primera edición ebook 2014

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Héctor Pérez Montiel
primera edición ebook 2014
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Dirección editorial: Javier Enrique Callejas
Coordinación editorial: Alma Sámano Castillo
Revisión técnica: Alex Polo Velázquez
Diseño de interiores y portada: Juan Bernardo Rosado Solís
Supervisor de preprensa: Miguel Ángel Morales Verdugo
Diagramación: Juan Castro Salgado
Fotografías: Thinkstock
Ilustraciones: Perla Alejandra López Romo, Gustavo Vargas Martínez y
Jorge Antonio Martínez Jiménez
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
Fax pedidos:
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Impreso en México / Printed in Mexico
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Primera edición ebook: 2014
Contenido
Introducción a la asignatura y a tu libro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IX
Competencias genéricas del Bachillerato General. . . . . . . . . . . . . XV
Competencias disciplinares básicas del campo de
Física 2 . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XV
Las secciones de tu libro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XVI
BLOQUE
1
Explicas el comportamiento
de los fluidos
1.1 Hidráulica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
Diferencias entre los fluidos y los sólidos a
partir de sus propiedades físicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
Estados de la materia a partir de su estructura molecular . . . . .
7
1.2 Hidrostática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
Viscosidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
Tensión superficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
Cohesión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
Adherencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
Capilaridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
Incompresibilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
Densidad y peso específico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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
Flujo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47
Ecuación de continuidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47
Teorema de Bernoulli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
50
Aplicaciones del teorema de Bernoulli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51
Movimiento de los objetos sólidos en los fluidos . . . . . . . . . . . . .
54
V
Contenido
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
BLOQUE
2
Dilatación irregular del agua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Identificas diferencias
entre calor y temperatura
2.3 El calor específico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
Capacidad calorífica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
Calor específico o capacidad calorífica específica. . . . . . . . . . 99
El 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
BLOQUE
3
VI
3.1 Electricidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
Comprendes las leyes
de la electricidad
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
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
BLOQUE
3
Resistencia eléctrica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
Comprendes las leyes
de la electricidad
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
4.1 Magnetismo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
BLOQUE
4
Relacionas la electricidad
con el magnetismo
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
VII
Contenido
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
BLOQUE
4
Campo magnético producido por una espira . . . . . . . . . . . . . . 219
Relacionas la electricidad
con el magnetismo
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
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
VIII
Introducción
a la asignatura y a tu libro
Héctor
Pérez Montiel
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 programa 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, principios, 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 experimentación.
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:
IX
Introducción a la asignatura y a tu libro
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 interesantes para los estudiantes.
4. Ayuda y orienta a los alumnos y alumnas, para que superen sus deficiencias en diversas áreas del conocimiento, 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 analicen 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, periódicos, 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 realizar 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 formuladas 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, investigaciones 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 habilidades 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.
X
Este libro consta de los siguientes bloques de estudio:
Bloque 1
Explicas 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 2
Identificas 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 dilatación de los cuerpos. Analiza y comprende la transformación del trabajo en energía y de la energía en trabajo.
Bloque 3
Comprendes 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 4
Relacionas la electricidad con el magnetismo. Desempeños del estudiante al concluir el bloque: Define conceptos 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 perfil 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 problemas 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.
Héctor Pérez Montiel
XI
Las secciones de tu libro
Aquí 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 desarrollar
Representan las competencias específicas que debes desarrollar en cada bloque y sirven de marco rector a los
saberes por trabajar.
Objetos de aprendizaje
Indica 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 didáctica
Cada 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 aprendizajes
Es 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.
XII
Recomendaciones para hacer tu portafolio de evidencias
Guarda 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 secciones
Resolución de problemas
Los problemas resueltos a manera de ejemplos se desarrollan paso a paso para que comprendas cómo se resuelven.
Ejercicios propuestos
Son 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 reflexión
Son lecturas que te posibilitan analizar la importancia de la Física y lo mucho que aún hay por descubrir e inventar.
Aplicación de tus saberes
Son actividades propuestas para que con la supervisión de tu profesor(a), valores las aplicaciones de la física en
tu entorno.
Esquemas didácticos
Te serán de utilidad para visualizar de manera sencilla los conceptos involucrados y las relaciones jerárquicas entre
dichos conceptos.
Actividad de aprendizaje
Te 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 evaluación
Por 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 satisfactoriamente 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 experimental
Son actividades experimentales propuestas que te servirán para fortalecer tus aprendizajes adquiridos. Realízalas
cuando tu profesor(a) te lo indique.
Retroalimentación de la actividad experimental
Te servirá para constatar si tus respuestas al cuestionario fueron correctas y realizaste bien tus observaciones experimentales.
XIII
Respuestas de los ejercicios propuestos
Con 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.
Glosario
Éste 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.
Bibliografía
Son sugerencias de libros que puedes consultar para complementar tu información. Se localiza en las páginas
finales.
Vínculos en Internet
Se sugieren algunas páginas de Internet, las cuales te servirán para obtener información que enriquezca el contenido del libro e incremente tu interés por la investigación y el estudio. Se localizan también en las páginas finales
del libro.
Anexos
En 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 información en todos los temas del plan de estudios de la Dirección General del Bachillerato.
XIV
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 estudiantes comprender su entorno (local, regional, nacional o internacional) e influir en él, contar con herramientas básicas para continuar 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 Experimentales
Competencias disciplinares básicas
1.Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales
específicos.
2.Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo
consideraciones éticas.
3.Identifica problemas, fórmula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas.
4.Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes
relevantes y realizando experimentos pertinentes.
5.Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus
conclusiones.
6.Valora los preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas.
7.Explicita las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos.
Bloques de Física 2
1
2
3
4
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
8. Explica el funcionamiento de máquinas de uso común a partir de nociones científicas.
9.Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos.
10.Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o
mediante instrumentos o modelos científicos.
11.Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e
impacto ambiental.
12.Decide sobre el cuidado de su salud a partir del conocimiento de su cuerpo, sus procesos vitales y el entorno al que
pertenece.
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
X
XV
Las
Secciones deTu libro
Conoce tu libro
Inicio de bloque
Comprendes las leyes de la electricidad
Responde en tu cuaderno las siguientes preguntas:
Objetos de aprendizaje
por alguna causa
se cuaderno las siguientes preguntas:
Responde
en tu
1. Describe qué sucede con tu vida cotidiana cuando
interrumpe por un tiempo prolongado el suministro de energía eléctrica.
33
En los objetos de aprendizaje encontrarás
los contenidos estructurados, integrados y
B LO Q U E
contextualizados con una secuencia lógica
y disciplinar, y que son de gran relevancia
y
Objetos de
aprendizaje
pertinencia al nivel educativo en el
que te
encuentras.
