ciencias y tecnologia_c
Anuncio
CIENCIAS Y TECNOLOGÍA CURSO DE ACCESO A GRADO MEDIO Primera edición septiembre 2011 Autores: – Miguel Vaquero Herrera (coordinador) – Tomás Gonzalvo Hernández – Lucía Megino Peña – M.ª Encarnación Pascual Alfaro – Julio San Miguel Gállego Diseño de maquetación y de cubierta: INO reproducciones Edita: Gobierno de Aragón Impreso en España. Por: INO reproducciones Esta publicación electrónica, corresponde a los módulos formativos de los certificados de profesionalidad de nivel 2. El presente material tiene carácter educativo y se distribuye gratuitamente. Tanto en los textos como en las imágenes, aportadas por los autores, se pueden encontrar elementos de terceros. Si en algún momento existiera en los materiales elementos cuya utilización y difusión no estuvieran permitidas en los términos que aquí se hace, es debido a un error, omisión o cambio en la licencia original; si el usuario detectara algún elemento en esta situación podría comunicarlo al responsable de la edición, para que tal circunstancia sea corregida de manera inmediata. INDICE Unidad 1: Propiedades de la materia .......................................................................................................................... 1. Estados de la materia ....................................................................................................................................................... 1.1. Propiedades ................................................................................................................................................................ 1.2. Estados físicos ........................................................................................................................................................... 1.3. Cambios de estado .................................................................................................................................................... 1.4. Gráficas de cambio de estado ................................................................................................................................ 1.5. Ebullición y evaporación ......................................................................................................................................... 1.6. Escalas de temperaturas .......................................................................................................................................... 2. Medida de masas y volúmenes ...................................................................................................................................... 2.1. Unidades de masa ..................................................................................................................................................... 2.2. Unidades de volumen y capacidad ........................................................................................................................ 2.3. Determinación de densidades ................................................................................................................................ 2.4. Identificación de sustancias .................................................................................................................................... 3. Sustancias puras y mezclas ............................................................................................................................................. 3.1. Mezclas homogéneas y heterogéneas ................................................................................................................... 3.2. Separación de mezclas: Filtración y Decantación ............................................................................................. 3.3. Otras técnicas de separación .................................................................................................................................. 4. Disoluciones ....................................................................................................................................................................... 4.1. Tipos de disoluciones ............................................................................................................................................... 4.2. Composición de disoluciones ................................................................................................................................. 4.3. Solubilidad y temperatura (sólidos) ...................................................................................................................... 4.4. Solubilidad y temperatura (gases) ......................................................................................................................... 4.5. Disoluciones comunes ............................................................................................................................................. Unidad 2: Teoría atómico-molecular de la materia .............................................................................................. 1. El modelo cinético de los gases ..................................................................................................................................... 2. Modelo atómico-molecular de la materia ................................................................................................................... 2.1. Principios del modelo .............................................................................................................................................. 2.2. Sólidos, líquidos y gases .......................................................................................................................................... 2.3. Elementos y compuestos ......................................................................................................................................... 2.4. Símbolos y fórmulas ................................................................................................................................................. 3. Átomos, moléculas y estructuras gigantes .................................................................................................................. 3.1. Estructura del átomo ................................................................................................................................................ 3.2. Número atómico y número másico ....................................................................................................................... 3.3. Moléculas ................................................................................................................................................................... 3.4. Tabla periódica de elementos ................................................................................................................................. 3.5. Formulación y nomenclatura ................................................................................................................................. 3.6. Sustancias importantes en la vida diaria .............................................................................................................. 4. Reacciones químicas ........................................................................................................................................................ 4.1. Cambios físicos y cambios químicos ..................................................................................................................... 4.2. Teoría de colisiones .................................................................................................................................................. 4.3. Ley de conservación de la masa ............................................................................................................................ 4.4. Ecuaciones químicas ................................................................................................................................................ 4.5. Ajuste de reacciones ................................................................................................................................................ Curso de Acceso a Grado Medio 11 12 13 14 15 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 33 34 35 39 40 41 42 43 44 46 48 49 50 52 53 55 57 59 60 61 63 64 65 [5 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Unidad 3: Fuerzas y movimiento .................................................................................................................................. 1. El movimiento .................................................................................................................................................................... 1.1. Posición ....................................................................................................................................................................... 1.2. Desplazamiento ......................................................................................................................................................... 1.3. Velocidad .................................................................................................................................................................... 1.4. Gráficas del movimiento ......................................................................................................................................... 1.5. Más gráficas ............................................................................................................................................................... 1.6. Aceleración ................................................................................................................................................................ 1.7. Frenado ....................................................................................................................................................................... 1.8. Distancia de seguridad ............................................................................................................................................. 2. Las fuerzas .......................................................................................................................................................................... 2.1. Las fuerzas como interacción ................................................................................................................................. 2.2. Formas de interacción ............................................................................................................................................. 2.3. Acción y reacción ..................................................................................................................................................... 2.4. El efecto de las fuerzas ............................................................................................................................................ 2.5. El rozamiento ............................................................................................................................................................ 2.6. La gravedad ................................................................................................................................................................ 2.7. La caída de los cuerpos ........................................................................................................................................... Unidad 4: La energía .......................................................................................................................................................... 1. Tipos de energía ................................................................................................................................................................. 1.1. Energía y cambios ..................................................................................................................................................... 1.2. ¿Qué es la energía? .................................................................................................................................................. 1.3. Clases de energía ....................................................................................................................................................... 1.4. Energía cinética ......................................................................................................................................................... 1.5. Energía potencial ...................................................................................................................................................... 1.6. Unidades de energía ................................................................................................................................................. 2. Fuentes de energía ............................................................................................................................................................ 2.1. Fuentes de energía no renovables ......................................................................................................................... 2.2. El petróleo .................................................................................................................................................................. 2.3. El carbón .................................................................................................................................................................... 2.4. Fuentes de energía renovables ............................................................................................................................... 2.5. Energía solar .............................................................................................................................................................. 2.6. Energía eólica ............................................................................................................................................................ 2.7. Energía hidráulica ..................................................................................................................................................... 3. Consumo y ahorro de energía ....................................................................................................................................... 3.1. Transformaciones de la energía ............................................................................................................................. 3.2. Principio de conservación de la energía .............................................................................................................. 3.3. Consumo de energía ................................................................................................................................................. 3.4. Rendimiento energético ........................................................................................................................................... 3.5. Ahorro energético ..................................................................................................................................................... 71 72 72 73 74 75 76 78 79 79 81 81 82 83 84 85 86 87 91 92 93 94 95 96 97 99 100 101 102 103 104 105 107 108 109 110 111 112 113 114 Unidad 5: Transferencia de energía: calor, luz y sonido .................................................................................... 117 0. Introducción ....................................................................................................................................................................... 1. Calor y temperatura ......................................................................................................................................................... 1.1. Temperatura, energía térmica y calor ................................................................................................................... 1.2. Efectos del calor ........................................................................................................................................................ 1.3. Medida de la temperatura ....................................................................................................................................... 1.4. Equilibrio térmico ..................................................................................................................................................... 1.5. Propagación del calor: la conducción .................................................................................................................. 1.6. Convección ................................................................................................................................................................. 1.7. La radiación ............................................................................................................................................................... 2. La luz y la visión ................................................................................................................................................................ 2.1. La visión ..................................................................................................................................................................... 2.2. La propagación rectilínea de la luz ....................................................................................................................... [6 ] 118 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 Curso de Acceso a Grado Medio Índice 2.3. La reflexión de la luz ................................................................................................................................................ 2.4. La refracción de la luz ............................................................................................................................................. 2.5. La descomposición de la luz .................................................................................................................................. 3. El sonido .............................................................................................................................................................................. 3.1. Cualidades del sonido .............................................................................................................................................. 3.2. Propagación del sonido ........................................................................................................................................... 3.3. Reflexión del sonido ................................................................................................................................................. 129 130 131 132 133 134 135 Unidad 6: Los seres vivos y la diversidad ................................................................................................................. 137 1. Materia inerte y seres vivos ............................................................................................................................................ 1.1. La química de la vida ............................................................................................................................................... 2. La célula como unidad de vida ...................................................................................................................................... 2.1. La estructura de la célula ........................................................................................................................................ 2.2. La complejidad de la célula eucariota .................................................................................................................. 2.3. La célula vegetal ........................................................................................................................................................ 2.4. Cómo se nutren las células ..................................................................................................................................... 2.5. Cómo se reproducen las células ............................................................................................................................ 2.6. Cómo se relacionan las células con su entorno ................................................................................................. 3. La organización de los seres vivos: unicelulares y pluricelulares ........................................................................ 4. La clasificación de los seres vivos ................................................................................................................................. 4.1. Los cinco reinos ........................................................................................................................................................ 4.2. El reino Monera ........................................................................................................................................................ 4.3. El reino Protoctista ................................................................................................................................................... 4.4. El reino Hongos ........................................................................................................................................................ 4.5. El reino Vegetal ......................................................................................................................................................... 4.6. El reino Animal ......................................................................................................................................................... 4.7. El reino Animal: Invertebrados .............................................................................................................................. 4.8. El Reino Animal: Vertebrados .............................................................................................................................. 138 139 141 142 143 145 146 147 148 150 151 153 154 155 156 157 158 159 161 Unidad 7: Seres vivos. Funciones vitales ................................................................................................................... 167 1. Funciones de nutrición .................................................................................................................................................... 1.1. Nutrición en animales .............................................................................................................................................. 1.2. Aparato digestivo y digestión en humanos .......................................................................................................... 1.3. Sistema respiratorio en humanos .......................................................................................................................... 1.4. Sistema circulatorio en humanos .......................................................................................................................... 1.5. Sistema excretor en humanos ................................................................................................................................ 1.6. Visión de conjunto de la nutrición humana ........................................................................................................ 1.7. Nutrición en las plantas .......................................................................................................................................... 2. Funciones de relación en los animales ........................................................................................................................ 2.1 Estímulos y receptores ................................................................................................................................................ 2.2. Coordinación nerviosa y hormonal ...................................................................................................................... 2.3. Efectores y respuestas .............................................................................................................................................. 3. Funciones de reproducción ............................................................................................................................................ 3.1. Reproducción sexual en Angiospermas ............................................................................................................... 3.2. Reproducción humana ........................................................................................................................................... 168 169 170 172 173 176 178 179 181 182 184 186 188 189 191 Unidad 8: Las personas y la salud ................................................................................................................................ 197 1. Concepto de salud ............................................................................................................................................................ 2. Enfermedades ..................................................................................................................................................................... 2.1. Enfermedades infecciosas ....................................................................................................................................... 2.2. Enfermedades no infecciosas ................................................................................................................................. 2.3. Sistema inmunitario ................................................................................................................................................. 3. Estilos de vida saludables ............................................................................................................................................... 3.1. Importancia de la alimentación ............................................................................................................................. 3.2. Trastornos alimentarios ........................................................................................................................................... 198 199 200 201 203 205 207 208 Curso de Acceso a Grado Medio [7 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA 3.3. Efectos beneficiosos de la actividad física ........................................................................................................... 209 3.4. Salud afectivo- sexual .............................................................................................................................................. 210 3.5. Efectos de las drogas sobre la salud ...................................................................................................................... 212 Unidad 9: Medio ambiente natural y ecosistemas ................................................................................................ 215 1. Ecología y medio ambiente ............................................................................................................................................. 2. Los ecosistemas y sus componentes: biotopo y biocenosis .................................................................................... 2.1. Variedad de ecosistemas .......................................................................................................................................... 2.2. Los factores bióticos ................................................................................................................................................. 2.3. Los factores abióticos ............................................................................................................................................... 3. Adaptación de los seres vivos al medio ....................................................................................................................... 4. Materia y energía en los ecosistemas ........................................................................................................................... 4.1. Cadenas y redes tróficas .......................................................................................................................................... 4.2. El ciclo de la materia ................................................................................................................................................ 4.3. La energia viene del sol y no se recicla ................................................................................................................ 5. Biodiversidad: concepto e importancia ....................................................................................................................... 6. Consecuencias de las actividades humanas sobre los ecosistemas ..................................................................... 6.1. El problema de la contaminación ......................................................................................................................... 6.2. El agujero de la capa de ozono .............................................................................................................................. 6.3. El calentamiento global ........................................................................................................................................... 6.4. La pérdida de Biodiversidad ................................................................................................................................... 6.5. El problema de los residuos .................................................................................................................................... 6.6. Un modelo que no se sostiene. Mirando al futuro ............................................................................................. 216 218 219 220 223 224 226 228 229 231 232 234 235 236 238 240 242 244 Unidad 10: Materiales de uso técnico ........................................................................................................................ 251 1. Materiales de uso técnico ................................................................................................................................................ 1.1. Clasificación ............................................................................................................................................................... 2. Propiedades de los materiales ....................................................................................................................................... 2.1. Mecánicas ................................................................................................................................................................... 2.2. Eléctricas y magnéticas ............................................................................................................................................ 2.3. Térmicas ...................................................................................................................................................................... 3. La Madera ........................................................................................................................................................................... 3.1. Formas comerciales .................................................................................................................................................. 4. Los metales ......................................................................................................................................................................... 4.1. Metales ferrosos ........................................................................................................................................................ 4.2. Metales no ferrosos .................................................................................................................................................. 4.3. Conformación de metales ....................................................................................................................................... 5. Materiales plásticos .......................................................................................................................................................... 5.1. Termoplásticos ........................................................................................................................................................... 5.2. Termoestables ............................................................................................................................................................ 5.3. Elastómeros ................................................................................................................................................................ 5.4. Conformación de plásticos ..................................................................................................................................... 5.4.1. Extrusión y soplado ..................................................................................................................................... 6. Materiales de construcción ............................................................................................................................................. 6.1. Materiales pétreos ..................................................................................................................................................... 6.1.1. Conglomerantes ........................................................................................................................................... 6.2. Materiales cerámicos ................................................................................................................................................ 251 252 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 263 264 266 267 268 270 271 272 273 274 Unidad 11: Técnicas de expresión y comunicación gráfica .............................................................................. 279 1. Normalización .................................................................................................................................................................... 1.1. Formatos y líneas ...................................................................................................................................................... 2. Instrumentos de dibujo .................................................................................................................................................... 2.1. Escuadra y cartabón ................................................................................................................................................. 3. Escalas .................................................................................................................................................................................. 3.1. Elección de escalas ................................................................................................................................................... [8 ] 280 282 283 284 285 286 Curso de Acceso a Grado Medio Índice 4. Trazados geométricos ....................................................................................................................................................... 4.1. Trazados básicos ....................................................................................................................................................... 4.2. Circunferencias .......................................................................................................................................................... 4.3. Polígonos .................................................................................................................................................................... 5. Sistema diédrico ................................................................................................................................................................ 5.1. Vistas diédricas .......................................................................................................................................................... 5.2. Trazado de vistas ....................................................................................................................................................... 6. Perspectiva axonométrica ............................................................................................................................................... 6.1. Isométrica ................................................................................................................................................................... 6.2. Caballera ..................................................................................................................................................................... 7. Acotación ............................................................................................................................................................................. 7.1. Normas ........................................................................................................................................................................ 8. Boceto y croquis ................................................................................................................................................................ 287 288 289 289 291 293 294 295 296 297 299 300 302 Unidad 12: Energía eléctrica ........................................................................................................................................... 307 1. La electricidad .................................................................................................................................................................... 2. Aplicaciones ........................................................................................................................................................................ 3. El circuito eléctrico ........................................................................................................................................................... 3.1. Componentes ............................................................................................................................................................. 3.2. Simbología .................................................................................................................................................................. 4. Magnitudes eléctricas ....................................................................................................................................................... 4.1. Instrumentos de medida .......................................................................................................................................... 5. Ley de OHM ....................................................................................................................................................................... 6. Tipos de circuitos .............................................................................................................................................................. 