a nuestra mente, cada actividad que desarrollamos, así como cada acción que ejecutamos, de manera consciente o automática, es parte de un acuerdo constante entre nuestro cuerpo y todo objeto o sustancia física que se encuentra alrededor. No podemos caminar si el suelo que pisamos no nos lo permite, no podríamos levantarnos de la cama si el conjunto de fuerzas que interactúan en ese insignificante movimiento, no está alineado para lograr dicha tarea, y nuestros ojos no podrían captar la presencia de todo objeto alrededor si la luz y su reflejo no se dirigieran hacia la pupila. Somos resultado de un constante sistema que necesita energía para ser e interactuar con cada molécula que nos presta, cede o relaciona tal energía. LA ENERGÍA CINÉTICA Y SUS CARACTERÍSTICAS Energía cinética La energía cinética es un concepto importante en Física pues nos permite comprender y cuantificar la energía asociada al movimiento de los objetos. Es una idea que encuentras en muchos aspectos de la vida cotidiana, desde un vehículo en movimiento hasta un niño corriendo en el parque. Esta forma de energía desempeña un papel crucial en la forma en que interactuamos con el mundo que nos rodea. Este tema es de suma importancia no solo para los físicos y científicos, sino también para la sociedad en general, ya que la energía es la base de nuestra existencia y de la tecnología que utilizamos en nuestra vida. Cuando un cuerpo está en movimiento, experimenta transformaciones de energía. La energía cinética es aquella que un objeto tiene debido a su movimiento, y esta depende de su masa (m) y de su rapidez (v). Para calcularla se utiliza la fórmula: Ec = ½ mv² Donde: Ec: es la energía cinética m : es la masa del objeto v : es la velocidad Esta fórmula quiere decir que un cuerpo que se mueve con una rapidez en una trayectoria
tiene cierta energía cinética, pero un cuerpo que tiene el doble de masa y que se mueve con la misma rapidez tiene el doble de energía cinética. Veamos algunos ejemplos de la aplicación de la energía cinética. · Automóvil en movimiento : Un automóvil en movimiento tiene una cantidad significativa de energía cinética debido a su velocidad y a su masa. Cuando el conductor aplica los frenos, esta energía cinética debe disiparse gradualmente para detener el automóvil de manera segura. · Pelota en lanzamiento: Cuando lanzas una pelota le impartes energía cinética al darle velocidad. A medida que la pelota se desplaza por el aire, su energía cinética permite que se mueva y, finalmente, golpee su objetivo. · Ciclismo: Cuando andas en bicicleta, la energía que aplicamos a los pedales se convierte en energía cinética que impulsa la bicicleta hacia adelante. Cuanto más rápido pedaleas, más energía cinética generada. ELABORAR Relaciona correctamente los conceptos con las definiciones, colocando en el recuadro el número que corresponda.
energético, permite los cambios y movimientos que experimentamos en nuestras tecnologías domésticas. No solo dependemos de la energía externa en nuestra casa para que los dispositivos se muevan, pues también algunos de ellos tienen la habilidad de generar energía. Por ejemplo, los paneles solares en el techo pueden convertir la energía del sol en electricidad, la cual se utiliza para alimentar una parte de los electrodomésticos. Del mismo modo, algunos relojes modernos funcionan con el movimiento del brazo de quien lo trae puesto en la muñeca; convierten la energía cinética (movimiento) en eléctrica, la cual mantiene al reloj activo para que pueda mostrar la hora o cualquier otra actividad programada. Algunos aparatos eléctricos generan energía que no es posible aprovechar, como las licuadoras. Al preparar un licuado, por ejemplo, su motor interno produce un campo magnético, como una especie de imán temporal que no se usa. Así, en el interior de las casas, se produce un intrigante baile de energía y movimiento, casi una perfecta armonía, donde los dispositivos absorben o generan energías para ayudar a hacer la vida más cómoda y eficiente. La relación entre la energía que produce o que genera el sonido, la luz y el calor es un increíble espectáculo que muestra cómo ella se presenta de diferentes maneras en el entorno. Imagina un instrumento musical que emite sonidos cuando las partes que lo componen vibran. Estos sonidos son, en realidad, ondas de energía que viajan por el aire y llegan a nuestros oídos. Del mismo modo, cuando el sol brilla o encendemos una lámpara, se generan rayos de luz que contienen energía y que, al chocar con los objetos, una gran parte de esta rebota hacia los ojos permitiendo verlos y percibir los colores que contienen en sus distintas tonalidades, según el material y la capacidad energética del mismo. Aquí está lo interesante: el calor también es una forma de energía en movimiento. Al sentir el calor de una taza de café, en realidad se experimenta cómo las diminutas partículas dentro de ella se mueven rápidamente y transfieren su energía al ambiente. Si estás frente a una chimenea o frente a la estufa y logras percibir el calor de la flama, aun cuando no la estás tocando, es porque el aire entre tu cuerpo y la flama está formado por muchas partículas que están en constante movimiento y que llevan la energía de la chimenea o la estufa hasta ti. Lo mismo pasa con los focos y su alrededor, pues se intercambia calor. Incluso esta dinámica se da con las cuerdas de los instrumentos, las cuales generan el sonido que llega a tus oídos cuando estás en un concierto. Esta relación entre energía, sonido, luz y calor nos muestra cómo todo en el mundo está conectado en un baile constante de transformación y movimiento; cómo cada objeto, vivo o inanimado, nunca deja de estar en constante relación con todo a su alrededor, que cada partícula se mantiene compartiendo siempre una parte de sí con todas las partículas que la rodean.
Actividad Analiza cada una de las siguientes situaciones según lo trabajado en el tema de la relación entre energía, sonido, luz y calor. Relaciona los cuestionamientos con tu contexto. Piensa en cómo puedes acceder a la energía en cada uno de los objetos que te rodean. Responde con verdadero (V) o falso (F). 1.- La energía que podemos detectar en nuestro hogar sólo puede percibirse en las máquinas que usamos _____ 2.- La luz que emiten algunos aparatos en casa puede convertirse en energía calorífica. para hacer actividades cotidianas. _____ 3.- En casa solo hay dispositivos que usan energía, pero no hay aparatos con la capacidad de generarla. ______ 4.- Las pequeñas partículas que generan energía luminosa se conocen como fotones.
5.- Los colores que percibimos al ver un televisor o una fotografía son una representación de la energía que se transmite a través del viaje de la luz en constante movimiento. ____ 6.- El movimiento y cambio de energía en el hogar no pueden percibirse de manera física.
7.- El sonido es una representación de energía en movimiento, la cual se puede detectar sólo con dispositivos especializados para ese tipo de sistemas. ____ 8.- Las estufas con base en gas son un ejemplo de cómo la energía de calor puede convertirse en eléctrica. ___ 9.- En un concierto, cuando un baterista toca los tambores con las baquetas, se produce sonido y calor. ____