3.1 Electricidad.
3.2 Electrostática.
3.3 Electrodinámica.
a cómo
produceyladesventajas le ves al uso de la energía eléctrica en tu vida
quéseventajas
3. Explica la idea o conocimientos que tengas referentes
2. Explica
energía eléctrica.
cotidiana.
en tu
vida cotidia- que tengas referentes a cómo se produce la
Explica la oidea
o conocimientos
4. ¿Has elaborado un circuito eléctrico en la escuela
3. secundaria
na? Si tu respuesta es afirmativa, explica cómo lo hiciste.
energía eléctrica.
4. ¿Has elaborado un circuito eléctrico en la escuela secundaria o en tu vida cotidiaCoevaluación e intercambio de ideas y aprendizajes
na? Si tu respuesta es afirmativa, explica cómo lo hiciste.
Una vez que has respondido las preguntas anteriores, espera la indicación de tu profesor o
profesora para intercambiar tus respuestas con las de
otro compañeroeo intercambio
compañera. Leande ideas y aprendizajes
Coevaluación
sus respectivas respuestas y después intercambien ideas y conocimientos para que nueUna vez que has respondido las preguntas anteriores, espera la indicación de tu profesor o
vamente respondan las preguntas anteriores, pero ahora de manera conjunta. Después
profesora para intercambiar tus respuestas con las de otro compañero o compañera. Lean
de que las han escrito en su cuaderno, participen con las demás parejas comentando y
sus respectivas respuestas y después intercambien ideas y conocimientos para que nueargumentando sus respuestas, en un ambiente propositivo y de respeto a las ideas y los
vamente respondan las preguntas anteriores, pero ahora de manera conjunta. Después
conocimientos de todos.
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
Ahora, realice lo siguiente:
conocimientos de todos.
1. Elabore cada quien una tabla en la que lleven el registro de sus conocimientos actuales
Ahora, realice lo siguiente:
y futuros.
B LO Q U E
Objetos de
aprendizaje
3.1 Electricidad.
Lo que estamos seguros
que sabemos
3.2 Electrostática.
3.3 Electrodinámica.

Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente
en contextos históricos y sociales específicos.
1. Elabore cada
unaaltabla
en la que lleven el registro de sus conocimientos actuales
Lo que no estamos seguros
Para quien
contestar
final del
de saber o no sabemos yy futuros. estudio de este bloque
queremos saber
(lo que aprendimos)
Para contestar al final del
de saber o no sabemos y
estudio de este bloque
que sabemos
queremos saber
(lo que aprendimos)
Desempeños por alcanzar
Se trata de una conjunción de competencias
disciplinares a lograr en cada bloque, que te
permiten demostrar la capacidad que tienes
por desarrollar
para aplicar tus conocimientos enCompetencias
situaciones
de la vida personal o social, ya que al mismo
tiempo pondrás en práctica tus destrezas,
habilidades y actitudes.

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.
energíaqué
eléctrica
tu vida
sucedeencon
tu vida cotidiana cuando por alguna causa se
2. Explica qué ventajas y desventajas le ves al uso1.de laDescribe
cotidiana.
interrumpe por un tiempo prolongado el suministro de energía eléctrica.

Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con
hipótesis previas y comunica sus conclusiones en equipos diversos, respetando la

Estos desempeños son los
que se espera que logres
al finalizar cada bloque, te
posibilitan poner en práctica
tus conocimientos, habilidades
y actitudes al realizar cada una
de las actividades propuestas
en este libro.
Define conceptos básicos relacionados con la electricidad.
Diseña modelos o prototipos para resolver problemas locales, satisfacer
necesidades o demostrar principios científicos.
Identifica y analiza las formas de electrizar cuerpos.
diversidad de valores, ideas y prácticas sociales.
Relaciona
la naturaleza
y los
modelos
o prototipos para Describe,
resolver problemas
Define
conceptos
básicos
Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia
la tecnología
en su vida entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente
yEstablece
la interrelación
Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento
con las expresiones simbólicas de un fenómenode Diseña
con baselocales,
en sussatisfacer
características, el fenómeno
de cargas
eléctricas
enrelacionados con la electricidad.
observables
a simple vista o mediante instrumentos
o modelosocientíficos.
necesidades
demostrar principios científicos.
cotidiana, asumiendo consideraciones éticas.
Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos
hipótesisfenómenos
previas y comunica sus conclusiones en equipos diversos,rasgos
respetando
la
reposo y movimiento.
Identifica y analiza las formas de electrizar cuerpos.
naturales a partir de evidencias científicas.
Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento
medio físico
y valora simbólicas
del
Relaciona
las expresiones
de un yfenómeno
de laelnaturaleza
los de: Coulomb,
Identifica problemas, formula preguntas de carácter
científico
y planteaopiniones
las
Fundamenta
sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida
Analiza
comprende
uso de lasy leyes
Ohm, Watt,
Joule,en sus características, el fenómeno de cargas eléctricas en
Describe,
con base
las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental dentro
de su
región y/oa simple vista oAmpere
rasgos
observables
mediante
instrumentos
modelosycientíficos.
hipótesis necesarias para responderlas.
Hace explícitas las nociones científicas que sustentanlos procesos
la
Valora laspara
preconcepciones
personales o comunes sobre diversos fenómenos
y Faraday
en elomanejo
diseño de circuitosreposo
eléctricos.
y movimiento.
comunidad.
solución de problemas cotidianos.
Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora
Obtiene, registra y sistematiza la información para responder
preguntas
de formula preguntas de carácter científico y plantea las
Identifica
problemas,
Analiza y comprende el uso de las leyes de: Coulomb, Ohm, Watt, Joule,
las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental dentro de su región y/o
caracter científico, consultando fuentes relevantes y realizando
experimentos
de nociones
hipótesis
necesarias para responderlas. Explica el funcionamiento de máquinas de uso comúna partir
Hace explícitas
las nociones científicas que sustentan los procesos para la
Ampere y Faraday en el manejo y diseño de circuitos eléctricos.
comunidad.
pertinentes.
científicas.
Obtiene, registra y sistematiza la información para responder preguntas de
caracter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos
Explica el funcionamiento de máquinas de uso común a partir de nociones
pertinentes.
científicas.
1
BLOQUE
¿Cómo lo resolverías?
Secuencia didáctica
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.
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.
44
La experiencia que logres a través de los talleres, actividades
experimentales y de laboratorio te ofrece la posibilidad de desarrollar tus competencias y habilidades en la solución de problemas en
situaciones cotidianas, además de estimular y fomentar tu aprendizaje cooperativo durante el trabajo en equipo.
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,
Rúbrica ¿Cómo sabes que lo hiciste bien?
y previo acuerdo entre ustedes, participen de manera organizada, colaborativa y respetuosa, en la explicación Criterios
y demostraque deben considerar para resolver la situación didáctica
1. Participé de manera entusiasta, responsable y propositiva en
ción de la utilidad de su dispositivo.
el diseño y la construcción del dispositivo y aporté lo siguieny que serán de utilidad para que cada quien y su profesor o profesote (descríbelo):
evalúen y valoren su desempeño.