6.1. Circuitos serie ............................................................................................................................................................ 6.2. Circuitos paralelo ...................................................................................................................................................... 7. Tipos de corriente ............................................................................................................................................................. 8. Circuitos característicos .................................................................................................................................................. 308 310 312 313 315 317 319 321 322 324 325 326 328 Curso de Acceso a Grado Medio [9 ] PROPIEDADES DE LA MATERIA 1 INTRODUCCIÓN En esta unidad vamos a trabajar las propiedades generales y específicas de la materia y los cambios de estado de las sustancias. Concretando veremos propiedades tan importantes, y tan conocidas, como la masa, el volumen, la densidad, la solubilidad y las temperaturas específicas de fusión y ebullición. También trabajaremos las unidades de medida de estas propiedades. En fin, seguramente nada nuevo para ti. Es fácil, sólo tienes que recordar algunas cosas que ya sabrás y seguir la línea de trabajo marcada por estos materiales. Estas propiedades que tienen las sustancias en sus diferentes estados en la naturaleza nos permiten identificarlas. Pero las sustancias no se suelen mostrar puras sino mezcladas entre ellas formado disoluciones y mezclas heterogéneas. Aprenderemos a separarlas y prepararlas con la composición que en cada caso nos interese. Cuando termines de estudiar la unidad deberás ser capaz de: • Describir las propiedades de los materiales que nos rodean, tales como la masa, el volumen, la densidad, la temperatura y los estados en que se presentan y sus cambios. • Distinguir entre propiedades generales de la materia y propiedades específicas. • Resolver problemas de cálculo de las magnitudes físicas asociadas a estas propiedades • Reconocer los estados físicos de la materia y sus propiedades más importantes. • Identificar los diferentes cambios de estado. • Transformar grados Celsius en Kelvin y al revés. • Interpretar gráficas de calentamiento o de enfriamiento de una sustancia. • Determinar el estado físico de una sustancia a una temperatura dada sabiendo sus puntos de fusión y de ebullición. • Describir el proceso de medida de masas y volúmenes de sólidos y de líquidos, así como el de sus densidades respectivas. • Calcular masas o volúmenes de una sustancia dada su densidad. • Identificar sustancias dados sus puntos de fusión y de ebullición y su densidad, utilizando una tabla de datos. • Diferenciar entre mezclas y sustancias puras mediante las propiedades características de estas últimas. • Conocer algunas técnicas de separación de mezclas (filtración, decantación, evaporación). • Diferenciar las mezclas homogéneas de las mezclas heterogéneas. • Diferenciar entre soluto y disolvente de una disolución. • Identificar los distintos tipos de disoluciones (diluida, concentrada, saturada) en función de la solubilidad de la sustancia. Curso de Acceso a Grado Medio [ 11 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA • Diferenciar disolución concentrada de diluida, proponiendo métodos para concentrar o diluir una disolución dada. • Determinar la composición de una disolución en % en masa, % en volumen y gramos por litro. • Interpretar gráficas de solubilidad de sustancias en función de la temperatura. • Realizar el diagrama de separación de una mezcla de sustancias. • Justificar la diversidad de sustancias que existen en la naturaleza. • Aplicar los contenidos estudiados a situaciones de interés en el entorno. 1. ESTADOS DE LA MATERIA Si miramos a nuestro alrededor, podemos distinguir las distintas clases de materia que forman los cuerpos que nos rodean. Cobre y Zinc El cobre y el zinc son dos metales sólidos bastante utilizados en nuestra sociedad. Para construir hilos, máquinas y piezas industriales. También para fabricar nuevos materiales, aleaciones. Además el cobre y el zinc, en pequeñas cantidades, son esenciales para la vida humana. Intervienen en el buen funcionamiento del sistema inmunológico y circulatorio, entre otros, y se encuentran en gran cantidad de alimentos habituales como legumbres, mariscos, ostras y nueces. Podemos definir la materia como todo lo que tiene masa y ocupa un espacio. Así distinguimos la leche del azúcar que utilizamos para endulzarla. Parece sencillo; ya que la leche es líquida y el azúcar sólido, aunque las dos sustancias son blancas. También distinguimos claramente el vidrio del aluminio de la ventana aunque los dos sean sólidos. Sin embargo, hay muchas situaciones en que distinguir dos sustancias no resulta tan sencillo. Piensa si sabrías distinguir oxígeno de nitrógeno (dos sustancias gaseosas), alcohol de agua (dos líquidos) o cobre de níquel (dos sólidos). Hilo de cobre Piezas de zinc Banco de imágenes del ISFTIC ¿Sabes qué aleación forman el cobre y el zinc? [ 12 ] Agua Fuente propia Alcohol Fuente propia Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 1: Propiedades de la materia 1.1. Propiedades Propiedades generales y específicas (o características) Todas esas sustancias, oxígeno, nitrógeno, agua, alcohol, cobre, níquel, son materia y cada una de ellas es distinta de las demás. Si todas son materia, han de tener algo en común, alguna propiedad que nos permite afirmar que todas ellas son materia. Entendemos por materia todo lo que tiene masa y ocupa un volumen. A cada tipo de materia se le llama sustancia (plata, agua, aire). Estas propiedades, masa y volumen, no permiten diferenciar las sustancias y se llaman propiedades generales. Las propiedades generales son aquellas que poseen todos los tipos de materia y, por eso, nos permiten saber qué cosas son materia y que cosas no lo son. Aunque son varias las propiedades generales de la materia nos vamos a centrar en esas dos, masa y el volumen. Nuevos materiales Últimamente se están utilizando nuevos materiales diseñados para cubrir necesidades específicas (aleaciones ligeras, materiales cerámicos, plásticos, etc.). Las propiedades generales, como masa y volumen, son las que no permiten reconocer la materia pero no sirven para diferenciar unas sustancias de otras. ¿Quién no ha oído hablar del gore-tex, impermeable y transpirable, para prendas deportivas, o el PVC para puertas y ventanas? Por otro lado, como podemos distinguir una sustancia de otra, también debe haber algo que nos permite diferenciarlas. A simple vista podemos distinguir entre muchos tipos de sustancias: la madera, el plástico, el oro o la plata, y muchas más. Las propiedades específicas (o características) son aquellas que nos permiten distinguir un tipo de materia de otro. Las propiedades específicas (o caraterísticas) como densidad, temperatura de ebullición y temperatura de fusión, son las que permiten diferenciar unas sustancias de otras. Al contrario que las propiedades generales, existen muchas propiedades específicas: color, sabor, dureza, densidad, brillo, transparencia, conductividad térmica y eléctrica, temperatura de fusión, temperatura de ebullición, solubilidad, etc. Contesta El agua y el alcohol son dos líquidos incoloros, transparentes. A simple vista no se pueden distinguir pero tienen algunas propiedades distintas que sirven para identificarlos ¿Qué propiedades utilizarías para distinguir el agua del alcohol? Curso de Acceso a Grado Medio [ 13 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Estado plasma Tal vez hayas oído hablar de un cuarto estado de la materia, el plasma. Se denomina plasma a un gas constituido por electrones y partículas cargadas (iones libres). Es el estado habitual en las estrellas, y lógicamente en nuestro Sol, debido a las altísimas temperaturas. Pero también lo tenemos cercano en materiales cotidianos como pantallas de plasma o tubos fluorescentes. 1.2. Estados físicos Estados físicos de la materia Hemos visto que no toda la materia es igual, que está compuesta por diferentes sustancias con sus propiedades específicas. Pero toda la materia que podemos observar se presenta en tres formas distintas o estados físicos de la materia: sólido, líquido o gaseoso. Toda la materia y todos los objetos materiales se pueden observar en tres estados físicos: sólido, líquido y gaseoso. En el Sol y las estrellas, lejos de nuestra Tierra, existe otro estado llamado “plasma”. Gas, sólido, líquido Banco de imágenes del ISFTIC Las sustancias sólidas se caracterizan porque tienen un volumen y una forma determinada. Hacer que modifiquen su forma suele ser difícil: son indeformables, aunque algunos sólidos son relativamente elásticos. Los líquidos tienen un volumen constante, su forma no es fija, se adaptan al recipiente en el que están ubicados. Los gases no tienen una forma ni un volumen fijo, adoptan la forma del recipiente que los contiene y ocupan todo su volumen. A diferencia de sólidos y líquidos los gases se pueden comprimir, variar su volumen, es decir que tienen la propiedad de la compresibilidad. Estados Sólido Líquido Gaseoso FORMA Fija Variable Variable VOLUMEN Fija Fija Variable Indeformable Si No No Compresibilidad No No Si En la siguiente actividad debes completar las frases arrastrando los rectángulos de cada estado físico correspondiente a cada sustancia a temperatura ambiente. Observa que sólo hay que utilizar tres estados por lo que resulta fácil. Completa líquido sólido gaseoso plasma El mercurio se encuentra en estado El amoniaco se encuentra en estado El estaño se encuentra en estado [ 14 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 1: Propiedades de la materia 1.3. Cambios de estado Sin embargo, el estado físico de una sustancia no es fijo, sino que depende de la temperatura a la que se encuentre. Así, normalmente el agua la vemos en estado líquido, pero si la metemos en el congelador, al bajar la temperatura por debajo de los 0 ∫C, se congela y se convierte en hielo, que es agua en estado sólido. Si por el contrario la calentamos al fuego, hierve y se convierte en vapor de agua, se transforma al estado gaseoso. El cambio de un estado a otro depende de su temperatura. Si calentamos un sólido, más y más, pasará al estado líquido y gaseoso. Si enfriamos cualquier gas, más y más, pasará al estado líquido y sólido. La temperatura a la que se encuentra una sustancia es una propiedad general, pero la temperatura a la que cambia de estado es una propiedad específica. El punto de fusión y el punto de ebullición, propiedades específicas de las sustancias, son justamente las temperaturas a las que cambian de estado las diferentes sustancias. Y se llaman puntos de cambio de estado de una sustancia. Nombres de los cambios Como se puede comprobar en la figura los nombres de los cambios entre los tres estados de la materia son: • Sólido → Líquido: Fusión • Líquido → Sólido: Solidificación • Líquido → Gas: Vaporización • Gas → Líquido: Licuación o Condensación • Sólido → Gas: Sublimación • Gas → Sólido: Sublimación inversa En cada sustancia esos cambios de estado se dan a unas temperaturas fijas, siempre las mismas, llamadas temperatura de fusión (o punto de fusión) y temperatura de ebullición (o punto de ebullición). De modo que cada sustancia, agua, oro, oxígeno, mercurio, tiene sus puntos de fusión y ebullición específicos. Si sabes los puntos de cambio de estado de una sustancia, puedes llegar a identificarla utilizando una tabla de datos de propiedades específicas. Por ejemplo, si una sustancia funde (punto de fusión) a 0∫C y hierve (punto de ebullición) a 100∫C, casi puedes asegurar que se trata de agua. Cambios de estado (Autor: Josell7, bajo licencia Creative Commons) Así que todas las sustancias pueden estar en los tres estados. Pero a temperatura ambiente (unos 20∫C) diremos que el agua es un líquido, el oxígeno es un gas y el hierro es un sólido. Curso de Acceso a Grado Medio [ 15 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Elige las correctas Selecciona dos respuestas correctas de las cuatro siguientes en relación a los cambios de estado. Las sustancias gaseosas tienen una temperatura de fusión baja El paso de líquido a gas se llama licuación La temperatura no varía mientras se produce el cambio de estado La temperatura de fusión de una sustancia es mayor que la de ebullición [ 16 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 1: Propiedades de la materia 1.4. Gráficas de cambio de estado Ahora tenemos la gráfica del calentamiento de una sustancia desde -20 ºC hasta 160 ºC, en 35 minutos. La sustancia al recibir calor pasa por los estados sólido (estado inicial) a -20 ºC, líquido y gaseoso. Todos sabemos que al calentar una sustancia su temperatura aumenta, pero cuando llega al punto de fusión su temperatura no aumenta mientras está cambiando de estado (de sólido a líquido). Sólo cuando se ha producido el cambio de estado y toda la sustancia está en estado líquido, sigue aumentando su temperatura al recibir calor. El calor necesario para que se produzca el cambio de estado de una sustancia se llama “Calor latente” y mientras se está produciendo el cambio de estado, su temperatura no cambia. Contesta Observa la gráfica, que corresponde al calentamiento de una sustancia sólida. Indica cuáles son sus puntos de fusión y de ebullición, así como el estado físico a los 3 minutos, a los 12 minutos y a los 33 minutos. ¿Tienes idea de qué sustancia se trata? Curso de Acceso a Grado Medio [ 17 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Olla a presión Si calentamos agua en un recipiente cerrado, como puede ser una olla a presión, el vapor no puede escapar, sino que queda atrapado dentro del recipiente mezclándose con el aire y aumentando su presión sobre el líquido. Esto hace que aumente la temperatura de ebullición del agua por encima de 100 ºC y que los alimentos se encuentran a temperatura mayor y se cocinan antes. Todas las ollas de vapor deben tener una válvula de seguridad para que, una vez alcanzada cierta temperatura, el vapor pueda escapar. En caso contrario la presión del vapor podría hacer estallar la olla. 1.5. Ebullición y evaporación Al proceso de cambio de estado de líquido a gas lo llamamos Vaporización. Pero podemos observar diferentes comportamientos en ese cambio. Vapor de agua (Banco de imágenes del ISFTIC) Para que el agua líquida hierva, pase a vapor de agua, tenemos que calentarla hasta su temperatura de ebullición que es 100 ºC. Pero si dejamos un vaso de agua descubierto, podemos observar como al cabo de los días disminuye su contenido. El agua se ha evaporado sin llegar a los 100 ºC. Al primer cambio lo llamamos Ebullición y al segundo Evaporación; son dos formas de vaporización distintas. Este proceso de evaporación no debe ser confundido con la ebullición: Ebullición Evaporación Se produce a una temperatura determinada (punto de ebullición). Se produce a cualquier temperatura. Afecta a todo el líquido. Afecta sólo a la superficie del líquido. Se efectúa de forma tumultuosa. No cambia la apariencia tranquila del líquido. Además al evaporarse, parte del líquido se transforma en vapor y ejerce una presión, que se conoce como presión de vapor. Esta presión depende de la temperatura y del líquido en cuestión. Cuando la temperatura, el aumento de temperatura, hace que la presión de vapor iguale la presión atmosférica, el líquido entra en ebullición alcanzando el punto de ebullición. Esto produce el interesante fenómeno de la olla a presión. Completa el texto La evaporación es un proceso por el cual una sustancia en estado líquido pasa al estado ________________ . A diferencia de la ebullición, este proceso se produce a cualquier __________________ , siendo más rápido cuanto más elevada aquélla. No es necesario que toda la masa alcance el punto de _________________ . [ 18 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 1: Propiedades de la materia 1.6. Escalas de temperaturas Escala Fahrenheit La magnitud que explica las nociones comunes de caliente o frío se llama temperatura. En general podemos decir que un objeto caliente tendrá una temperatura alta, y un objeto frío tendrá una temperatura baja. La temperatura se mide con termómetros que pueden ser calibrados según tres escalas de temperatura. La escala Kelvin (K) o escala absoluta, la escala Celsius (ºC) antes llamada centígrada y la escala Fahrenheit (ºF) que antes se utilizaba en la mayoría de los países anglosajones y ahora sólo se emplea en los Estados Unidos para usos no científicos y en determinadas industrias como la del petróleo. El grado Kelvin (K) es la unidad de temperatura en el Sistema Internacional de Unidades (SI). En la escala Kelvin se asocia el valor cero (0 K) al “cero absoluto”, es decir a la menor temperatura posible. Por eso se llama escala absoluta de temperaturas y es la más empleada en ámbitos científicos. Sin embargo fuera del ámbito científico el uso de la escala Celsius es el más extendido. Escalas temp. Fuente propia Pasar de la temperatura Celsius a la Kelvin, y viceversa, es muy sencillo. Hay que tener en cuenta la referencia del agua y sus temperaturas de fusión y ebullición. Estas dos escalas se llaman centígradas porque en ambos casos hay 100 grados de diferencia entre los puntos de ebullición y de fusión de agua: Temperatura de ebullición del agua Temperatura de fusión del agua Temperatura mínima posible Temp. Celsius Temp. Kelvin 100 ºC 373 K 0 ºC 273 K - 273 ºC 0K Otra escala de temperaturas que tal vez conozcas es la escala Fahrenheit (ºF). Antes se utilizaba en la mayoría de los países anglosajones y ahora sólo se emplea en los Estados Unidos para usos no científicos y en determinadas industrias como la del petróleo. La escala se establece entre las temperaturas de fusión y ebullición del agua, que son 32 °F y 212 °F, respectivamente. De modo que la equivalencia entre las escalas Celsius y Fahrenheit son: 0 ºC = 32 ºF 100 ºC = 212 ºF Si un amigo nos llama desde New York y nos dice que está a 88 grados de temperatura en verano, no nos debe preocupar; son 88 ºF que equivalen a 31 ºC Por tanto: T(K) = T(ºC) + 273 ó T(ºC) = T(K) - 273 Entonces 30 grados Celsius serán: 30 ºC = 30 + 273 = 303 K Y 200 grados Kelvin serán: 200 K = 200 - 273 = - 73 ºC Elige la correcta La temperatura de fusión del aluminio es de 659 ºC (escala Celsius). ¿Cuál será esa temperatura en la escala Kelvin? 386 859 950 932 Curso de Acceso a Grado Medio [ 19 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Contar, medir,... Actualmente los números los utilizamos para contar, para ordenar, para calcular y para medir: • Contar es establecer una correspondencia entre los elementos de dos conjuntos (ej. números naturales y días). • Ordenar es especificar el rango de cada elemento determinado dentro de un grupo (1º, 2º,...). • Calcular es obtener unas cantidades a partir de otras mediante cálculos matemáticos. • Y Medir es relacionar el objeto de medida con una unidad de medida para saber cuántas veces esa unidad está contenida en lo que estamos midiendo. 2. MEDIDA DE MASAS Y VOLÚMENES La necesidad de medir es paralela a nuestra historia como humanos. Nuestros antepasados han tenido curiosidad por medir su altura, el peso propio y el peso de los alimentos que iban a comprar en el mercado o el tiempo que les costaba ir y volver desde su casa. Balanza de brazos Balanza electrónica Banco de imágenes del ISFTIC Y para medir utilizamos los números. El sistema de numeración que utilizamos ahora es el sistema decimal de posición. Tiene la ventaja de usar pocas cifras (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9), pero con significados distintos según el lugar que ocupen. Así la cifra 7 significa 7 unidades en el número 87, pero significa 70 unidades en el 473. Ahora vas a aprender a medir masas con balanzas, así como volúmenes de líquidos con probetas y volúmenes de sólidos por inmersión en un líquido. En los laboratorios se utilizan habitualmente balanzas digitales (electrónicas), pero con las tradicionales de brazos se ve el mecanismo de pesada: la masa en ambos platillos debe ser la misma para que la balanza esté equilibrada, como verás en las actividades que realizarás a continuación. [ 20 ] Probeta ISFTIC Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 1: Propiedades de la materia 2.1. Unidades de masa Las propiedades de la materia se miden con las unidades de medida. Antiguamente cada país tenía sus propias unidades de medida y eso representaba grandes problemas. Por ello en un intento de unificación, en la Conferencia de Pesas y Medidas de París, en 1960, se aceptó el Sistema Internacional de Unidades (S.I.). Este sistema (S.I.) fija las unidades fundamentales correspondientes a las magnitudes (propiedad a medir): Magnitudes (propiedades) Unidades fundamentales y símbolos Longitud metro (m) Masa kilogramo (kg) Tiempo segundo (s) Temperatura kelvin (K) Superficie metro cuadrado (m2) Volumen metro cúbico (m3) Cada unidad tiene múltiplos y submúltiplos. Por ejemplo la Masa. Son múltiplos y submúltiplos del kg, y unidades bastante empeladas: • La tonelada (Tm) o megagramo (Mg); 1 Tm = 1.000 kg • El gramo (g); 1 kg = 1.000 g • El miligramo (mg); 1 kg = 1.000.000 m Ordena Ordena de mayor a menor las siguientes masas (recuerda que para compararlas hay que pasarlas a la misma unidad): 1 4.000 g 2 3,56 kg 3 44 hg 4 3.600.000 mg Curso de Acceso a Grado Medio [ 21 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Medir volúmenes Realiza el experimento interactivo (por Internet) de medida de los volúmenes de sólidos, por el método de inmersión, con una probeta conteniendo agua. Para ello, deberás leer el volumen de líquido en la probeta al principio y el que alcanza cuando se sumerge cada uno de los objetos. La diferencia entre las dos lecturas nos dará el volumen del objeto. Al final comprueba los resultados de los tres ejercicios corona, esfera y muestra de oro). Piensa si habría otra forma de medir, o calcular, el volumen de la esfera. 2.2. Unidades de volumen y capacidad El volumen se mide en metros cúbicos (m3), también en decímetros cúbicos (dm3) y en centímetros cúbicos (cm3). Aquí el cambio de unidades será: 1 m3 = 1.000 dm3 = 1.000.000 cm3 También son muy utilizadas las unidades de capacidad para medir volúmenes. Las más importantes son el litro (L) y el mililitro (mL). La equivalencia es de 1 L = 1.000 mL. En la imagen podemos ver la equivalencia entre la unidad de Volumen (dm3) y la unidad de Capacidad (L), es decir: 1 dm3 = 1 litro (L) por tanto 1.000 dm3 que es 1 m3 será igual a 1.000 litros (L) que es 1 kL, es decir: Imagen Litro-dm3 Autor desconocido 1 m3 = 1 kL y también 0,001 dm3 que es 1 cm3 será igual a 0,001 litros (L) que es 1 mL, es decir: 1 cm3 = 1 mL Los volúmenes de los objetos se pueden medir por inmersión en agua o con cálculos matemáticos si son cuerpos geométricos definidos. Por ejemplo, un prisma recto de base rectangular, como el de la figura, mide 2 m de alto, 15 dm de ancho y 333 cm de fondo. Su volumen en cm3 será: V= A x B x C = 200 cm x 150 cm x 333 cm = 9990000 cm3 O sus equivalentes; 9990000 cm3 = 9990 dm3 = 9,99 m3. Hemos calculado que el volumen del prisma es de 9,99 m3 = 9,99 kL Ordena Ordena de mayor a menor, los volúmenes de los depósitos de agua de cuatro ciudades españolas. [ 22 ] 1 50.000.000 L 2 45.000 m3 3 900 hL 4 70 hm3 Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 1: Propiedades de la materia 2.3. Determinación de densidades Aunque toda la materia posee masa y volumen, la misma masa de sustancias diferentes tienen ocupan distintos volúmenes, así notamos que el hierro o el hormigón son pesados, mientras que la misma cantidad de goma de borrar o plástico son ligeras. La propiedad que nos permite medir la ligereza o pesadez de una sustancia recibe el nombre de densidad. Cuanto mayor sea la densidad de un cuerpo, más pesado nos parecerá. La densidad se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y m el volumen que ocupa, es decir: d = ———— V Así, como en el S.I. la masa se mide en kilogramos (kg) y el volumen en metros cúbicos (m3) la densidad se medirá en kilogramos por metro cúbico (kg/m3). Esta unidad de medida, sin embargo, es muy poco usada; se usa más el gramo por centímetro cúbico (g/cm3). La densidad del agua se toma como referencia ya que la mayoría de las sustancias tienen densidades similares a la del agua. Esta densidad del agua es de 1.000 kg/m3, que equivalen a 1 g/cm3. Ya que 1.000 kg = 1.000.000 g, y 1m3 = 1.000.000 cm3. Por tanto 1.000 kg/m3 = 1.000.000 g / 1.000.000 cm3 = 1 g/cm3. También nos pueden dar la densidad del agua en kg/dm3. ¿Qué relación hay entre esta unidad y las anteriores? Veámoslo. Como 1 kg = 1.000 g; y 1 dm3 = 1.000 cm3. Resulta que 1 kg/dm3 = 1g/cm3. O sea: La densidad del agua es 1.000 kg/m3 = 1 g/cm3 = 1 kg/dm3 Elige la correcta La densidad del corcho es 0,25 g/cm3. ¿Qué masa tendrá una placa de corcho de 3 dm3? 0,12 kg 0,75 g 0.75 kg 12 g Curso de Acceso a Grado Medio [ 23 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Medir densidades Realiza el experimento interactivo (por Internet) de cálculo de las densidades de dos sólidos con una probeta, con agua, y una balanza. Comprueba los resultados de los dos primeros ejercicios (densidades de la esfera y la muestra de oro). Investiga sobre el material del que está hecha la esfera ayudándote de la tabla de densidades anterior. 2.4. Identificación de sustancias Ya has utilizado la tabla con datos de puntos de fusión y de ebullición y las densidades de varias sustancias. Como cada una de ellas tiene unos valores concretos de esas magnitudes, es posible identificar sustancias si sabemos los valores de esas propiedades y consultamos la tabla de datos. Podemos identificar sustancias desconocidas comparando sus valores de densidad, punto de fusión y punto de ebullición con los datos de las tablas. Por ejemplo, si una sustancia tiene un punto de fusión de 659 ºC y una densidad de 2.7 g/cm3, podemos asegurar que se trata de aluminio, porque no hay ninguna otra sustancia que tenga valores parecidos para esas magnitudes en la tabla de datos. Sin embargo en algunos casos, como el cobre y el níquel, los valores de las densidades y las temperaturas de cambios de estado son muy parecidos y es difícil diferenciarlos. En la siguiente gráfica están representadas (en el eje de ordenadas) las masas de tres sustancias A, B y C, desconocidas, frente a sus volúmenes correspondientes. Con ella responde a las preguntas: a) ¿Cuál es la densidad de cada una de ellas, A, B y C? b) ¿Podrías identificar alguna de las sustancias? Elige la correcta Una sustancia tiene un punto de fusión de unos 960ºC y una densidad de, aproximadamente, 10 gramos por centímetro cúbico. ¿De qué sustancia puede tratarse? Plomo Níquel Plata Mercurio [ 24 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 1: Propiedades de la materia 3. SUSTANCIAS PURAS Y MEZCLAS Cuando ves un objeto metálico, no sabes si está formado por una única sustancia (es un metal puro, sustancia pura) o por varias (y entonces se trata de una aleación, mezcla). Algo parecido sucede si tienes agua mineral en un vaso: ¿es cierto que solamente hay agua? Muchas sustancias son mezclas, coma las bebidas de cola, que están formadas por cola, cafeína y gas carbónico, el Roca granito, mezcla agua del mar que está formada por Banco de imágenes del ISFTIC agua y sal, el vino, que contiene alcohol, agua, conservantes y colorantes, o el granito en el que son visibles sus componentes. Existen muchas sustancias que son mezclas, es decir, que están formadas por dos o más componentes, y cada componente es una sustancia pura. Aleaciones Una aleación es una mezcla sólida homogénea de dos o más metales, o de un metal, por ejemplo Fe, Al, Cu, Pb, con algunos elementos no metálicos, por ejemplo P, C, Si, S, As. Para su fabricación en general se mezclan los elementos llevándolos a altas temperaturas para que sus componentes estén fundidos (estado líquido). Las aleaciones más comunes son: • Acero (hierro y carbono) • Bronce (cobre y estaño) • Latón (cobre y cinc) • Oro blanco (oro y plata u oro y platino) Sin embargo, hay otras sustancias que son puras como el oxígeno (que utilizan en los hospitales para la respiración asistida), el azúcar (que endulza la leche), el oro (que buscan afanosamente los buscadores de tan precioso metal) o el diamante. Diamante pulido, sustancia pura Banco de imágenes del ISFTIC Vamos a ver cómo podemos saber si hay una única sustancia o más de una, y, además, cómo podemos separarlas en algunos casos, sencillos pero muy útiles. Oxígeno, azúcar, oro o diamante son sustancias puras mientras que agua de mar, vino, granito o bebidas de cola son mezclas de sustancias. Cada sustancia pura tiene una densidad, un punto de fusión y un punto de ebullición fijo, pero cada mezcla no, ya que depende de las cantidades de los componentes de la mezcla. Curso de Acceso a Grado Medio [ 25 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Clasificación de la materia Realiza la actividad de clasificar materiales: • Sustancias puras, elementos y compuestos. • Mezclas homogéneas y heterogéneas. Clasifica los distintos objetos materiales, arrastrándolos con el ratón al cuadro correspondiente, según el tipo de materia que los compone, en la siguiente actividad web: 3.1. Mezclas homogéneas y heterogéneas Cuando decimos que en un recipiente tenemos una sustancia pura nos referimos a que solamente hay una sustancia. Si hay más de una, entonces se trata de una mezcla. Todos los elementos químicos conocidos están clasificados en el Sistema Periódico y son sustancias puras simples o sustancias simples. Algunos se encuentran en la Naturaleza (como el oxígeno, el carbono, el uranio, etc.), otros se obtienen artificialmente (como el plutonio, el curio, el einstenio, etc.). Las sustancias puras compuestas o compuestos químicos están formadas por varias sustancias simples o elementos químicos. Son compuestos químicos el agua, el dióxido de carbono, el amoniaco, etc. Si en la mezcla se pueden distinguir sus componentes, se llama heterogénea; en caso contrario, recibe el nombre de homogénea (disolución) Existen dos tipos de mezclas: homogéneas y heterogéneas. Las mezclas heterogéneas son aquellas en las que los componentes se distinguen a simple vista. Y mezclas homogéneas las que sus componentes no se distinguen a simple vista. También reciben el nombre de disoluciones. Verdadero o falso Verdadero Falso El agua del mar es una mezcla heterogénea La leche es una mezcla homogénea El acero es una sustancia pura [ 26 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 1: Propiedades de la materia 3.2. Separación de mezclas: Filtración y Decantación En la mayoría de los casos, las sustancias se presentan mezcladas en el medio natural. Pero es necesario separarlas para poder darles el uso adecuado en cada caso. Las sustancia puras no se pueden separar por los procedimientos físicos clásicos como destilación, filtración, pero las mezclas sí que se pueden separar por estos métodos simples. Sal, arena y alcohol En el ejemplo se esquematiza el proceso que permite separar arena, sal y alcohol (diagrama de bloques) Recuerda que una mezcla es como la suma de varias sustancias puras. Ahora vamos a ver algunas de las técnicas de separación de sustancias más conocidas y útiles. Si en una botella tenemos agua turbia con arena ¿cómo separamos el agua de la arena? En primer lugar, podemos filtrar, utilizando un embudo con un papel de filtro, en el que se queda la arena, y el agua se recoge en el recipiente colocado bajo el embudo. Filtración Decantación Banco de imágenes del ISFTIC Pero también se puede decantar, dejando que repose la mezcla e inclinar con cuidado el recipiente en que se encuentra para pasar el agua a otro recipiente. Elige la correcta ¿Cómo podemos separar una mezcla heterogénea de agua y aceite de oliva? Además de diferente color y que no se disuelve en agua, el aceite tiene de densidad 0,9 g/cm3 y de punto de ebullición 360 ºC. Filtración Decantación Destilación Evaporación Curso de Acceso a Grado Medio [ 27 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA 3.3. Otras técnicas de separación Hemos visto la filtración y la decantación. Ahora veremos otras técnicas de separación de sustancias que forman mezclas. Salinas de Naval Evaporación. Consiste en calentar la mezcla hasta que uno de los componentes, normalmente líquido, se evapore totalmente. Los otros componentes quedan en el envase. Un ejemplo de esto se encuentra en las salinas, enormes embalses con agua de mar que se dejan mucho tiempo, hasta que se evapora el agua, quedando así la sal marina. En las salinas, costeras o de interior, se obtiene la sal por evaporación del agua salada. En Aragón tenemos salinas de ese tipo en Naval (Huesca), lugar en el que se está construyendo un centro termolúdico aprovechando las propiedades curativas de las aguas muy concentradas en sales. Imantación o magnetización. Se basa en la propiedad de algunos materiales de ser atraídos por un imán. Para poder usar este método es necesario que uno de los componentes sea atraído y el resto no. Se utiliza en vertederos para separar la chatarra metálica. Las saladas de Aragón ¿Qué son las saladas? Son lagunas se inundan tras las lluvias, pero permanecen secas la mayor parte del tiempo debido a la evaporación, quedando cubierto el fondo de una costra salina blanca característica. El conjunto de saladas de Sástago-Bujaraloz, en Monegros, es el más grande de toda Europa y el que presenta más especies interesantes de flora y fauna desde el punto de vista científico. [ 28 ] Banco de imágenes del ISFTIC Destilación. La destilación es el procedimiento más utilizado para la separación y purificación de líquidos. Por destilación se obtiene el alcohol y las bebidas de mayor graduación alcohólica, whisky, coñac, vodka, ginebra. Además la llamada “destilación fraccionada” es una técnica de separación de los componentes del petróleo. Así se obtienen sus componentes de gran importancia industrial y social; butano, propano, gasolinas, gasoil, fueloil, queroseno, aceites pesados, alquitranes, asfaltos, etc. Relaciona Relaciona la separación de cuatro mezclas de sustancias con la técnica que utilizarías en cada caso. Para ello pasa los rectángulos de la izquierda a la parte central en el orden que corresponda. Imantación Separar limaduras de hierro de un montón de arena Evaporación Separar la nata de la leche Filtración Separar la sal del agua Destilación Separar el alcohol del agua Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 1: Propiedades de la materia 4. DISOLUCIONES Las mezclas homogéneas reciben el nombre de disoluciones. De esta forma, una aleación metálica como el bronce es una disolución, lo mismo que el aire o el agua de mar. Aunque no se vean tienen componentes que son sustancias puras. Así el bronce se compone de cobre y zinc, el aire de oxígeno y nitrógeno fundamentalmente, el agua de mar de agua y cloruro de sodio junto a otros productos en pequeñas cantidades. Además conocemos que las sustancias tienen unas propiedades específicas como la densidad, los puntos de fusión y de ebullición que no permiten distinguir unas de otras. Nos proponemos ahora estudiar otra propiedad de las sustancias, la solubilidad. Disoluciones (animaciones) Disolución de azúcar en agua. La animación (Flash) muestra la disolución de un compuesto molecular (azúcar común, C12H22O11) en agua con la separación de las moléculas individuales. La solubilidad de una sustancia en otra es la cantidad de esa sustancia que se puede mezclar con una determinada cantidad de otra para dar como resultado una disolución, es decir, una mezcla homogénea. A la sustancia que está en mayor cantidad la denominamos disolvente y la de menor cantidad soluto. Vamos a comprobar que la solubilidad es otra propiedad característica de las sustancias. Fijada la cantidad de disolvente, por ejemplo 1 litro de agua, se pueden disolver varias cantidades de la otra sustancia, por ejemplo sal común (cloruro de sodio). Se podría ir añadiendo sal, agitar, más sal y agitar hasta llegar a un máximo ¿cuál es ese máximo? Soluto sin disolver y disuelto Ese máximo de cantidad de sal común que se puede disolver en agua nos lo da la solubilidad de la sal común en agua, en g/100g (gramos de soluto por cada 100 g de disolvente). Solubilidad de una sustancia (soluto) en otra (disolvente) es la cantidad máxima de soluto (en gramos) que se puede disolver en el disolvente (normalmente en 100 g de disolvente) En el caso que estamos analizando se puede ver en las tablas que es 36 g/100 g, es decir que se puede disolver como máximo 36 gramos de cloruro de sodio en 100 gramos de agua. Cuando se llega a este máximo diremos que tenemos una disolución saturada de cloruro de sodio en agua. Curso de Acceso a Grado Medio [ 29 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA 4.1. Tipos de disoluciones Conviene recordar las diferentes clases de disoluciones según la cantidad de soluto: Disoluciones diluidas. Son las que contienen una cantidad pequeña de soluto disuelto respecto al máximo que se puede disolver. Disoluciones concentradas. Son las que tienen bastante soluto disuelto, cerca del máximo posible. Disoluciones saturadas. Son las que contienen la máxima cantidad de soluto disuelta que nos da el dato de la solubilidad. Ya no se puede disolver más soluto. En una disolución el disolvente puede ser sólido, líquido o gaseoso, y el soluto también puede presentarse en los tres estados. Por ejemplo en las aleaciones tanto soluto como disolvente son sólidos a temperatura ordinaria (20 ºC), y el aire se puede considerar una disolución de gases en gases en la que como el componente mayoritario es nitrógeno, este será el disolvente. Pero nos centraremos en el estudio de la solubilidad de sustancias en las que el disolvente es líquido por las dificultades que plantea el estudio con disolventes en estado sólido o gaseoso. Dentro de las disoluciones en las que el disolvente es un líquido las más importantes son las disoluciones acuosas. Estas son las más habituales e importantes en la Tierra y además son la base de la vida terrestre. Son aquellas que tienen agua como componente en mayor proporción de la mezcla (disolvente), mientras que la sustancia disuelta (soluto) puede ser sólida (sal común), líquida (alcohol etílico) o gas (oxígeno). Elige la correcta La solubilidad de una sustancia conocida en agua, a 60ºc, es de 43 gramos en 100 mL de agua. Basándote en la tabla anterior, dirás que esa sustancia es: Nitrato de potasio Sulfato de cobre Cloruro de sodio [ 30 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 1: Propiedades de la materia 4.2. Composición de disoluciones Según la cantidad de soluto disuelta en una cierta cantidad de disolvente decimos que la disolución está diluida, saturada o concentrada. Pero deberemos calcular y expresar el grado de concentración exacto. Hay varias formas de calcularlo y expresarlo: 1. Tanto por cien en masa (% en masa). Expresa la masa, en gramos, de soluto disuelto por cada 100 g de disolución. Unidad muy utilizada en el trabajo corriente. Agua oxigenada El agua oxigenada es uno de los productos que tienen grandes propiedades para la salud y el hogar. Su fórmula química (H2O2) se parece bastante a la del agua pura (H2O). Químicamente se le conoce como peróxido de hidrógeno. 2. Tanto por cien en volumen (% en volumen). Expresa el volumen, en mililitros (mL = cm3), de soluto disuelto por cada 100 mL de disolución. 3. Gramos/litro (g/L). Expresa la masa, en gramos, de soluto disuelto por cada en cada litro de disolución. Agua oxigenada al 6% (20 volúmenes) La composición de cualquier disolución se suele expresar en porcentaje en masa de soluto (% en masa) o en masa de soluto que hay disuelta en un volumen de disolución (g/L). Pero si el soluto es líquido se suele indicar el porcentaje en volumen (% en volumen), que en el caso particular del alcohol se llama grado alcohólico. Así, el alcohol de quemar de 96º tiene 96 mL de metanol en 100 mL de disolución, es decir que sólo habrá 4 mL de agua (96+4=100). Y si hablamos de bebidas alcohólicas, un vino de 12º tiene 12 mL de alcohol etílico -o etanol- en 100 mL de vino (también se indica 12%). Así, si una disolución tiene una concentración del 8% (en masa) de sal común significa que de cada 100 gramos de disolución 8 g son de sal y el resto de agua (92 g). Y si nos dicen que es de 4 g/L, debemos entender que en un litro de disolución hay disueltos 4 g de soluto. Curso de Acceso a Grado Medio Blanquea la ropa y el cabello. Cuando hay manchas de sangre en la ropa o sábanas es recomendable utilizarla. Se utiliza para desinfectar las heridas ya que libera oxígeno y destruye los microorganismos anaerobios, siendo por lo tanto un potente desinfectante. Para usos caseros y medicinales debe utilizarse en concentraciones del 3%. O lo que es lo mismo de 10 volúmenes. En cosmética se emplea en concentraciones del 6% (20 volúmenes) o del 12% (30 volúmenes) y en la industria se emplea más concentrada. [ 31 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Elige las correctas Cuando el sulfato de cobre se disuelve en agua, la disolución toma color azul intenso debido a la sustancia disuelta. Observa en la imagen las dos disoluciones y responde ¿Cuál de las disoluciones crees que está más concentrada? La de la derecha La de la izquierda Las dos igual [ 32 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 1: Propiedades de la materia 4.3. Solubilidad y temperatura (sólidos) Algunos sólidos son muy solubles en agua, como por ejemplo la sal común, mientras otros como el mármol son poquísimo solubles en agua, prácticamente insolubles (que no se disuelven). Pero habrás comprobado que el azúcar, el cola-cao se disuelven mejor en agua caliente. Como puedes ver en la gráfica, en general, los sólidos se disuelven más en agua caliente que en fría. Cualquier soluto (en estado sólido) se disuelve mejor cuanto mayor es la temperatura del disolvente. Podemos decir que la solubilidad del soluto (sólido) aumenta al aumentar la temperatura del disolvente. Si observas la gráfica, verás que a temperatura ambiente (20 ºC) la sustancia más soluble es el cloruro de sodio (sal común), con una solubilidad de unos 38 gramos de sal por cada 100 mL de agua. Sin embargo, su solubilidad prácticamente no varía al calentar, mientras que la del nitrato de potasio y la del sulfato de cobre aumentan notablemente. Por ejemplo, a 50 ºC se disuelven 80 g de nitrato de potasio en 100 g de agua. Anticongelantes Los coches tienen un líquido rodeando al motor que aguanta temperaturas de hasta -20 ºC. Po eso se llaman anticongelantes de motor. ¿Sabes en qué consisten los anticongelantes de los coches? La explicación es sencilla. El agua pura congela, pasa a hielo, a 0ºC. Pero si le añadimos sales la convertimos en una disolución que puede aguantar sin congelar hasta 2, -5, -10, -15 o -20 ºC según la cantidad de soluto (sales) disueltas en agua. Colorear.Info De modo que un anticongelante es una disolución acuosa (en agua) preparada para aguantar bajas temperaturas sin congelarse. Elige la correcta La solubilidad de una sustancia conocida en agua, a 60ºc, es de 43 gramos en 100 mL de agua. Basándote en la tabla anterior, dirás que esa sustancia es: Nitrato de potasio Sulfato de cobre Cloruro de sodio Curso de Acceso a Grado Medio [ 33 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Bebidas carbónicas Las bebidas carbónicas son esencialmente agua cargada con dióxido de carbono a la que se ha añadido azúcar y algún ácido, una materia colorante y un agente de sabor. Son bebidas carbónicas todas la bebidas gaseosas, las bebidas de cola, todas sin alcohol, aunque también hay bebidas alcohólicas carbónicas (champán, cava, vino espumoso, etc.). Estas bebidas suelen consumirse frías, para ser más refrescantes y para evitar la pérdida de dióxido de carbono, que le otorga la efervescencia. Para que se conserve el gas, se envasa la bebida en recipiente herméticamente cerrado. 4.4. Solubilidad y temperatura (gases) Hemos visto que al disolver sustancias sólidas en agua (sal, azúcar, café molido, etc.) cuanto mayor sea la temperatura del agua mayor cantidad de sustancia se disuelve. Pero ¿pasará lo mismo con los gases disueltos en agua (dióxido de carbono, oxígeno, etc.)? Vayamos como otras veces a nuestra experiencia diaria. ¿Qué ocurre si se llena un vaso de una bebida carbónico fría y se deja hasta que adquiere la temperatura ambiente? ¿Y si además calentamos la bebida? La respuesta parece clara: “el gas se escapa; y al calentar todavía más”. Esto ocurre porque... La solubilidad del carbónico, como la mayoría de los gases, es mayor cuanto más baja es la temperatura de la disolución. Así que si queremos mucho gas carbónico disuelto deberemos mantener una temperatura baja. Este efecto se puede observar en las siguientes gráficas. Se muestra el cambio de la solubilidad, bajando, al calentar la disolución acuosa. La solubilidad del oxígeno atmosférico en el agua es fundamental para la vida de los peces y las plantas acuáticas, tanto en aguas saladas como en aguas dulces. Los peces y las plantas tienen la capacidad de absorber el oxígeno disuelto en el agua y que necesitan para llevar a cabo procesos vitales. Por eso la buena oxigenación de los mares, ríos y acuarios es fundamental para la vida acuática. Completa el texto La vida acuática depende, entre otros factores, del oxígeno disuelto en el agua. Por eso se desarrolla mejor en ______________________ ya que la solubilidad del oxígeno es ______________________ en agua fría que en caliente. Otros factores como la contaminación de las aguas, que disminuye el ______________________ disuelto, perjudican la calidad de la vida acuática. [ 34 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 1: Propiedades de la materia 4.5. Disoluciones comunes Límites para evitar malos tragos Entre los problemas más graves que tenemos en España se encuentra la incidencia del alcohol en las muertes por accidente de tráfico, un total de casi 2600 en 2009 (¡y es la cantidad menor en los últimos años y un 16% menos que en el 2008!). Actualmente, el límite de alcohol para conducir es de 0.5 g/L en sangre y 0.25 mg/L en aire espirado para los permisos A1, A y B. Para el resto de permisos y conductores noveles aún se reduce más, 0.3 g/L en sangre y 0.15 mg/L en aire espirado. Se puede decir de forma aproximada que un varón normal de 70 kg obtiene 0.3 g/L en sangre con la consumición de: • Una lata de cerveza de 33 cL. • Un vaso y medio pequeño de vino de 100 mL. Está demostrado que el consumo de alcohol, incluso a bajas concentraciones etílicas, reduce la capacidad de conducción con el deterioro de la atención, de las funciones visual y auditiva, perturbaciones en el campo perceptivo, cansancio, somnolencia y fatiga muscular. En consecuencia aumenta el riesgo de sufrir un accidente. Diferentes estudios demuestran que el número de muertos en accidentes de circulación a causa del alcohol puede situarse entre el 30 y 50 por ciento del total. Según datos del Instituto de Toxicología sobre un estudio realizado a 1.621 conductores muertos en accidentes: • De los 1.531 conductores de turismos y vehículos de dos ruedas fallecidos el 32,7% (501) superaban la tasa de alcoholemia permitida de 0,5 g/l en sangre (0,25 mg/l en aire espirado). • De los 90 conductores de camión y autobús analizados, 14 (el 15,5%) superaban la tasa de alcohol permitida de 0,3 g/l en sangre (0,15 mg/l en aire espirado). Alcohol y conducción Según un estudio de la Dirección General de Tráfico, los efectos y consecuencias de la ingesta de alcohol en la conducción de vehículos para un hombre en ayunas, sano, de 70 kg y no bebedor, según los gramos de alcohol por litro en sangre, son los siguientes: Gramos/litro 0,3 a 0,5 0,5 a 0,8 0,8 a 1,5 1,5 a 2,5 Más de 3 Riesgo de accidente x2 x5 x9 x 20 x 50 Es decir que con 0,4 g/L en sangre el riesgo de accidente se multiplica por dos. Pero con una tasa de 2 g/L el riesgo se multiplica por veinte. Lo que supone un gran peligro para el conductor, los que le rodean y los que se cruzan con él en la carretera. De una forma sencilla y aproximada, se puede decir que un vaso pequeño de vino, una copa de cava o una caña de cerveza suponen una consumición, que a un hombre de unos 70 kg le produce 0.2 g/L de alcohol de sangre, mientras que una copa de coñac, un whisky o un combinado equivale a 0.4 g/L. En las mujeres, el efecto es apreciablemente mayor, del orden de un 50% superior. Curso de Acceso a Grado Medio [ 35 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Tasas máximas permitidas de alcohol para conducir Conductores Límite en sangre Límite en aire espirado (1) General 0,5 g/L 0,25 mg/L (2) Profesionales 0,3 g/L 0,15 mg/L (3) Noveles 0,3 g/L 0,15 mg/L (1) Tasas máximas permitidas a la población general de conductores. (2) Tasas máximas permitidas a conductores de vehículos destinados a transporte de mercancías con una masa máxima autorizada superior a 3.500 kilogramos, al transporte de viajeros de más de 9 plazas, o de servicio público, al escolar o de menores, al de mercancías peligrosas, servicios de urgencia y transportes especiales. (3) Tasas máximas aplicables a cualquier conductor durante los 2 años siguientes a la obtención del permiso o licencia que habilita para conducir. Las tasas obtenidas por análisis de sangre o por aire espirado son equivalentes, tan solo existe diferencia en la obtención de la muestra analizada. EJERCICIOS 1. Una viga de hierro, como la de la figura, tiene 3,5 m de larga, 20 cm de alta y 150 mm de gruesa. a) Calcula el volumen de la viga sabiendo que es un prisma recto de base rectangular. b) Calcula la masa de la viga si la densidad del hierro es d =7,9 kg/dm3. c) Si la viga fuera de aluminio (d = 2,7 kg/dm3) ¿qué masa tendría? 2. Quiero pintar las paredes y el techo de una habitación que tiene las siguientes dimensiones: 10 metros de largo, 8 m de ancho y 3 m de altura. La puerta mide 1,10 m de ancho y 220 cm de alto. a) Calcula la superficie total que tengo que pintar. b) Si gasto un Kg de pintura por cada tres m2, calcula los kg de pintura que necesitaré. c) Calcula el volumen de la habitación. 3. Observa la información que publicaba el periódico “20 minutos” (agosto 2010) sobre las reservas de agua en la Cuenca del Ebro: “La reserva de agua embalsada en la Cuenca del Ebro se sitúa en 5.075 hectómetros cúbicos, lo que representa un 67,6 por ciento de su capacidad total, un 3,1 por ciento menos que la última semana.” a) Expresa el agua que hay embalsada en m3 y en litros. b) ¿Cuál es la capacidad total (100%) si estuviesen llenos los pantanos? c) ¿Qué significa la información: “un 3,1 por ciento menos que la última semana”? 4. Si decimos que la solubilidad de la sal común en agua, a 60 ºC, es de 37,3 g/100 g de agua. a) ¿Qué queremos expresar? b) ¿Qué cantidad de sal se podrá disolver en 500 cm3 de agua a esa temperatura, 60 ºC? [ 36 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 1: Propiedades de la materia 5. Un estudiante experimentó en el laboratorio hasta calcular las siguientes disoluciones acuosas saturadas: a) b) c) d) 0,20 g de ácido bórico en 10 cm3 de agua. 25 g de bromo en 600 cm3 de agua. 220 g de sosa de blanquear en 1000 cm3 de agua 24 g de bicarbonato de sodio en 350 cm3 de agua ¿Cuál será la expresión de la solubilidad de cada sustancia en agua? ¿Qué sustancia es la más soluble en agua? 6. Del listado de sustancias de abajo haz cuatro grupos: a) b) c) d) Sustancias puras elementos. Sustancias puras compuestos. Mezclas homogéneas. Mezclas heterogéneas. Oro, sal común, granito, amoniaco, coca-cola, agua de mar, leche, pizza, ácido sulfúrico, oxígeno, hamburguesa, nitrógeno, aire, estiércol, azufre, carbono. acero, mercurio, metano, azúcar. 7. Sabiendo que la temperatura de fusión del alcohol es -117ºC y la temperatura de ebullición 79ºC, determina en qué estado físico se encuentra el alcohol: a) Cuando alcanza la temperatura de -50ºC b) Cuando alcanza una temperatura de 80ºC Curso de Acceso a Grado Medio [ 37 ] TEORÍA ATÓMICO-MOLECULAR DE LA MATERIA 2 INTRODUCCIÓN En la unidad anterior vimos las propiedades generales y específicas de la materia y los cambios de estado de las sustancias. Pero todo desde la observación y la medida, desde lo que podemos percibir, ver, tocar, oler, es decir el mundo macroscópico. Pero ¿qué pasa en una gata de agua? Si tuviésemos un microscopio suficientemente potente ¿cómo veríamos la gota de agua? Y todas las demás sustancias. Tenemos un modelo que explica las propiedades de las sustancias desde lo más pequeño. Es el modelo atómico-molecular de la materia que propone que la materia está formada por partículas muy pequeñas en continuo movimiento. Con el podemos explicar el comportamiento de los sólidos, los líquidos y los gases, los cambios de estado y la estructura de las diferentes partículas que forman los sustancias. También estudiaremos un modelo sencillo, y operativo, del átomo, y sus partículas subatómicas. También la clasificación de los elementos químicos en la tabla periódica y los cambios químicos. A partir del modelo de partículas aprenderemos a escribir y ajustar reacciones químicas identificando los reactivos y los productos. Cuando termines de estudiar la unidad deberás ser capaz de: • Describir las propiedades de los estados físicos de la materia y sus cambios desde el punto de vista del modelo atómico-molecular. • Representar sustancias usando diagramas de partículas según el modelo atómico-molecular. • Relacionar orden, velocidad y distancia de partículas en los tres estados físicos. • Diferenciar entre átomos, moléculas y estructuras gigantes. • Conocer el nombre y el símbolo de los elementos más habituales, así como los nombres y formulas de algunas sustancias importantes. • Diferenciar molécula de estructura gigante y reconocerlas en diagramas de partículas. • Identificar sustancias puras y mezclas a escala de partículas, representando los diagramas correspondientes. • Dada su fórmula, reconocer sustancias sencillas en un diagrama de partículas. • Describir la estructura del átomo sencillo según el modelo de Rutherford. • Reconocer las partículas subatómicas que componen el átomo y sus propiedades principales. • Conocer y distinguir los conceptos de número atómico y número másico. • Identificar átomos de un mismo elemento y reconocer isótopos. • Conocer la ordenación de los elementos en la tabla periódica y su distribución básica. Curso de Acceso a Grado Medio [ 39 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Modelo cinético Entra en esta simulación sobre el estado gaseoso y la influencia de la temperatura en el movimiento de las partículas que forman el gas. Observa el movimiento desordenado de las partículas del gas, y cómo se mueven más deprisa al aumentar la temperatura. Anota la información que se te facilita en la misma página, y que te será muy útil para seguir mejor esta unidad. • Distinguir un cambio químico de uno físico, justificándolo a partir del modelo de partículas. • Comprender que las reacciones químicas son procesos en los que unas sustancias se transforman en otras nuevas, sabiendo explicarlas con el modelo atómico-molecular. • Representar las reacciones químicas con sus ecuaciones químicas e interpretar el significado de las mismas. • Ajustar reacciones con sus químicas. • Conocer la importancia de las reacciones químicas en la vida cotidiana. 1. EL MODELO CINÉTICO DE LOS GASES Cuando la luz del sol pasa a través de las rendijas de una persiana, se ve una gran cantidad de partículas muy pequeñas que parece que flotan en el aire. ¿Te has fijado alguna vez en este fenómeno? ¿Cómo se puede explicar que las partículas suspendidas en el aire no caigan? La explicación que se acepta hoy en día es que la materia está formada por partículas. Las que vemos tras la persiana son partículas grandes pero alrededor hay partículas pequeñas que no vemos. Éstas se mueven desordenadamente y al chocar con la grande hacen que se mueva. De esta forma, las partículas de aire (pequeñas) son las que hacen que se muevan las otras partículas que parecen estar suspendidas en el aire. En 1905 Einstein aplicó la teoría cinética al movimiento browniano de una partícula pequeña inmersa en un fluido. Sus postulados ecuaciones fueron confirmados por los experimentos posteriores convenciendo a la comunidad científica de la realidad de los átomos. La teoría cinética de los gases utiliza una descripción molecular para explicar el comportamiento macroscópico de la materia: Principios del modelo cinético: • Los gases están formados por partículas en constante movimiento en línea recta y al azar. • Este movimiento cambia cuando las partículas chocan entre sí o con las paredes del recipiente. Normalmente las partículas de los gases están chocando constantemente. • Entre las partículas de un gas no existen fuerzas atractivas ni repulsivas • Entre las partículas hay espacio vacío, sin masa. • Las partículas están muy separadas, lo que justifica una propiedad de los gases, su fácil compresibilidad (cambio de volumen al ejercer presión). Por eso el volumen de las partículas se considera despreciable comparado con el volumen del gas • El movimiento de las partículas depende de la temperatura, de forma que al aumentar la temperatura se mueven más deprisa. • Las partículas del gas se expanden rápidamente ocupando todo el recipiente. [ 40 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 2: Teoría atómico-molecular de la materia Contesta ¿Cuál es la razón de que un ventilador haga que te sientas más fresco en un día caluroso? 2. MODELO ATÓMICO-MOLECULAR DE LA MATERIA La Teoría Atómico Molecular actual, nos sirve de modelo para interpretar los fenómenos microscópicos de la materia. De acuerdo con la teoría toda la materia está formada por partículas en continuo movimiento, entre las que no hay nada, sólo espacio vacío. Pero, ¿cómo una misma sustancia puede presentar aspectos tan distintos como cuando se encuentra en estado sólido, líquido o gaseoso? Si las partículas son iguales la única explicación es que en cada estado las partículas se disponen de manera diferente: Las partículas de los sólidos se encuentran muy próximas y las fuerzas de atracción entre ellas son muy fuertes. Sentir la materia A través de nuestros sentidos (gusto, olfato, vista, oído y tacto) percibimos todo lo que nos rodea. Percibimos objetos de diferentes formas, tamaños, gustos, colores y olores. Todos estos objetos que podemos observar en la naturaleza están formados por materia, ocupando un lugar en el espacio y teniendo una masa que se puede medir. Las partículas de los líquidos se encuentran próximas y las fuerzas de atracción entre ellas son fuertes. Pero ¡cuidado! ¿se nos escapa algo? ¿Habrá objetos que al no tener color, ni olor, ni sabor no los podamos percibir con los sentidos pero estén formados por materia? Claro que si, la mayoría de los gases. Por ejemplo la mezcla de gases que forman el aire. Sobre todo el oxígeno; no lo sentimos pero nuestra vida depende de que lo respiremos constantemente. Curso de Acceso a Grado Medio [ 41 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Las partículas de los gases se encuentran muy separadas entre sí y las fuerzas de atracción entre ellas son muy débiles casi nulas. 2.1. Principios del modelo Hasta comienzos del siglo XIX, la teoría atómica era principalmente filosófica y no estaba fundada en la experimentación científica. Las primeras teorías conocidas se desarrollaron en la Antigua India en el siglo VI a. C. por filósofos hindúes y budistas. El primer filósofo que formuló ideas sobre el átomo de una manera sistemática fue Kanada. Atomismo griego Junto con su maestro, Leucipo, Demócrito es considerado fundador de la escuela atomista. Se le atribuye la invención del concepto de “átomo”. Para Demócrito, la realidad está compuesta por dos causas: lo que es, representado por los átomos homogéneos e indivisibles, y lo que no es, representado por el vacío. Demócrito pensaba y postulaba que los átomos son indivisibles, y se distinguen por forma, tamaño, orden y posición. [ 42 ] El físico y químico británico John Dalton propuso a principios del siglo XIX los fundamentos de la teoría atómica, aportando así las bases para el rápido desarrollo de la química moderna. Propuso en 1808 que las partículas que forman las sustancias eran divisibles porque estaban formadas por otras partículas todavía más pequeñas llamadas átomos. Fue el origen de la teoría atómico-molecular. Las ideas básicas de la teoría atómico-molecular, actualmente, son: • La materia está formada por pequeñas partículas en constante movimiento que pueden ser átomos, moléculas o iones, con espacios entre ellas. • Los átomos de un mismo elemento (por ejemplo, de oxígeno) son todos idénticos y poseen las mismas propiedades. • Las moléculas se forman mediante la unión de átomos en unas proporciones constantes (por ejemplo agua, 2 átomos de hidrógeno y 1 átomo de oxígeno). • En la unión de los átomos para formar moléculas influyen los fenómenos eléctricos. • Las partículas de una sustancia pura (normalmente moléculas) son todas ellas iguales entre sí y diferentes a las de otra sustancia. • Las moléculas de un elemento o sustancia pura simple se forman con átomos idénticos del mismo elemento. • Las moléculas de un compuesto o sustancia pura compuesta están formadas por átomos de dos, o más, elementos diferentes. • En los gases, las partículas están separadas por distancias muy grandes en comparación con su tamaño; en los líquidos las distancias son más cortas y, en los sólidos, son tan pequeñas que solamente se producen pequeños movimientos (vibratorios). • Las fuerzas entre las partículas son prácticamente nulas en los gases, pequeñas y variables en los líquidos y grandes e intensas en los sólidos. Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 2: Teoría atómico-molecular de la materia Completa estado líquido El estado gaseoso estado sólido se caracteriza porque sus partículas están próximas con movimiento libre. En el las partículas están distantes con movimiento libre. Y en el las partículas están ordenadas en posiciones fijas. 2.2. Sólidos, líquidos y gases De acuerdo con la teoría atómico-molecular toda la materia está formada por partículas en continuo movimiento, entre las que no hay nada, sólo espacio vacío. Pero, ¿cómo una misma sustancia puede presentar aspectos tan distintos como cuando se encuentra en estado sólido, líquido o gaseoso? Si las partículas son iguales la única explicación en que en cada estado las partículas se disponen de manera diferente: • Las partículas de los sólidos se encuentran muy próximas, y las fuerzas de atracción entre ellas son muy intensas. Su único movimiento es el de vibración. • Las partículas de los líquidos vibran y forman conglomerados que se desplazan unos respecto a otros. • Las partículas de los gases se encuentran muy separadas entre sí, y se mueven a grandes velocidades, prácticamente libres de fuerzas de atracción. Entra en las tres simulaciones siguientes correspondientes a cada uno de los dos estados. Fíjate en que en el estado sólido las partículas apenas se mueven, oscilando ligeramente, y en que están muy cerca entre sí formando una estructura muy ordenada. Sin embargo, en el estado líquido las partículas se mueven más, desplazándose por el recipiente, y están menos ordenadas. En ambos casos se aprecia que al aumentar la temperatura se incrementa el movimiento de las partículas, aunque mucho menos que en los gases. En el estado gaseoso las partículas se mueven de forma desordenada, con choques entre ellas y con las paredes del recipiente que los contiene. Esto explica las propiedades de expansibilidad y compresibilidad que presentan los gases. Curso de Acceso a Grado Medio Cambios físicos La teoría atómico-molecular expuesta puede explicar los cambios físicos en la materia a nivel molecular. Es decir cuando pasa una sustancia pura del estado sólido al líquido y después al gaseoso ¿qué ocurre con sus partículas elementales, normalmente moléculas? [ 43 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA En las simulaciones anteriores hemos visto las características fundamentales de la situación de las partículas en los tres estados físicos, y se resumen en la siguiente tabla. Sólido Partículas ordenadas Líquido Gas Partículas desordenadas Partículas desordenadas Cercanas entre sí Muy lejanas entre sí Velocidad pequeña Velocidad muy grande Atracción media No se atraen Cercanas entre sí Velocidad casi nula Atracción fuerte Completa el texto Según el modelo atómico-molecular: Toda la materia, gases, líquidos y sólidos, está constituida por entidades denominadas ______________________ . Las partículas tienen masa pero son demasiado pequeñas para poder ser observadas. Entre las partículas no hay nada, sólo ______________________ . La distancia entre las partículas es mucho mayor en el caso de los ____________ que en el de los líquidos y los ______________________ . Las partículas están en continuo movimiento. En los gases se mueven ______________________ en todas direcciones, en los líquidos se mueven libremente desplazándose unas respecto a otras, pero no pueden separarse, mientras que en los sólidos también se mueven, pero sólo ______________________ en torno a posiciones fijas. 2.3. Elementos y compuestos Según Dalton las partículas están formadas por átomos, que son las unidades de materia más pequeña que existe. Se conocen actualmente 118 átomos diferentes, aunque son los primeros 93 los más conocidos ya que se encuentran en la naturaleza y el resto son sintéticos. Estos 93 átomos al combinarse entre sí en proporciones diferentes forman sustancias distintas. Por ejemplo, la partícula de agua está formada por dos tipos de átomos, de hidrógeno y de oxígeno. Pero no en cualquier proporción; en cada partícula de agua hay dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. El agua es un compuesto químico (o sustancia compuesta) porque está formada por distintos tipos de átomos. Representación de una partícula (molécula) de agua (Autor: Traleo, licencia Creative Commons) [ 44 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 2: Teoría atómico-molecular de la materia La partícula de agua está formada por tres átomos, dos de hidrógeno y uno de oxígeno. Por eso decimos que el agua es un compuesto (o sustancia compuesta) que representamos por la fórmula química H2O. Otra sustancia importante para la vida es el oxígeno de la atmósfera. La partícula de oxígeno está formada por dos átomos pero, a diferencia del agua, los dos átomos son del mismo tipo, los dos son de oxígeno. El oxígeno atmosférico es un elemento químico (o sustancia simple) porque está formado por átomos iguales. Representación de una partícula (molécula) de oxígeno atmosférico (Cedida por el autor; dominio público) La partícula de oxígeno está formada por dos átomos, los dos iguales de oxígeno. Por eso decimos que el oxígeno es un elemento (o sustancia simple) que representamos por la fórmula química O2. El esquema de la clasificación de la materia puede quedar así: Primeros elementos En los primeros tiempos de la Química, Robert Boyle creó el nombre de “elemento químico” y lo definió de forma práctica: si una sustancia no podía descomponerse en otras más simples se la consideraba un elemento; al menos provisionalmente, hasta que se aprendiese a descomponerlo. Pero los primeros elementos ya se conocían desde la antigüedad. Algunos marcaron toda una etapa en el desarrollo de la civilización como la “Edad de Hierro” cuando se descubre y populariza el uso del hierro como material para fabricar armas y herramientas. Los primeros nueve elementos conocidos por la humanidad fueron: Oro, plata, hierro, cobre, estaño, plomo, mercurio, azufre y carbono. En el siglo XIX Dalton hizo una primera clasificación de elementos y compuestos: Elige la correcta El número de tipos de átomos que conocemos es: Ilimitado De 118 De 92 Depende de las condiciones Curso de Acceso a Grado Medio [ 45 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Símbolos químicos 2.4. Símbolos y fórmulas Hemos visto que... Todos los elementos están representados en la Tabla periódica que verás más adelante. Unos son más conocidos e importantes que otros. Por ahora solamente vas a tener que aprender el nombre y el símbolo de los 30 elementos más habituales: Nombre Aluminio Arsénico Azufre Bromo Calcio Carbono Cinc Cloro Cobre Estaño Flúor Fósforo Helio Hidrógeno Hierro Magnesio Manganeso Mercurio Níquel Nitrógeno Oro Oxígeno Plata Platino Plomo Potasio Silicio Sodio Uranio Yodo Símbolo Al As S Br Ca C Zn Cl Cu Sn F P He H Fe Mg Mn Hg Ni N Au O Ag Pt Pb K Si Na U I Un elemento químico es toda sustancia cuya partícula característica tiene todos los átomos iguales entre sí. Se representa con un símbolo químico. Por ejemplo Fe. En las partículas de los elementos unas veces hay un solo átomo, como en el helio, o los átomos se agrupan de dos en dos como en el nitrógeno o de ocho en ocho como en el azufre. Además es muy habitual que en los juegos de mesa, o en los crucigramas, se pregunte el nombre o el símbolo de algún elemento. Y está bien saber y responder a esas preguntas de cultura general. En la representación actual cada elemento tiene un nombre y se representa con un símbolo. Verás que el símbolo de un elemento tiene una o dos letras (la primera siempre mayúscula, la segunda minúscula). Normalmente son las iniciales de su nombre en español (C, carSímbolos primitivos de elementos bono; Cl, cloro, Li, litio) o en latín (S, azufre –de sulphur–, Ag, plata –de argentum–). Un compuesto químico es toda sustancia cuya partícula característica tiene átomos diferentes entre sí. Se representa con una fórmula química. Por ejemplo H2O. En los compuestos necesariamente hay átomos diferentes (en el amoniaco, de nitrógeno e hidrógeno; en el ácido clorhídrico, de hidrógeno y de cloro). Además sabemos que cada partícula de amoniaco tiene cuatro átomos, uno de nitrógeno y tres de hidrógeno, por lo que la fórmula para representar el amoniaco será NH3. Y que cada partícula de ácido clorhídrico tiene dos átomos, uno de hidrógeno y otro de cloro, por eso su fórmula será HCl. Representación de una partícula de amoniaco (NH3) [ 46 ] Representación de una partícula de ácido clorhídico (HCl) Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 2: Teoría atómico-molecular de la materia Elige la correcta El símbolo del elemento plata es: Hg Ag Au Pt Elige la correcta La fórmula del hidrógeno gaseoso será: O2 H2O NH3 H2 Curso de Acceso a Grado Medio [ 47 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Diamante Hope El diamante es un material que está formado solamente por carbono, formando una estructura gigante, cristalina perfectamente organizada. Refleja la luz dando lugar a un brillo especial, que le hace ser muy apreciado en joyería. Además su estructura hace que sea la sustancia con mayor dureza (10 en la escala de Mohs) conocida. Diamante Hope (Autor: David Bjorgen, licencia Creative Commons) Hay diamantes famosos como el Diamante “Hope” (también conocido como “Diamante Azul o joya de mar”. Es un diamante de color azul marino, con un peso estimado en 45.52 quilates. Con el paso del tiempo, se ha vuelto legendario por la supuesta maldición que alcanza a sus respectivos poseedores. Actualmente forma parte de la colección de gemas del Museo Nacional de Historia Natural de la Institución Smithsoniana (EEUU). [ 48 ] 3. ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y ESTRUCTURAS GIGANTES Las partículas que forman las sustancias pueden ser átomos libres, moléculas, o estructuras gigantes. Átomos libres. Los átomos pueden permanecer libres, sin unirse entre ellos. Se considera que cada átomo es una partícula independiente. Solamente se da esta circunstancia en los gases nobles como helio, neón y argón, utilizados en iluminación. Moléculas. Se trata de agrupaciones de átomos unidos entre sí. Podemos encontrar moléculas de dos átomos o de millones, pero siempre distribuidos de la misma forma para cada sustancia. Hay moléculas de átomos iguales como las de oxígeno (O2), pero la mayoría son de átomos distintos, como en el agua (H2O) o en la glucosa (C6H12O6). Estructuras gigantes. Son agrupaciones de átomos que casi no tienen límite. Son estructuras muy ordenadas, cristalinas. La unión entre los átomos se repite y se repite y cuantos más átomos mayor es la estructura. Los átomos pueden ser iguales, como en el diamante (C) o en los metales. Y pueden ser diferentes como sucede en la sal común (NaCl) o en la sílice (SiO2). Cuando hay átomos diferentes, su proporción es fija en cada sustancia. En un mineral de sílice, siempre habrá el doble de átomos de oxígeno que de silicio. Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 2: Teoría atómico-molecular de la materia 3.1. Estructura del átomo En 1911, Rutherford propuso una visión revolucionaria del átomo. Sugirió que el átomo consistía de un pequeño y denso núcleo de partículas cargadas positivamente en el centro (o núcleo) del átomo, rodeado de un remolino de electrones. El átomo de Rutherford se parecía a un pequeño sistema solar con el núcleo (el sol) y con los electrones (los planetas) girando alrededor del núcleo. Las partículas cargadas positivamente en el núcleo del átomo fueron denominadas protones. Los protones son mucho más grandes y pesados que los electrones. Representación de un átomo de litio: 3 protones, 4 neutrones, 3 electrones En 1932, James Chadwick descubrió un tercer tipo de partícula atómica a la que llamó el neutrón. Como el núcleo es una masa muy compacta, los protones cargados positivamente tienden a rechazarse entre ellos. Los neutrones ayudan a estabilizar los protones en el núcleo del átomo. Los neutrones siempre residen en el núcleo de los átomos y son aproximadamente del mismo tamaño que los protones. Sin embargo, los neutrones no tienen carga eléctrica, son eléctricamente neutros. Los átomos son eléctricamente neutros porque el número de protones (cargas +) es igual al número de electrones (cargas -). De esta manera se neutralizan. En átomos grandes, el número de protones aumenta, y también aumenta el número de electrones en el estado neutro del átomo. Resumiendo la estructura básica del átomo: Cada átomo está formado por un núcleo pequeño y denso con protones (carga +) y neutrones (sin carga. La corteza del átomo está formada por electrones (carga -) girando alrededor del núcleo. Casi toda la masa está en el núcleo entre los protones y los neutrones. Un átomo es eléctricamente neutro por lo que debe tener las mismas cargas positivas que negativas. Por eso en cualquier átomo el número de protones será igual al número de electrones. Curso de Acceso a Grado Medio Masa y tamaño del átomo Los átomos son extremadamente pequeños. La mayoría del espacio ocupado por un átomo está en realidad vacío porque el electrón gira a una distancia muy alejada del núcleo. Un átomo es tan pequeño que una sola gota de agua contiene más de mil trillones de átomos. La masa de un átomo está aproximadamente determinada por el número total de protones y de neutrones en el átomo. Mientras que los protones y los neutrones son más o menos la misma masa, la masa del electrón es muchísimo menor. Es como comparar la masa de una mosca con la de un elefante ya que un protón tiene la masa de unos 1.800 electrones. [ 49 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Elige las correctas Las partículas del átomo o subatómicas son tres: electrón, protón y neutrón. De las siguientes afirmaciones sobre ellas, cinco son correctas. Selecciónalas. El neutrón es tan pesado como el protón El electrón tiene carga negativa El protón tiene la misma masa que el electrón Las partículas que mantienen unidos a los núcleos son los neutrones La partícula responsable de la corriente eléctrica es el protón La primera partícula que se descubrió fue el protón El protón no tiene carga El electrón gira alrededor del núcleo La partícula más pequeña es el neutrón El electrón no forma parte del núcleo atómico 3.2. Número atómico y número másico La clasificación de los distintos tipos de átomos se realiza en función del número de protones que hay en su núcleo; a este número se le conoce como número atómico y se representa con la letra Z. Como el átomo es neutro, el número atómico también nos indica el número de electrones del átomo. Todos los átomos con el mismo número atómico pertenecen a un mismo elemento, y como sabes tienen un símbolo que consiste en una o dos letras derivadas del nombre latino del mismo. El primero de Hidrógeno, el segundo de Helio. [ 50 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 2: Teoría atómico-molecular de la materia Ahora bien, no todos los átomos de un mismo elemento son iguales, ya que puede variar el número de neutrones que tienen. Para distinguirlos se introduce el número másico, que se representa con la letra A e indica la masa del átomo. El número másico es igual al número de protones (Z) más el de neutrones (N), es decir, al número total de partículas del núcleo del átomo. Número atómico (Z) es el número de protones de un átomo. Número másico (A) es la suma del número de protones (Z) y el número de neutrones (N) de un átomo. A = Z + N. Todos los átomos de un mismo elemento químico (tabla periódica) tienen el mismo número atómico pero pueden tener distinto número másico, al tener distinto numero de neutrones. Los isótopos se nombran con el nombre del elemento seguido de su número másico (A), separados habitualmente por un guión. Ejemplos: carbono-14, uranio-238. En forma simbólica, el número másico se añade como superíndice a la izquierda del símbolo químico. Ejemplo: 3H (hidrógeno-3); isótopo del hidrógeno (conocido como tritio) con 1 protón (Z=1), 2 neutrones (N=2); por tanto número másico A = 1 + 2 = 3. La forma completa de representar un átomo de cualquier elemento es: Isótopos Los átomos de un mismo elemento (igual número atómico) y distinto número másico se denominan isótopos. Los isótopos son todos los tipos de átomos de un mismo elemento, que se encuentran en el mismo sitio de la tabla periódica (mismo número atómico, Z) pero con diferente número másico (A). Hay isótopos estables (unos 300) y no estables o isótopos radiactivos (unos 1.200). Estos últimos llamados radioisótopos se emplean en medicina, radiología, datación de restos fósiles, centrales nucleares y tecnología militar (armas nucleares). X: Símbolo del elemento A: Número másico; A = protones + neutrones; A = Z + N Z: Número atómico: Z = protones Realiza Los tres isótopos del Hidrógeno Construye los 5 átomos que te propongan en la web. Observa cada átomo construido (con números atómico y másico) y su composición de protones, electrones y neutrones correcta. Observa tu puntuación sobre el máximo de 100 puntos. Curso de Acceso a Grado Medio [ 51 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Macromoléculas Son moléculas formadas por un gran número de átomos, 1000 átomos como mínimo. Hay macromoléculas que tienen millones de átomos. 