6. Comenten con los demás equipos los resultadosraobtenidos,
sus aprendizajes, los problemas que surgieron durante
el dise2. Contribuí en la elaboración del guión y aporté lo siguiente
1. Lean
con atención en su libro de texto y en las fuentes de inño y elaboración, y de qué manera los resolvieron. Recuerden
(descríbelo):
formación que hayan consultado, lo referente al tema relacioque el intercambio de ideas, conocimientos y experiencias
nadoadcon el dispositivo que diseñarán y construirán, de acuer3. Participé con mis compañeros de equipo en la explicación y
quiridas, fortalece su aprendizaje.
do con el inciso que seleccionaron. Identifiquen las ideas clave
demostración de la utilidad del prototipo y a mí me tocó realiy anótenlas en sus cuadernos o computadoras.
zar lo siguiente (descríbelo):
2. Pónganse de acuerdo en cuál será la mejor manera de diseñar
4. La experiencia y los conocimientos que me dejaron el diseño
y construir su dispositivo y consigan el material necesario,
y la construcción del dispositivo son los siguientes (descríbebuscando siempre que el costo sea accesible para todos.
los):
3. Deben explicar y demostrar la utilidad del dispositivo cons5. Tengo claros los principales conceptos que se involucraron
truido para ustedes y los demás compañeros de grupo.
en el tema seleccionado para ser demostrado y explicado por
medio del dispositivo construido, y puedo explicar cada uno
4. El guión debe ser elaborado una vez que todos están de acuerde ellos (explícalos):
do en cómo se llevará a cabo la explicación y demostración del
dispositivo que construyeron y cuáles serán los contenidos re6. Una dificultad que tuvimos en el diseño y la construcción
levantes, entre los cuales incluirán los principales conceptos
del dispositivo y que me gustaría compartir para que les sea
involucrados.
de utilidad a mis compañeros o compañeras, es la siguiente
(descríbela):
5. Durante la demostración y explicación de la utilidad de su disGrupo Editorial
Patria®
Bibliografía
positivo para estudiar el fenómeno físico o tema que seleccionaCoevaluación e intercambio
ron, deben participar todos de una manera organizada, previo
acuerdo de lo que hará cada quien.
de ideas y aprendizajes
6. Comenten con los demás equipos las dificultades que tuvieDe acuerdo con las instrucciones de tu profesor o profesora, interron durante el diseño y construcción del dispositivo, y de qué
cambia tu autoevaluación con un compañero o compañera, lean
manera las resolvieron.
sus respectivas respuestas, corríjanse de ser necesario e intercambien ideas, experiencias Cut
y nell,
aprendizajes
adquiridos.
EnMécaso
de
John D., Física. 2a.
ed., Limusa Wiley,
xico, 2004.
Autoevaluación
duda, consulten a su profesor
o profesora.
Carga puntual. Carga que tiene distribuida un objeto electrizado,
Hewitt, Paul G., Física conceptual, 9a. ed., Pearson Educación, México, 2004.
Con el propósito de que reflexiones acerca
detamaño
los resultados
obte- con la distancia que lo separa
cuyo
es pequeño comparado
Pérez Montiel, Héctor., Física experimental 2, 2a. ed., Publicaciones Cultural, México, 2003.
del otro objeto
cargado.
nidos después de realizar y diseñar la actividad
experimental,
resPérez Montiel, Héctor., Física general, 4a ed., Publicaciones Cultural, México, 2010.
ponde
en tu cuaderno
lo siguiente:
Cero absoluto de temperatura. Equivale a 0 K 5 2273 °C; a
Adherencia. Fuerza
de atracción
que se manifiesta
entre las molé-
Bibliografía
Glosario
Explicas el comportamiento de los fluidos
Ejemplos
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
F5?
A 5 100 cm2
Fórmula
f
F
}5}
a
A
[
fA
F5}
a
Fórmulas
D5?
f
F
2
} 5} ; a5pr
a
A
F 5 2 000 N
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 de
un alambre
en forma
Portafolio
evidencias
helicoidal o de hélice, acción que recibe el nombre de devanar.
Donde:
f
F
]} 5 ]}2
pR2 Fpr
pr 2
[
R5
Fpr 2
fp
f py resultado:
Sustitución
f 5 200 N
Sustitución y resultado:
2 000 N (5 cm)2
522.36 cm
100 N
2 000 N (5 cm)2
522.36 cm
100 N
R5
200 N 3 100 cm2
15 cm
D 5 2R 5 2(22.36 cm) 5 44.72 cm
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.
4. Un cubo de acero de 20 cm de arista se sumerge totalmente en
agua. Si tiene un peso de 564.48 N, calcular:
Ejercicios propuestos
a ) ¿Qué empuje recibe?
b ) ¿Cuál será el peso aparente del cubo?
1. Calcular la magnitud de la fuerza que se aplica en el émbo-
Solución:
Datos
D 5 20 cm
culas de dos sustancias diferentes.
Datos
f 5 100 N
a 5 15 cm2
F5?
Solución:
d 5 10 cm
5 1 333.33 N
F 5 ]]]]]]]]]]}}
2
Taller y actividad experimental
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.
¿Qué tienes que hacer?
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 documental 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 explicación 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, verifiquen su funcionamiento y una vez estén de acuerdo, realicen primero en su
1
¿Cómo sabes que
lo hiciste bien?
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.
BLOQUE
¿Qué dispositivo puedes diseñar y construir para el estudio y la demostración de algún fenómeno físico relacionado con uno de los
siguientes temas?
1. Teorema de Bernoulli
2. Teorema de Torricelli
3. Tubo de Venturi
4. Fuerza de sustentación de los aviones
5. Fuerza de fricción viscosa del aire
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.
Ejercicios
Rúbrica
Solución:lo menor de una prensa hidráulica de 10 cm2 de área, si en el
Fórmula
f
F
}5}
a
A
[
émbolo mayor con un áreaFórmulas
de 150 cm2 se produce una fuerza
cuya magnitud es de 10 500 N. 3
, 5 20 cm 5 0.2 m
V5,
2. ¿Cuál será la magnitud de la fuerza que se producirá en el
émbolo
mayor de
cuyo diámetro es de
Peso del cubo
5 564.48
N una prensa
a) E 5hidráulica,
PeV
40 cm, si en el émbolo menor de 12 cm de diámetro se ejerce
a) E 5 ? una fuerza cuya magnitud
b) es
Paparente
5N?
P2 E
de 250
Datos
fA
F5 }
a
d 5 8 cm
f 5 150 N
D
como área 5 p r 2 y 2r 5 D; r 5 }
2
20 cm
r 5 ]]]]} 5 10 cm
2
150 N 3 p (10 cm)2
F 5 ]]]]]]]]]]]}}}
p (4 cm)2
5 937.5 N
3. Calcular el diámetro que debe tener el émbolo mayor de una prensa 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.
3. Calcular
el diámetro del émbolo menor de una prensa hidráub) Paparente
del cubo 5 ?
lica para que con
una fuerza cuya magnitud es de 400 N se
3
Pe H2Oproduzca
5 9 800 N/m
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
5 V 2O desalojada
altura deH10
cm, se sumerge hasta la mitad, por medio de un
3 contiene alcohol.
alambre,
enm)
un3recipiente
5 (0.2
5 0.008 mque
a) ¿Qué volumen de alcohol desaloja?
E 5 PeV 5 9 800 N/m3 3 0.08 m3
b) ¿Qué magnitud de empuje recibe?
5 78.4
c) ¿Cuál
es elNpeso aparente del prisma debido al empuje, si su
deEmpuje
31.36 N?
b) Paparente 5peso
Pesoreal
reales2
Dato:
Paparente
5 564.48 N 2 78.4 N
ralcohol 5 790 kg/m3
5 486.08 N
a) Vcubo
Material empleado
t 6ODMBWPEFMHBEPPBHVKBEFDPTFSHSBOEF
t 6OBTQJO[BTQBSBTVKFUBS
t 6ONFDIFSPEF#VOTFO
t 6OBKFSJOHBEFQMÈTUJDPOVFWB
t 6ODPSEØO
t 6OUSP[PEFIJFSSP
t 6OEJOBNØNFUSP
t 6OBQSPCFUBEFDN3
t "HVB
Desarrollo de la actividad experimental
Actividad experimental 4
Principios de Pascal y de Arquímedes
Objetivo
a)
t $PNQSPCBSFYQFSJNFOUBMNFOUFMPTQSJODJQJPTEF1BTDBMZEF"Squímedes.
b)
Consideraciones teóricas
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.
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.
39
XIV
Wilson, Jerry D., Física, 2a. ed., Pearson Educación, México, 1996.
Otras herramientas
na multiplicando el peso específico del líquido (Pe ) por el volumen (V)
desalojado de éste: E 5 PeV.
De acuerdo con las instrucciones de tu profesor, realiza la siguiente
actividad experimental.
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 émbolo; dicha presión se transmitirá íntegramente a todos los puntos del
MÓRVJEP&TUPTFFYQMJDBTJSFDPSEBNPTRVFMPTMÓRVJEPTBEJGFSFODJBEF
MPTHBTFTZTØMJEPTTPOQSÈDUJDBNFOUFJODPNQSFTJCMFT-BPCTFSWBDJØO
BOUFSJPS GVF IFDIB QPS FM GÓTJDP GSBODÏT #MBJTF 1BTDBM RVJFO FOVODJØ
el siguiente principio que lleva su nombre: toda presión que se ejerce
sobre un líquido encerrado en un recipiente se transmite con la misma
JOUFOTJEBEBUPEPTMPTQVOUPTEFMMÓRVJEPZBMBTQBSFEFTEFMSFDJQJFOUF
que lo contiene.
Pérez Montiel, Héctor., Física y tecnología 2, Publicaciones Cultural, México, 2003.
Circuito eléctrico. Sistema en el cual la corriente fluye 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
Calor. Es energía
en tránsito y siempre
fluye de los objetos
Enriquece
tu portafolio
dede maevidencias
en una región más o menos extensa de la Tierra.
yor temperatura a los de menor temperatura.
Guarda en tu carpeta física o en la carpeta
tu computadora,
el guión
Cohesión.que
Es lacreaste
fuerza queen
mantiene
unidas a las moléculas
de una que elaboraste para la demostración de su actividad
Calor específico. Es la cantidad de calor que necesita un gramo
misma
experimental.
Tugrado
profesor
o profesora
tesustancia.
indicará cuándo debes mostrarle tu carpeta o enviarle tu archivo por correo electrónico.
de una sustancia para elevar
su temperatura un
centígrado.
Conducción. Forma de transmisión del calor en los objetos sóliCaloría. Es la cantidad de calor aplicado a un gramo de agua para
dos, debido a la agitación que el calor produce entre las moléculas
elevar su temperatura a 1 °C.
de un objeto y que se transfiere en forma sucesiva de una a otra
molécula sin que estas partículas adquieran energía cinética de
Campo eléctrico. Zona que rodea a un objeto cargado eléctricatraslación.
mente y cuya fuerza se manifiesta sobre cualquier carga cercana a
su zona de influencia.Grupo Editorial Patria®
Conductor eléctrico. Se electriza en toda su superficie, aunque
sólo se frote un punto del mismo. También recibe el nombre de
Campo magnético. Zona que rodea a un imán y en la cual su inconductor aquel material por el cual pueden moverse electrones,
fluencia se puede detectar.
de tal forma que permita el flujo de corriente eléctrica.
Capacitor o condensador eléctrico. Dispositivo empleado para
Cuando un objeto se sumerge
en un líquido se observa que éste aplica
Conductores no óhmicos. Reciben este nombre los semiconalmacenar cargas eléctricas.
una presión vertical ascendente sobre él. Lo anterior se comprueba al
ductores, mismos que no siguen la ley de Ohm, ya que su resisten45
Capilaridad.
existe contacto
introducir un trozo de madera
en agua,Selapresenta
maderacuando
es empujada
hacia entre un líquido
cia eléctrica no permanece constante cuando se aplican voltajes
y una pared
muy delgados (casi
diferentes.
arriba, por ello se deberá ejercer
unasólida,
fuerzaespecialmente
hacia abajosi sisonsetubos
desea
del diámetro
de un los
cabello)
llamados
mantener sumergida. El empuje
que reciben
objetos
al sercapilares.
introduciConductores óhmicos. Se le da este nombre a los metales, ya que
dos en un líquido fue estudiado
por el griego Arquímedes, quien enunció
Carga de prueba. Carga eléctrica de valor muy pequeño y que por
la ley de Ohm se aplica sin restricciones en ellos.
el siguiente principio que lleva
su
nombre:
todo
objeto
sumergido
en
un
convención es de signo positivo.
Contacto. Fenómeno de electrización que se origina cuando un
fluido recibe un empuje ascendente igual al peso del fluido desalojado.
Propiedad
que tienen
los electrones y los protoobjeto saturado de electrones cede algunos a otro objeto con el
El empuje (E ) que recibe unCarga
objetoeléctrica.
sumergido
en un líquido
se determines.
cual se junta.
38
Ejemplos
esta temperatura se considera un estado mínimo de energía cinética toda vez que el movimiento de las moléculas es prácticamente
nulo.
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.