3.3. Moléculas La molécula es la menor porción de una sustancia que puede existir en estado libre y conservar las propiedades de dicha sustancia. Por ejemplo, la menor porción de agua que puede existir en estado libre y conservar las propiedades del agua es la formada por 1 átomo de oxígeno y 2 de hidrógeno. La molécula es una estructura formada a partir de la unión de dos o más átomos. Una molécula es un grupo formado por un número concreto de átomos, mínimo dos, máximo miles de átomos. Por ejemplo, la molécula de agua está formada por un átomo de oxígeno unido a dos de hidrógeno (H2O), mientras que en la de amoniaco hay un átomo de nitrógeno y tres de hidrógeno (NH3). Hay moléculas en la que los átomos son iguales, como en la de oxígeno (O2), formada por dos átomos de oxígeno unidos entre sí. A temperatura ambiente hay moléculas sólidas (cloruro de sodio o sal común), líquidas (agua) y gaseosas (dióxido de carbono). La materia está formada por partes muy pequeñas llamadas átomos. Los átomos se reúnen para constituir moléculas. A su vez, las moléculas iguales se unen para formar sustancias puras. Moléculas distintas formarán mezclas de sustancias. Macromolécula (proteína) Dentro de las macromoléculas orgánicas sintéticas se encuentran los plásticos y todo el grupo de los polímeros. Por ejemplo una molécula de polietileno tiene unos 60.000 átomos. El agua, el suelo y el aire no tienen vida. Pertenecen al mundo mineral o inorgánico. La materia que forma el agua, suelo y aire se llama materia inorgánica. Y la materia inorgánica está formada por moléculas inorgánicas. Estas comprenden muchos compuestos químicos que, en general, se encuentran en la naturaleza como minerales. Algunas macromoléculas de gran relevancia se encuentran en el campo de la bioquímica, como las proteínas, los carbohidratos o los lípidos. Pero sobre todo los ácidos nucleicos (ADN y ARN) portadores de la herencia genética en los seres vivos. Moléculas inorgánicas Moléculas orgánicas Las plantas, los humanos, los animales, entre otros, pertenecen al mundo de los seres vivos. La materia que los forma se llama materia orgánica. Y la materia orgánica está formada por moléculas orgánicas con una característica especial; todas tienen átomos de carbono e hidrógeno. Algunas moléculas orgánicas también tienen átomos de oxígeno y nitrógeno. [ 52 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 2: Teoría atómico-molecular de la materia Realiza Construye las 10 moléculas que te propone el ejercicio desde la más simple, el oxígeno, hasta la más compleja, la glucosa, a partir de su composición atómica. Último elemento 3.4. Tabla periódica de elementos Los 118 elementos químicos conocidos están organizados por la comunidad científica en la tabla periódica de los elementos. La tabla clasifica, organiza y distribuye los distintos elementos químicos, conforme a sus propiedades y características. La organización de los elementos en la tabla periódica obedece a unos criterios controlados por la comunidad química: • Los elementos están ordenados del 1 (Hidrógeno) a 118 (Unonoctio). • El criterio de ordenación es por su número atómico. El nº de cada elemento coincide con su número atómico, Z. Por ejemplo, el oxígeno es el nº 8; luego cada átomo de oxígeno tendrá 8 protones en el núcleo atómico. • Cada elemento está colocado en la tabla para que pertenezca a una fila y columna concreta. • A las columnas verticales de la tabla periódica se les conoce como grupos. Todos los elementos que pertenecen a un grupo tienen características o propiedades químicas similares entre sí (familias químicas). Hay 18 grupos. • Las filas horizontales de la tabla periódica son llamadas períodos. Cada periodo agrupa los elementos según su número atómico creciente. Hay 7 períodos. Curso de Acceso a Grado Medio Un equipo de colaboración científica rusaestadounidense dirigida por Yuri Oganessian en el Instituto Conjunto para la Investigación Nuclear en Rusia, ha anunciado en la prestigiosa revista Physical Review Letters, en abril de 2010, su más reciente descubrimiento de un nuevo elemento, con número atómico 117. Este descubrimiento llena el vacío entre los elementos 116 y 118, por lo que ahora los elementos son conocidos de manera continua a partir de hidrógeno hasta el elemento 118. En los últimos treinta años, los experimentadores trabajan en descubrir “elementos superpesados”, con números atómicos alrededor de 114. [ 53 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Grupo Perikodo 1 1 1 H 2 3 Li 4 Be 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 10 Ne 3 11 Na 12 Mg 13 Al 14 Si 15 P 16 S 17 Cl 18 Ar 4 19 K 20 Ca 21 Sc 22 Ti 23 V 24 Cr 25 Mn 26 Fe 27 Co 28 Ni 29 Cu 30 Zn 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se 35 Br 36 Kr 5 37 Rb 38 Sr 39 Y 40 Zr 41 Nb 42 Mo 43 Tc 44 Ru 45 Rh 46 Pd 47 Ag 48 Cd 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te 53 I 54 Xe 6 55 Cs 56 Ba * 72 Hf 73 Ta 74 W 75 Re 76 Os 77 Ir 78 Pt 79 Au 80 Hg 81 Tl 82 Pb 83 Bi 84 Po 85 At 86 Rn 7 87 Fr 88 Ra ** 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo Lantánidos * 57 La 58 Ce 59 Pr 60 Nd 61 Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 68 Er Actínidos ** 89 Ac 90 Th 91 Pa 92 U 93 Np 94 Pu 95 96 Am Cm 97 Bk 98 Cf 99 Es 100 101 102 103 Fm Md No Lr Alcalinos 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 2 He Alcalinotérreos Metales de transición Metaloides No metales 69 Tm Halógenos 70 Yb 71 Lu Gases nobles (Tabla periódica de Wikipedia) En esta tabla periódica podemos distinguir tipos de elementos agrupados en función de algunas de sus propiedades: • Gases Nobles. Son los elementos del último grupo (grupo 18): Se encuentran en la naturaleza aislados ya que no forman compuestos con otros elementos. • No metales. Son unos pocos elementos (unos 20) situados a la derecha de la tabla. Son malos conductores del calor y la electricidad. Sus átomos tienden a captar electrones. – Halógenos. Son los no metales que forman el grupo 17. – Metaloides o semimetales. Son 7 elementos con propiedades son intermedias entre los metales y los no metales • Metales. Ocupan el centro e izquierda de la tabla. Son buenos conductores del calor y la electricidad. Sus átomos tienden a ceder electrones. – Alcalinos. Son metales del grupo 1 excepto de hidrógeno. – Alcalinotérreos. Son metales del grupo 2. – Metales de transición. La gran mayoría del centro de la tabla. • Lantánidos y Actínidos. También conocidos como “tierras raras”. Forman parte del grupo 3 y de los periodos 6 y 7. Son importantes el Uranio y el Plutonio como combustibles nucleares. [ 54 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 2: Teoría atómico-molecular de la materia Completa número másico grupos períodos períodos halógenos número atómico grupos alcalinotérreos En la tabla periódica los elementos están ordenados por su . A las columnas verticales se les conoce como . A las filas horizontales se les conoce como . Los elementos que presentan propiedades químicas similares (familias químicas) están en los . Los metales del grupo 2 se llaman . Los no metales del grupo 17 se llaman . 3.5. Formulación y nomenclatura En la Naturaleza existen millones de sustancias, en su mayoría compuestos químicos. A medida que se han ido conociendo, surgió la necesidad de dar el mismo nombre y fórmula a la misma sustancia. Se empezó a desarrollar la formulación y nomenclatura química. La formulación es un lenguaje que nos permite comunicarnos y saber de qué sustancia, elemento o compuesto, estamos hablando. Las fórmulas químicas y sus nombres correspondientes nos pueden dar una idea de la estructura de las sustancias e informarnos de la clase de átomos (elementos) que forman el compuesto y su proporción. Lo vemos en la siguiente tabla: Nombre químico Fórmula química Estructura Elementos del compuesto Proporción Número de átomos Agua u Óxido de hidrógeno (molécula) H2O Elemento hidrógeno (H) Elemento oxígeno (O) 2 átomos de hidrógeno 1 átomo de oxígeno Cloruro de sodio (estructura gigante) NaCl Elemento sodio (Na) Elemento cloro (Cl) n átomos de cloro n átomos de sodio Elemento hidrógeno (H) 2 átomos de hidrógeno Dihidrógeno (molécula) H2 Ácido clorhídico o Cloruro de hidrógeno (molécula) HCl Elemento cloro (Cl) Elemento hidrógeno (H) 1 átomo de cloro 1 átomo de hidrógeno Dióxido de carbono o Óxido de carbono (IV) (molécula) CO2 Elemento carbono (C) Elemento oxígeno (O) 1 átomo de carbono 2 átomos de oxígeno Curso de Acceso a Grado Medio [ 55 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Valencias químicas No es necesario que te aprendas todas las valencias, sólo algunas, las más importantes. En la siguiente tabla se muestran las valencias químicas de los 30 elementos más habituales (puedes descargarlo e imprimirlo; Valencias): Nombre Aluminio Arsénico Azufre Bromo Calcio Carbono Cinc Cloro Cobre Estaño Flúor Fósforo Helio Hidrógeno Hierro Magnesio Manganeso Mercurio Níquel Nitrógeno Oro Oxígeno Plata Platino Plomo Potasio Silicio Sodio Uranio Yodo [ 56 ] Valencias 3 3, 5 2, 4, 6 1, 3, 5, 7 2 2, 4 2 1, 3, 5, 7 1, 2 2, 4 1 3, 5 0 1 2, 3 2 2, 3, 4, 6, 7 1, 2 2,3 1, 2, 3, 4, 5 1, 3 2 1 2, 4 2, 4 1 2, 4 1 3, 4, 5, 6 1, 3, 5, 7 Para empezar con la formulación química conviene tener claros los siguientes conceptos: • La fórmula química es una representación de las partículas (molécula o estructura gigante) de una sustancia. La fórmula de una sustancia nos da información acerca de la clase de átomos que la forman y su proporción con símbolos y subíndices. Por ejemplo la fórmula del agua, H2O, (si no hay subíndice se sobreentiende que es 1) indica que cada molécula de agua está formada por átomos de hidrógeno y oxígeno, en la proporción de 2 átomos de H por 1 átomo de O. • El nombre químico es el nombre técnico de la sustancia siguiendo un conjunto de reglas mediante las que se nombran todas las sustancias químicas. Una sustancia puede tener varios nombres químicos pero todos corresponden a la misma fórmula. Por ejemplo el NH3 se puede nombrar como amoniaco, trihidruro de nitrógeno o hidruro de nitrógeno (III). • La valencia de un elemento es un número que indica la capacidad de sus átomos de combinarse con otros átomos para formar moléculas. La valencia del Hidrógeno es 1, ya que tiene un solo electrón. La valencia de un elemento químico es el número de átomos de hidrógeno con los que se puede combinar. Ejemplo, el Cloro tiene las valencias 1, 3, 5 y 7. Se podrá combinar con 1, 3, 5 o 7 átomos de Hidrógeno según cada caso. Elige la correcta Una molécula de amoniaco, NH3, tendrá en total: 2 átomos 3 átomos 4 átomos 5 átomos Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 2: Teoría atómico-molecular de la materia 3.6. Sustancias importantes en la vida diaria Estamos formados por sustancias químicas. Nuestro cuerpo tiene miles de sustancias químicas distintas, sobre todo sustancias orgánicas, pero sobresale una muy simple, el agua. Aproximadamente las tres cuartas partes de nuestro peso corporal son agua. También tenemos sales y otras sustancias inorgánicas. Vamos a nombrar y formular algunas sustancias simples e importantes en nuestra vida diaria: Óxidos. Los óxidos son las combinaciones del oxígeno (con valencia 2) con otros elementos. En la fórmula del óxido se escribe primero el símbolo del otro elemento y después el del oxígeno. Hidruros. Son combinaciones del hidrógeno (valencia 1) con otros elementos. Cloruros. Son combinaciones del cloro (valencia 1) con otros elementos. Sulfuros. Son combinaciones del azufre (valencia 2) con otros elementos. Fórmula Nombres Propiedades H2O Agua Óxido de hidrógeno Es esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas de vida. Sustancia muy abundante mezclada con sales en los mares. H2O2 Agua oxigenada Peróxido de hidrógeno En disolución acuosa se emplea como desinfectante y para blanquear fibras. SO2 Dióxido de azufre Óxido de azufre (IV) Es liberado en muchos procesos de combustión de carbón, el petróleo, el diésel o el gas natural causando la lluvia ácida. CO2 Dióxido de carbono Óxido de carbono (IV) Gas que se origina en todas las combustiones y en la respiración de los seres vivos. Existe en la atmósfera. Forma con el agua las bebidas carbónicas. SiO2 Sílice Dióxido de silicio Óxido de silicio (IV) Sólido muy duro. Se encuentra en la Naturaleza en forma de cuarzo. Es un componente de la arena que se emplea para fabricar vidrio. CaO Cal viva Óxido de calcio (II) Sólido que disuelto en agua se utiliza para pintar las paredes. Fe2O3 Trióxido de dihierro Óxido de hierro (III) Sólido que se presenta en la naturaleza en forma de oligisto o hematites (minerales). de ahí se obtiene el hierro y el acero tan importantes en nuestra sociedad. NH3 Amoniaco Trihidruro de nitrógeno Hidruro de nitrógeno (III) Gas picante que disuelto en agua se emplea para la limpieza doméstica y para fabricar abonos. Curso de Acceso a Grado Medio Nomenclatura Se pueden nombrar de varias formas: • Sistemática: Se utilizan los prefijos numerales [mono (1), di (2), tri (3), tetra (4),..] delante del nombre de cada elemento para indicar cuántos átomos hay de ese tipo (el prefijo mono se suele omitir). Se comienza nombrando el oxígeno, hidrógeno, cloro, azufre,... con la palabra óxido, hidruro, cloruro, sulfuro,... (nombres genéricos de estos compuestos). • De Stock: Se comienza con la palabra óxido, hidruro, cloruro, sulfuro,... seguida del nombre del otro elemento, colocando tras este último la valencia que emplea entre paréntesis y con números romanos (si el elemento tiene solamente una valencia no se suele indicar). • Nombre tradicional: Son nombres que se mantienen del pasado. Algunos se pueden considerar como nombres propios, como el agua, el amoniaco, el metano. [ 57 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Fórmula [ 58 ] Nombres Propiedades CH4 Metano Tetrahidruro de carbono Hidruro de carbono (IV) Es el componente principal del gas natural, importante combustible. En las minas de carbón forma el “gas grisú” que ocasiona frecuentes explosiones y derrumbes. HCl Ácido clorhídico Cloruro de hidrógeno Gas de olor irritante que disuelto en agua forma el ácido más utilizado en los laboratorios. De él derivan los cloruros NaCl Cloruro de sodio Sólido muy extendido en la naturaleza, es la sal común; de él se obtiene los elementos sodio y cloro. H2S Ácido sulfhídrico Sulfuro de hidrógeno Gas maloliente que se forma en las putrefacciones de productos orgánicos (olor a huevos podridos). Da lugar a los sulfuros. HgS Sulfuro de mercurio (II) Cinabrio Es un mineral del que se extrae el mercurio. España (Almadén) posee las minas de cinabrio más importantes del mundo. NaOH Hidróxido de sodio Sosa caústica Sólido muy corrosivo y peligroso. Puede producir quemaduras en la piel, ojos, etc. Tiene muchos usos industriales como fabricar papel, jabones, colorantes, etc. H2SO4 Ácido sulfúrico Líquido muy importante en los laboratorios y en fabricación de abonos, refinado del petróleo, explosivos, plásticos, etc. Origina unas sales llamadas sulfatos. Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 2: Teoría atómico-molecular de la materia 4. REACCIONES QUÍMICAS Una reacción química es todo proceso químico en el cual dos o más sustancias (llamadas reactivos), por diversas causas, se transforman en otras sustancias llamadas productos. Tanto los reactivos como los productos pueden ser elementos o compuestos. Las reacciones químicas ocurren constantemente en la naturaleza, pero también podemos reproducirlas en nuestros laboratorios. Por eso podemos estudiarlas para mejorar las condiciones del proceso y provocar la aparición de nuevos productos. Algunas veces es difícil delimitar cuando se está produciendo una reacción química, otras es muy sencillo. Pero siempre debemos tener en cuenta algunos hechos que acompañan a las reacciones químicas. A lo largo de la reacción pueden aparecer sustancias nuevas, sólidas, líquidas o gaseosas de diferente color a las iniciales o cambios de temperatura en el recipiente, se calienta apreciablemente o se enfría. Se conocen millones de reacciones químicas; unas son interesantes para los procesos industriales, otras son indispensables para los seres vivos. Oxidación del hierro Un ejemplo de reacción química es la formación de óxido de hierro producida al reaccionar el oxígeno del aire con el hierro. Todos sabemos que los materiales de hierro se oxidan con cierta facilidad. En este caso se trata de una oxidación que comúnmente se llama corrosión. La humedad es un factor que acelera la formación del óxido de hierro. Los efectos de la corrosión, a veces, suelen dañar maquinarias, reactores, etc. Otros metales como el zinc, el aluminio, el níquel que no se corroen. Pero ¿qué ocurre realmente en una reacción química? Podemos observar la reacción a nivel macroscópico, en el mundo de lo visible. Pero para explicar lo que pasa a nivel microscópico, en el mundo molecular, deberemos ayudarnos del modelo atómico-molecular de la materia. Un ejemplo de reacción química es la que se produce al introducir una placa de Cobre (Cu) en una disolución de Nitrato de plata (disolución incolora). Los productos de la reacción son Plata (Ag) que se deposita sobre la placa y Nitrato de cobre que se aprecia por el cambio de color de la disolución (pasa de incolora a azul). Animación de la reacción: ¿Qué se puede hacer proteger las cercas y las rejas de hierro, la maquinaria y los vehículos cuando se reparan los efectos de algún choque? Se les aplica una protección en forma de barniz o pintura que les protege de la corrosión. Nitrato de plata (disolución acuosa) + Cobre (sólido) → Plata (sólido) + Nitrato de cobre (disolución acuosa) Curso de Acceso a Grado Medio [ 59 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Formación de gas Una de las formas de detectar cuando se produce un cambio químico o reacción química es por el desprendimiento de gases, es decir la formación de una sustancia nueva que es gaseosa. Se puede comprobar en la siguiente reacción con formación de hidrógeno gaseoso: Ácido clorhídrico (disolución acuosa) + Magnesio (sólido) → Hidrógeno (gaseoso) + Cloruro de magnesio (disolución acuosa). 4.1. Cambios físicos y cambios químicos La materia está continuamente sometida a cambios. Si doblamos o arrugamos un papel o si lo quemamos. Si hervimos agua líquida pasando a vapor de agua. Si rompemos una barra de hierro o la dilatamos al aplicarle calor. Si echamos azúcar en agua para formar una disolución o en ácido sulfúrico. Pero en unos cambios las sustancias mantienen sus propiedades y en otros no. Cambios físicos son aquellos en los que las sustancias mantienen su naturaleza y sus propiedades. Las sustancias no cambian siguen siendo las mismas antes y después del cambio y, por lo tanto, la fórmula química de la sustancia es la misma. De los procesos vistos hasta ahora son ejemplos de cambios físicos: • Las disoluciones. Echar azúcar en agua y agitar hasta que desaparece. • Los cambios de estado. Paso de agua líquida a vapor de agua. En los dos casos la fórmula que simboliza tanto el líquido como el gas será H2O. • Las dilataciones. Los metales que se dilatan, aumentan de volumen, al recibir calor. Disolución de sal en agua Cambios de estado del agua Junta dilatación carretera (Banco de imágenes del ISFTIC) Cambios químicos son aquellos en los que las sustancias iniciales desaparecen y se transforman en otras distintas que tienen propiedades diferentes. Los cambios químicos también reciben el nombre de reacciones químicas y las fórmulas de las sustancias iniciales son distintas de las finales. Son ejemplos de cambios químicos: • Las combustiones. Quemar carbón, madera o petróleo para producir energía. También se produce cenizas y humo. • Las oxidaciones. Un puente de hierro que se va oxidando poco a poco en un ambiente húmedo. • La respiración en los seres vivos. • La fotosíntesis en la que las plantas verdes producen nutrientes y oxígeno. Combustión de la madera Oxidación puente de hierro Fotosíntesis de las plantas (Banco de imágenes del ISFTIC) [ 60 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 2: Teoría atómico-molecular de la materia Verdadero o falso Verdadero Falso Hervir agua es un cambio físico La oxidación de un clavo de hierro es un cambio físico Una fruta que se pudre es un cambio químico La mantequilla derritiéndose en la sartén es un cambio físico Congelar un refresco es un cambio químico 4.2. Teoría de colisiones La teoría atómico-molecular supone que las sustancias están formadas por átomos, moléculas o iones. Las reacciones químicas se interpretan, a nivel molecular, como la reorganización combinación de los átomos que forman los reactivos para formar los productos de la reacción. Para explicar cómo ocurre una reacción química nos ayudamos de la teoría de las colisiones. Esta teoría considera a las moléculas como partículas que chocan continuamente unas con otras, más concretamente: Más colisiones En la siguiente simulación se ve como colisionan las moléculas de oxígeno con las moléculas de nitrógeno para formar una nueva sustancia, monóxido de nitrógeno. Teoría de las colisiones • Las moléculas de los reactivos se mezclan, pues están en continuo movimiento. Algunas chocan entre sí pero no tienen suficiente energía para romper los enlaces. • Otras moléculas chocan con la suficiente energía y en la dirección adecuada de forma que los enlaces que unen los átomos de las moléculas de reactivos se rompen y se recombinan formando las nuevas moléculas de los productos. De modo que el continuo movimiento molecular provoca choques. Pero no todos los choques son iguales. El choque que provoca la reacción química se denomina choque eficaz y los choques que no dan lugar a la reacción, se denominan choques ineficaces. Para conseguir choques eficaces un factor clave en esta teoría es la velocidad de las moléculas, ya que si esta no es suficiente la reacción no tendrá lugar. Dado que esta velocidad está directamente relacionada con la temperatura, esto explica que será necesario el aporte de calor para que algunas reacciones tengan lugar. Nitrógeno (gaseoso) + Oxígeno (gaseoso) → Monóxido de carbono (gaseoso) Diagrama de partículas Para representar las reacciones químicas, los reactivos y los productos de la reacción, se emplean los diagramas de partículas. Cada átomo se considera una bolita y la agrupación de dos o más bolitas representa una molécula. Para diferenciar átomos se emplean diferentes colores. Se representan un número pequeño de moléculas, que correspoderían a millones de millones, en la proporción que intervienen en la reacción. Por ejemplo; Nitrógeno molecular atmosférico, N2: Curso de Acceso a Grado Medio [ 61 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Observa en esta simulación como, en condiciones especiales, 4 moléculas de Hidrógeno (H2) reaccionan mediante choques eficaces con 2 moléculas de Oxígeno (O2) para formar 2 moléculas de Agua (H2O). Hidrógeno (gaseoso) + Oxígeno (gaseoso) → Agua (gaseoso) [ 62 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 2: Teoría atómico-molecular de la materia 4.3. Ley de conservación de la masa En toda reacción química los reactivos son diferentes de los productos obtenidos, pero lo que no varía es el número de átomos presentes de cada uno de los elementos: se trata de una mera reordenación de los mismos. Como ya sabes, en toda reacción química se forman unos productos a partir de unos reactivos. ¿Pero qué ocurre con las masas de estas sustancias? La masa de los reactivos es la suma de la masa de los átomos que forman sus moléculas, y dado que los productos estarán formados por los mismos átomos aunque organizados en moléculas distintas, deberán tener exactamente la misma masa. La masa total antes y después de que se produzca es la misma. Esto fue planteado por el químico francés Antoine Lavoisier a finales del s. XVIII como “En cualquier sistema químicamente cerrado la masa de los productos es exactamente igual a la masa de los reactivos” y se conoce como ley de la conservación de la masa. Algunos consideran las aportaciones de Lavoisier como el inicio de la Química moderna. Antoine Lavoisier Ley de conservación de la masa (Ley de Lavoisier): En toda reacción química la masa permanece constante. La masa de los reactivos que se consumen es igual a la masa de los productos que se producen. Observa en los siguientes diagramas de partículas los reactivos y los productos de la reacción: Hidrógeno (gaseoso) + Cloro (gaseoso) → Ácido clorhídrico (gaseoso) Conservación de la masa ¿La masa se conserva en todas las reacciones químicas? Hasta principios del siglo XX, se pensaba que la ley de conservación de la masa se cumplía siempre. Actualmente se sabe que es así salvo en las reacciones nucleares en las que la masa sí se modifica de forma sutil, hay una pequeñísima pérdida de masa que se transforma en energía según la famosa ecuación de Einstein: E = m c2 Esta ecuación nos da la relación entre masa y energía, donde c es una constante igual a la velocidad de la luz en el vacío, 300.000 km/s. Y nos permite explicar por qué se produce gran cantidad de energía en las reacciones nucleares, tanto en las centrales nucleares como en las bombas nucleares. Podemos decir que la ley de conservación de la masa sigue siendo perfectamente válida para todas las reacciones químicas excepto las nucleares. Vemos como a partir de cinco moléculas (10 átomos) de hidrógeno y 5 moléculas (10 átomos) de cloro se obtienen 10 moléculas (20 átomos). Para conseguirlo, se ha romper la unión entre los dos átomos de hidrógeno en cada molécula y también la unión entre los dos átomos de cloro, uniéndose posteriormente uno de cloro con uno de hidrógeno para formar la molécula de ácido clorhídrico. Curso de Acceso a Grado Medio [ 63 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Combustiones La combustión es una reacción química en la cual se desprende gran cantidad de calor y luz. En toda combustión existe un elemento que arde y se denomina (combustible) y otro que produce la combustión (comburente), generalmente oxígeno atmosférico. 4.4. Ecuaciones químicas Una ecuación química es una representación simbólica de una reacción química. En la que aparecen símbolos y fórmulas que representan los reactivos y los productos En el transcurso de la reacción, se produce una ruptura en los enlaces que unen los átomos de los reactivos, dando lugar a nuevos enlaces que provocan la aparición de otras sustancias, los productos de la reacción. Además, según la ley de conservación de la masa, debe cumplirse que el número de átomos de cada elemento debe ser el mismo tanto en los reactivos como en los productos. Cuando esto ocurre se dice que la reacción química está ajustada o equilibrada. Una ecuación química es una representación de una reacción química con las fórmulas de los reactivos y las fórmulas de los productos separadas por una flecha. Los productos que se forman son el dióxido de carbono y el agua. Por ejemplo en la combustión del gas metano: Veamos la síntesis del agua a partir de hidrógeno y oxigeno. En este caso el hidrógeno molecular (H2) reacciona con el oxígeno molecular (O2) para producir agua (H2O). Observamos en los diagramas de partículas que en los reactivos hay 2 átomos de hidrógeno y 2 de oxígeno, mientras que en los productos sólo hay 1 átomo de oxígeno y 2 de hidrógeno. Para que se cumpla la ley de Lavoisier debe de haber el mismo número de átomos de cada tipo. Esto se consigue ajustando el número de moléculas que participan. CH4 + O2 → CO2 + H2O Observamos cómo es necesario el doble de partículas (moléculas) de H2 que de O2. En este caso 10 moléculas (20 átomos) de hidrógeno reaccionan con 5 moléculas de oxígeno para formar 10 moléculas (30 átomos) de agua. En general la ecuación química (ya ajustada) que representa esta reacción será: 2 H2 + O2 → 2 H2O Completa once nueve cinco siete tres Según la reacción de síntesis del agua a partir de oxígeno e hidrógeno, para que reaccionen completamente seis moléculas de hidrógeno serán necesarias moléculas de oxígeno. Al final se habrán formado [ 64 ] moléculas de agua. Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 2: Teoría atómico-molecular de la materia 4.5. Ajuste de reacciones Cuando escribimos una reacción química, en la mayor parte de las ocasiones no hay el mismo número de átomos de cada tipo en cada lado, por lo que es necesario realizar un proceso de ajuste de la reacción. Esto es necesaria para que se cumpla la ley de conservación de la masa. Dado que si cambiamos su fórmula cambiamos de sustancia, no será posible cambiar los subíndices de los compuestos participantes, sino que deberemos jugar con el número de moléculas de cada tipo que intervienen, hasta lograr que la reacción esté ajustada. A este número, que se sitúa escrito delante de la fórmula, se le conoce como coeficiente estequiométrico. A la hora de ajustar, siempre se intentará que los coeficientes estequiométricos sean enteros y lo más bajos posibles. Una ecuación química ajustada es la representación de una reacción química con las fórmulas de reactivos y productos separadas por una flecha y los coeficientes estequiométricos (números enteros) delante de cada fórmula que indican la proporción de moléculas que intervienen en la reacción. El proceso de ajuste de las reacciones químicas es el siguiente: • Escritura de la reacción en la forma: Fórmulas de reactivos → Fórmulas de productos • Se observan los átomos de cada tipo que hay a cada lado de la reacción. • Si hay algún tipo de átomo que no está compensado, se añade el coeficiente estequiométrico correspondiente para que el número se iguale. • Se comprobará si la inclusión de este coeficiente ha descompensado algún otro tipo de átomo y se repetirá el proceso hasta que consigamos que el número de átomos de cada tipo sea el mismo a ambos lados. Ajuste automático En esta página web hay una calculadora (a mitad de página) que ajusta de forma automática las ecuaciones químicas que le introduzcas. Sólo tienes que introducir la ecuación usando los botones de los símbolos de los elementos y los botones de números y símbolos de la derecha, y finalmente pulsar el botón “Ajustar”. ¡Cuidado! los coeficientes los da con un decimal, no enteros. Así para el 2 pondrá 2.0; para el 3, pondrá 3.0 Empieza introduciendo estas ecuaciones químicas sencillas: H2+O2 → H2O H2+Cl2 → HCl N2+H2 → NH3 Relaciona SO2+O2 → SO3 HgO → Hg+O2 Puedes practicar el ajuste de reacciones sencillas desde este portal de Internet: Curso de Acceso a Grado Medio [ 65 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Elige la correcta La reacción de combustión del metano: ACH4 + BO2 Æ CH2O + DCO2 estaría ajustada si los coeficientes estequiométricos, A, B, C y D fueran: A=1, B=2, C=1, D=2 A=2, B=1, C=1, D=2 A=1, B=2, C=2, D=1 A=2, B=1, C=2, D=1 EJERCICIOS 1. Resuelve el siguiente crucigrama de elementos químicos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 HORIZONTALES 1. Metal precioso, utilizado en fotografía y joyería, de color blanco. 2. Al revés, halógeno gaseoso de color verdoso y olor irritante. 3. Metal escaso, utilizado en los reactivos nucleares, muy radiactivo. 4. El único no metal líquido en condiciones ordinarias. 5. Gas incoloro, componente de la atmósfera. Gas noble también componente de la atmósfera. 7. Metal alcalino muy ligero y muy activo. 8. Al revés, metaloide componente fundamental de la materia viva. 10. Al revés, elemento parecido al anterior, con más carácter metálico. VERTICALES 1. Metal pesado, grisáceo, fácil de encontrar en las tuberías del agua. 3. Otro metal blanco, ligero, muy utilizado en construcciones aeronáuticas. 5. Metal más bien raro, que lleva su nombre en honor a América. 6. Otro gas noble, empleado en anuncios luminosos. 7. Al revés, halógeno sólido, su disolución alcohólica se emplea como desinfectante. 8. Al revés, está entre metal y no metal, muy ligero, sus sales se emplean en oftalmología. Metal alcalino muy conocido que forma parte de la sal común. 9. Otro gas noble, el mayor y más peligroso. 10. Halógeno muy activo, cuyo hidrácido ataca al vidrio. 12. El sueño de los alquimistas, se lee igual al derecho que al revés. [ 66 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 2: Teoría atómico-molecular de la materia 2. Indica un nombre correcto y alguna característica de los siguientes compuestos: CO2; CH4; H2SO4; NaOH; NH3; SiO2 3. De cada uno de los siguientes compuestos, SiO2, SO2, Fe2O3, HCl, HgS, NH3, indica: a) Un nombre químico que identifique el compuesto. b) El número de átomos de cada elemento en la molécula. c) La valencia de cada elemento en el compuesto. 4. Uno de los elementos del lenguaje químico son las ecuaciones químicas a) ¿Qué es una ecuación química? b) Explica detenidamente todos los componentes de la ecuación química ajustada. c) Además escribe las ecuaciones químicas de algunas reacciones químicas responsables de la lluvia ácida y ajústalas: • Dióxido de azufre + Oxígeno → Trióxido de azufre • Trióxido de azufre + Agua → Ácido sulfúrico 5. Encuentra el nombre de estas ocho sustancias, importantes en nuestra sociedad, en la siguiente sopa de letras (previamente debes saber o saber buscar el nombre de cada sustancia, por ejemplo en Internet): H2O; O2; C4H10; C; NH3; HNO3; N2; CH4; C6H12O6 O A I R E G A S E O S O G S E M B U T I D O C N U O O N O B R A C I X E A C I D O L U B R I R G O U X R S I E T B G S I C L B O N O I C A D O X A G U A N N R N U N D O I A R A O I I A X L O N N R T D T V C O C S A M O E I R R A C U Z A F I M C A L C I O N O L S O A O N E G O R T I N E A Curso de Acceso a Grado Medio [ 67 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA 6. Observa los diagramas de partículas de estas 10 imágenes. Diagrama 1 Diagrama 2 Diagrama 3 Diagrama 4 Diagrama 5 Diagrama 6 Diagrama 7 Diagrama 8 Diagrama 9 Diagrama 10 Estos diagramas de partículas representan: • Una sustancia compuesta (compuesto) formada por moléculas. • Mezcla de una sustancia simple (elemento) átomos aislados y otra sustancia compuesta (compuesto). • Una sustancia simple (elemento) formada por átomos aislados. • Una sustancia compuesta (compuesto) con estructura gigante. • Mezcla de dos sustancias compuestas. • Mezcla de una sustancia simple (elemento) molecular y otra sustancia compuesta (compuesto). • Una sustancia simple (elemento) formada por moléculas. ¿A que corresponde cada diagrama? (Observa que hay varios diagramas que representan lo mismo) Diagrama 1: Diagrama 2: Diagrama 3: Diagrama 4: Diagrama 5: Diagrama 6: Diagrama 7: Diagrama 8: Diagrama 9: Diagrama 10: [ 68 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 2: Teoría atómico-molecular de la materia 7. Dado un átomo de cobre (Cu), cuyo número atómico es 29 y su número másico 59, indica: a) ¿Cómo se escribiría en la notación estándar? b) El número de protones, electrones y neutrones que tiene. 8. El cloruro de sodio (NaCl) es producido por la evaporación de agua de mar en las salinas o en las minas de roca de sal. A partir del cloruro de sodio o sal común se pueden obtener los elementos sodio y cloro según la ecuación química: NaCl → Na + Cl2 a) Ajusta esta ecuación química. b) Representa el diagrama de partículas del reactivo antes de producirse la reacción y de los productos después. Curso de Acceso a Grado Medio [ 69 ] FUERZAS Y MOVIMIENTO 3 INTRODUCCIÓN En esta unidad vamos a trabajar los movimientos y las fuerzas. Vamos a ver a lo largo de la unidad que al sernos un tema tan familiar, tenemos bastantes ideas preconcebidas que no corresponden con lo que la ciencia ha descubierto. Así, empezaremos desterrando la idea de que estamos en reposo, para llegar a que todo movimiento es relativo. Redefiniremos desde la ciencia los conceptos usuales cuando hablamos de movimiento: desplazamiento, velocidad, aceleración. Igualmente aprenderemos autilizar una herramienta muy poderosa en el estudio de los movimientos: las gráficas. En este mismo orden de cosas, reflexionaremos sobre la influencia que tienen las fuerzas sobre el movimiento. Rechazaremos la idea de que son necesarias las fuerzas para que un cuerpo se mueva. Lo que producen las fuerzas son precisamente cambios en los movimientos. Posteriormente estudiaremos dos fuerzas muy importantes y omnipresentes en nuestra vida cotidiana: el rozamiento y la gravedad. Cuando termines de estudiar la unidad deberás ser capaz de: • Reconocer el carácter relativo del movimiento. • Saber expresar correctamente la posición, la velocidad y la aceleración de un cuerpo en movimiento. • Interpretar y construir las gráficas de movimientos sencillos. • Calcular la velocidad media de un movimiento. • Entender el concepto de distancia de seguridad y saber calcularla. • Asociar aceleración con cualquier variación de la velocidad. • Reconocer que no son necesarias las fuerzas para mantener un movimiento. • Asociar las fuerzas con interacciones entre cuerpos • Descubrir que todas las fuerzas actúan por parejas y además son iguales entre sí • Justificar que las fuerzas son las causas de las aceleraciones y de las deformaciones. • Reconocer las fuerzas que actúan en situaciones de la vida cotidiana distinguiendo fuerzas por contacto y a distancia. • Diferenciar masa de peso de un cuerpo y calcularlo en distintas situaciones. • Entender que la fuerza de rozamiento actúa habitualmente y confunde nuestro razonamiento. Curso de Acceso a Grado Medio [ 71 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA 1. EL MOVIMIENTO Carácter relativo del movimiento Nos parece evidente decidir si algo se mueve. Pero, el viajero de nuestro tren ¿realmente no “se ha movido” en todo el trayecto? ¿No hemos visto “moverse” hacia atrás las casas, los árboles y, los postes?... ¿No se ha quedado parada esa pelota a los pies del niño y misteriosamente, sin que nadie la empujara, se ha empezado a mover hacia delante cuando hemos llegado a la estación? Si reflexionamos sobre esta y otras situaciones, podremos llegar a la conclusión de que el movimiento depende de quién lo observa: esa montaña que ves en la lejanía y que no dudarás en afirmar que está absolutamente quieta, si la observaras desde unos cuantos km por encima del Polo Norte, la verías pasar bajo tus pies dando vueltas en torno al eje de la Tierra a la increíble velocidad de unos 1200 km/h ¡¡SORPRENDENTE!! ¿NO? Diremos que un cuerpo se mueve cuando cambia de posición con respecto a un observador (que consideraremos como fijo) La posición es un vector Como nos ocurre cuando andamos de travesía por el monte, o navegamos por el mar o surcando los aires en un avión y no hay carreteras, dar nuestra posición es más difícil. Seguro que has oído hablar del sistema GPS de posicionamiento global y de las coordenadas de posición de un barco o un avión. Se basa en elegir un sistema de referencia (un punto origen y unas direcciones determinadas) y en función de ello dar nuestra posición con unos números que indican las coordenadas en que nos encontramos. La latitud, longitud y altura sobre el suelo son nuestras coordenadas GPS En casos más sencillos hablamos de la x, y, z según los mismos ejes Esto es un vector [ 72 ] La propia definición señala el carácter relativo del movimiento: depende del observador que lo describe. Pasaremos a plantearnos cómo describir la posición y el cambio de la misma. 1.1. Posición ¿Cómo describir la posición de un objeto? Seguro que lo has hecho en más de una ocasión • cuando tenemos una avería en el coche: “Estoy en el km 160 de la carretera” • en el ascensor de unos grandes almacenes: “Estoy en la planta 5” En ambos casos, sabemos por dónde nos movemos (Trayectoria) y basta con poner un origen en un punto arbitrario (km 0, planta 0) y un sentido de recorrido Con ello nuestra posición viene dada por un número (160 o 5) y una unidad de medida (km o planta) Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 3: Fuerzas y movimiento Observa que, en el caso de los grandes almacenes, el coche lo hemos dejado aparcado en la planta -2 El número puede ser también negativo, indicando que nos encontramos a dicha distancia del 0 en sentido contrario. Relaciona Empareja las posiciones con su expresión correspondiente x = -5 m El peatón está a 5 m a la derecha de su casa x = 25 m Avanza hacia la derecha 20 m x=5m Retrocede hasta encontrarse a 5 m a la izquierda de su casa x = -25 m Sigue retrocediendo hasta encontrarse a 25 m a la izquierda 1.2. Desplazamiento ¿Cómo describir el cambio de posición? Cambiemos nuestra posición: desplacémonos. El vehículo es remolcado hasta un taller situado en el km 194 de la misma carretera ¿Cuál ha sido el desplazamiento del coche? 194 - 160 = 34 km Efectivamente: posición final - posición inicial = desplazamiento La grúa salió del taller, en el km 194, ¿qué desplazamiento tuvo que hacer para ir a buscar el coche averiado? Desplazamiento = posición final - inicial = 160 - 194 = -34 km ¡NEGATIVO! Quiere decir que el desplazamiento ha sido de 34 km pero en sentido contrario al que hemos tomado para señalizar la carretera Y, finalmente, otra sorpresa: La grúa ha de facturar el servicio, para lo cual debe saber qué distancia ha recorrido ¿Cuál ha sido el desplazamiento total de la grúa? Vector desplazamiento Lo expuesto no es totalmente válido si la trayectoria no es rectilínea. En los movimientos en 2 o 3 dimensiones, el desplazamiento es la distancia más corta entre la posición inicial y final (aunque no sea siguiendo la trayectoria). Para los casos que trataremos, las carreteras o las trayectorias de nuestros movimientos pueden considerarse rectas y planas aunque no lo sean Salió del km 194 (posición inicial), acudió al punto de la avería y volvió al taller (posición final km 194), por lo que desplazamiento = posición final - inicial = 194 - 194 = 0 km Curso de Acceso a Grado Medio [ 73 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA No es extraño. Si alguien observa la grúa aparcada en el garaje antes de recibir la llamada y, al cabo del día vuelve a ver dónde se encuentra observaría que la grúa sigue aparcada en el mismo sitio: no se ha desplazado Pero su cuentakilómetros es fiel testigo de que ha recorrido 68 km entre ida y vuelta al servicio solicitado La velocidad media y la media de las velocidades Elige la correcta Un peatón se encuentra inicialmente en la posición s = -5 m y al cabo del rato lo encontramos en s = 30 m ¿Cuál ha sido su desplazamiento? 35 m 30 m 25 m -35 m Un ciclista sube un puerto de 10 km. Asciende a una velocidad constante de 10 km/h. Al llegar al alto desciende por el mismo camino. El descenso lo efectúa a 40 km/h ¿Cuál ha sido la velocidad media del ciclista? Estaríamos tentados de decir que como ha ido a 10 en la subida y a 40 en la bajada, la media ha sido (10 + 40) / 2 = 25 km/h Pero no es correcto. La respuesta es 16 km/h ¡bastante menor de lo que pensábamos! La razón está en que mantiene durante mucho más tiempo la velocidad de subida que la de bajada Así que ya lo sabes: si te pilla un atasco o vas durante un rato detrás de un vehículo lento sirve de muy poco ponerse a 200 para mejorar la media. Deberías estar al menos el mismo tiempo a esa velocidad y eso te resultará imposible Ahora realiza el camino inverso ¿Cuál ha sido ahora su nuevo desplazamiento? 35 m 30 m 25 m -35 m 1.3. Velocidad Velocidad media Cuando vas de viaje resulta interesante saber la rapidez con que te mueves. Para ello usamos la velocidad Pero no es siempre la misma. Solemos echar la siguiente cuenta: Hemos hecho un viaje (desplazamiento) de 140 km. Y, contando la parada que hemos hecho y el atasco al llegar, hemos tardado 2 horas en realizar el viaje. Así que hemos llevado una velocidad media de: desplazamiento/tiempo empleado = 140 km/2 horas = 70 km/h Es como si hubiéramos llevado esa velocidad durante todo el viaje, aunque seguramente muy pocos momentos habremos ido justo a esa velocidad. Como ves no informa mucho de cómo se ha hecho el viaje. [ 74 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 3: Fuerzas y movimiento Es más interesante saber en cada momento la velocidad instantánea (la que nos marca el velocímetro) que nos indica el desplazamiento que realizaríamos en la unidad de tiempo (1 hora, un segundo,...) si mantuviéramos esa velocidad Realmente para informar del movimiento habría que indicar también la dirección en que nos movemos. Pero nos conformaremos con movernos por trayectorias rectas o conocidas, con lo que bastará con indicar el sentido (hacia un lado u otro) Esto lo haremos con el signo de la velocidad Si es positiva nos movemos hacia el sentido positivo (alejándonos del Km 0, desplazamientos positivos) Si es negativa, hacia el sentido contrario (hacemos que el número que indica nuestra posición disminuya, desplazamientos negativos) Elige la correcta A las 10 de la mañana, viajando en tu coche observas que circulas por el km 123. A las 10:30 ves pasar el km 90 ¿Cuál ha sido tu velocidad media? -33 km/h 66 km/h -66 km/h 90 km/h El problema de las unidades 1.4. Gráficas del movimiento Resulta muy útil representar los datos del movimiento en una gráfica donde colocamos en el eje X el tiempo y en el eje Y la posición. Así podremos ver dónde está el móvil en cada instante. Pero, ¡OJO!, no es ni la trayectoria que ha seguido, ni el perfil de la etapa, ni la carretera por la que viaja Veamos un ejemplo: La gráfica del movimiento nos dice que en el instante t = 0 s (cuando hemos puesto en marcha el cronómetro) el móvil se encontraba en el punto x = 0 m (origen de nuestro sistema de referencia), que a los 5 s se encontraba en x =10 m, a los 10 s en x = 20 m,... y así sucesivamente. Podrías ser perfectamente tú saliendo de casa a paso rápido y dirigiéndote a la panadería a ritmo constante. Curso de Acceso a Grado Medio Usualmente medimos las velocidades de los vehículos e incluso de los corredores en km/h. Pero en el Sistema Internacional de unidades la unidad de velocidad es el m/s ¿Cómo pasamos de una a otra? Deberemos multiplicar por 1000 para pasar los km a m Y deberemos multiplicar el denominador (o sea dividir el número) por 3600 para pasar las horas a segundos Luego habrá que dividir por 3,6 Así 36 km/h son 10 m/s y 108 km/h son 30 m/s El paso inverso se hará multiplicando por 3,6 [ 75 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Nadie sube nada El ritmo es constante, pues la gráfica es una recta y si calculamos la velocidad media en los 10 primeros segundos obtenemos v = 20 m / 10 s = 2 m/s La misma que si lo hacemos al final del recorrido v = 60 m / 30 s = 2 m/s Comparemos con otra situación semejante: Como puedes ver, el móvil 2 (un vecino) sale a la misma hora del mismo sitio y en la misma dirección, pero en el mismo tiempo que tú sólo consigue avanzar 30 m. También se mueve a velocidad constante (uniforme) pero su velocidad es v = 30 m / 30 s = 1 m/s La mitad de tu velocidad. Y, como ves, su gráfica es una recta pero de menos pendiente. Así que: La pendiente de la gráfica posición-tiempo nos indica la velocidad del móvil Cuanto mayor sea la pendiente de la gráfica mayor es la velocidad 1.5. Más gráficas Sigamos interpretando gráficas sencillas de movimiento En este caso, el móvil se encuentra inicialmente a 70 m del origen y se dirige hacia el mismo a un ritmo constante. En 30 segundos se acerca hasta 10 m del origen. Calculemos su velocidad: v = desplazamiento/tiempo = (10 - 70) m / 30 s v = -2 m/s Una pendiente negativa (hacia abajo) representa una velocidad negativa: retrocede con una velocidad de 2 m/s [ 76 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 3: Fuerzas y movimiento Veamos otro ejemplo Contesta Continúa tú. ¿Cómo será la gráfica de un cuerpo que está en reposo? Contesta Interpreta el movimiento representado en la gráfica Curso de Acceso a Grado Medio [ 77 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA El vector aceleración 1.6. Aceleración ¿Qué pasa cuando la velocidad cambia Lo mismo que nos pasaba con la posición y la velocidad, si queremos ser rigurosos debemos tener en cuenta que estas magnitudes son vectores, así que aunque la rapidez a la que se mueve un cuerpo no varíe puede variar la dirección en que se mueve: por ejemplo cuando tomamos una curva a 80 km/h. En esos casos también hay variación del vector velocidad y, por tanto aceleración. Es la que llamamos aceleración centrípeta, que se da siempre que la trayectoria no es recta Como veremos más adelante, tiene que ver con que tendemos a marcharnos hacia afuera en las curva Como decíamos al definir velocidad media y sabemos por propia experiencia, no es muy habitual moverse a una velocidad constante sino que esta varíe (aumente o disminuya) Los movimientos suelen comenzar en algún momento y acabar en otro. Analicemos la gráfica de un movimiento distinto de los vistos hasta ahora. El móvil de la figura se encuentra inicialmente en el origen y se aleja 450 m en 30 s. Su velocidad media ha sido de 450 m / 30 s = 15 m/s Pero si vemos con más detalle, observamos que en los primeros 10 s ha recorrido 50 m, mientras que en los 10 s siguientes ha recorrido 150 m (de x = 50 hasta x = 200) y en los últimos 10 s, 250 m (desde x = 200 hasta x = 450) Su velocidad ha ido aumentando Lo mismo podíamos haber concluido recordando que la pendiente de la gráfica indica la velocidad. La gráfica es cada vez más empinada Por cierto: Nadie sube nada ¿Qué ha hecho el móvil? Ha arrancado desde el origen y ha ido aumentando su velocidad (acelerando) durante 30 s. Pero esta variación de la velocidad puede ser más rápida o más lenta. Usaremos el concepto de aceleración para describir esas variaciones, igual que hacíamos con la velocidad para describir el ritmo de las variaciones de la posición aceleración = (velocidad final - velocidad inicial)/tiempo transcurrido Observemos que si la velocidad final es mayor que la inicial, la aceleración es positiva. Pero, si la velocidad final es menor, la aceleración es negativa: Frenado La aceleración se mide en m/s2 [ 78 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 3: Fuerzas y movimiento Contesta ¿Cuál es la aceleración de un automóvil deportivo que, según la publicidad, pasa de 0 a 100 km/h (28 m/s) en 7 s? 1.7. Frenado ¿Cómo es la gráfica de un coche que frena? De lo anterior podemos concluir que la pendiente de la gráfica debe ir disminuyendo, pues es un movimiento con aceleración negativa en el que disminuye la velocidad. Así que debería ser como el de la figura. Observa que en los 10 primeros segundos recorre 80 m, mientras que en los 10 siguientes tan sólo recorre 40 (desde x = 80 hasta x = 120) y en los 5 que restan hasta detenerse recorre unos 5 m. Las velocidades medias en cada tramo han sido: v1 = 8 m/s v2 = 4 m/s v3 = 1 m/s y la de todo el trayecto v = 125 m / 25 s = 5 m/s La pendiente de la gráfica era elevada al principio, pero ha ido disminuyendo gradualmente hasta quedarse horizontal (velocidad nula = parado) Investiga las gráficas y los movimientos En el siguiente applet (simulación) de Walter Fendt puedes observar y jugar con distintas situaciones de movimientos rectilíneos. Prueba, por ejemplo con velocidad inicial de 10 m/s y aceleración de -1 m/s2 Prueba también con aceleración 0 y velocidades distintas, positivas y negativas. Cambia la posición inicial y observa cómo varía la gráfica 1.8. Distancia de seguridad ¿No podemos ir pegados al conductor de delante? Si existen tan buenos sistemas de frenado, ¿por qué no podemos ir pegados al vehículo que va delante de nosotros? ¿Por qué está limitada a 50 km/h la velocidad en las zonas urbanas (e incluso a 20 o 30 en zonas residenciales) si yo “clavo” la moto? La respuesta a todas estas preguntas tiene que ver con el tiempo de reacción. Desde que algo ocurre (el conductor de delante pisa el freno, un niño sale de entre dos coches aparcados tapado por los mismos) hasta que nosotros Curso de Acceso a Grado Medio [ 79 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA apretamos el freno transcurre un tiempo: nuestros ojos reciben el estímulo visual, mandan la señal al cerebro, el cerebro debe mandar la orden a los músculos del brazo o del pie de que aprieten la palanca. Y las señales van por los nervios a una velocidad elevada pero no infinita. Este tiempo de reacción viene a ser del orden de 0,3-0,4 s para la mano y más de 0,7 s para el pie (el camino desde el cerebro es más largo) en las mejores condiciones de concentración y sabiendo que va a suceder en breve ¿Te parece exagerado? Se suele tomar 1 s como un tiempo medio de reacción ante algo imprevisto, que puede ser mayor si se va hablando por el móvil, se ha tomado alcohol, drogas,... Así que piensa que cuando vas a 50 km/h (unos 14 m/s) en tu moto, desde que ves al niño salir de entre los coches hasta que empiezas a frenar has avanzado 14 m y todavía vas a 50 Y cuando ves las luces del coche de delante que comienza frenar mientras viajas a 100 km/h (unos 28 m/s) tu coche recorrerá 28 m antes de que tú pises el freno y comiences a frenar. Por supuesto que él recorrerá además una distancia hasta que frene que será más o menos como la tuya, pero si no estás a más de 28 m colisionarás por alcance con él Contesta ¿Cuál será la mínima distancia de seguridad entre dos vehículos que circulan a 100 km/h, si consideramos que el tiempo de reacción es 1 s? [ 80 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 3: Fuerzas y movimiento 2. LAS FUERZAS ¿Qué ocasiona tanto movimiento? Nuestra experiencia cotidiana nos dice que si no hay alguien o algo que empuje al móvil, éste acaba por pararse. Parece que en este mundo todo se acaba deteniendo Las fuerzas son las causantes de que las cosas se muevan. Si no hay fuerza, no hay movimiento Pues todo eso es FALSO Bueno, Aristóteles y los griegos ya se dieron cuenta de que en los cielos no había nada que empujara a la Luna, ni al Sol, ni a lo planetas ni las estrellas y sin embargo llevaban ahí moviéndose toda la eternidad. Movimiento de los cuerpos celestes (ISFTIC) Lo resolvieron dándole el carácter de lugares divinos que eran eternos y perfectos Pero nosotros ya sabemos desde Galileo y Newton que esto no es así sino más bien al revés Cuando no hay fuerzas, los cuerpos continúan en reposo o moviéndose sin detenerse nunca Trataremos estas cuestiones en los próximos capítulos 2.1. Las fuerzas como interacción Las unidades de la fuerza Yo te empujo, tú me empujas Sin querer ser rigurosos definiremos las fuerzas como interacciones entre dos cuerpos Siempre hacen falta dos cuerpos. No podremos decir que Superman tiene mucha fuerza, (si tiene algo es energía, masa muscular,...) sino que es capaz de ejercer mucha fuerza sobre... Siempre que un cuerpo hace una fuerza sobre otro, este último hace una fuerza sobre el primero. Las fuerzas siempre van por pares. Y además estas fuerzas son iguales y opuestas (de sentido contrario) Curso de Acceso a Grado Medio Las fuerzas se miden en Newton, en el Sistema Internacional de Unidades. Se define 1 N como la fuerza que aplicada a un cuerpo de 1 kg de masa le produce una aceleración de 1 m/s2 Esta fuerza es aproximadamente la necesaria para mantener un cuerpo de 100 g en el aire sin caer [ 81 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Elige las correctas Señala en cuales de las frases siguientes la palabra fuerza está usada correctamente según lo definido Empuja con más fuerza al coche para arrancarlo La fuerza centrífuga nos hizo derrapar en la curva ¿Hasta dónde llegan las interacciones a distancia? Pues una interacción como la gravitatoria, la eléctrica o la magnética llega hasta el infinito. Lo que ocurre es que se va debilitando conforme nos alejamos del origen de la fuerza, de modo que a doble distancia la fuerza se reduce a la cuarta parte. Esto hace que parece que no la sintamos en cuanto nos alejamos. Pero no pienses que la atracción de la Tierra, por ejemplo, se acaba cuando salimos de la atmósfera. Piensa que la Luna sigue ahí sin separarse de nosotros porque es atraída por la Tierra. Los astronautas que vemos ingrávidos flotando en la Estación Espacial Internacional no están fuera de la gravedad, sino que por estar en órbita es como si estuvieran cayendo en su nave y por tanto no necesitan hacer ninguna fuerza para mantenerse (ingravidez aparente) Si sobre la Estación y sobre ellos no actuara la gravedad terrestre se alejarían indefinidamente de la Tierra [ 82 ] El bateador golpeó la bola con una fuerza extraordinaria La fuerza mental es necesaria para triunfar Ana tiene mucha fuerza de voluntad 2.2. Formas de interacción Hay dos formas principales de interacción. En unos casos: • Cuando propinamos una patada a un balón • Cuando empujamos un cajón que arrastramos por el suelo • Cuando el rozamiento con el suelo se opone y frena el avance del cajón Sobre el cajón actúan la fuerza de la chica y el rozamiento con el suelo (Fuente Kalipedia.org) Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 3: Fuerzas y movimiento El agente que realiza la fuerza y quien la sufre están en contacto. Son fuerzas de contacto En otros casos: • El agua del video que se desvía debido a la carga de la hoja de acetato • El balón que salió de nuestros pies cae debido a la gravedad • El imán levanta los clavos del suelo La acción entre cuerpos Imán atrayendo los clavos Y los clavos atraen al imán En estos casos no media nada entre el agente que realiza la fuerza y quien la sufre. Son interacciones a distancia 2.3. Acción y reacción ¿Dónde está mi pareja? Hemos dicho que las fuerzas, al ser interacciones van siempre por parejas. Pero, en los casos anteriores, ¿cuáles son? • En la patada, el balón también nos hace fuerza en el pie. Y si no, imaginaos que un bromista os cambia el balón por uno de cemento... ¡qué daño!... • En el cajón nosotros recibimos otra fuerza del mismo. Piensa que si el cajón es muy pesado, empezarás a resbalar y si estás sobre un suelo encerado te podrías ir hacia atrás • El rozamiento que frena al cajón tiene su pareja en una fuerza que empuja al suelo hacia adelante. ¿Que no la ves? Pon una alfombra entre el cajón y el suelo y verás como la arrastra • Los clavos atraen también al imán (como puedes comprobar si acercas un imán a la puerta del frigorífico • El agua también atrae a la hoja de acetato (aunque es difícil verlo) • Y, finalmente: El balón también atrae a la Tierra Pero ahí no acaban las sorpresas: además ambas fuerzas son iguales ¿Y por qué, entonces, no se anulan mutuamente? Porque actúan cada una sobre uno de los cuerpos Curso de Acceso a Grado Medio Hacemos una fuerza sobre el aparato que consigue doblarlo y el aparato hace una fuerza sobre nuestras manos empujándolas hacia afuera (Banco de imágenes de ISFTIC) No existe ningún caso donde exista una fuerza aislada. Incluso entre los átomos y las partículas que forman cualquier cuerpo existen fuerzas que los mantienen unidos, son fuerzas atractivas de tipo electromagnético que actúan por pares entre cada par de átomos o partículas Lo mismo ocurre entre las partículas de los cuerpos cuando intentamos entrar dentro de ellos, pero en este caso son repulsivas e impiden que penetremos con facilidad en los cuerpos materiales [ 83 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA ¿Qué efectos producen las fuerzas? Fundamentalmente dos: deformaciones y aceleraciones La actuación de una fuerza sobre un cuerpo no provoca el movimiento del mismo sino la variación del movimiento que tuviera: si estaba en reposo, que comience a moverse y si estaba moviéndose, que cambie su velocidad (aumentando, disminuyendo o cambiando de dirección). Es decir provoca una aceleración Si actúa más de una fuerza, al hallar la resultante de todas, puede ser que se anule y entonces el cuerpo continúa con el mismo estado de movimiento: si estaba en reposo, continúa en reposo y si estaba moviéndose, continúa moviéndose en la misma dirección y con la misma velocidad (movimiento rectilíneo uniforme) Relaciona En el ejemplo de la página anterior en que una chica empuja un cajón empareja las 4 fuerzas que actúan sobre el cajón con su pareja de acción reacción La fuerza que empuja a la chica hacia atrás El peso del cajón La fuerza vertical que impide que se hunda el cajón La fuerza vertical que hace el cajón sobre el suelo La fuerza que empuja el suelo hacia adelante La fuerza que hace la chica La fuerza con que el cajón atrae a la Tierra El rozamiento del cajón con el suelo 2.4. El efecto de las fuerzas ¿Cómo van a ser iguales ambas fuerzas? Que la Tierra atrae al balón queda fuera de dudas Podemos admitir que el balón atraiga a la Tierra, pero no pueden ser iguales: el balón se precipita hacia el suelo... y ¡la Tierra ni se inmuta!... tiene que ser más pequeña la fuerza Pues NO. SON IGUALES Lo que no es igual es su efecto sobre cada cuerpo ¿De qué depende el efecto que producen las fuerzas? Uno de los efectos que producen las fuerzas es modificar el movimiento de los cuerpos (aceleración) Este efecto es mayor cuanto menor sea su masa Todo esto si consideramos el cuerpo como un punto, pero si el cuerpo tiene partes, las fuerzas no actúan todas en el mismo sitio ni sobre todas las partículas, lo que ocasiona que estas deban transmitirse de unas partes a otras originando tensiones internas que pueden provocar deformaciones temporales o permanentes [ 84 ] F = m•a Por eso en el caso de la Tierra no observamos que haga ningún efecto sobre ella, ya que dada su enorme masa, el efecto que le produce es inapreciable incluso a escala atómica. Sin embargo esa misma fuerza actuando sobre el balón hace que caiga con una aceleración de 9,8 m/s2 Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 3: Fuerzas y movimiento Verdadero o falso Marca las siguiente frases como verdaderas o falsas Verdadero Falso Cuanto mayor es la masa del cuerpo, menor es la aceleración que le producimos al aplicarle una fuerza Para mantener un cuerpo moviéndose a velocidad constante hace falta una fuerza total Los cuerpos más pesados caen más deprisa aunque no haya rozamiento Si queremos que un cuerpo tenga doble aceleración debemos aplicarle una fuerza doble 2.5. El rozamiento Una fuerza de contacto El rozamiento es una fuerza a la que estamos tan habituados que muchas veces nos pasa desapercibida. Ella es la responsable de que pensemos que si no hay fuerza los cuerpos se detienen. Nos olvidamos de que el rozamiento sigue actuando aunque no lo veamos y esa fuerza es la que detiene a los cuerpos. Por eso tenemos que hacer una fuerza si queremos que el cuerpo siga moviéndose, para compensar al rozamiento que no podemos evitar. El gran invento de la rueda hace que el rozamiento sea menor y por eso debemos empujar con menos fuerza. Pero cuando la velocidad empieza a ser mayor, comenzamos a notar el rozamiento con el aire, que para colmo de males es mayor cuanto mayor es la velocidad (depende de la velocidad al cuadrado) Esto hace que tengamos que hacer más fuerza para mantener una velocidad de 100 km/h que para mantener una de 50 km/h, porque el rozamiento con el aire es 4 veces mayor a esa velocidad. Pero, como ya sabes, si no hubiera rozamiento no haría falta ninguna fuerza para mantener ni los 50 ni los 100 km/h. La batalla contra el rozamiento La última batalla se ha librado en el agua, con los nuevos bañadores de cuerpo entero que al final han sido prohibidos en las competiciones. ¿Podemos quitar esa fuerza tan molesta? Pues la podemos hacer disminuir con lubricantes, rodamientos, mejorando la aerodinámica,... Pero si hay contacto entre dos cuerpos en movimiento relativo, no podremos hacer desaparecer totalmente esa fuerza que se opone siempre al movimiento. Pero no todo es negativo en esta fuerza. Piensa que podemos frenar gracias a ella y evitar la colisión con el coche que nos precede. Que gracias a ella podemos tomar las curvas (y si no, recuerda lo que ocurre cuando hay hielo en la carretera y el rozamiento disminuye) Y, finalmente, que sin ella no podríamos empezar a caminar Curso de Acceso a Grado Medio [ 85 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA La báscula me dice que peso 70 kilos!!! Efectivamente, en el lenguaje coloquial confundimos ambos conceptos. La báscula mide fuerzas, concretamente la que hace la plataforma donde nos apoyamos. Esta fuerza es igual a nuestro peso. Por lo tanto, será un determinado número de Newtons Pero, mientras no nos vayamos de la Tierra, cualquier cuerpo de esa masa, pesará lo mismo. Por eso, medimos indirectamente su masa a través de su peso. A doble masa, doble peso. Esta constante que relaciona la masa con el peso depende de dónde esté y es el valor de la gravedad. En la superficie terrestre la gravedad vale 9,8 N/kg (podemos redondear como 10) 2.6. La gravedad Una interacción a distancia ¿Cómo podemos decir que el peso es una interacción a distancia? Si no me pongo encima de la báscula no marca mi peso Cierto, pero la báscula no mide el peso. Mide la fuerza que tiene que hacer para aguantarme, que suele ser igual a mi peso, pero que puede ser mayor o menor. ¿Qué es el peso? Peso de un cuerpo es la fuerza con que la Tierra atrae a un cuerpo Esta fuerza tiene varias características: • va dirigida hacia el centro de la Tierra. • es mayor cuanto mayor es la masa del cuerpo • disminuye conforma nos alejamos de la Tierra, pero llega hasta el infinito aunque muy débil • no necesita que haya contacto con el cuerpo para actuar Es un caso particular de la gravedad, que hace que dos cuerpos cualesquiera se atraigan por el simple hecho de tener masa. Pero es tan débil que, si al menos uno de los cuerpos (la Tierra en nuestro caso) no tiene una enorme masa, no se aprecia. Así que, aunque están relacionados: Peso y masa no son la misma cosa La masa de un cuerpo es algo característico de ese cuerpo, esté donde esté. Sin embargo, el peso depende de dónde se encuentre (cerca o lejos de la Tierra) y de quién ejerza la fuerza (se puede hablar de peso en la Tierra, en la Luna, en Marte,...) La masa es una medida de la cantidad de materia, mientras que el peso es una fuerza. La masa se mide en kg y el peso en N Un cuerpo de 10 kg pesa 98 N en la superficie terrestre [ 86 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 3: Fuerzas y movimiento 2.7. La caída de los cuerpos La fuerza que hace caer a cualquier cuerpo es su peso (la gravedad). Como decíamos, el peso de un cuerpo depende de su masa y de dónde se encuentra. Podemos escribir: Una piedra cae antes que un folio Luego, los cuerpos pesados caen más deprisa que los ligeros... De nuevo, el invisible rozamiento con el aire nos ha vuelto a jugar una mala pasada. Peso = m•g En la superficie terrestre g = 9,8 N/kg Pero la aceleración con la que se mueve un cuerpo depende de su masa. F = m•a A doble masa, mitad de aceleración. Ambas condiciones nos llevan a que la dependencia con la masa se compense y: m•g = m•a y, por tanto, a=g Todos los cuerpos caen con la misma aceleración: 9,8 m/s2 Y su movimiento será rectilíneo uniformemente acelerado, si no actúa ninguna otra fuerza, como ocurre en la Luna. El rozamiento puede ser más o menos igual sobre ambos cuerpos, pero el peso de la piedra es bastante mayor que el del folio. Así, en la piedra el rozamiento se puede despreciar frente a su peso y cae con una aceleración de 9,8 m/s2. Pero en el folio es casi igual a su peso y hace que caiga casi a velocidad constante. Si disminuimos el rozamiento con el aire (arrugando el papel) o lo anulamos (por ejemplo en la Luna) ambos objetos caerán simultáneamente Una herramienta y una pluma caerán simultáneamente Elige la correcta ¿Cómo será la gráfica posición-tiempo de la caída libre de un cuerpo? Una recta muy empinada Una parábola Una recta horizontal Una recta vertical Curso de Acceso a Grado Medio [ 87 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA EJERCICIOS 1. Antonio sale de su casa y camina durante 4 minutos hasta llegar a la panadería que dista 480 m de su casa. Permanece durante 3 minutos en la panadería y continúa 180 m más hasta llegar al kiosko donde compra el periódico. Invierte en este trayecto 3 minutos. La compra del periódico le entretiene medio minuto. Con los encargos hechos, regresa a su casa invirtiendo 10 minutos en la vuelta. a) Construye la gráfica posición-tiempo del movimiento que realiza Antonio. b) Calcula la velocidad media en su trayecto hasta la panadería, y la de su trayecto desde la panadería al kiosko. c) ¿Cuál es su velocidad media en el regreso a casa? d) ¿Cuál ha sido su velocidad media en todo el movimiento? 2. La gráfica del movimiento de una motocicleta que sale de un semáforo hasta que vuelve a detenerse en el siguiente semáforo es la siguiente: a) ¿Qué tipo de movimiento lleva durante los 5 primeros segundos? b) ¿Cuál ha sido su velocidad media en ese tiempo? c) ¿En qué momentos ha sido mayor su velocidad? d) ¿Qué tipo de movimiento lleva desde el segundo 5 hasta el 10? e) ¿Dónde se encuentra a los 8 s de haber comenzado el movimiento? f) ¿Cuál ha sido su velocidad media en ese intervalo de tiempo? g) ¿Qué tipo de movimiento lleva desde los 10 s hasta los 14? h) ¿Cuál ha sido su velocidad media en estos 4 s? i) ¿Qué hace la motocicleta desde el segundo 14 hasta el 16? j) Calcula la velocidad media durante los primeros 14 segundos? [ 88 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 3: Fuerzas y movimiento 3. Un cochecito de juguete, de 100 g de masa, sale del lanzador con una velocidad de 6 m/s; al cabo de 3 s se detiene. a) Determina la aceleración de frenado. b) Calcula el valor de la fuerza que lo detiene. 4. Un coche circula por una carretera recta a una velocidad constante de 100 km/h? a) Identifica las fuerzas que actúan sobre el mismo. b) Determina la fuerza total que debe actuar sobre el coche. 5. Una grúa eleva una carga de 100 kg mediante una fuerza de 1000 N. Si la gravedad terrestre es 9,8 N/kg a) ¿Qué fuerzas actúan sobre la carga? b) Determina la aceleración con que sube. c) ¿Qué velocidad habrá alcanzado al cabo de 5 s? Curso de Acceso a Grado Medio [ 89 ] LA ENERGÍA 4 INTRODUCCIÓN La energía, sus transformaciones y su consumo, están presente en cuantos fenómenos naturales o realizaciones humanas queramos estudiar, por lo que es un elemento que puede aparecer reiteradamente en nuestras clases. La intención de esta unidad es servir de punto de partida para su estudio y clarificar, al nivel en que nos movemos, qué es eso que llamamos energía. En este primer encuentro con el concepto de energía, se opta por dar un enfoque operativo, próximo al alumno, haciendo referencia al consumo energético cotidiano, al ahorro energético y a las fuentes de energía conocidas tanto renovables como no renovables. La consideración de la energía como elemento básico que rige el funcionamiento del universo queda en segundo plano. Junto con este enfoque, el desarrollo de la unidad recoge también las aplicaciones positivas y negativas que el consumo energético actual tiene en nuestro entorno social y natural. Nos estamos acostumbrando a comprar más y más aparatos electrónicos y consumir más y más energía como en una carrera hacia el precipicio. Nuestra dependencia social por la fuente principal de energía es tan grande que te planteamos ¿Qué pasará cuándo se acabe el petróleo? Cuando termines de estudiar la unidad deberás ser capaz de: • Relacionar el concepto de energía con la capacidad de realizar cambios estableciendo la relación entre causa y efecto. • Reconocer los diferentes tipos de energía que usamos habitualmente. • Distinguir entre energía cinética y potencial como dos formas de energía mecánica. • Conocer las diferentes unidades para medir la energía en nuestra sociedad. • Distinguir entre fuentes de energías renovables y no renovables. • Conocer diferentes fuentes de energía no renovables, sus ventajas e inconvenientes. • Valorar las ventajas y desventajas de algunas de las energías que más usamos en la sociedad. • Conocer diferentes fuentes de energía renovables, sus ventajas e inconvenientes. • Reconocer situaciones cotidianas en las que se realizan transformaciones de energía. • Analizar las etiquetas de eficiencia energía de algunos electrodomésticos. • Identificar las transformaciones energéticas que tienen lugar en nuestro entorno. • Identificar algunos de los principales problemas asociados a su obtención, transporte y utilización. • Conocer el principio de conservación de la energía y aplicarlo en algunos ejemplos sencillos. • Comprender la importancia del ahorro energético y el uso de energías limpias para contribuir a un futuro sostenible. Curso de Acceso a Grado Medio [ 91 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Energía e historia Toda actividad humana va ligada al consumo de energía, aunque su necesidad no ha sido siempre la misma. Se comenzó quemando leña para luchar contra el clima adverso, se usaron animales de tiro y labor, se utilizó el viento para el transporte marítimo, se inventaron velas y candiles para iluminarse por la noche. A finales del siglo XVIII se produjo un cambio radical con la invención de la máquina de vapor y la utilización del carbón en cantidades crecientes. El desarrollo tecnológico posterior condujo a la creación de las industrias química y eléctrica. A finales del siglo XIX se empezó a utilizar el petróleo. La civilización industrial actual ha llevado a un incremento altísimo en el consumo de energía, y una gran parte de las fuentes de energía que se utilizan están en cantidad limitada en el planeta: carbón, gas natural, petróleo..., son energías no renovables. [ 92 ] 1. TIPOS DE ENERGÍA La energía es una palabra que en la actualidad utilizamos cotidianamente y que la relacionamos con muchas de las actividades que día a día realizamos: trasladarnos de un lugar a otro en coche o en autobús o en moto, ver la televisión, enchufar la calefacción, poner la lavadora, hacer la comida, escuchar música, encender unas velas, poner en marcha un péndulo, enchufar un ventilador. Diferentes manifestaciones de la energía La Ciencia ha contribuido a explicar lo que es la energía y junto con la Tecnología ha diseñado y construido máquinas para hacer transformaciones haciendo uso de ella, y somos las mujeres y los hombres los que hemos decidido cómo y cuándo utilizarlos. Deberemos entre todos valorar si el uso que estamos haciendo de ellas es el adecuado o no. Vamos a comenzar a aprender el conocimiento que la Ciencia ha construido sobre la energía. Pensemos en las preguntas que nos podemos hacer sobre la energía: • • • • • • ¿Realmente qué es la energía? ¿Por qué se necesita energía? ¿Cuántas clases de energía hay? ¿Cómo se almacena la energía? ¿De dónde sacan la energía los seres vivos? ¿Cuáles son las energías renovables y cuáles las no renovables? Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 4: La energía 1.1. Energía y cambios Las máquinas Ya sabes lo que es un cuerpo material, y también sabes que éstos experimentan cambios. Si echamos un vistazo a nuestro alrededor, vemos que la leche se calienta cuando la ponemos al fuego, que el viento traslada los papeles que hay en la calle, que un cuerpo cambia de sitio cuando se le golpea, que un coche se calienta cuando lleva un rato al sol, que la ropa se seca con facilidad cerca de un foco caliente, que un papel se quema cuando le acercas una cerilla, que la goma de un tirachinas se tensa al estirarla, que un muñequito salta de su caja Cambios en cuerpos (Proyecto Teruel) por la acción del muelle,... Como ves los cambios experimentados por los cuerpos pueden ser: de posición, de estado, de temperatura, de estructura... Los cambios en los cuerpos son producidos por ellos mismos. Pero, ¿todos los cuerpos pueden producirlos? Tú sabes que no. Algunos pueden hacer unos tipos de cambios pero no todos, y otros no pueden hacer ninguno. La Ciencia explica esta diferencia asignando una propiedad a los cuerpos materiales llamada energía. Esta energía sólo la poseen aquellos que son capaces de realizar algún tipo de transformación. Además a medida que va produciendo modificaciones va perdiendo su capacidad para hacer más, va perdiendo energía. Antes de dejar este apartado vamos a analizar algunos instrumentos utilizados por el ser humano, las máquinas. Éstas son instrumentos diseñados para realizar cambios que sin ellas sería dificultoso o imposible de conseguir: motores de coche, de lavadoras, ordenadores, batidoras... Estos cuerpos por sí solos no son capaces de hacer nada, necesitan la energía de otros cuerpos para cumplir su papel. Su tarea consiste en realizar transformaciones utilizando la energía de otros cuerpos, ellas no la tienen. Los cambios de temperatura, posición, estructura,... tanto sean cambios físicos como cambios químicos en los cuerpos se deben a algún tipo de energía. Verdadero o falso Señala los cuerpos que tengan energía. Ponles VERDADERO. Los que no tengan energía por sí mismos ponles FALSO. Verdadero Falso Un bolígrafo Una madera Un muelle comprimido Un gorrión Un cubo de plástico Curso de Acceso a Grado Medio [ 93 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Energía eléctrica La energía, sus transformaciones y su consumo, están presentes en todos los fenómenos naturales y en todas las realizaciones humanas que queramos estudiar. Así que las manifestaciones de la energía son cotidianas y su estudio nos ayuda a conocer nuestro entorno, lo que nos rodea. De todos los tipos de energía, que después veremos, la más relacionada con el consumo de energía en nuestra sociedad es la energía eléctrica. La electricidad por su versatilidad y facilidad de transporte es la reina de las energías en nuestras ciudades y nuestros hogares. 