249
254
3
Para tu reflexión
3. (
) Antonio comenta que la carga eléctrica total del Universo no
es una magnitud constante, ya que puede crearse o destruirse 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 frotamiento, 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 superficie 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 también 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 violentamente contra los átomos del gas y los excitan; cuando los átomos vuelven 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 amarillo 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 lugares de esparcimiento, según las necesidades requeridas (Fig. 3.29).
Energía potencial eléctrica y diferencia
de potencial o voltaje
Cuando 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 potencial eléctrico, pues la fuerza que ejerce el campo es capaz de realizar un trabajo al mover la carga.
Figura 3.29
Mediante el empleo de lámparas de luminiscencia se hacen los vistosos
anuncios publicitarios.
Toda carga eléctrica, positiva o negativa, tiene un potencial eléctrico debido a su capacidad para realizar trabajo sobre otras cargas
(figura 3.30).
Instrucciones: Escribe una V en el paréntesis si el enunciado es verdadero, o una F si es falso.
1. (
2. (
) Julián dice que la palabra electricidad proviene del vocablo
griego elektrón, que significa ámbar. El ámbar es una resina
fósil.
) Noemí señala que la carga eléctrica es una propiedad que
tienen los electrones y los protones.
Q
1
q
Aplica lo que sabes
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 temperaturas menores que el aire que está encima, por lo que ahora la temperatura
aumenta con la altura: se ha producido una inversión térmica.
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 vulcanizadora, 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 entre 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.
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.
`
(infinito)
Aire frío
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.
A lo largo del libro encontrarás diferentes actividades de aprendizaje, que de forma breve te permitirán reforzar los conocimientos y
competencias adquiridas a través de preguntas puntuales al desarrollo del bloque.
y en el salón de clase expongan ante sus demás compañeros el
resultado de su trabajo. Por supuesto, la orientación y los comentarios de su profesor o profesora enriquecerán su investigación.
La 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 fenómenos comprobados experimentalmente.
La carga positiva Q tiene un potencial eléctrico debido a su capacidad
para realizar un trabajo sobre la carga positiva q y viceversa.
5. Elaboren un informe, preparen cartulinas y esquemas didácticos,
2.4 Procesos termodinámicos
Aire caliente (capa invertida)
Figura 3.30
Grupo
Patria® a
Está diseñada para que puedas aplicar
tusEditorial
conocimientos
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.
Aire frío
152
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.
117
Para tu reflexión
Tiene el propósito de enriquecer el conocimiento que estás adquiriendo con lecturas adicionales, notas informativas e información
relevante para el tema que estás considerando. Esta información
además de ser útil, te permite contextualizar diferentes perspectivas para la misma información.
Lista de cotejo
Son un conjunto de acciones y propuestas que te permitirán hacer una recolección, sistematización 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.
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:
1
BLOQUE
Apellido paterno
Apellido materno
Portafolio de evidencias
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.
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 horizontal, sobre la superficie libre de un líquido contenido 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 superficial
2. ( ) Ángel describe a la atmósfera señalando que está constituida 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 superficie de la Tierra, la magnitud de la presión atmosférica:
a) Aumenta
b) Permanece igual
c) Se incrementa proporcionalmente
d) Va disminuyendo
4. ( ) Ricardo señala que la presión hidrostática de un líquido en reposo:
a) Es mayor en la superficie 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 flotación de barcos, submarinos
o la de los flotadores de las cajas de los inodoros se explica 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 fluye por una tubería
es baja si la magnitud de su velocidad es alta
b) A mayor altura sobre la superficie de la Tierra se
incrementa la presión atmosférica
c) Todo cuerpo sumergido en un líquido recibe un
empuje ascendente, igual al peso del líquido desalojado
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 tiempo, y más adelante el tramo de tubería reduce su tamaño, 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 manera proporcional al ancho de la tubería
Contenido
cumple
sí
no
Observaciones
Contesta a todas las preguntas.
El portafolio de evidencias es un método de evaluación que consiste en:
r Recopilar los diversos productos que realizaste durante cada bloque (investigaciones, resúmenes, ensayos, síntesis, cuadros comparati-
Todas las respuestas son correctas.
r No vas a integrar todos los instrumentos o trabajos que realizaste; más bien, se van a integrar aquellos que tu profesor(a), considere son
Proporciona explicaciones claras sobre los contenidos.
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.
los más significativos en el proceso de aprendizaje;
r Te permiten reflexionar y darte cuenta de cómo fue tu desempeño durante el desarrollo de las actividades de aprendizaje realizadas.
Etapas para realizar tu portafolio de evidencias.
Señala elementos importantes.
Instrucciones para seleccionar las evidencias.
1. Comenta con tu profesor(a) el propósito de tu portafolio y su relación con los objetos de aprendizaje, competencias a desarrollar, desempeños esperados, entre otros elementos; acuerden el
periodo de compilación de los productos (por bloque, bimestre,
semestre).
1. Realiza todas las evidencias y así podrás incluir las que elaboraste
de manera escrita, audiovisual, artística, entre otras.
2. Haz un registro de los criterios que debes considerar al seleccionar tus evidencias de aprendizaje.
3. Todas las evidencias seleccionadas deben cumplir con el propósito del portafolio en cantidad, calidad y orden de presentación.
2. Selecciona aquellas que den evidencia de tu aprendizaje, competencias y desempeños desarrollados, y que te posibiliten reflexionar sobre ello.
3. Comentar con tu profesor(a) todas las dudas que tengas.
Propósito del portafolio de evidencias
Asignatura
Número de bloques
del libro.
Aporta información más allá de la que se solicita en cada pregunta.
Utiliza un lenguaje claro y coherente.
No presenta errores de ortografía.
Nombre del alumno:
Criterios de reflexión sobre las evidencias
Relaciona los contenidos con los ejemplos que se indican.
La redacción de las respuestas es adecuada y hay concordancia
gramatical.
Semestre
Observa los resultados del proceso de formación a lo largo del semestre, así como el cambio de los procesos de pensamiento 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.
Es una poderosa herramienta de análisis que te
posibilitará verificar si has logrado algún desempeño, 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
3 Comprendes las leyes de la electricidad
planteado.
BLOQUE
Comentarios del estudiante:
Está limpio (no tiene tachaduras, ni borrones).
¿Cuáles fueron los motivos para seleccionar las evidencias presentadas?
¿Qué desempeños demuestran las evidencias integradas en este portafolio?
Respondió el cuestionario durante la clase.
¿Qué competencias se desarrollan con las evidencias seleccionadas?
Rúbrica
¿Las evidencias seleccionadas cumplieron las metas establecidas en el
curso?
Utiliza una estrategia efectiva para resolver cada pregunta.
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).
¿Qué mejoras existen entre las primeras evidencias y las últimas?
Monitoreo de evidencias
#
Título
Fecha de elaboración
Comentarios del profesor/a:
OBSERVACIONES
GENERALES:
1
2
Nombre del alumno:
3
4
5
Niveles
Contenido: Integra las ideas
62
clave y conceptos necesarios
para facilitar la captación del
tema.
69
Redacción: Es totalmente
comprensible, no requiere de
aclaraciones.
Ortografía: No tiene ningún
Rúbrica
error ortográfico, ni de acentuación y puntuación.
Clasificación del contenido:
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.
Jerarquiza correctamente
todas las ideas y conceptos
principales.
www.recursosacademicosenlinea-gep.com.mx
Conectores:
Utiliza en todo el
esquema palabras correctas y
acorde para relacionar entre sí
los conceptos que desarrolla.
Aspecto a evaluar
es
Aplica lo que sabes
BLOQUE
204
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.
1
Gráficos: Usa flechas para
unir todas las palabras e ideas
claves.
Distribución: Divide la informa-
ción y da espacios entre cada
representación gráfica.
205
Explicas el comportamiento
de los fluidos
1
B LO Q U E
Objetos de
aprendizaje
1.1 Hidráulica
1.2 Hidrostática
1.3 Hidrodinámica
nEstablece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente
nFundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida
nIdentifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las
hipótesis necesarias para responderlas.
nObtiene, registra y sistematiza la información para responder preguntas de
carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos
pertinentes.
nContrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con
hipótesis previas y comunica sus conclusiones en equipos diversos, respetando la
nValora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos
nHace explícitas las nociones científicas que sustentan los procesos para la
nDiseña modelos o prototipos para resolver problemas locales, satisfacer
necesidades o demostrar principios científicos.
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.
¿Evitas arrojar líquidos contaminantes como ácidos, grasas, petróleo, aguarrás o
6. 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.
¿Hay algún canal de desagüe también llamado de aguas negras cerca de tu casa
8. 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 aprendizajes
Una vez que has respondido espera la indicación de tu profesor para intercambiar tus respuestas 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.
que sabemos
de saber o no sabemos y
queremos saber
Para contestar al final del
estudio de este bloque
(lo que aprendimos)
nRelaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los
rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o modelos científicos.
nAnaliza 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.
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.
1
BLOQUE
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 caracterizan el comportamiento de los fluidos como son: viscosidad,
tensión superficial, cohesión, adherencia, capilaridad, incompresibilidad 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 experimental.
4. Diseñen su actividad experimental, llévenla a cabo las veces 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.
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 materiales como económicos para la realización de la actividad
experimental, la manera de obtenerlos y las características
de su demostración ante sus compañeros(as).
5. De acuerdo con las instrucciones de su profesor o profesora,
y previo acuerdo entre ustedes, participen de manera organizada, colaborativa y respetuosa en la realización y explicación de su actividad experimental.
3. Apóyense en este libro para estudiar los conceptos involucrados, consulten otras fuentes de información que tengan a
su alcance.
4
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 experiencias adquiridas fortalecen su aprendizaje.
Rúbrica
Criterios que deben considerar para resolver la situación didáctica
y que serán de utilidad para que cada quien y su profesor o profesora 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. Identifiquen las ideas clave y anótenlas en su cuaderno o en la
computadora.
2. Pónganse de acuerdo en cuál será la mejor manera de llevar 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 demostrar 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 serán los contenidos relevantes que contendrá, entre los cuales incluirán los principales conceptos involucrados.
5. Durante la demostración y explicación de su actividad experimental, deben participar todos de una manera organizada,
previo acuerdo de lo que hará cada quién.
6. Comenten con los demás equipos las dificultades que tuvieron durante el diseño y la realización de la actividad experimental, y de qué manera las resolvieron.
Autoevaluación
Con el propósito de que reflexiones acerca de los resultados obtenidos, después de realizar y diseñar la actividad experimental,
responde en tu cuaderno lo siguiente:
¿Cómo sabes que lo hiciste bien?
1. Participé de manera entusiasta, responsable y propositiva en
el diseño de la actividad experimental y aporté lo siguiente
(describe lo que aportaste):
2. Contribuí en la elaboración del guión y aporté lo siguiente
(descríbelo):
3. Participé con mis compañeros de equipo en la demostración de la actividad experimental y a mí me tocó lo siguiente
(descríbelo):
4. La experiencia y los conocimientos que me dejaron el diseño 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 experimentalmente 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 señalar 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 resolver si se les presenta es la siguiente (descríbela):
Coevaluación e intercambio de ideas
y aprendizajes
De acuerdo con las instrucciones de tu profesor o profesora, intercambia 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
experimental. Tu profesor o profesora te indicará cuándo debes mostrarle tu carpeta o enviarle tu archivo por correo electrónico.
5
1
BLOQUE
1.1 Hidráulica
La 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 hidrodinámica, que estudia el comportamiento de los líquidos en
movimiento (figura 1.2).
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 físicas
Es importante señalar que un fluido es toda sustancia cuyas moléculas pueden deslizarse unas sobre otras como sucede en los
líquidos, o bien, las moléculas se mueven sueltas como en los gases, debido a que se encuentran más separadas entre sí. Esto explica 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 pasarlo 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 1.1
La hidrostática estudia los líquidos en reposo.
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.
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 propiedades físicas en todas las direcciones; son incompresibles y totalmente fluidos; circulan en régimen permanente toda vez que sus
moléculas atraviesan una sección de tubería a la misma velocidad
6
En tu vida cotidiana has observado que cuando quieres trasladar 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?
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 propiedad de algunos sólidos de no deformarse se denomina rigidez y
obedece a la resistencia que opone un objeto a las fuerzas que tienden a deformarlo.
Estados de la materia a partir
de su estructura molecular
La materia se encuentra en la naturaleza de manera común, en tres
estados físicos: sólido, líquido y gaseoso (figura 1.4).
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 moléculas 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 embargo, 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 estado 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, estado 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 Hidrostática
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 encuentra 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, debido 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:
la 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 cálculo matemático, el diseño de modelos a pequeña escala y la experimentación con ellos, determina las características de construcción
que deben tener presas, puertos, canales, tuberías y máquinas hidráulicas como el gato y la prensa. Se divide en dos partes: la hidrostática 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 contribuyen a cuantificar las presiones ejercidas por los fluidos y al estudio de sus características generales. La hidrodinámica estudia
el comportamiento de los líquidos en movimiento. Para ello, considera, entre otras cosas, la velocidad, la presión, el flujo y el gasto
del líquido.
Revisa el esquema didáctico de la página 8 (Hidráulica).