1.2. ¿Qué es la energía? Tal vez no sepamos aún definir la energía pero conocemos mucho sobre ella. Sabemos que hay muchos tipos energía, que estamos en una sociedad dependiente de la energía, que algunas fuentes de energía tan importantes como el petróleo se están agotando, que se está investigando en nuevos tipos de energía, que los intereses energéticos han provocado guerras, y que el ser humano no puede vivir sin la energía. Podemos ver la energía como algo muy cercano, un elemento de consumo cotidiano. Todo lo que hacemos consume energía. O como algo muy, muy lejano, como elemento básico que rige el funcionamiento del universo, la energía de las estrellas. Por lejana que esté sabemos que de la energía de nuestra estrella, el Sol, depende la vida en nuestro planeta. El Sol, visto por el telescopio Soft X-Ray de la NASA (dominio público) Además la energía tiene aplicaciones positivas y negativas, el fuego desde que el ser humano lo dominó nos sirve para calentarnos o para producir incendios, la energía nuclear sirve para producir energía en las centrales nucleares o para destruir y matar con las bombas nucleares. La materia se caracteriza por tener masa y volumen por lo que todos los cuerpos materiales tienen esas dos propiedades, sin embargo hemos visto que no todos los cuerpos tienen energía, así que ésta es una propiedad que sólo tienen algunos cuerpos, por lo que parece lógico pensar que materia y energía son cosas diferentes. La energía es lo que permite a los cuerpos experimentar cambios físicos y químicos. Algunos cuerpos tienen energía y otros no. Está muy cerca, todo lo que hacemos consume energía, y muy lejos, la energía de las estrellas. Y tiene aplicaciones positivas y negativas. Contesta En nuestras casa consumimos energía eléctrica todos los días para muchas de las actividades que realizamos. ¿De dónde sale esta energía? [ 94 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 4: La energía 1.3. Clases de energía Los cuerpos que tienen energía se caracterizan por su capacidad para producir cambios, pero las causas por las que cada uno puede realizarlos son diversas. Si miras a tu alrededor te encontrarás con multitud de objetos con energía: el viento, el agua, el carbón, el sol, los imanes..., por lo que oímos muchas veces hablar de energías eólica, hidráulica, química, solar, magnética, etc. Ahora bien, ¿son diferentes o podemos encontrar algo de común en todas ellas? Existen muchos cuerpos cuya energía es debida a que tienen movimiento. Ejemplos: el viento debido a que el aire se mueve, el agua de un río debido a su desplazamiento, etc. A esta clase de energía, asociada a la velocidad de los cuerpos, se la denomina energía cinética. Así que la energía eólica sería una forma de energía cinética, la hidráulica, una forma de energía potencial, y la solar una forma de energía radiante. Según sea el proceso, las energías básicas se clasifican en: • Energía térmica. Se debe al movimiento de las partículas que constituyen la materia. La transferencia de energía térmica de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperatura se denomina calor. • Energía eléctrica. Se debe al movimiento de cargas eléctricas. Es la que permite que tengamos luz, que funcionen los electrodomésticos y motores. • Energía radiante. Es la que poseen las ondas como la luz visible, las ondas de radio, los rayos ultravioleta (UVA), los rayos X. Muchas de ellas provienen del Sol. • Energía química. Es la poseen las sustancias como los combustibles, las pilas y baterías, los alimentos que tomamos. • Energía nuclear. Se debe a las reacciones nucleares en las que intervienen los núcleos de ciertos átomos. Por ejemplo la energía de fisión del Uranio. • Energía cinética. Se debe al movimiento, desplazamiento de los objetos. Por ejemplo una moto que se mueve a cierta velocidad. • Energía potencial. Es la energía de los cuerpos en función exclusivamente de su posición o configuración. La energía potencial gravitatoria es la más común. Curso de Acceso a Grado Medio Energía radiante La energía radiante o energía electromagnética es un tipo de energía muy utilizado en nuestra sociedad y es debida a las ondas electromagnéticas. Hay muchos tipos: • La luz visible. Se podría hablar de energía lumínica. • Los rayos ultravioleta que nos llegan a la Tierra desde el Sol. Nos broncean. • Los rayos X, con los que hacemos radiografías. • Las ondas de radio, las de televisión, las de telefonía. • Los infrarrojos que emiten los mandos a distancia. • Las microondas de los hornos. Las ondas que permiten la comunicación en los teléfonos móviles son: ¿visibles, ultravioleta, rayos X, de radio, infrarrojos o microondas? [ 95 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Relaciona ¿Qué tipo de energía tienen los siguientes cuerpos? Seguro que en alguna de ellas hay más de una, pero intenta que ninguna se quede sin pareja. Energía térmica Un libro encima de una mesa Energía química Un balón de fútbol entrando en la portería Energía cinética Agua hirviendo Energía nuclear Una planta Energía radiante Un enchufe Energía potencial Una lámpara de rayos UVA Energía eléctrica Un pedazo de Uranio Crash test dummy Los vehículos son cada vez más seguros. En caso de choque, el vehículo se deforma y parte de la energía cinética del coche se utiliza para deformar el frontal o la trasera, intentando que el habitáculo quede lo más intacto posible. Antes de sacar un vehículo al mercado, se somete a cientos de ensayos para analizar su resistencia a los choques: son los crash test. Para estudiar qué heridas provocan los diferentes tipos de choques, se utilizan unos muñecos, los dummies. 1.4. Energía cinética Hemos avanzado bastante en la comprensión de las diferentes causas por las que un cuerpo tiene energía, pero quedan bastantes cosas por saber. ¿De qué dependerá que tenga más o menos cantidad de energía? Los dummies son réplicas a escala natural de personas, con el peso y las articulaciones creadas para simular el comportamiento del cuerpo humano en una colisión de un vehículo. El maniquí contiene numerosos instrumentos para recoger toda la información posible sobre la velocidad de impacto, la fuerza de compresión, o la torsión del cuerpo, así como la desaceleración durante una colisión. [ 96 ] Llamamos energía cinética a la energía que tienen los cuerpos en movimiento. Muchos aparatos caseros tienen energía cinética: una calefacción con ventilador, la campana extractora de humos, el secador de pelo, el lector de dvd, la aspiradora, la lavadora, el lavavajillas... Es lógico pensar que cuanto mayor sea su velocidad y su masa más energía cinética tendrá el cuerpo. La energía cinética de un cuerpo viene dada por la fórmula: Ec= 1/2 m v2 Esta fórmula nos indica que la energía cinética aumenta proporcionalmente con el aumento de masa y con el cuadrado de la velocidad. ¿Cómo influye la masa en la energía cinética? Sencillo; si la masa se duplica (se multiplica por dos), la energía también se duplica. Es decir, que si queremos arrancar un camión vacío que pese 5.000 kg hace falta energía. Si el camión está cargado y pesa el doble, necesitaremos justo el doble de energía para arrancar. Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 4: La energía En cuanto a la velocidad, no es tan sencillo. Un choque a 40 km/h no es cuatro veces más peligroso que uno a 10 km/h, sino dieciséis veces más: el efecto de la velocidad está elevado al cuadrado. ¿Por qué son muy peligrosos los accidentes a alta velocidad? Porque cuando se produce una colisión, toda la energía cinética del coche se transmite a la estructura, deformando el vehículo. Pero según la fórmula que hemos visto, un golpe a 90 km/h no es tres veces más peligroso que a 30 km/h sino nueve veces más; la energía cinética crece con el cuadrado de la velocidad. Elige la correcta ¿Cuál de estos objetos tendrá más energía cinética? Un coche de 1.000 kg a 80 km/h Una furgoneta de 2.000 kg a 40 km/h 1.5. Energía potencial Muchas veces asociamos energía con movimiento, pero hay otras situaciones en las que la energía aparece ¿almacenada?, aunque todo esté quieto. Piensa en una maleta en lo alto de un armario, un niño que se sube a lo alto de un tobogán o un saltador de trampolín que espera su turno a 10 metros de altura de la piscina. Este tipo de energía almacenada se llama energía potencial gravitatoria. Es energía almacenada porque la fuerza de la gravedad es capaz de liberarla, tal como sucede cuando el deportista salta a la piscina, el niño se deja caer por el tobogán o la maleta se nos cae en la cabeza. El agua embalsada en un pantano también posee energía potencial gravitatoria. Abriendo las compuertas se puede liberar esa energía y transformarla en energía eléctrica gracias a unos generadores. Tobogán (Aguapark) Curso de Acceso a Grado Medio Salto de agua (Pantano) [ 97 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Saltos con pértiga ¿Has visto alguna vez una competición de atletismo de saltos, concretamente de saltos con pértiga? Muelles Manifestaciones de la energía potencial (licencia Creative Commons) (licencia Creative Commons) Parece increíble que un ser humano con una pértiga flexible de 4 o 5 metros de longitud llegue a saltar por encima de una barra transversal a 6,14 metros del suelo. Este es el actual record del mundo al aire libre. Lo tiene el ucraniano Sergéi Bubka, considerado el mejor saltador de pértiga de la historia. ¿Qué tipo de energía se utiliza en el salto con pértiga? ¿De qué material está hecha la pértiga? También se puede almacenar energía con un objeto elástico: un muelle, una goma? Piensa en una catapulta, en un tirachinas o en la pértiga de una saltadora. A esta energía le llamamos energía potencial elástica. La responsable de esta energía es la fuerza elástica, la fuerza que hace que los objetos elásticos recuperen su forma inicial. Energía potencial es la energía que tienen los cuerpos por su posición, elevación o estructura. Se aprovecha la energía potencial gravitatoria en un tobogán, un pantano, un trampolín, y la energía potencial elástica en un tirachinas, una catapulta, un muelle o una pértiga para saltar. Elige las correctas ¿En qué situaciones se puede reconocer la existencia de energía potencial elástica? (elige dos) Un saltador en el trampolín Un niño en un tobogán Un tirachinas Una maceta en una ventana [ 98 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 4: La energía 1.6. Unidades de energía Cuando queremos medir la energía debemos utilizamos diferentes unidades. Hay muchas unidades que estando relacionadas con la energía no son exactamente unidades de energía. Alguna vez habremos oído hablar de kilovatio, caloría, kilovatio-hora, caballo de vapor, megavatio, julio,... ¿Cuáles podemos considerar unidades de energía y cuáles no? En nuestro país está vigente, y es de uso obligatorio, el Sistema Internacional de unidades (SI). La unidad de energía en el SI se llama julio y su símbolo es J. Ya tenemos la primera y fundamental unidad de energía, el julio (J). Esta unidad es tan pequeña que se suele utilizar su múltiplo kilojulio (kJ). Y lógicamente 1kJ= 1000 J. Pero ¿en qué se mide la energía eléctrica que consumís en casa y por la que pagáis el llamado “Recibo de la luz”? Si lo compruebas verás que es en kilovatio-hora. Cuando se trabaja con los sistemas eléctricos, para representar la energía se acostumbra usar el kilovatio-hora (kWh), unidad admitida por el SI cuando se trata de energía de origen eléctrico. Un kilovatio-hora se corresponde con 3.600 kilojulios (3.600 kJ), 3,6 millones de julios. En este recibo de electricidad de una casa cualquiera puedes observar el consumo energético en dos meses (del 21 de julio al 19 de septiembre), que es de 240 kWh y que corresponde a 4 kWh de consumo diario. 240 kWh / 60 días = 4 kWh por día. Existen otras unidades para medir la energía que pertenecen a otros sistemas, como la caloría y la kilocaloría. La caloría, por su parte, es una unidad referida a la energía en forma de calor. La caloría pequeña (cal) equivale a 4,18 julios (4,18 J). En dietética para indicar el valor energético de los alimentos se emplea la caloría grande o kilocaloría (Cal o Kcal) que equivale a 1000 calorías. Unidad Símbolo Julio J Kilojulio kJ 1 kJ = 1000 J Kilovatio-hora kWh 1 kWh = 3.600 kJ = 3.600.000 J Caloría pequeña cal 1 cal = 4,18 J Caloría grande Cal (Kcal) 1 Cal (Kcal) = 1000 cal = 4180 J Curso de Acceso a Grado Medio Otras unidades de energía Imaginemos que queremos saber el consumo de energía de la Universidad de Zaragoza durante un año. Como el Kilovatio-hora se queda muy pequeño, para medir el consumo de grandes industrias, universidades, conglomerados urbanos, o la producción de centrales eléctricas se emplea el Megavatio-hora (MWh) que equivale a 1000 kWh. Durante el año 2007, se consumieron en la Universidad de Zaragoza, más de 45.000 MWh, según la Oficina verde de la propia universidad. Un múltiplo del MWh es el Gigavatio-hora (GWh) que equivale a 1000 MWh o 1.000.000 kWh. Así podemos decir que la Universidad de Zaragoza consumió, el año 2007, más de 45 GWh. La tonelada equivalente de petróleo (Tep) es una de las más grandes unidades de energía. Su valor equivale a la energía que hay en un tonelada petróleo, o 11.630 kWh. También sirve para comparar los niveles de emisión de CO2, como contaminante, a la atmósfera. Equivalencias [ 99 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Ordena Teniendo en cuenta las equivalencias de la tabla anterior, ordena de mayor a menor energía: 1 80.000.000 J 2 25 kWh 3 380.000.000 cal 2. FUENTES DE ENERGÍA Producción de energía en España El desarrollo económico de España se ve limitado por la pobreza de recursos energéticos, la carencia de fuentes de energía, en concreto de petróleo y gas natural, y la mala calidad del carbón existente. Por eso debe comprar esos recursos a otros países. Según el Ministerio de Industria, Turismo y Comercio, la producción de energía en España (2009), con fuentes energéticas propias, ha sido: Carbón Petróleo Gas natural Nuclear Hidráulica Otras renovables Total ¿Se acabará algún día la energía? La respuesta es sí y no. Hay algunas fuentes de energía que se acabarán tarde o temprano y se llaman no renovables. Son los combustibles que extraemos del subsuelo y que se han formado a lo largo de millones de años: el carbón, el petróleo y el gas (combustibles fósiles). Al ritmo actual de consumo se calcula que existen reservas de petróleo para unos 45 años, de carbón para 135 años y de gas para unos 60 años. Otra fuente de energía no renovable es la energía nuclear de fisión. Utiliza como combustibles metales con propiedades interesantes como el Uranio. El Uranio se extrae como cualquier otro mineral y se emplea para generar energía eléctrica en las centrales nucleares. Pero las reservas de Uranio tienen una duración de unos 70 años. 12,6% 0,4% 0,0% 45,9% 7,5% 33,6% 100,0 ¿Recuerdas a Homer Simpson en la central nuclear? Sin embargo, la energía eólica, que usa aerogeneradores para transformar la energía cinética del viento en energía eléctrica, es una fuente de energía inagotable, es una fuente renovable. También son fuentes renovables, sin fecha de caducidad (bueno pongamos unos 4.000 millones de años) las mareas, la biomasa, el agua embalsada, el calor interno de la Tierra y, por supuesto, El Sol. [ 100 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 4: La energía 2.1. Fuentes de energía no renovables Energía nuclear En la actualidad todos los países dependemos del petróleo. Y en menor medida del gas natural y el carbón. Si mañana se acabaran o se volviera escandalosamente caros, nuestro modo de vida cambiaría mucho. Pero eso no está tan lejos. Además tenemos el Uranio como otra fuente de energía; la energía nuclear de fisión. Las principales fuentes de energía no renovables, o limitadas, son: • El petróleo. Es una mezcla heterogénea de centenares de sustancias llamadas hidrocarburos. También es conocido como petróleo crudo o simplemente crudo. • El carbón. Es una roca sedimentaria de color negro, muy rica en carbono. Se cree que la mayor parte del carbón se formó hace unos 300 millones de años. • El gas natural. Es una mezcla de gases ligeros que se encuentra frecuentemente en yacimientos de petróleo o en depósitos de carbón. Aunque su composición varía de un yacimiento a otro, está compuesto principalmente por gas metano. Puede obtenerse también con procesos de descomposición de restos orgánicos (basuras, pantanos, depuradoras de aguas residuales,...). Al gas así obtenido lo denominamos biogás. • El Uranio. Es un elemento químico que sirve de principal combustible para los reactores nucleares que producen el 17% de la electricidad obtenida en el mundo. Las fuentes de energía no renovables presentan algunas ventajas e inconvenientes: Ventajas: • Fáciles de extraer. Mediante minas de carbón, pozos petrolíferos. Aunque algunos como el Uranio requieren un complicado proceso de “enriquecimiento”. • Gran disponibilidad y continuidad. Ya que se pueden almacenar con facilidad. • Tienen mucha energía concentrada por lo que se pueden considerar baratas por su gran rendimiento energético. Inconvenientes: • Producen la emisión de gases que contaminan la atmósfera. También los suelos y las aguas como en el caso de la energía nuclear. • Se puede producir un agotamiento de las reservas a corto o medio plazo. • Son los causantes del efecto invernadero de la atmósfera y la lluvia ácida entre otros problemas medioambientales. El combustible de las centrales nucleares es el Uranio. En la naturaleza se presenta en muy bajas concentraciones en algunas rocas. Para su uso el uranio debe ser extraído y concentrado a partir de minerales que lo contienen, como por ejemplo la uranitita. En España hay diez instalaciones nucleares como puedes observar en el mapa. Seis centrales activas con ocho reactores nucleares, dos centrales desmanteladas o en fase de desmantelación, un centro de almacenamiento de residuos radiactivos de baja y media actividad (cementerio nuclear) en El Cabril (Córdoba) y una fábrica de combustible nuclear en Salamanca. El 10,5% de la energía consumida en España, en 2009, era de origen nuclear. Verdadero o falso De las fuentes de energía no renovables podemos señalar como ventajas (las que no veas como ventajas ponles Falso): Verdadero Falso Respetuosas con el medio ambiente Contribuyen al equilibrio territorial Fáciles de extraer Se pueden almacenar con facilidad. Curso de Acceso a Grado Medio [ 101 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Mareas negras Se denomina marea negra a la masa negruzca que se crea cuando se produce un derrame de hidrocarburos (petróleo) en el medio marino. Es una de las formas de contaminación más graves, ya que invade el entorno de numerosas especies marinas y alcanza costas y playas destruyendo, o alterando, la vida a su paso. Además genera grandes costes en la limpieza, depuración y regeneración de las zonas afectadas. Una de las últimas se produjo el 20 de abril de 2010. La plataforma petrolífera “Deepwater Horizon” situada a 80km. de Louisiana (EE.UU.) explotó y se hundió. La explosión mató a 11 trabajadores y produjo un derrame de crudo estimado en 800.000 litros diarios. Tras varios intentos sin éxito, cuatro meses después se procede al sellado definitivo con cemento. Es la mayor catástrofe petrolera de la historia con 779.000 toneladas de crudo vertidas al mar y siete millones de litros de disolvente echados al mar para controlarla. 2.2. El petróleo ¿Qué es el petróleo? Es un líquido muy oscuro, y ligero que flota en el agua. Aunque se ha formado en épocas milenarias, a lo largo de miles y miles de años, se comenzó a utilizar hace unos 200 años. Se formó como resultado de un complejo proceso físico-químico en el interior de la tierra. Debido a la presión y las altas temperaturas, se fueron descomponiendo las materias orgánicas de origen marino que se fueron depositando en los grandes lagos, mares y océanos. A través del tiempo se transformó estos sedimentos en petróleo. ¿Para qué se utiliza el petróleo? Se extrae por pozos (torres petroleras) que perforan el suelo hasta el yacimiento. Se transporta hasta las refinerías o plantas de mejoramiento a través de la red de oleoductos. El petróleo crudo no tiene apenas usos; es mucho más interesante separar sus componentes en las refinerías y dedicarlos a diferentes usos. Por ejemplo, separar los gases y usarlos como combustibles para calefacciones o centrales eléctricas; las gasolinas y gasóleos para la automoción; los alquitranes para las carreteras... La mayoría del petróleo se usa como combustible para producir energía eléctrica en las centrales eléctricas. Actualmente aporta el 40% de la energía que se consume en el mundo. Este dato y otros puedes verlos en la siguiente infografía: Infografía del Petróleo (Web Consumer del grupo Eroski) Pero no todo el petróleo se usa como combustible. El petróleo es una materia prima muy interesante para fabricar muchas sustancias. Entre las más conocidas están los plásticos, las fibras sintéticas. De hecho, si desaparecieran todos los productos del petróleo que llevas encima, te quedarías con poca ropa (algodón, lana y poco más) y con pocos colores pues casi todos los tintes usados son derivados del petróleo. Y si esto te parece poco, elimina todos, todos los plásticos que tengas en tu casa. ¿Cómo se ha quedado la nevera? ¿Y el cuarto de baño? ¿Y tu habitación? Contesta Explosión de la plataforma Deepwater Horizon (fuente Wikipedia) [ 102 ] ¿Qué pasará el día en que se acabe el petróleo? Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 4: La energía 2.3. El carbón Carbono y acero ¿Qué es el carbón? Es una roca sedimentaria de color negro, muy rica en carbono, utilizada como combustible fósil. Se originó por la descomposición de vegetales terrestres, hojas, maderas, cortezas, que se acumularon en zonas pantanosas o marinas, de poca profundidad. Los vegetales muertos se fueron acumulando en el fondo y transformando por la acción de bacterias anaerobias. Al final se produjo el proceso de carbonificación. Tipos de carbón. Existen diferentes tipos de carbones minerales en función del mayor contenido en carbono fijo, mayor poder calorífico, menor humedad natural y menor cantidad de materia volátil: • Antracita. Es el mejor de los carbones, muy poco contaminante y de alto poder calórico. Gran contenido en carbono, hasta un 95%. Es negro, brillante y muy duro. • Hulla. Es muy usada por su alto poder calorífico en las plantas de producción de energía. Contiene entre un 65 y un 85% de carbono. Es dura y de color negro sin brillo. • Lignito. Se usa en algunas centrales térmicas aunque es mal combustible con un poder calorífico relativamente bajo. • Turba. Es un carbón mineral en proceso de formación. Tiene mucha humedad, es pobre en carbono y muy mal combustible. ¿De qué material están hechos los tornillos que sirven para unir las partes de tu móvil ¿Y la carrocería de tu coche? ¿Y la llave inglesa para arreglar la bici? ¿Y los cubiertos que utilizas para comer? Exactamente son de acero. El acero es una aleación (mezcla homogénea) de hierro y carbono, con una pequeña cantidad de carbono (no supera el 2,1%) que proviene del carbón mineral y mucha cantidad de hierro. Parte del carbón extraído se emplea para fabricar acero en la industria siderúrgica y las acerías. Su extracción en las minas y su aprovechamiento en las centrales eléctricas puedes verlas en la siguiente infografía: Cosas de acero (fuente Wikipedia) Infografía del Carbón (Web Consumer) ¿Para qué se utiliza el carbón? El carbón suministra el 25% de la energía consumida en el mundo, sólo por detrás del petróleo. Además de fuente de generación de energía eléctrica, se emplea en la industria siderúrgica para fabricar acero y como combustible doméstico. Curso de Acceso a Grado Medio [ 103 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Relaciona Los diferentes tipos de carbón con sus propiedades Más alto poder calorífico Antracita En centrales térmicas Lignito Más humedad Turba Color negro no brillante Hulla 2.4. Fuentes de energía renovables Hay un conjunto de fuentes de energía que tienden a sustituir a las que actualmente son más utilizadas, son las llamadas fuentes de energía alternativas. Son fuentes naturales virtualmente inagotables, unas por la inmensa cantidad de energía que contienen, y otras porque son capaces de regenerarse por medios naturales. Por eso se habla de energías renovables. Energía del mar La energía mareomotriz es la que se obtiene aprovechando las mareas, es decir, la diferencia de altura media de los mares según la posición relativa de la Tierra y la Luna, y que resulta de la atracción gravitatoria de esta última y del Sol sobre las masas de agua de los mares. La energía undimotriz, a veces llamada energía olamotriz, es la energía producida por el movimiento de las olas. Es menos conocida y extendida que la mareomotriz, pero cada vez se aplica más. Las dos podrían formar parte de un grupo de “energía del mar”: [ 104 ] Las principales fuentes de energía renovables, verdes o limpias son: • • • • El Sol (energía solar) El viento (energía eólica) El agua embalsada (energía hidráulica) Las mareas (energía mareomotriz). En algunas zonas costeras hay un movimiento diario de mareas bastante grande y se puede aprovechar esta energía para producir energía eléctrica. • Biomasa (energía de biomasa). Es la materia orgánica producida por los seres vivos y que se aprovecha como fuente de energía: desechos animales y vegetales, residuos vegetales, cultivos de ciertas especies. De ellos se obtiene madera, paja, azúcares, grasas, alcoholes... • Geotermia (energía geotérmica). Es la energía obtenida por el hombre mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. Con aplicaciones en turbinas, sistemas de calefacción... Todas las anteriores fuentes de energía presentan una serie de ventajas frente a las fuentes de energía no renovables (carbón, petróleo, uranio), y algún inconveniente: Ventajas: • Son renovables. No se van a agotar como las fósiles. • Respetuosas con el medio ambiente; por eso se llaman energías limpias. • Su impacto contaminante es menor al no quemar combustible ni emitir gases contaminantes. • Contribuyen al equilibrio territorial (pueden instalarse en zonas rurales y aisladas). • Disminución de la dependencia de suministros externos (combustibles fósiles). • Una vez construida la central de energía, los gastos de funcionamiento, conservación y mantenimiento de la instalación son menores. Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 4: La energía Inconvenientes: • Todas las fuentes de energía producen algún tipo de impacto ambiental. • La energía geotérmica puede ser nociva si se arrastran a la superficie metales pesados y gases de efecto invernadero. • La eólica produce impacto visual en el paisaje, y puede ser una trampa para las aves. • En la solar, los paneles fotovoltaicos son energéticamente caros. • Las centrales de energía mareomotriz tienen altos costos iniciales. • La energía de la biomasa necesita tierras cultivables para su desarrollo y aumenta la producción de monocultivos. • La energía hidráulica precisa de presas inundando valles y desalojando a los habitantes. Completa fósiles renovables humana marino agotables solar Las fuentes de energía se pueden dividir en dos grandes subgrupos: permanentes o y temporales o En principio, las fuentes permanentes son las que tienen orígen , de hecho todos sabemos que el Sol permanecerá más tiempo que la especie . Aún así, el concepto de renovabilidad depende de la escala de tiempo que se utilice y el ritmo de uso de los recursos. Así pues, los combustibles se consideran fuentes no reno- vables ya que la tasa de utilización es muy superior al ritmo de formación del propio recurso. 2.5. Energía solar Todas las fuentes de energía, tanto renovables como no renovables, provienen del Sol, excepto la nuclear. Se puede considerar el Sol como el motor de nuestro planeta del que directa o indirectamente podemos aprovechar diferentes fuentes de energía: • Transmite la energía necesaria para la fotosíntesis de las plantas, y de éstas provienen el carbón y el petróleo. • Hace evaporarse las aguas de mares, ríos, lagos, formando nubes. Posteriormente cae en forma de lluvia o nieve y puede ser embalsada para obtener energía eléctrica con ella. • Produce diferencias de temperatura que dan lugar al viento y a las olas. Desde hace unos años se está empezando a aprovechar directamente la energía del Sol para calefacciones, calentamiento de agua y producción de electricidad. Curso de Acceso a Grado Medio [ 105 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Huerto solar ¿Has visto alguna vez cuando vas de viaje algunos campos de cultivo que en vez de arboles tienen paneles que están inclinados y orientados hacia algún lugar? Son los huertos solares. Un recinto o espacio con instalaciones fotovoltaicas individuales de pequeños productores con la intención de producir energía a pequeña escala para venderla a la red eléctrica. El huerto solar tiene su origen en el carácter agrícola porque se realizan encima de huertas, campos, pastos o viñedos y porque realmente se cultiva el sol para producir energía como otro cultivo más de la tierra. Sin embargo un parque solar o central solar es una instalación de gran tamaño, más industrial compuesta por varias plantas solares que requieren una sala de control centralizada y transformadores de alta tensión. [ 106 ] Infografía Energía solar (Web Consumer) La energía solar es la energía obtenida mediante la captación de la luz y el calor emitidos por el Sol que es convertida en energía útil por el ser humano, ya sea para calentar algo o producir electricidad. Realmente es una forma de energía radiante, antes estudiada. Actualmente es una de las energías renovables más desarrolladas y usadas en todo el mundo. Se usa principalmente para dos cosas primero para calentar cosas como agua, conocida como energía solar térmica, y la segunda para generar electricidad, conocida como energía solar fotovoltaica. Los principales aparatos que se usan en la energía solar térmica son los calentadores de agua y las estufas solares. En la energía solar fotovoltaica se las células y paneles solares para generar electricidad. Relaciona Los tipos de energías renovables con sus definiciones o sus propiedades Aprovecha la energía cinética del viento Hidroeléctrica Aprovecha el agua de los embalses Biomasa Aprovecha las mareas del mar Eólica Aprovecha la energía del Sol para generar electricidad Solar térmica Aprovecha el movimiento de las olas Solar fotovoltaica Aceite de semillas usado como combustible Mareomotriz Aprovecha la energía del Sol para calentar agua Undimotriz Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 4: La energía 2.6. Energía eólica Esta energía se ha utilizado desde el siglo VII, cuando aparecieron los primeros molinos de viento para moler grano. Además de moler el grano de cereales la energía eólica se ha utilizado para navegación, bombeo de agua, obtención de aceite... La aplicación más acertada del viento parece ser la que se está desarrollando últimamente para producir energía eléctrica: Infografía Energía eólica (Web Consumer) La energía eólica obtenida del viento es, en realidad, la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire, y que es transformada en otras formas útiles para las actividades humanas. En la actualidad, la energía eólica es utilizada principalmente para producir energía eléctrica mediante aerogeneradores. En 2009 la eólica generó alrededor del 2% del consumo de electricidad mundial. España es la segunda potencia mundial en energía eólica. La energía eólica es un recurso abundante, renovable, limpio y verde ya que ayuda a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero. Sin embargo, el principal inconveniente es su intermitencia, el viento caprichoso puede soplar fiero unas veces y manso otras. El mayor molino de viento del mundo ¿en Zuera? El 2 de noviembre de 2010 la prensa local aragonesa relataba que una empresa alemana había elegido Aragón, concretamente Zuera, para colocar de forma experimental un aerogenerador de casi 200 metros de altura. Decían que Zuera aspiraba a acoger el mayor aerogenerador del mundo, de 198,5 metros de altura hasta la punta de la pala. Mayor (con mucho) de los 80 m que tiene la Torre del Agua o los 114 que alcanza el “pirulí” de Telefónica. Tendrá una potencia de 7,5 megavatios (Mw), casi cuatro veces superior a la de un molino de viento convencional, que ronda los 2 Mw. Un gigante que sería capaz de producir la electricidad consumida por 5.000 hogares. Elige las correctas Cuando se va a instalar un parque eólico no vale cualquier terreno. Debe tener, lógicamente un buen régimen de vientos. ¿Qué criterios crees que hay que tener en cuenta a la hora decidir la colocación de un parque eólico? (elige dos) ¿Lo veremos pronto en Zuera? Estar dentro de una ruta aérea Impacto en el paisaje Proximidad a una carretera Zona de paso de aves protegidas Curso de Acceso a Grado Medio [ 107 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Embalses en Aragón El relieve de Aragón ha favorecido la construcción de embalses en su territorio. Se aprovechan, sobre todo, los ríos caudalosos que bajan de las montañas, fundamentalmente del Pirineo. Los embalses sirven para producir electricidad, aprovechando la energía potencial almacenada por el agua embalsada pero, sobre todo, sirven para regular el cauce de los ríos y iniciar canales de regadío. En la página de la Confederación Hidrográfica del Ebro (CHE) puedes consultar el estado actual del agua embalsada en la cuenca del Ebro, entre otras cosas. 2.7. Energía hidráulica También llamada hidroeléctrica ya que aprovecha el agua embalsada para producir electricidad. La fuente material de energía sería el agua, de ahí el prefijo “hidro”. El agua de un embalse es un recurso renovable: vaciamos poco a poco el embalse y al final de la primavera vuelve a estar lleno. El propio funcionamiento de la atmósfera hace que llueva o nieve en las montañas. Tras el deshielo vuelve, más o menos, a los niveles del año pasado. Si aprovechamos el agua del embalse y generamos electricidad, tenemos una fuente de energía renovable, es decir, inagotable. Esa lluvia en la montaña se transformará en dinero para las compañías eléctricas: Infografía Energía hidráulica (Web Consumer) Verdadero o falso Las ventajas de la utilización de la energía hidráulica o hidreléctrica son (las que valores como inconvenientes ponles Falso) Verdadero Falso No hay que quemar combustible por lo que no emite gases contaminantes Impacto visual del dique en el paisaje Una vez construida los gastos de funcionamiento son pequeños En ocasiones se inundan las tierras de cultivo Para construir una presa hay que inundar algún valle y desalojar a los habitantes Sirven para regular el caudal de los ríos No hay que importar materias primas [ 108 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 4: La energía 3. CONSUMO Y AHORRO DE ENERGÍA Hemos estudiado que las fuentes de energía son los recursos naturales o derivados de la naturaleza que utilizamos para producir energía en nuestra sociedad. Pero ¿dónde se produce la energía que consumimos en nuestras casas, en las industrias, en los hospitales, en los colegios,...? En las centrales de energía. Hay muchos tipos de centrales de producción de energía, pero las más importantes son las centrales térmicas, nucleares, solares, hidráulicas y eólicas. En todas ellas se produce energía a partir de la fuente correspondiente y se transforma en energía eléctrica. Por eso todas estas centrales también se pueden llamar centrales eléctricas. Todo está preparado para el consumo energético. Sólo falta el transporte de la electricidad producida hasta los lugares donde se consume. De eso se encarga la red de energía eléctrica. La electricidad se transporta por cables de alta tensión (hasta 380.000 voltios) a las estaciones de distribución. Al final la electricidad llega a las viviendas para su consumo diario con una tensión de 220 voltios. La electricidad no se puede almacenar, hay que planificar su consumo eléctrico antes de producirla. Consumo de energía en España Según el Ministerio de Industria, Turismo y Comercio, el consumo de energía en España (2009), según la fuente de procedencia, ha sido: Petróleo Gas natural Nuclear Carbón Biomasa y residuos Eólica Hidráulica Biocarburantes Solar Geotérmica Total 48,7% 23,7% 10,5% 7,8% 3,9% 2,4% 1,7% 0,8% 0,5% 0,0% 100,0 Red eléctrica de transporte y distribución (licencia Creative Commons) El consumo de energía en el mundo aumenta año a año. Y eso tiene un precio, sobre todo cuando se utilizan fuentes de energía no renovables. Ese precio medioambiental que todos tenemos que pagar es la contaminación y sus efectos, contaminación de suelos, de aguas y atmosférica. Para reducir esta contaminación hay dos tendencias globales, utilizar más las fuentes de energías renovables y favorecer la cultura del ahorro energético. Curso de Acceso a Grado Medio [ 109 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Transformaciones habituales El método predominante, hoy por hoy, de generación de energía implica quemar combustibles fósiles para producir calor, a menudo en forma de vapor. Mediante el giro de turbinas de vapor y generadores eléctricos se produce finalmente energía eléctrica. Curiosamente cuando esa electricidad llega a nuestras casas gran parte se utiliza en sistemas de calefacción para producir energía térmica y crear una temperatura agradable. Se ha producido una transformación de energía térmica --> energía eléctrica --> energía térmica. 3.1. Transformaciones de la energía La energía está sometida a cambios permanentemente. La clase de energía de un cuerpo no es siempre la misma, experimenta transformaciones. Por ejemplo, cuando una piedra cae por la ladera de una montaña va transformando su energía potencial en cinética. La cantidad de energía que tiene un cuerpo tampoco es siempre la misma, se producen transmisiones de unos cuerpos a otros. Por ejemplo, la energía que tiene el carbón deja de tenerla cuando se quema y la adquieren los cuerpos que se hayan calentado con él. Pero ¿cómo se producen estas transformaciones y transmisiones de energía? Imagina que un coche de juguete rueda por el pasillo de tu casa, choca con una pared y se para. El coche se ha quedado sin velocidad, por lo que ha perdido su energía cinética. Pero el coche y la pared habrán elevado un poco su temperatura, tienen más energía térmica que antes. Han ocurrido dos cosas, una transformación de energía cinética a térmica y una transmisión de energía del coche a la pared. Podemos decir que los cambios se han realizado mediante un mecanismo que llamamos calor. La energía se encuentra en constante transformación, pasando de unas clases de energía a otras. Además en toda transformación, parte de la energía se convierte en energía térmica. Además del calor existen otros dos mecanismos diferentes de transformación y transmisión de energía, el trabajo y las ondas: • Trabajo: cuando el cambio se produce por fuerzas que se desplazan. • Ondas: cuando el cambio se produce sin necesidad de fuerzas y sin contacto entre cuerpos. • Calor: cuando el cambio se produce bien por fuerzas que no se desplazan, bien porque dos cuerpos están en contacto a diferente temperatura. Otras transformaciones. Para aprovechar la energía de la gasolina necesitamos un coche. El coche transforma la energía química de la gasolina en energía cinética (movimiento) y energía eléctrica, entre otras. El gas natural necesita de una cocina o una caldera para transformar la energía química del gas en energía térmica. (licencia Creative Commons) Completa elástica química eléctrica radiante cinética térmica nuclear potencial El agua de un embalse al caer transforma su energía potencial gravitatoria en energía . Un coche para moverse transforma la energía de la gasolina en energía cinética. Una estufa transforma la energía eléctrica en energía En el Uranio se puede transformar su energía . en eléctrica. Una bombilla transforma la energía eléctrica en energía Una lavadora transforma la energía Un tirachinas transforma su energía potencial [ 110 ] . en cinética. en cinética. Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 4: La energía 3.2. Principio de conservación de la energía El Principio de conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo se puede cambiar de una forma a otra. Dicho de otra forma, la energía puede transformarse de una forma a otra o transferirse de un cuerpo a otro, pero en su conjunto permanece constante, la energía total es la misma antes y después de cada transformación. Algunos ejemplos. En una bombilla, la energía eléctrica se convierte en energía radiante y en calor. En un calefactor, la energía eléctrica se transforma en energía térmica. Tendremos la misma energía total al principio y al final pero de diferente tipo. Conservación energía mecánica La fuerza de la gravedad hace que cuando un cuerpo cae, su energía potencial se transforme en cinética. Si no actúa ninguna fuerza más, el proceso es sencillo. La energía potencial que se pierde es energía cinética que se gana. La suma de las dos es constante, y se llama energía mecánica. Este es el principio de la energía mecánica: en ausencia de rozamientos y sin intervención de ningún trabajo externo, la suma de las energías cinética y potencial de un sistema permanece constante. Em = Ec + Ep = cte. Autor: Dominique Toussaint (licencia Creative Commons)) El problema es que en casi todos estos procesos de transformación energética se produce calor (energía térmica) como energía disipada que ya no podemos utilizar. Otro tipo de energía que se disipa en muchos procesos es el ruido (energía sonora). Por lo tanto a pesar del principio de conservación cada vez tenemos más energía disipada y menos energía útil. Completa temperatura desaparece cinética rozamiento A veces podemos creer que la energía calor cuando no descubri- Este principio se puede observar en los objetos que caen por la fuerza de gravedad, en bolas rodando por un plano inclinado, en los skater en las pistas de skate (donde los rozamientos son mínimos). mos en qué se ha convertido. Por ejemplo, cuando un automóvil frena, la energía que tenía el coche se convierte fundamentalmente en y aumenta la temperatura del sistema de frenado, de los neumáticos y del asfalto; también, con el con el aire se genera calor. Curso de Acceso a Grado Medio [ 111 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Con_sumo cuidado Existe una diferencia significativa entre los niveles de consumo energéticos por persona de unos países a otros. Estados Unidos consume el 25% de la energía mundial (con un 5% de la población mundial). (tabla comparativa, 2006) El crecimiento más significativo del consumo energético está ocurriendo en China, que ha estado creciendo al 5,5% anual durante los últimos 25 años. China tiene una población de 1.300 millones de personas. ¿Qué ocurriría si todos los ciudadanos del planeta evolucionaran hacia un nivel de consumo energético similar a los del primer mundo? Que el consumo global de energía actual se multiplicaría por cinco. 