Viscosidad
Esta 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 separado miel, leche, agua y alcohol, observamos que cada líquido fluye
con rapidez distinta; mientras más viscoso es un líquido, más tiem7
1
BLOQUE
Esquema didáctico
HIDRÁULICA
se divide en
estudia la
MECÁNICA
DE LOS LÍQUIDOS
CÁLCULO
MATEMÁTICO
HIDROSTÁTICA
HIDRODINÁMICA
lo que
el
su
su
POSIBILITA
DISEÑO
DE MODELOS
OBJETIVO
OBJETIVO
analizar las
a
es
es
LEYES
TÉCNICAS
PEQUEÑA
ESCALA
ESTUDIAR
ESTUDIAR
que
para el
y la
los
los
RIGEN
MEJOR
APROVECHAMIENTO
EXPERIMENTACIÓN CON ELLOS
LÍQUIDOS
EN REPOSO
LÍQUIDOS
EN MOVIMIENTO
el
de las
lo que hace
posible
MOVIMIENTO DE
LOS LÍQUIDOS
AGUAS
DETERMINAR LAS
CARACTERÍSTICAS
esto por medio
del
de
CONSTRUCCIÓN
PRESAS
de
PUERTOS
CANALES
GATO Y PRENSA
HIDRÁULICOS
8
TUBERÍAS
po tarda en fluir (figura 1.5). En la industria, la viscosidad se cuantifica en forma práctica, utilizando recipientes con una determinada
capacidad que tienen un orificio de un diámetro establecido convencionalmente. 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), definido 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 Ns
1 kg
5}
1 Pa.s 5 }
2
m
ms
Vaso de unicel
con agua
Orificio
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 tiende 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 forma horizontal sobre un líquido y no se hundirá.
La tensión superficial del agua puede reducirse en forma considerable si se le agrega detergente, esto contribuye a que el agua jabonosa 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
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 superficial
La 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 moléculas del líquido. Cuando se coloca un líquido en un recipiente, las
moléculas interiores se atraen entre sí en todas direcciones por fuerzas iguales que se contrarrestan unas con otras, pero las moléculas de
la superficie libre del líquido sólo son atraídas por las inferiores y laterales 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).
Cohesión
Es 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.
Adherencia
La 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 completamente mojada, esto significa que el agua se adhiere al vidrio.
Pero si la varilla de vidrio se introduce en un recipiente con mercurio, al sacarla se observa completamente seca, lo cual indica que no
hay adherencia entre el mercurio y el vidrio.
9
1
BLOQUE
En general, cuando el fenómeno de adherencia se presenta significa
que la fuerza de cohesión entre las moléculas de una misma sustancia 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 tinta 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).
Meniscos
cóncavos
Meniscos
convexos
Agua
Figura 1.10
Formación de meniscos cóncavos al
introducir tubos delgados en agua.
Mercurio
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).
Agua
Debido a la capilaridad, en las lámparas el alcohol y el petróleo ascienden por las mechas; un algodón o un terrón de azúcar sumergidos parcialmente en agua la absorben poco a poco; y la savia de
las plantas circula a través de sus tallos (figura 1.12).
Figura 1.7
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 1.12
Debido al fenómeno de la capilaridad, la savia de las plantas circula a
través de sus tallos.
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.
Capilaridad
La 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 superficie del líquido contenido en el tubo no es plana, sino que forma un
menisco cóncavo (figura 1.10).
10
Revisa el esquema didáctico de la página 11 (Características de los
líquidos).
Incompresibilidad
Los líquidos se consideran prácticamente incompresibles. No
sucede así con los gases que, como ya señalamos, pueden comprimirse con facilidad debido a la separación existente entre sus moléculas y son expansibles, por lo cual su volumen no es constante.
Un líquido no tiene forma definida, pero sí volumen definido.
Densidad y peso específico
La densidad r de una sustancia, también llamada masa específica, es una propiedad característica o intensiva de la materia y
Esquema didáctico
CARACTERÍSTICAS DE LOS LÍQUIDOS
son las siguientes
VISCOSIDAD
TENSIÓN
SUPERFICIAL
COHESIÓN
ADHERENCIA
CAPILARIDAD
se origina por el
se presenta debido a la
es la
es la
se presenta cuando
ROZAMIENTO DE
UNAS PARTÍCULAS
CON OTRAS
ATRACCIÓN ENTRE
LAS MOLÉCULAS
FUERZA
FUERZA DE
ATRACCIÓN
EXISTE
CONTACTO
del
que
que se
entre un
LÍQUIDO
MANTIENE
UNIDAS
MANIFIESTA
LÍQUIDO
por lo que
a las
entre las
y una
LA SUPERFICIE
LIBRE DE UN
LÍQUIDO
MOLÉCULAS
DE UNA MISMA
SUSTANCIA
MOLÉCULAS
PARED SÓLIDA
de
especialmente
DOS SUSTANCIAS
DIFERENTES
SI SON TUBOS
MUY DELGADOS
en
llamados
CONTACTO
CAPILARES
cuando
UN LÍQUIDO
FLUYE
se
COMPORTA
como una
FINÍSIMA
MEMBRANA
ELÁSTICA
generalmente
LAS SUSTANCIAS
LÍQUIDAS
se
ADHIEREN A LOS
CUERPOS SÓLIDOS
11
1
BLOQUE
la gravedad. Si se despeja la densidad de la expresión matemática,
tenemos que:
Pe
r5 }
g
Por 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 alcance 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 sumergirlo en agua, por ejemplo, el nivel que ésta alcance indicará el
valor de 1 g/cm3 (figura 1.13).
expresa la masa contenida de dicha sustancia en la unidad de volumen. Su valor se determina dividiendo la masa de la sustancia entre
el volumen que ocupa:
masa
r5}
volumen
m
Es decir:
r 5}
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:
P
Pe 5 }
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).
Aceite densidad
0.915 g/cm3 5
915 kg/m3
Podemos obtener la relación entre la densidad y el peso específico de una sustancia si recordamos que:
P 5 mg
(1)
Como:
P
Pe 5 }
(2)
V
Sustituyendo 1 en 2 tenemos:
mg
Pe 5 }
(3)
V
Como:
m
(4)
} 5 r
V
Alcohol densidad
0.79 g/cm3 5
790 kg/m3
0.915
0.790
Aceite densidad
1 g/cm 3 5
1 000 kg/m 3
1 000
Figura 1.13
Determinación de la densidad de un líquido usando un densímetro.
Pe 5 r g
Revisa los esquemas didácticos de la página 16.
En el cuadro 1.2 se dan algunos valores de densidad y peso específico para diferentes sustancias.
Como se observa en esta última expresión matemática, el peso específico de una sustancia también se puede determinar si se conoce su densidad y se multiplica por la magnitud de la aceleración de
Cuadro 1.2 Valores de densidad y peso específico de algunas sustancias
12
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
Ejemplos
De acuerdo con las instrucciones de tu profesor, realiza lo siguiente.
Densidad y peso específico
Calcular:
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
m
r5}
V
V 5 2.587 cm3
3. 0.5 kg de alcohol etílico ocupan un volumen de 0.000633 cm3.
a) ¿Cuál es su densidad?
b) ¿Cuál es su peso específico?