3.3. Consumo de energía Todas las transformaciones que se han realizado y que se realizan parten de las necesidades humanas, por lo que su utilidad es evidente. Sin embargo, en todas ellas se producen sustancias diversas que van a parar bien a la atmósfera, bien a las aguas de los ríos, mares, lagos..., bien al suelo. Bastantes de estos residuos son perjudiciales para los vegetales y los animales (ser humano entre ellos). ¿El ser humano ha sabido utilizar siempre de la misma manera la energía que tienen los cuerpos para hacer transformaciones? Desde luego que no. Actualmente se asocia la palabra progreso a la realización de grandes máquinas, a complicados procesos industriales, a relucientes coches con potentes motores..., y se relaciona un buen nivel de Fuente: Wikipedia (Dominio público) vida con la posesión de bienes y objetos. Esto requiere un elevado consumo de energía y supone un coste medioambiental importante. Algunos gases emitidos a la atmósfera por el consumo de energía derivado de las necesidades humanas son la principal causa de la contaminación atmosférica: • Dióxido de carbono. Es un gas que se forma en todas las combustiones. No es tóxico, pero si existe en gran proporción, a cambio del oxígeno, produce asfixia. Produce también el llamado “efecto invernadero” que provoca un aumento de la temperatura atmosférica (alteración del clima) • Monóxido de carbono. Se produce en las combustiones cuando éstas se realizan con poco oxígeno disponible. Es un gas muy peligroso por ser inodoro y muy tóxico. • Óxidos de azufre. Se forman en las combustiones del carbón (por impurezas), en calefacciones, industrias... Provocan la lluvia ácida. • Óxidos de nitrógeno. Se originan en los motores de los automóviles y aviones, y en la industria. Causan la lluvia ácida y enfermedades del aparato respiratorio. Completa máquinas dominio desarrollados desigualdad país El consumo de energía no es igual en todos los países del planeta por la enorme existente entre unos y otros. Los países utilizan recursos energéticos de otros países y luego les venden y productos que ellos no pueden producir, lo cual genera un de una parte de la humanidad sobre otra. [ 112 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 4: La energía 3.4. Rendimiento energético Iluminación Para usar la electricidad que nos llega a las casas necesitamos multitud de aparatos. Cada uno hace una cosa diferente. La batidora transforma energía eléctrica en energía cinética en las aspas de la batidora. El horno transforma la energía eléctrica en energía térmica. Podemos transformarla casi en cualquier cosa: luz, movimiento, calor, sonido... La electricidad forma, desde hace muchas décadas, parte de nuestra vida. Cada vez consumimos más y más. Tenemos más aparatos eléctricos. Pero hay un “pequeño” problema. Todos, sí, todos los aparatos se calientan, es decir, desaprovechan una parte de la energía que consumen y la transforman en energía térmica. Así, cada vez que transformamos la energía se pierde una parte. Uno de los casos más extremos es el de la bombilla tradicional, que desaprovecha el 90% de energía eléctrica que consume. Esa energía no desaparece, se transforma aunque no lo queramos, en energía térmica. Es decir que de cada 100 J que consume, 10 J se transforman en luz y 90 J en calor. Decimos que tiene un rendimiento muy bajo; aprovecha poco la electricidad, es decir, es muy poco eficiente. Igual que a los alumnos se les puede otorgar una calificación según su aprovechamiento en los estudios, a los aparatos de gran consumo, a los electrodomésticos también se les pone nota. Es la llamada etiqueta energética. La iluminación de viviendas, comercios, escuelas, industrias, calles y carreteras, es un componente esencial en las sociedades desarrolladas. ¿Y en nuestras casas? ¿Cuánta energía gastamos en luz? Calculemos. Supongamos que tenemos 10 bombillas de bajo consumo (de 11 vatios = 11 W) encendidas 5 horas diariamente. Recordemos que 11W = 0,011kW. El gasto diario será: 0,011 x 10 x 5 = 0,55kWh diarios. Las bombillas de bajo consumo (CFL) consumen menos energía eléctrica para producir la misma iluminación que la lámparas incandescentes (bombilla clásica): Etiqueta energética La etiqueta energética es una medida comparativa de consumo, de consumo de energía. Para confeccionarlo se eligen electrodomésticos similares, por ejemplo, frigoríficos de la misma capacidad. Se calcula la media de consumo, la media aritmética, y se le asigna un valor 100 que sería etiqueta D. A partir de ahí, cualquier frigorífico que consuma la mitad, es decir, un 50%, se le asignará una etiqueta A. Si consumiera una cuarta parte, un 25%, tendría la mejor, etiqueta A++. De modo que los electrodomésticos de mayor rendimiento energético y menor consumo llevarán la etiqueta A++, y los de menor rendimiento y mayor consumo, la etiqueta G. B. clásica 40w 60w 75w 100w 120w B. bajo consumo 9w 11w 15w 20w 23w Las mismas condiciones de luz tendremos con 10 bombillas “clásicas” (de 60 vatios) encendidas 5 horas. El gasto diario será: 0,06 x 10 x 5 = 3kWh diarios. Elige la correcta Tienes que renovar tu nevera que es de clase D. Consume energía por la que tienes que pagar unos 100 euros/año. Quieres comprar una de clase A+, que consume aproximadamente un 35% de la que tenías. Calcula el ahorro energético, en euros, al año. 45 euros 55 euros 65 euros 75 euros Curso de Acceso a Grado Medio [ 113 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Hogares verdes El programa “Hogares Verdes” pretende impulsar el consumo responsable de energía y agua en el hogar, un modo de desplazarse respetuoso con el entorno y una forma consciente de hacer la compra. Está promovido por el Centro Nacional de Educación Ambiental, dependiente del Ministerio de Medio Ambiente, y se está llevando a cabo en Zaragoza a través de la Agencia de Medio Ambiente y Sostenibilidad del Ayuntamiento, en colaboración la empresa Veolia-Agua. 3.5. Ahorro energético Con el fin de promover el ahorro de energía, a raíz de las crisis energéticas mundiales se observa una tendencia mundial de “eficacia energética” fabricando productos empleando menos energía. Se calcula que desde 1970 hasta el año 2010, en los países desarrollados, se ha reducido en un 20% el consumo de energía para los mismos bienes. Se habla de implantar medidas como: • Aprender a obtener energía, de forma económica y respetuosa con el ambiente, de las fuentes alternativas teniendo como objetivo reducir la dependencia del petróleo y los combustibles fósiles. • Desarrollar tecnologías y sistemas de vida y trabajo que ahorren energía para lograr un auténtico desarrollo, que se pueda llamar sostenible, es decir, aprender a usar eficientemente la energía. Más información: Bicis en la ciudad - Copenhage (Fuente propia) ¿Qué podemos hacer en nuestras actividades cotidianas? ¿Cómo podemos ahorrar energía? Aquí van algunos ejemplos: • En la ciudad deberíamos usar el coche particular sólo cuando sea indispensable. Los trayectos cortos se pueden hacer andando. Los trayectos largos se pueden hacer en transporte colectivo. • El próximo proyecto de compra de coche que pase por un coche híbrido o uno eléctrico. • El uso de la bicicleta en la ciudad es recomendable, pues es un vehículo no contaminante y ahorra recursos energéticos. • En las viviendas es importante aislar su interior del exterior para evitar que el aire no entre por puertas y ventanas. • Deberían evitarse temperaturas superiores a 20ºC en las viviendas para evitar abrir ventanas malgastando recursos. Además, ¿es necesario ir en camiseta en invierno por la casa? • El uso de recipientes con buenos cierres en la cocina, como las ollas a presión, ahorran gasto energético pues requieren menos tiempo en el fuego. • Es conveniente no abrir innecesariamente algunos electrodomésticos como frigoríficos, hornos,... para evitar un aumento del consumo energético. • Es recomendable elegir electrodomésticos y bombillas de bajo consumo. • Mantener encendidos los equipos de música, aparatos de radio, televisiones... permanentemente no tiene más sentido que el gasto innecesario de energía. Sólo deben encenderse cuando van a ser vistos o escuchados. [ 114 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 4: La energía EJERCICIOS 1. Indica cuatro fuentes de energía renovable y otras cuatro fuentes de energía no renovable. Energía no renovable: _____________, ______________, _______________, _____________, Energía renovable: ________________, ______________, _______________, _____________,. 2. Los teléfonos móviles se comunican mediante energía radiante, concretamente microondas. El grafico representa las cuotas de mercado, en tantos por ciento, de tres compañías de teléfonos móviles. En este periodo había en España 30 millones de móviles entre las tres compañías. PORCENTAJES DEL MERCADO DE MOVILES Resuelve los siguientes apartados: a) ¿Qué porcentaje gano o perdió cada una de las tres compañías? Expresa los resultados positivos con signo más y los negativos con signo menos. b) Teniendo en cuenta que hay 30 millones de teléfonos móviles en España ¿cuántos teléfonos tenía Movistar en el mes de enero? c) Expresa la diferencia que hay entre el numero de móviles que tiene Vodafone en el mes de marzo con respecto al mes de enero. d) Halla el numero de teléfonos móviles que tenían entre las compañías Movistar y Orange en el mes de marzo. 3. En nuestras casas consumimos energía eléctrica todos los días para muchas de las actividades que realizamos. ¿De dónde sale esta energía? 4. ¿De dónde sacan la energía los siguientes cuerpos y máquinas? (Fuentes) a) Central hidráulica. b) Unas tijeras. c) Las personas. d) El uranio. e) Un tirachinas tensado f) La grasa Curso de Acceso a Grado Medio [ 115 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA g) Un molino de viento h) Un barco de vela i) Una palanca 5. ¿Qué tipo de energía tienen los siguientes cuerpos? Explícalo. a) Un libro encima de una mesa. b) Un balón de fútbol entrando en la portería. c) Agua hirviendo. d) Un arco tensado. e) Una planta. f) Un enchufe. g) Las olas. 6. ¿Cuándo tienen más energía los cuerpos siguientes? Explícalo. a) Un embalse lleno de agua o a la mitad. b) Un embalse en la montaña o en el llano. Los dos con la misma cantidad de agua. c) La brisa del mar o un viento huracanado. d) Un coche o un camión si van a la misma velocidad. e) Un litro de agua a 20ºC o un litro de agua a 100ºC. f) Un muelle comprimido 2 cm. o comprimido 4 cm. g) Una pelota de tenis cuando ha sido lanzada por un tenista o un balón de futbol entrando en la portería. 7. También la energía puede transmitirse de unos cuerpos a otros por tres mecanismos diferentes: calor, trabajo u ondas. ¿Qué transmisiones han tenido lugar en los siguientes casos? a) Dos bolas de billar chocan. b) El sol calienta la arena de la playa. c) Una cazuela con agua se calienta sobre un fuego de leña. d) El agua que fluye de un embalse golpea una turbina. 8. La central térmica de Andorra produce al año 3,8•1012 julios de energía y sin embargo en la combustión del carbón que consume (1.646.880 Toneladas) se transforman 2•1013 julios de energía. ¿Qué ha ocurrido con el resto de la energía? 9. ¿En qué se parecen un aerogenerador (molino de los parques eólicos) y una central nuclear? [ 116 ] Curso de Acceso a Grado Medio TRANSFERENCIA DE ENERGÍA: CALOR, LUZ Y SONIDO 5 INTRODUCCIÓN En esta unidad vamos a tratar maneras de transferencia de energía. Iniciaremos estudiando un tema tan familiar como el calor. Por eso, también en este caso, tenemos bastantes ideas preconcebidas que no corresponden con lo que la ciencia acepta en la actualidad. Así, empezaremos distinguiendo calor y temperatura, conceptos muy relacionados, pero en absoluto idénticos. Redefiniremos desde la ciencia el concepto de calor como energía en tránsito e introduciremos la energía térmica como la que tiene un cuerpo en función de su temperatura. En segundo lugar trataremos dos mecanismos de transferencia de energía, que tienen muchas cosas en común: la luz y el sonido. Ambos son ondas, ambos nos proporcionan un volumen ingente de información con muy poca energía, ambos nos permiten conocer nuestro entorno. Pero, también son muy diferentes Cuando termines de estudiar la unidad deberás ser capaz de: • Diferenciar calor de temperatura, identificando el calor como una forma de transferir energía. • Conocer los efectos que el calor produce en los cuerpos • Justificar fenómenos relacionados con la dilatación de los cuerpos. • Identificar el equilibrio térmico con la igualación de temperaturas. • Conocer y diferenciar los mecanismos de transmisión del calor • Aplicar el conocimiento de estos mecanismos a situaciones de la vida real como aislamiento térmico de las viviendas. • Identificar las distintas partes del ojo y conocer el mecanismo de la visión. • Utilizar los diagramas de rayos en la formación de las sombras y los eclipses como consecuencia de la propagación rectilínea de la luz. • Identificar la reflexión como el proceso que nos permite la visión, conocer sus leyes y su aplicación en el caso de los espejos. • Conocer la refracción y su aplicación en el uso de lentes • Identificar el color de un objeto según la luz que lo ilumina. • Conocer la necesidad de un medio material para la propagación del sonido. • Reconocer las frecuencias correspondientes a los sonidos audibles. • Distinguir las cualidades del sonido. • Distinguir entre eco y reverberación. • Resolver ejercicios sencillos sobre la producción del eco. • Reconocer los efectos negativos de la contaminación acústica y lumínica en los núcleos urbanos y la necesidad de contribuir, tanto personal como colectivamente, a su minimización. Curso de Acceso a Grado Medio [ 117 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA 0. INTRODUCCIÓN Tras haber trabajado en la unidad anterior el concepto de energía, los tipos que existen de la misma y las fuentes de donde podemos obtenerla, pasamos a estudiar los mecanismos de transferencia de energía. Estos son fundamentalmente dos: el trabajo y el calor. Nos centraremos en este último: el calor Es un concepto habitual en nuestro hablar diario. ¡Cuántas veces hablamos del tiempo, del calor o del frío que hace, de si van a bajar o subir las temperaturas,...! Por eso mismo, al igual que nos ocurría con el movimiento y con las fuerzas, lo primero que deberemos hacer será aclarar los conceptos para comprender cómo entiende la ciencia actual estos fenómenos. (Proyecto Newton, MECD) Tras ello, nos surgirán las radiaciones como uno de los procedimientos de transmisión de esta energía (sin propagación de la materia) y nos centraremos en las radiaciones que más información nos proporcionan sobre el mundo que nos rodea: la luz y el sonido 1. CALOR Y TEMPERATURA El frío se cuela por la ventana Nuestros sentidos nos engañan Las sensaciones no son medibles y por tanto no son buenos conceptos para construir la ciencia. Todos conocemos personas que están siempre heladas (tienen sensación de frío) y otras que siempre están asadas (tienen sensación de calor). Pero incluso la misma persona puede dar lugar a sensaciones equívocas. Si metemos nuestra mano derecha en agua fría y la izquierda en caliente y las mantenemos durante un rato, al meter ambas en la misma agua templada la mano derecha nos dirá que está caliente y la izquierda que está fría. Esto hizo ya hace tiempo que inventáramos instrumentos que midieran las temperaturas de forma más objetiva: los termómetros [ 118 ] He aquí una de las típicas frases que un científico no debería decir nunca. El frío no existe (aunque podamos tener la sensación de frío) ¿El cubito de hielo cede frío a nuestra bebida o absorbe calor de la misma? Los científicos economizan los conceptos innecesarios y se quedan con el de calor. El frío sería la pérdida de calor Una vez resuelto el tema del frío deberemos distinguir los conceptos de temperatura y calor. Parece que todos estaremos de acuerdo en que cuando suministramos calor a un objeto aumenta su temperatura y que cuando pierde calor, ésta disminuye. Podríamos definir la temperatura como lo que mide el termómetro Pero ya hemos visto en la Unidad 2 que la temperatura era una medida del movimiento de las partículas (átomos o moléculas) que forman un cuerpo. Puedes repasar las actividades de los apartados 1. y 2.2. de dicha unidad Así que no aceptaremos la definicion de que la temperatura mide el calor de un cuerpo Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 5: Transferencia de energía: calor, luz y sonido La temperatura es la medida de la energía cinética promedio de un gran número de partículas Elige la correcta ¿Cómo deberíamos decir correctamente la siguiente frase: "Tengo mucho frío"? No tengo nada de calor La temperatura es muy baja Me he quedado sin calor 1.1. Temperatura, energía térmica y calor Como hemos recordado las partículas que componen un cuerpo están en continuo movimiento, tienen por tanto energía cinética. Llamamos energía térmica a la energía cinética de un conjunto muy grande de partículas Todas ellas no tienen la misma energía cinética, unas tienen en un momento más y otras menos. Pero las colisiones entre ellas van haciendo que se intercambien energía. Así que resulta interesante hablar de la enrgía cinética promedio, eso es lo que expresa la temperatura: La temperatura es la medida de la energía cinética promedio de un gran número de partículas Cuando decimos que un cuerpo está a mayor temperatura que otro, estamos diciendo que la energía cinética promedio de las partículas del primero es mayor que la de las partículas del segundo. Es decir, que se mueven más deprisa. Cuando ponemos en contacto dos cuerpos a distinta temperatura las partículas del de mayor temperatura colisionan con las del otro cediéndoles parte de su energía cinética y aumentando, por tanto la temperatura del segundo cuerpo. Unidades de calor Tanto el calor como la energía térmica son energía. Por tanto deberán medirse en Julios como el resto de energías. Sin embargo, históricamente el calor fue durante mucho tiempo algo distinto y tenía una unidad para medirlo que se sigue utilizando: la caloría 1 caloría es el calor que hay que suministrar a 1 gramo de agua para que su temperatura aumente 1º C Este calor es 4,18 J 1 cal = 4,18 J El calor es la energía que pasa del cuerpo de mayor temperatura al de menor Como puedes ver el calor es energía en tránsito. No se puede tener. Es como la lluvia. Sólo es lluvia mientras cae. En la nube es agua. Y agua es en el charco. Los cuerpos tienen más o menos energía térmica, no más o menos calor. Un cuerpo pierde energía térmica mientras cede calor a otro que a su vez aumenta su propia energía térmica Curso de Acceso a Grado Medio Habrás oído hablar de las calorías de los alimentos. Es la energía que nos suminisitran, pero realmente son kcal (miles de calorías) las Cal (calorías grandes que has visto en la unidad 4, apartado 1.6.) porque la caloría es una unidad pequeña [ 119 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Completa el texto Cuando ponemos juntos dos vasos con agua a distinta _____________________ , el que tiene más ______________________ cede ______________________ al de menos ______________________ hasta alcanzar igual ______________________ 1.2. Efectos del calor Las juntas de dilatación Aunque hemos dicho que la dilatación de los sólidos era pequeña, no por eso se puede olvidar. Piensa en las carreteras, en los puentes y en las casas. Esas juntas de dilatación están para que en verano las distintas partes tengan espacio para dilatarse y no provoquen deformaciones y en invierno al contraerse no dejen huecos de separación. Aún más, los termostatos de la calefacción que se disparan haciendo un ¡clic! cuando llegamos a la temperatura programada consisten en dos láminas metálicas pegadas que se dilatan de distinta manera y hace que se doblen hacia un lado u otro según se enfrien o se calienten, haciendo el clic y abriendo o cerrando un circuito eléctrico de control ¿Qué ocurre cuando suministramos calor a un cuerpo? Pues fundamentalmente, tres cosas: La primera, ya conocida, es que su temperatura aumenta. Aunque no siempre, como veremos después La segunda es que debida a la mayor agitación de sus partículas los cuerpos tienden a ocupar un mayor volumen. Es decir, se dilatan. Junta de dilatación (Wikipedia) Esta situación se produce en los sólidos, aunque no es muy apreciable, un poco más en los líquidos y mucho más en los gases. Usamos la dilatación de los líquidos (alcohol y mercurio) para medir la temperatura en los termómetros. Precisamente la dilatación anómala del agua es fundamental para mantener la vida, pues hace que el hielo flote sobre el agua y dificulta que se siga enfriando. Y una tercera cosa que puede suceder si seguimos aumentando la temperatura es que se produzca un cambio de estado. Precisamente, si son sustancias puras, mientras las calentamos y se produce el cambio de estado no aumenta su temperatura [ 120 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 5: Transferencia de energía: calor, luz y sonido Estos son los 3 principales efectos del calor, pero existen otros: se puede descomponer el cuerpo, se puede oxidar en presencia de aire, puede efectuar otra reacción, cambian sus propiedades mecánicas, eléctricas,... Contesta ¿Qué efecto del calor debemos tener en cuenta fundamentalmente al construir un bloque de viviendas? 1.3. Medida de la temperatura ¿Tengo fiebre, doctor? Cuando queremos medir la temperatura de un cuerpo lo ponemos en contacto con un termómetro. El prinicipo de funcionamiento es el que estudiaremos más tarde de equilibrio térmico. Al estar en contacto, los dos acabarán teniendo la misma temperatura. Y como el termómetro es pequeño, acabará adquiriendo la temperatura del aire, del agua del baño o de nuestro cuerpo. Los termómetros más conocidos, de mercurio y alcohol, se basan en la dilatacion de estos líquidos con la temperatura. El mercurio tiene un punto de solidificación de -39 ºC, por lo que no nos servirá para temeperaturas muy bajas El alcohol hierve a menos de 100 ºC por lo que no nos servirá para temperaturas altas, sin embargo se mantiene líquido hasta -114 ºC por lo que será utilizable en cadenas de frío. Prohibidos los termómetros de mercurio Dada la toxicidad del mercurio, se han prohibido en la Unión Europea la fabricación de los termómetros de mercurio. Tanto la ingestión del mercurio (termómetro en la boca o en el ano en los bebés) como los vapores de cualquier gota que quede sin recoger en el suelo tras una rotura puede producir graves trastornos neurológicos Afortunadamente tenemos los termómetros digitales, más cómodos, rápidos y seguros Pero podemos utilizar la presión de un gas, la resistencia eléctrica u otras propiedades que varíen con la temperatura para construir otros termómetros. Resta tan sólo establecer unos puntos fijos en esos termómetros para calibrarlos Antiguamente cada constructor de termómetros tenía su propia escala En la Unidad 1, en su apartado 1.6. estudiamos las distintas escalas de temperatura que se manejan, cómo se definen y cómo se pasa de una a otra Curso de Acceso a Grado Medio [ 121 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Contesta ¿Por qué crees que debe ser tan fino el tubo que contiene el alcohol de un termómetro? 1.4. Equilibrio térmico Tenemos el agua del Mar Mediterráneo a una temperatura de 15 ºC y un cazo de agua hirviendo a 100 ºC. ¿Cuál de los dos tiene más energía térmica? Creo que no tendrás ninguna duda en afirmar que el agua del mar Si no, piensa en cuanto butano has necesitado para poner a hervir el cazo y qué le habría pasado con esa energía al mar Pues bien. Si metemos el cazo en el mar, ¿quién cederá calor a quién? Efectivamente, el cazo cederá calor al mar mientras disminuye su temperatura y el mar absorberá ese calor cedido, pero dada su gran masa, apenas aumentará su temperatura Diremos entonces que han alcanzado el equilibrio térmico El equilibrio térmico: una tendencia igualitaria Observa que los cuerpos que tienen más temperatura no tienen forzosamente más energía térmica. Podríamos decir que sus partículas tienen mayor energía cinética promedio. Pero el total depende de lo que tiene cada una y de cuántas son. La naturaleza tiende a equilibrar ese promedio haciendo que las que más energía tienen la repartan entre las que menos tienen. Es decir, haciendo que sus temperaturas se igualen. [ 122 ] Cuando ponemos en contacto dos cuerpos a distinta temperatura, el más caliente transfiere energía térmica al de menos temperatura hasta alcanzar el equilibrio térmico. Un bloque caliente se introduce en un baño frío hasta alcanzar el equlibrio (Angel Franco) Esta transferencia de energía térmica es lo que denominamos calor Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 5: Transferencia de energía: calor, luz y sonido Elige la correcta ¿Los cuerpos con más energía térmica ceden calor a los que tienen menos? Sí, siempre que puedan No, lo que ceden es temperatura No, los de mayor temperatura a los de menor No, lo que ceden es trabajo 1.5. Propagación del calor: la conducción Pero, ¿cómo se transfiere ese calor de un cuerpo a otro? ¿cómo se propaga de un punto a otro? Pues existen 3 tipos de propagación, y puede producirse por cualquiera de ellos o por los tres simultáneamente. En el primer tipo la energía va pasando de una partícula a otra por colisión entre ellas. La partícula con más energía cinética, choca con la más lenta y le transfiere parte de su energía. Y así en cadena. Las partículas no se propagan, permanecen más o menos en el mismo sitio, pero la energía se va distribuyendo a otras partículas. Es lo que ocurre por ejemplo en una barra de hierro si la calentamos por un extremo. Al cabo de poco rato notamos caliente el otro extremo. Conducción en un sólido (Fuente desconocida) A este tipo de propagación lo denominamos conducción y se da sobre todo en los sólidos Esta propagación no se da de la misma manera en todos los materiales. Los materiales que transmiten rápidamente la energía de un punto a otro se denominan conductores térmicos, mientras que a los que lo hacen lentamente se les llama aislantes térmicos. La propiedad que los distingue es la conductividad térmica. Distribución de temperaturas si el foco caliente está a la izquierda Curso de Acceso a Grado Medio Distribución de temperaturas si el foco caliente está a la izquierda ¿El metal es más frío que la madera? A estas alturas ya habrás notado que la pregunta así está mal planteada. No existe el frío, los cuerpos no tienen calor? ¿Por qué entonces cuando tocamos dos objetos, uno de metal y otro de madera, de la habitación, el de metal parece estar más frío que el de madera? Si pusiéramos un termómetro en contacto con ambos marcaría la misma temperatura: 20 ºC por ejemplo (a menor temperatura que nuestra mano). Al poner esos objetos en contacto con nuestra mano, absorben calor de la misma, aumentando su temperatura. Pero, mientras que el de metal, al ser buen conductor, transmite rápidamente ese calor al resto del objeto y absorbe mucho calor de nuestra mano, el de madera, mal conductor, lo hace más lentamente y absorbe poco calo de nuestra mano. Como resultado, la temperatura de nuestra mano baja bastante al tocar el de metal y nuestros sentidos térmicos mandan al cerebro la sensación de frío. [ 123 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Elige la correcta ¿El forro polar nos da calor? Pues claro No, evita que perdamos calor por conducción No, nos quita el frío No, nos da energía térmica 1.6. Convección La convección: una cuestión de gravedad Aire acondicionado y calefacción La instalación de los radiadores en una habitación y de los aparatos de aire acondicionado no es casual. Intentamos calentar o enfriar el aire de la habitación y este es un fluido. Así que habrá qyue tener en cuenta las corrientes de convección. ¿Qué ocurre si calentamos un líquido o un gas por la parte inferior del recipiente en que está? Las partículas que adquieren más energía son las del fondo. Pero, a diferencia de lo que ocurre en los sólidos, las partículas pueden desplazarse con bastante libertad. Al moverse más rápidamente ocupan más espacio (se dilatan al tener mayor temperatura), por lo tanto el fluido es más ligero y tiende a subir. El hueco que dejan esas partículas es ocupado por las partes más frías (más pesadas). Se establecen unas corrientes ascendentes y descendentes: las corrientes de convección. Ahora puedes entender por qué decíamos que era una cuestión de gravedad: el arriba y el abajo, el subir los fluidos ligeros y bajar los pesados, sólo ocurre si actúa la gravedad y si calentamos por abajo. En situaciones de ingravidez no se produce este fenómeno. Si calentamos por arriba tampoco. Las partes menos densas ya están arriba. El calentamiento es menos efectivo. La convección es un proceso de transmisión de energía debido al movimiento de las propias partículas que la transmiten. Hay transmisión de materia y energía. Ojo, que en un fluido haya convección no quiere decir que no exista conducción, pero es menos efectiva de cara a la transmisión Elige la correcta ¿Por qué ponemos los radidores debajo de las ventanas? Para que las corriente de convección distribuyan el aire caliente Para que no nos molesten al poner los muebles Para evitar que se cuele el frío por la ventana Para que les de el sol y se calienten [ 124 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 5: Transferencia de energía: calor, luz y sonido 1.7. La radiación ¿Cómo puede llegarnos el calor del Sol? La pregunta no es fácil de responder. Durante tiempo la comunidad científica ha intentado entender cómo era posible.Si no hay nada entre el Sol y la Tierra cómo nos podía llegar esa energía. Incluso se pensó que el espacio interplanetario debía estar lleno de un material extraño: tenue para que no frenara a la Tierra en su movimiento, transparente para que dejara pasara la luz, buen conductor térmico para que nos llegara rápidamente el calor del Sol,... En otras palabras, un material que no existe (y le llamaron éter) Y es que no hay nada en el espacio interestelar e interplanetario, tan solo el más absoluto vacío salpicado de pequeñas motas que son las estrellas, los planetas, los satélites. Bien. Entonces, ¿cómo es posible que se propague la energía por el vacío? La respuesta, para nosotros ya es familiar: La radiación: proceso por el que los cuerpos emiten energía que puede propagarse incluso por el vacío Esta radiación es un caso particular de otras radiaciones electromagnéticas que te son totalmente conocidas: la luz, las microondas, las ondas de telefonía, las ondas de radio, los ultravioletas, rayos X, radiaciones gamma, y por supuesto las infrarrojas. Tipos de ondas electromagnéticas (blog el Tamiz) Estas últimas son las responsables que frente a una hoguera sintamos el calor que despide o que enfrente de un radiador detectemos que está caliente sin tocarlo ni poner la mano por encima Curso de Acceso a Grado Medio [ 125 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Contesta ¿Por qué la ropa de verano suele ser de colores claros y la de invierno de colores oscuros? 2. LA LUZ Y LA VISIÓN Hemos hablado en los apartados anteriores de la radiación como el proceso por el que se puede transmitir energía a través incluso del vacío y sin necesidad de que se propague materia alguna. En al unidad 4, en el apartado 1.3. que trata sobre los tipos de energía hemos hablado de la energía radiante como esa energía que se transmite en forma de radiaciones electromagnéticas por el vacío y que incluye desde las ondas de radio hasta los rayos X y las radiaciones gamma, pasando por las microondas, los infrarrojos y la radiación que es el centro de nuestro estudio: la luz visible Esta luz, como las otras radiaciones electromagnéticas se propaga por el vacío a la máxima velocidad permitida en nuestro universo: c = 300000 km/s En otros materiales, esta velocidad es menor. La energía que transportan las radiaciones electromagnéticas es directamente proporcional a la frecuencia. Así la luz es más energética que las radiaciones infrarrojas, pero menos que las ultravioletas. Y, dentro de la luz, el azul es más energético que el rojo La luz presenta tres propiedades características: • se propaga en línea recta • se refleja cuando llega a una superficie • cuando penetra en otro medio, cambia de dirección [ 126 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 5: Transferencia de energía: calor, luz y sonido 2.1. La visión Defectos de la visión Superman y sus rayos X ¿Cómo es posible que veamos los objetos que nos rodean? ¿Ocurre algo parecido a la visión en rayos X de Superman, donde salen unos rayos de los ojos que parecen detectar lo que iluminan? Evidentemente, todo eso es falso. Para poder ver es precisa la luz. Luz que sale de los objetos porque la emiten, luz que reflejan los objetos o luz que atraviesa los objetos (objetos opacos, transparentes o translúcidos) Esta luz, después de haber sido modificada por los objetos, es la que llega a nuestros ojos con toda la información del objeto iluminado. Corte del ojo (Editorial SM) Los ojos mediante un proceso de acomodación producen una imagen nítida en el fondo del mismo (la retina) donde se encuentran las células sensibles (conos y bastones) que transformarán esta luz en señales nerviosas que enviarán al cerebro por el nervio óptico. Finalmente, el cerebro interpretará estas señales nerviosas produciéndose la visión de lo que tenemos ante nuestros ojos acomodación del ojo y sus problemas (José Luis Sánchez Guillén) En los esquemas puedes observar cómo los rayos que provienen del objeto son enfocados mediante el cristalino, que actúa de lente adaptable, en la retina. Pero no siempre es así. Problemas del cristalino o de las dimensiones del ojo pueden hacer que se enfoquen delante (miopía) o detrás (hipermetropía) Se corrigen con lentes Ordena Ordena las siguientes partes del ojo, según se las encuentra un rayo de luz que entra dentro de él 1 Pupila 2 Cristalino 3 Humor vítreo 4 Córnea 5 Humor acuoso 6 Retina Curso de Acceso a Grado Medio [ 127 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA 2.2. La propagación rectilínea de la luz Sombras y eclipses Es conocido desde antiguo que la luz se propaga en línea recta con experiencias como la siguiente: propagación rectilínea (José Luis Sánchez Guillén) Eso nos permite utilizar el concepto de rayo de luz, como la línea que representa gráficamente la dirección y sentido de la propagación de la luz. Con la idea de los rayos de luz saliendo de los objetos que emiten luz y rebotando en los objetos iluminados no resulta complicado explicar sucesos naturales como la formación de las sombras y las penumbras, o el hecho de que se produzcan eclipses de Sol o de Luna Contesta ¿Por qué un eclipse de Luna dura bastante más que uno de Sol? [ 128 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 5: Transferencia de energía: calor, luz y sonido 2.3. La reflexión de la luz Sala de espejos Al incidir la luz en los cuerpos, parte de ella penetra y parte se refleja. Hay dos tipos de reflexión: especular y difusa Si la superficie donde incide la luz es perfectamente pulida, todos los rayos que inciden salen en la misma dirección. Es la reflexión especular. Sin embargo si la superficie es irregular sale cada uno en una dirección. Es la reflexión difusa. Gracias a esta reflexión podemos ver los objetos desde todos los ángulos. Pero en los espejos la reflexión hace que veamos los objetos que se reflejan, no el espejo. La reflexión se basa en que el ángulo que forma el rayo incidente con la perpendicular (normal) al espejo es igual al ángulo que forma el rayo reflejado con la normal angulo de incidencia = ángulo reflejado En los espejos planos, la imagen se forma al otro lado del espejo, la forman las prolongaciones de los rayos (parecen venir de allí) y por eso se dice que es virtual: ningún rayo sale de detrás del espejo, nos vemos del mismo tamaño y tan sólo presenta inversión lateral (la mano derecha se refleja como la izquierda de nuestra imagen. ¿Quién no ha pasado un rato divertido en esas salas de espejos viéndose deformado hasta la exageración? Los espejos cóncavos y convexos son los responsables de todo ello. Pero también se utilizan los cóncavos como espejo de tocador y los convexos como espejos retrovisores y de vigilancia. Incluso son una pieza fundamental de los telescopios más grandes que se construyen o del mismo Hubble Estos espejos tienen un punto especial: el foco Todos los rayos que vienen paralelos al eje se reflejan pasando por el foco. Y los que pasan por el foco salen reflejados paralelos al eje Esto último se usa en los faros para proyectar la luz de la bombilla focalizada hacia adelante Obtener la imagen es tan sencillo como dibujar punto a punto la perpendicular al espejo y el simétrico de cada punto a la misma distancia del espejo Contesta Seguramente habrás observado que las ambulancias llevan escrita el letrero al revés ¿Por qué crees que es esto? Curso de Acceso a Grado Medio [ 129 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Lentes y lentillas Al igual que con los espejos, podemos hablar de dos tipos de lentes: • convergentes: si los rayos que vienen desde el infinito los hace converger en un punto, el foco • divergentes: si los rayos que vienen del infintio se separan (divergen) como si vinieran de un punto, el foco 2.4. La refracción de la luz Pescar con la mano en el agua Si has intentado coger algo en el fondo de un estanque pensando que no te ibas a mojar la manga, seguramente te habrás mojado y sabrás que engaña la profundidad. Igualmente habrás visto a veces que la cucharilla dentro de un vaso con agua se ve doblada. La explicación de todos estos fenómenos es que los rayos de luz al pasar de un medio a otro donde la luz se propaga a distinta velocidad, se desvían, acercándose a la normal si la velocidad de propagación es menor y alejándose de la normal en caso contrario. Este fenómeno recibe el nombre de refracción. Con ese tipo de lentes y sus combinaciones se pueden realizar todos los instrumentos ópticos que conoces En las siguientes animaciones puedes ver a golpe de ratón cómo se forman imágenes en cada tipo de lente (José Luis Sánchez Guillén) Lente convergente (Fuente propia) Recuerda que la luz se propagaba a su máxima velocidad en el vacío o en el aire y más lento en otros medios, por lo que un rayo que pase del aire al agua se desviará acercándose a la normal y si el camino es el contrario se alejará. Así puedes entender esa cucharilla doblada o rota en el agua: Los rayos que vienen de la parte sumergida parecen venir de más arriba y más a la derecha. Utilizando materiales transparentes (vidrio, plásticos,...) y dándoles formas variadas conseguimos las lentes que tanto nos ayudan para ver correctamente (gafas), para proyectar imágenes, para aumentar el tamaño de los objetos (lupas, microscopios,...) y para ver más lejos (prismáticos, telescopios,...) Todas esas lentes se basan en la refracción. Lente divergente (Fuente propia) Contesta Explica que seamos capaces de encender una cerilla con una lupa al sol. ¿Qué tipo de lente es la lupa? [ 130 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 5: Transferencia de energía: calor, luz y sonido 2.5. La descomposición de la luz Más sobre el color Todo es del color del cristal con que se mira El arco iris en el cielo tras la lluvia es una prueba de que la luz blanca se descompone en los colores que la forman. Los distintos colores se desvían más o menos en función de su frecuencia al atravesar las gotas de agua o un prisma. En el siguiente enlace encontrarás mucha más información sobre el tema. Juega con las 3 escenas interactivas donde podrás sumar colores (mezcla aditiva), combinar pigmentos (mezcla sustractiva) o manejar otros conceptos como tono, brillo y saturación para conseguir toda la gama de colores existentes Con luces de los tres colores primarios (rojo, verde y azul) se pueden obtener los demás mezclándolos en las proporciones adecuadas. Si mezclamos los 3 en igual proporción obtenemos luz blanca. Esta es la mezcla aditiva de colores ¡No te lo pierdas!!!!! Ahora puedes entender cómo se forman los distintos colores en la pantalla de tu monitor También puedes jugar con las animaciones de la Universidad de Colorado. Los objetos no son de un color: reflejan o transmiten la luz que reciben absorbiendo los colores de distinta manera. Debemos distinguir entre objetos transparentes y opacos. Los cuerpos transparentes pueden absorber bastantes colores, con lo que los vemos del color (o suma de colores) que transmiten: color por transmisión Un vidrio rojo absorbe todos los colores menos el rojo. Los cuerpos opacos (la mayoría) tienen color por reflexión: absorben determinados colores y reflejan otros. Un cuerpo blanco refleja todos, uno negro absorbe todos y no refleja ninguno. Un cuerpo rojo refleja el rojo y uno amarillo refleja el verde y el rojo pero absorbe el azul Así pues el color de los objetos depende de la luz que los ilumina. Un cuerpo que vemos amarillo iluminado con luz blanca, lo veríamos negro si lo ilumináramos con luz azul o lo viéramos a través de un filtro azul. Este color por reflexión es lo que se utiliza para los pigmentos. Existen tres pigmentos primarios que son los complementarios de los colores primarios: amarillo, magenta y cian. Con la combinación de los tres en la debida proporción se obtienen el resto. Es la mezcla sustractiva. El pigmento amarillo absorbe la luz azul (refleja la verde y la roja). El pigmento cian absorbe la roja (refleja verde y azul). Al mezclar ambos pigmentos obtenemos un pigmento que sólo refleja la luz verde Curso de Acceso a Grado Medio [ 131 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Elige las correctas El pigmento magenta Absorbe la luz roja Refleja la luz azul Refleja la luz verde Refleja la luz roja Absorbe la luz azul Absorbe la luz verde 3. EL SONIDO Continuaremos con otro fenómeno ondulatorio. Pero en este caso no son radiaciones electromagnéticas, no puede propagarse por el vacío. El sonido. Se dice que el sonido comienza y acaba en una vibración. Todo lo que emite un sonido, vibra. Pero no todo lo que vibra suena. Debe vibrar rápidamente. Como mínimo debe hacer 20 vibraciones completas en 1 segundo. Es lo que denominamos frecuencia. La frecuencia mínima a que debe vibrar un cuerpo para que nosotros oigamos un sonido es 20 hertzios (20 Hz) También existe un máximo: 20000 Hz. Se producen sonidos audibles por nosotros cuando el emisor vibra con una frecuencia entre 20 y 20000Hz. [ 132 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 5: Transferencia de energía: calor, luz y sonido No es esta la única condición para que se produzca el sonido. Para que el sonido llegue hasta el receptor hace falta que se propague por un medio. El sonido se propaga a través de los gases (el aire por ejemplo), los líquidos (seguro que has oído a alguien que grita buceando en la piscina) y los sólidos (recuerda a los indios que ponen la oreja en el suelo para oír la llegada del tren o la de la manada de búfalos) Pero no se propaga por el vacío. Igual has visto en algún museo de ciencias el despertador que suena dentro de una campana de vidrio y aunque sigue vibrando dejamos de oírlo al extraer el aire de la campana. Así que esas explosiones que oyes en las batallas intergalácticas son falsas. Si se diera el caso no oiríamos nada. No hay medio para que se propague el ruido de la explosión. La vibración de las partículas del emisor se transmite por contacto a las partículas del medio. Estas se van transmitiendo esta perturbación unas a otras sin trasladarse. Finalmente las partículas del medio próximas al receptor le transmiten la vibración (el tímpano en nuestro caso) Por eso decimos que el sonido es una onda. Hay propagación de energía, de información,... sin propagación de materia. 