Solución:
Datos
Fórmula
r 5 ?
a) r 5 }
m
V
b) Pe 5 r g
m 5 0.5 kg
3
r5?
V 5 0.000633 m
g 5 9.8 m/s2
Pe 5 ?
50 g
r 5 }}
5 19.327 g/cm3
2.587 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, encontrándose un valor de 10 g.
Calcular:
b) Pe 5 r g 5 789.88 kg/m3 3 9.8 m/s2
a) ¿Cuánto vale la densidad del agua?
3
3
b) Si en lugar de 10 cm midiéramos 1 000 cm , ¿cambiaría el
valor de la densidad del agua?
c) ¿Qué volumen ocuparán 600 g de agua?
Solución:
m
V
10 g
10 cm
a) r 5 } 5 }}}3 5 1 g/cm3
El resultado nos indica que un gramo de agua ocupa un volumen 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 constante; este valor sigue señalando que un gramo de agua ocupará
un volumen de 1 cm3:
1 000 g
m
r 5 } 5 }}]]]]]3 5 1 g/cm3
V
1 000 cm
m
c) Como r 5 } tenemos que:
V
600 g
m
3
V5}
} 5 }]]}
g 5 600 cm
r
1 }}3
cm 0.5 kg
m
0.000633 m
V
5 789.88 kg/m3
a) r 5 } 5 }]]]]]]]}
3
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 ?
m
r5 } [m5r V
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:
1 m3
15 000 litros 3 }]]]]]]} 5 15 m3
1 000 litros
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
13
1
BLOQUE
5. ¿Cuál es la densidad de un aceite cuyo peso específico es de
8 967 N/m3?
50 g
V 5 }}3 5 217.39 cm3
0.23 g/cm
Solución:
Datos
Fórmula
r 5 ?
Pe
r5 }
g
Pe 5 8 967 N/m3
g 5 9.8 m/s2
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?
2
3
8 967 kg m/s /m
r 5 }]]]]]]]]]]]}
5 915 kg/m3
9.8 m/s2
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?
b) ¿Cuál será la masa de 5.5 cm3 de aluminio?
Solución:
Datos
, 5 2 cm
m 5 21.2 g
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.
b) m de 5.5 cm3 5 ?
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?
a) V 5 (2 cm)3 5 8 cm3
Solución:
Por comodidad, sería más fácil escoger el cubo de 1 cm3 de volumen 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 largo, 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; justifica tu respuesta.
Datos
Fórmula
V 5 ?
m
m
r5 } [V5 }
r
V
m 5 50 g
14
21.2 g
r 5 ]]]}
5 2.65 g/cm3
8 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 ?
P
P
Pe 5 } [ V 5 }
V
Pe
P 5 3 000 N
Pe 5 9 016 N/m3
Solución:
r 5 0.23 g/cm3
Volumen de
un cubo 5 ,3
m
a) r 5 }
V
b) m 5 r V
a) r 5 ?
Solución:
Fórmula
3 000 N
3
V 5 ]]]]]]]]}
3 5 0.333 m
9 016 N/m
1 000 litros
V 5 0.333 m3 3 ]]]]]]]]}
5 333 litros
1 m3
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
m
m
r5 } [V5 }
V
r
Objeto Y:
m 5 150 g
r 5 2 g/cm3
Objeto Z:
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 dimensiones 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 almacenar 2 040 kg de gasolina cuya densidad es de 680 kg/m3?
m 5 750 g
r 5 10 g/cm3
a) Volumen del objeto Y:
150 g
2 g/cm
3
V 5 ]]]]]]}
3 5 75 cm
Volumen del objeto Z:
10. Un camión tiene una capacidad para transportar 10 toneladas 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?
750 g
10 g/cm
V 5 ]]]]]]}3 5 75 cm3
Como los dos objetos tienen el mismo volumen, ambos desplazarán la misma cantidad de agua.
Actividad experimental 1
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.
Densidad
Objetivo
• Determinar experimentalmente la densidad de algunos objetos
sólidos y líquidos.
Consideraciones teóricas
Ejercicios
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 midieron 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.
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 la masa contenida de una sustancia en la unidad de
volumen. La expresión matemática para la densidad es:
m
r5 }
V
Material empleado
•
•
•
•
Una balanza granataria
Una probeta de 10 cm3 y una de 500 cm3
Una regla graduada
Algunos objetos sólidos regulares como prismas rectangulares,
cubos y esferas hechos de hierro, cobre, plomo, acero o zinc
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1
BLOQUE
Esquema didáctico
Esquema didáctico
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DENSIDAD O MASA ESPECÍFICA
PESO ESPECÍFICO DE UNA SUSTANCIA
se define como
su valor se determina
EL COCIENTE QUE
RESULTA
DIVIDIENDO
SU PESO
de
entre
DIVIDIR
EL VOLUMEN QUE
OCUPA
la
su
MASA DE UNA
SUSTANCIA DADA
EXPRESIÓN
MATEMATICA
entre el
es
VOLUMEN QUE
OCUPA
p
re 5 –
V
su
se
EXPRESIÓN
MATEMATICA
RELACIONA CON LA
DENSIDAD
es
con la
m
r5–
V
EXPRESIÓN
MATEMATICA
Pe 5 rg
• Algunos objetos irregulares como llaves, piedras, aretes o anillos
• Agua, alcohol y aceite
Desarrollo de la actividad experimental
1. Determina la densidad de los objetos regulares que tengas disponibles. 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 mostrado abajo, anota el nombre de la sustancia con la cual están fabricados los objetos regulares y el valor de su densidad, obtenida
experimentalmente al dividir su masa entre su volumen.
2. Determina la densidad de los objetos sólidos irregulares que tengas. 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 desplazamiento 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
obtenida de modo experimental al dividir su masa entre su volumen.
Prisma rectangular
V = , ah
Esfera
V=4
– pr 3
3
4. Determina la densidad del alcohol y del aceite siguiendo los mismos pasos para conocer la densidad del agua. Anota sus respectivos 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 característica de la materia?
3. ¿Qué sustancia tiene mayor densidad, el aceite o el agua? ¿Por
qué?
a
h
,
Cubo
V = ,3
Figura 1.14
Volumen de objetos regulares.
3. Determina la densidad del agua. Para lograrlo, mide con la balanza granataria la masa de la probeta de 10 cm3 que utilizarás
en el experimento. Agrégale 10 cm3 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,
obtenida de modo experimental para el agua.
4. Si mezclamos aceite y agua, y después dejamos reposar la mezcla, ¿cuál de las dos sustancias queda abajo y cuál arriba? Explica
por qué sucede esta separación.
Cuadro 1.3 D
ensidad de algunas sustancias (experimental)
Sustancia
Masa
(g)
Volumen
(cm3)
masa
r 5 ————— (g/cm3)
volumen
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primera edición ebook 2014

Transcripción

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