3.1. Cualidades del sonido Sonoridad, tono y timbre Estas son las tres cualidades de cualquier sonido. Son cualidades subjetivas relacionadas con magnitudes físicas propias de las ondas: • La sonoridad está relacionada con la energía transmitida por la onda: la intensidad. Hablamos de sonidos débiles o fuertes, en función de la energía que llega a nuestro oído por segundo. Así entendemos que los sonidos se debilitan conforme nos alejamos del emisor. La energía suministrada por el emisor debe repartirse entre más superficie, por lo que nos llega cada vez menos. Esta intensidad de energía se mide en Watios/m2. Pero nuestro oído no es igual de sensible para bajas intensidades que para altas. Por eso se utiliza una escala logarítmica que se asemeja más a la sensación sonora: es la escala decibélica. Por debajo de 10 decibelios (dB) no percibimos apenas nada. Se recomienda no sobrepasar los 70 dB en un ambiente de trabajo. A partir de 120 dB la sensación es dolorosa. Los decibelios no nos dejan dormir Aquí tienes ña escala decibélica tomada de Wikipedia donde puedes hacerte una idea mejor de cómo es esta escala • Atendiendo al tono los sonidos se clasifican en graves y agudos. Hace referencia a la frecuencia de vibración. Una frecuencia baja corresponde a un tono grave. Una frecuencia elevada corresponde a un tono agudo. Con la edad nuestro tímpano se vuelve menos elástico y tiene más dificultades para vibrar a altas frecuencias, por ello las personas mayores dejan de oír antes los tonos agudos (un timbre por ejemplo) Curso de Acceso a Grado Medio [ 133 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA • Finalmente, el timbre es la cualidad por la que somos capaces de distinguir un piano de un violín dando la misma nota con la misma sonoridad, o de distinguir las voces de dos personas cantando la misma canción en el mismo tono. www.didactika.com Si observamos la forma de la onda emitida por cada instrumento dando la misma nota veremos que aunque se repite con la misma frecuencia, la forma que se repite con dicha frecuencia no es la misma. Si sabes algo de música habrás oído hablar de los armónicos (múltiplos de la frecuencia fundamental). Pues cada instrumento y cada voz emite distintos armónicos y con distinta intensidad caracterizando a ese instrumento: es el timbre 3.2. Propagación del sonido Si reflexionamos sobre el hecho de que el sonido se propaga como una onda, donde las partículas transmiten la vibración, entenderemos que para que se propague el sonido es necesario que el medio sea elástico, debe recuperar su forma después de sufrir la perturbación. Así, los medios plásticos como el corcho, la plastilina,... absorberán la energía y no la transmitirán. Podremos usarlos como aislantes acústicos. Por otro lado, cuanto más cercanas y unidas estén las partículas, más rápido transmitirán la perturbación. Así podemos ver en la tabla de velocidades de propagación del sonido que es mayor en los sólidos, menor en los líquidos y sensiblemente inferior en los gases. Estado Medio Velocidad (m/s) gas aire oxígeno helio 340 317 972 líquido agua 1493 sólido aluminio cobre hierro plomo 5100 3560 5130 1322 La velocidad del sonido puede considerarse constante siempre que el medio sea homogéneo [ 134 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 5: Transferencia de energía: calor, luz y sonido Elige la correcta ¿A qué distancia está la tormenta si vemos el rayo y escuchamos el trueno 5 s más tarde? 340 m 3400 m 5000m 1700 m El sonar y las ecografías 3.3. Reflexión del sonido Eco y reverberación ¿Qué ocurre con el sonido cuando llega a un obstáculo? Pues, como ocurría con la luz, que parte penetra en el obstáculo y parte rebota cambiando de dirección. Es decir, se refleja. Esta reflexión del sonido da lugar a dos fenómenos muy interesantes: el eco y la reverberación. El oído necesita que transcurra al menos una décima de segundo entre la llegada de dos sonidos para reconocerlos como diferentes. La velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s. Así que en ese intervalo de tiempo el sonido recorre 34 m. Durante ese tiempo el sonido debe viajar hasta el obstáculo, reflejarse y llegar hasta nuestro oído. Luego para que se produzca eco (distinguir el sonido original del reflejado) el obstáculo debe estar a más de 17 m. La reflexión del sonido se utiliza para investigar los fondos marinos, localizar bancos de peces, descubrir submarinos,... El sonar emite sonidos hacia el fondo marino. Cuando el sonido encuentra un obstáculo se refleja y es recogido por el mismo sonar. La diferencia de tiempo entre la emisión y la recepción nos determina la distancia a que se encuentra. Gracias al sonar y a los satélites se ha cartografiado prácticamente la totalidad de los fondos marinos. Si la distancia es menor de esos 17 m, también se produce la reflexión, pero el sonido reflejado se superpone con el original y dificulta la audición. Este fenómeno recibe el nombre de reverberación. En las habitaciones vacías y sin muebles ni cortinas habrás notado el efecto. Los muebles, cortinas y la gente amortiguan y absorben el sonido reflejado y disminuyen la reverberación (mejoran la acústica) En los auditorios y salas de conferencias hay que diseñar el recinto, revestir las paredes y amueblarlos para evitar que se oigan los ecos, pero consiguiendo que el sonido llegue a todos los rincones con la misma sonoridad. Elige la correcta ¿A qué distancia se encuentra el obstáculo si oímos el eco a los 3 s de pegar una palmada? 1020 m 510 m 340 m 2040 m Curso de Acceso a Grado Medio Sonar (Wikipedia) Pero también hay otro aparato que utiliza la reflexión del sonido y que resulta ser de gran utilidad en medicina: el ecógrafo. Sin embargo no utiliza frecuencias audibles, sino ultrasonidos. Gracias al mismo principio y al distinto comportamiento de los distintos tejidos, obtenemos imágenes en movimiento de los fetos en el seno materno, sin causar ningún daño a la madre [ 135 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA EJERCICIOS 1. En los siguientes casos cuál es el mecanismo de transmisión del calor que entra en juego: a) Planeador elevándose con una térmica (corriente ascendente de aire caliente) b) Calentarse sentado frente a la chimenea c) Mangos de madera en las sartenes d) Brisas marinas e) Paneles solares 2. Di dónde se encuentra el error de las siguientes frases y propón una frase correcta. a) “El frío de la noche se cuela por las ventanas” b) “En los lugares costeros, las temperaturas son más suaves porque el mar tiene calor almacenado” c) “Mi forro polar da mucho calor” 3. Aplica la propagación rectilínea de la luz a la siguiente situación donde tenemos un foco de luz grande, indicando las zonas que se pueden distinguir en la pantalla. 4. a) ¿Qué propiedad de la luz explica la descomposición de la luz blanca en los colores del arco iris? b) ¿Por qué vemos un objeto de color azul si lo iluminamos con luz blanca? ¿De qué color lo veremos si lo iluminamos con luz roja? ¿Por qué? 5. a) ¿Cuánto tiempo tardaremos en escuchar el rebote de nuestra voz si estamos frente a una pared que dista 8,5 m de nosotros? b) ¿Realmente lo oiremos como eco? ¿Por qué? [ 136 ] Curso de Acceso a Grado Medio LOS SERES VIVOS Y LA DIVERSIDAD 6 INTRODUCCIÓN ¿Qué tienen en común un ciprés y una araña? ¿qué es exactamente un ser vivo? Aunque existe una gran diversidad de seres vivos, todos comparten una serie de características que nos ayudan a conocer y entender el fenómeno de la vida y nos permiten distinguirlos de la materia inerte. En ésta unidad se desarrollará la idea fundamental de la célula como unidad estructural y funcional de todos los seres vivos, así como el sistema actual de clasificación de los organismos. Al finalizar el estudio de ésta unidad deberás ser capaz de: • Diferenciar las características propias de la materia inerte y las características propias de los seres vivos. • Reconocer que todos los seres vivos tienen una similitud en cuanto a su composición química. • Conocer que todos los seres vivos poseen una misma organización estructural formada por células. • Apreciar que los seres vivos llevan a cabo una serie de funciones comunes como son la nutrición, la relación, y la reproducción. • Distinguir las células procariotas de las eucariotas. • Reconocer las partes fundamentales de una célula eucariota. • Identificar en un esquema las estructuras y orgánulos de una célula eucariota. • Establecer semejanzas y diferencias entre los dos modelos de células eucariotas, las animales y la vegetales. • Reconocer la importancia que han tenido los avances en las técnicas de observación para el estudio de las células. • Conocer y aplicar la Teoría celular. • Reconocer la gran diversidad de seres vivos existentes en la naturaleza, y la necesidad de elaborar un sistema que nos permita clasificarlos. • Apreciar la importancia de la Taxonomía como ciencia para la clasificación de los seres vivos. • Conocer que la clasificación de los seres vivos se lleva a cabo siguiendo criterios evolutivos. • Valorar la importancia de la nomenclatura binomial de Linneo y su aceptación universal. • Distinguir el concepto de especie, y poner ejemplos de especies conocidas. • Conocer los cinco reinos en que se agrupan actualmente a los seres vivos. • Describir las principales características de cada uno de los cinco reinos. • Clasificar en cada uno de los cinco reinos, una serie de seres vivos conocidos. • Conocer algunos de los grupos más importantes de plantas y animales y sus características • Relacionar los contenidos estudiados con situaciones de la vida cotidiana. Curso de Acceso a Grado Medio [ 137 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA ¿Cómo se originó la vida en la Tierra? ¿ha podido ocurrir lo mismo en otros planetas? La Astrobiología es una ciencia muy reciente que utiliza conocimientos adquiridos en materias diferentes como la Astronomía, Biología, Química o Física para responder a preguntas que la humanidad se viene haciendo desde hace mucho tiempo: ¿qué es exactamente la vida? ¿cómo se originó en nuestro planeta? ¿ha podido haber procesos similares en otros rincones del Universo? y si hubiera vida en otros lugares ¿cómo la reconoceríamos? En Madrid se encuentra el Centro de Astrobiología que colabora con la NASA (Agencia Espacial Norteamericana) en distintos programas de investigación sobre estos temas. Puedes visitar su página y visualizar algunos vídeos sobre la vida, su origen y evolución. 1. MATERIA INERTE Y SERES VIVOS Aunque existe gran diversidad de seres vivos, todos tienen en común una serie de características que nos ayudan a conocer la naturaleza de la vida. Los seres vivos, a diferencia de la materia inerte, poseen: • Una composición química común: están formados por bioelementos (carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno fundamentalmente). Éstos se unen para formar biomoléculas inorgánicas (agua y sales) y biomoléculas orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleícos). • Una organización estructural común: todos los seres vivos poseen unas pequeñísimas estructuras llamadas células. Un ser vivo puede estar formado por una sola célula (ser vivo unicelular) o por muchas células (ser vivo pluricelular). • Unas funciones comunes: como son la nutrición, la relación y la reproducción, destinadas a mantener con vida al individuo (nutrición y relación) y a perpetuarlo (reproducción). Gracias a la función de nutrición los organismos incorporan materia y energía desde el medio que les rodea para crecer, mantener sus actividades y renovar sus estructuras. La función de relación permite a los organismos detectar e interpretar los cambios que se producen en su entorno y responder ante ellos para lograr sobrevivir. La función de reproducción dota a los seres vivos de la capacidad de originar copias iguales o similares a ellos mismos. De esta forma, aunque los individuos mueran, la especie perdura. Ranúnculo (Fuente propia) Bloques de piedra (Banco de imágenes ISFTIC) Centro de Astrobiología [ 138 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 6: Los seres vivos y la diversidad Relaciona ¿Qué función vital está realizando un ser vivo cuando...?: ...bebe agua función de relación ...pone huevos función de nutrición ...dilata su pupila cuando disminuye la intensidad de luz función de reproducción ...respira función de relación ...huye de un depredador función de nutrición ...produce granos de polen función de reproducción 1.1. La química de la vida Somos materia: Bioelementos y Biomoléculas Como hemos visto en el apartado anterior, las sustancias que constituyen la materia de nuestro organismo y del resto de seres vivos están formadas básicamente por Carbono (C), Hidrógeno (H), Oxígeno (O) y Nitrógeno (N) como elementos mayoritarios y otros como el Azufre (S), Fósforo (P), Sodio (Na), Potasio (K), Calcio (Ca), Magnesio (Mg) y Hierro (Fe) en cantidades menores, pero igualmente importantes. Todos ellos reciben el nombre de Bioelementos por su presencia y vinculación con la vida. En cuanto a los compuestos formados a partir de estos elementos, es decir las Biomoléculas, podemos distinguir entre: • Biomoléculas inorgánicas: Aquellas que son comunes a la materia inerte o no viva como el agua y algunas sales minerales (carbonatos, fosfatos, nitratos,...) Estas últimas pueden aparecer en estado sólido aportando resistencia a estructuras como huesos o dientes, o formando parte de disoluciones acuosas en el medio intra o extracelular (dentro y fuera de la célula). • Biomoléculas orgánicas o carbonadas: Son una gran variedad de sustancias, casi siempre producto de la actividad de los seres vivos. Como ya se expuso en la unidad 2, muchas de estas sustancias tienen enormes pesos moleculares por lo que se las califica de macromoléculas. Generalmente están formadas por unidades más pequeñas que se repiten. Por sus funciones y estructura las clasificamos en varios grupos, recogidos en la siguiente tabla: Curso de Acceso a Grado Medio [ 139 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA El contenido de agua en los seres vivos Estructura y funciones Ejemplos Proteínas Son macromoléculas formadas por aminoácidos; realizan funciones muy diversas como transportar otras sustancias por la sangre, formar parte de estructuras importantes como el hueso o cartílago o facilitar transformaciones químicas dentro de la célula como las enzimas. Colágeno, queratina y hemoglobina. Glúcidos Algunos tienen estructura sencilla como la glucosa que es el combustible principal para casi todas las células. Y los hay de estructura compleja y mayores tamaños moleculares como la celulosa (proporciona protección a las células vegetales) o el almidón y el glucógeno (reserva nutritiva en células vegetales y animales respectivamente) Glucosa, sacarosa, almidón, glucógeno y celulosa. Lípidos Los lípidos son sustancias insolubles en agua que desempeñan diversas funciones en los seres vivos como ser las reservas energéticas a largo plazo y aislar del frío (grasas contenidas en el tejido adiposo en muchos animales) o proteger e impermeabilizar superficies (cubierta cérea de los cactus) Ceras, aceites y grasas Ácidos Nucleícos Son largas moléculas que contienen y transmiten la información genética. ADN y ARN Biomoléculas el agua en el cuerpo humano Los seres vivos contienen entre un 70% y un 80% de agua en su cuerpo. Su función es transportar nutrientes y sustancias de desecho. En un organismo humano no todos los órganos tienen la misma proporción de agua, para el cerebro supone el 80%, para los músculos el 75% y sólo el 30% para los huesos. En los seres humanos el agua se pierde a través de la orina, las heces, la respiración y el sudor; sin embargo se repone a partir de los alimentos y los líquidos ingeridos. A lo largo de su vida una persona ingiere unos 35.000 litros de agua. El agua siempre está en continuo movimiento entre los seres vivos y su entorno. El ser humano junto con el resto de seres vivos forman parte del ciclo del agua en la naturaleza. [ 140 ] Composición química de la materia viva Contesta Sabemos, por el gráfico anterior, que el porcentaje de agua en la materia viva es del 70%. ¿Cuántos litros de agua alberga el cuerpo de un hombre que pesa 70 Kg? Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 6: Los seres vivos y la diversidad 2. LA CÉLULA COMO UNIDAD DE VIDA La historia del microscopio La Teoría celular Robert Hooke (siglo XVII) observó por primera vez en el corcho unas estructuras a las que llamó “celdillas” y que más tarde se denominaron células. A medida que fueron avanzando las técnicas de observación, se fue conociendo mejor el interior celular. La teoría celular afirma que: • Todo ser vivo esta formado por una o muchas células. • La célula es la unidad de estructural y funcional de todos los seres vivos. • La información genética necesaria para la vida de las células se transmite de una generación a la siguiente. • Toda célula procede de otra célula por división de la misma. Banco de imágenes IFSTIC Banco de imágenes IFSTIC Contesta Estás observando con el microscopio de 100 aumentos unos paramecios en una muestra de agua de un charco. Si la imagen que tu observas mide aproximadamente 1,5 cm: ¿Cuál es el tamaño real de estos protozoos? Curso de Acceso a Grado Medio El ojo humano es incapaz de percibir objetos con tamaños inferiores a 0,1 mm. Esto explica que muchos de los avances en Biología y Medicina no hubieran sido posibles sin el descubrimiento del microscopio. La fabricación del primer microscopio óptico compuesto es atribuida a los hermanos Jansen en Alemania en 1595. Se trataba de un tubo con dos lentes con lo que se lograba multiplicar el número de aumentos respecto a las lupas convencionales. Desde entonces hasta la actualidad y gracias a los avances en Óptica, el microscopio óptico se ha perfeccionado llegando a alcanzar los 1.500 aumentos en los mejores aparatos. Aún así esa cifra es pequeña si lo que se pretende es describir orgánulos celulares, por eso, entre 1925 y 1930 se construyó el primer microscopio electrónico llamado así por no utilizar luz, sino electrones para formar imágenes. Permite observar imágenes ampliadas hasta 500.000 veces, pero siempre en blanco y negro. [ 141 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA ¿Qué tamaños y formas tienen las células? Casi todas las células son pequeñas y para describirlas empleamos unidades como la micra o micrómetro, que como recordarás equivale a la milésima parte de un milímetro. Sólo encontramos alguna excepción, como las grandes dimensiones de los óvulos, principalmente de las especies ovíparas como las aves y la extraordinaria longitud de las células nerviosas de los grandes mamíferos como las ballenas. 2.1. La estructura de la célula Células eucariotas y procariotas La célula esta formada por tres elementos básicos: Membrana, citoplasma y núcleo. • Membrana: es la capa que delimita la célula. En células animales es una capa fina llamada membrana plasmática. Las células vegetales además de membrana plasmática poseen otra capa más gruesa y externa llamada pared celular. • Citoplasma: es la parte de la célula en la que se encuentran todos los orgánulos y estructuras celulares. En el citoplasma se producen la mayoría de las reacciones químicas. • Núcleo: es la estructura celular que contiene el material genético de la célula (ADN y ARN). El ADN forma los cromosomas que se transmiten de una generación a otra. El núcleo regula y coordina toda la actividad celular. Existen dos tipos de células: procariotas y eucariotas. • Las células procariotas como las bacterias no poseen núcleo, su material genético esta disperso en el citoplasma. • Las eucariotas entre las que se encuentran las células de plantas, hongos, protoctistas y animales tienen el material genético rodeado por una membrana constituyendo el núcleo. Además las células eucariotas poseen gran cantidad de orgánulos mientras que las procariotas solo poseen ribosomas. Célula eucariota. (Banco de imágenes ISFTIC) Célula procariota. (Banco de imágenes ISFTIC) [ 142 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 6: Los seres vivos y la diversidad 2.2. La complejidad de la célula eucariota Formas, estructuras y funciones de los componentes celulares En la siguiente tabla aparece una relación de algunos de los componentes celulares más importantes y sus funciones, en el siguiente apartado (2.3) se describen otros que son exclusivos de las células vegetales: Dibujo Estructura Función Membrana plasmática Doble capa de lípidos con proteínas incluidas. Controla y regula el paso de sustancias. Retículo endoplasmático Conjunto de tubos comunicados entre sí y en contacto con las membranas nuclear y plasmática. Puede tener ribosomas adheridos a la membrana (retículo endoplasmático rugoso RER) o carecer de ellos (retículo endoplasmático liso REL). El RER transporta proteínas fabricadas por ribosomas. El REL transporta lípidos. Ribosomas Orgánulos muy pequeños que pueden estar adheridos al retículo o libres en citoplasma. Su misión es la síntesis de proteínas. Aparato de Golgi Conjunto de sacos membranosos aplanados de los que se desprenden vesículas liberadas por ellos. Completa la síntesis de compuestos procedente del RE y los almacena o segrega dentro o fuera de la célula. Lisosomas Vesículas con enzimas digestivos en su interior Realizan digestión de moléculas y eliminan estructuras celulares inservibles. Los virus, parasitos obligados Estas diminutas estructuras, mucho más pequeñas que cualquier forma celular, son entes que se encuentran entre la vida y la no vida. Cristalizan como los minerales, aunque su composición química es similar a la de las células, básicamente proteínas y ácidos nucleícos. Carecen de la maquinaria suficiente para tener autonomía y realizar las tres funciones vitales. Consiguen reproducirse, y con ello perpetuarse, introduciéndose en células y empleando en beneficio propio sus orgánulos y demás componentes celulares. Como consecuencia de esa interesada relación, aparecen las enfermedades virales, como la gripe, el SIDA, la rabia, etc. Virus. (Banco de imágenes ISFTIC) Citoesqueleto Red tridimensional de filamentos contráctiles que ocupa todo el interior celular. Curso de Acceso a Grado Medio Proporciona un soporte interno a la célula y está relacionado con el movimiento celular y de los orgánulos dentro de la célula. [ 143 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Dibujo Estructura Función Mitocondrias Delimitadas por doble membrana. La interna se repliega formando crestas El espacio interno o matriz contiene gran cantidad de enzimas. Son las centrales energéticas de las células. Como resultado de la oxidación de compuestos orgánicos (respiración celular) forman ATP molécula que almacena energía y que puede ser utilizada por la célula. Núcleo Separado del citoplasma por la envoltura nuclear. En su interior se encuentra la cromatina formada por ADN. Durante la división celular se condensa y forma los cromosomas, cuyo número es constante y característico de cada especie. El ADN es el portador de la información genética y controla las actividades celulares. Relaciona Relaciona cada componente celular con su estructura o función: [ 144 ] controla y regula el paso de sustancias entre el exterior y el interior de la célula Ribosomas permite extraer la energía contenida en las moléculas orgánicas Núcleo sintetiza proteínas Mitocondría transporta los productos de los ribosomas Membrana plasmática controla todas las actividades celulares Lisosomas digieren partículas Retículo Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 6: Los seres vivos y la diversidad 2.3. La célula vegetal La célulosa, la biomolécula orgánica más abundante del planeta. Es cierto, todas las plantas juntas producen al año alrededor de 100 mil millones de toneladas de celulosa. Las largas cadenas de celulosa se agrupan formando unas microfibrillas que constituyen un material resistente, tanto para la propia planta como para los seres humanos ya que la madera, el papel, el cartón y el algodón están formados casi exclusivamente por celulosa. Célula vegetal. Proyecto Biosfera CNICE Las células vegetales comparten muchos rasgos con las células animales, ambas son células eucariotas, es decir células complejas con núcleo verdadero, si las comparamos con las procariotas de las bacterias. Pero las células vegetales, además de ser generalmente más grandes que las de los animales, tienen una serie de particularidades: • Poseen, además de membrana plasmática y rodeando a ésta por fuera, otra envoltura más rígida denominada pared celular, compuesta por celulosa principalmente y cuya función es la de proporcionar forma y protección a la célula. • Las células vegetales de las partes verdes de la planta tienen cloroplastos, orgánulos con doble membrana en cuyo interior se encuentran unas laminillas que contienen la clorofila. Son los encargados de realizar la fotosíntesis por la que la energía solar captada se almacena en compuestos orgánicos para su utilización por las células. • Su citoplasma contiene vacuolas de gran tamaño, lugares de almacenamiento de sustancias variadas como pigmentos, productos de desecho o nutrientes. A pesar de ser una sustancia tan abundante, son muy pocos los organismos capaces de digerirla. Solamente algunos microorganismos y los animales herbívoros asociados a ellos, son capaces de emplearla como nutriente. Es el caso de los rumiantes como la vaca, o las termitas que digieren con facilidad la celulosa y la emplean casi como único alimento gracias a que en su tubo digestivo vive un protozoo llamado Trychonympha que produce una enzima digestiva denominada celulasa capaz de descomponer la celulosa. Verdadero o falso Las células vegetales...: Verdadero Falso ...tienen pared celular pero no tienen membrana plasmática ...tienen ribosomas para fabricar sus propias proteínas fibras de celulosa ...carecen de núcleo organizado ...poseen grandes vacuolas que en ocasiones son los orgánulos más voluminosos ...realizan la fotosíntesis gracias a la presencia de cloroplastos Curso de Acceso a Grado Medio termitas [ 145 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Fagocitosis Como puedes observar en el esquema de la célula animal, se aprecia la captación de una partícula que queda englobada en una vacuola sobre la que actúan los lisosomas y la digieren. 2.4. Cómo se nutren las células Todos los seres vivos necesitamos energía para poder llevar a cabo cada una de las funciones que realizamos: movimiento, mantenimiento de nuestras propias estructuras o creación de otras nuevas. Para obtener energía los seres vivos, y las células que forman parte de éstos, recurren al proceso de nutrición. En la nutrición las células intercambian materia y energía con el medio que les rodea. Dentro de éstas células se producen una serie de transformaciones encaminadas a obtener sus propios componentes y la energía necesaria para poder realizar sus actividades vitales. Existen dos tipos de nutrición celular, la nutrición autótrofa y la heterótrofa. Fagocitosis. (Fuente Kalipedia) Algo similar ocurre en células como los glóbulos blancos de la sangre que llevan a cabo éste proceso como mecanismo de defensa celular. Aunque los mecanismos de defensa serán tratados en el tema 8, ahora simplemente señalamos que los glóbulos blancos pueden captar bacterias, virus o partículas que puedan penetrar en una herida, las digieren y las expulsan. A éste mecanismo se conoce con el nombre de fagocitosis, y como consecuencia de la misma se producen residuos que contribuyen a la formación del pus asociada a las heridas. • En el proceso de nutrición autótrofa las células fabrican sus propios componentes orgánicos, a partir de compuestos inorgánicos sencillos como dióxido de carbono, agua y sales minerales. Esta transformación requiere aporte de energía. La energía es aportada por la luz solar, el proceso tiene lugar en los cloroplastos y recibe el nombre de fotosíntesis. Este tipo de nutrición es el que realizan las células de las plantas. • Las células con nutrición heterótrofa obtienen sus propios componentes orgánicos a partir de la materia orgánica que incorporan del medio que les rodea. Son heterótrofas las células de muchos organismos unicelulares como las amebas, las células de los animales y también algunas células vegetales que no tienen clorofila, como por ejemplo la células de las raíces de las plantas. Célula autótrofa Célula heterótrofa La nutrición autótrofa y la heterótrofa de diferencian, fundamentalmente, en la forma en que las células obtienen los compuestos orgánicos que necesitan. Parte de éstos compuestos orgánicos se utilizan para la obtención de energía mediante la respiración celular, que sucede en las mitocondrias y son orgánulos comunes a células autótrofas y heterótrofas. [ 146 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 6: Los seres vivos y la diversidad Elige las correctas Elige las opciones correctas: Solamente las células que contienen cloroplastos son capaces de realizar la fotosíntesis Solamente las células heterótrofas necesitan materia orgánica para realizar sus funciones Las células autótrofas transforman la materia inorgánica en orgánica Solamente las células heterótrofas tienen mitocondrias Todas las células de una planta son son autótrofas Las células vegetales realizan la fotosíntesis en vez de la respiración celular 2.5. Cómo se reproducen las células Mediante la reproducción celular se forman células hijas idénticas a la célula progenitora, es decir con el mismo número de cromosomas y la misma información genética. Para ello es necesario: 1. Que se duplique el material genético contenido en la célula progenitora antes de que se inicie su división. 2. Que se divida el núcleo de la célula progenitora y se separen ambas copias del material hereditario para formar los dos núcleos de las células hijas. Éste proceso recibe el nombre de Mitosis. Tras la división del núcleo, se divide el citoplasma y se originan dos células idénticas. La Mitosis permite la reposición y el aumento del número de células de un organismo pluricelular. En organismos unicelulares la mitosis supone la reproducción de los mismos. Las células de los órganos reproductores (ovarios y testículos) experimentan un tipo especial de reproducción celular denominado Meiosis. Cuando la división celular se descontrola... En nuestro organismo las divisiones celulares son muy numerosas en la fase de crecimiento. Aumentamos de tamaño gracias a que nuestro cuerpo va teniendo cada vez más y más células. Pero cuando alcanzamos el tamaño definitivo, las divisiones no son tan frecuentes, solamente las justas para producir células nuevas que reemplacen a las muertas o lesionadas. Es decir, en un organismo adulto existe un control muy preciso del momento en que debe reproducirse cada célula. Cuando, por diferentes motivos, este control se pierde, es posible que alguna célula comience a dividirse de forma incontrolada, olvidando sus funciones específicas y creando una masa de células que tiende a crecer y a invadir otros tejidos. Así aparece el cáncer, palabra de origen griego que significa “cangrejo” por el aspecto de los primeros tumores malignos descritos en la antigüedad con prolongaciones extendiéndose en todas las direcciones. Por el proceso de Meiosis se originan cuatro células con la mitad de cromosomas que cualquier otra célula del organismo. Éstas células reciben el nombre de gametos y son portadoras de la información genética de los progenitores. Si los gametos tuvieran el mismo número de cromosomas que el resto de las células, en cada generación éste se iría duplicando al fecundarse los Curso de Acceso a Grado Medio células cancerosas [ 147 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA gametos masculino y femenino. Ésto, sin embargo, no ocurre gracias a la Meiosis. Contesta Cuando en un descuido te cortas en la mano y te haces una herida, observas que pasados unos días la herida se cierra y poco a poco cicatriza. ¿Qué proceso celular crees que está relacionado con esta recuperación? 2.6. Cómo se relacionan las células con su entorno Las células por el hecho de vivir en un determinado medio, deben estar informadas de lo que ocurre en él para adaptarse y responder adecuadamente a las variaciones que se van produciendo. A las variaciones del medio, en general, se las llama estímulos. Las reacciones de una célula frente a un estímulo reciben el nombre de respuestas. La respuesta más básica suele ser el movimiento hacia el estímulo (respuesta positiva) o en dirección opuesta (respuesta negativa). Para moverse las células utilizan diversos mecanismos como cilios, flagelos, pseudópodos o movimientos contráctiles. Las imágenes que aparecen en la parte final de esta página están enlazadas a filmaciones microscópicas sobre cada uno de estos tipos de movimiento celular. En otras ocasiones se dan respuestas pasivas, cuando no existe movimiento por parte de las células. Así ocurre cuando las condiciones externas son desfavorables a las células, como en casos de falta de alimento o de humedad, en que algunas células segregan una cubierta dura y se enquistan quedando en vida latente. [ 148 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 6: Los seres vivos y la diversidad Esto ocurre en infusorios, al secarse la charca en que viven. Cuando las condiciones vuelven a ser favorables, la célula rompe la cubierta protectora y sale al exterior reanudando su actividad. Movimiento vibrátil por cilios (Paramecio) Movimiento por pseudópodos (Ameba) Movimiento vibrátil por flagelos (Trypanosoma) Movimiento contráctil (Vorticella) Enquistamiento celular: supervivencia y dispersión Muchos protozoos como el paramecio observado en la figura, tienen capacidad de enquistarse cuando las circunstancias del medio no son favorables para su vida; por ejemplo cuando se deseca el agua en que viven, cuando escasea el alimento o el frío es muy intenso. Piensa en las charcas que se forman tras la caída de un aguacero. Todos los microorganismos que se desarrollan en un ambiente de ése tipo están condenados a desaparecer una vez se seque la charca. Por ello, a todos éstos organismos la evolución les ha equipado con mecanismos como el enquistamiento que les permite mantenerse inactivos hasta la llegada de un nuevo aguacero que les devuelve a la vida. Relaciona Relaciona cada tipo de movimiento celular con su descripción: movimiento vibrátil por cilios La célula se desplaza al emitir unas prolongaciones de su citoplasma movimiento ameboide La célula avanza al mover los filamentos cortos y numerosos dispuestos en su superficie movimiento contráctil La célula se mueve al agitar una única y larga prolongación movimiento vibrátil por flagelo La célula se alarga y acorta gracias a unos filamentos contráctiles que se hallan en su interior Curso de Acceso a Grado Medio Quiste Loa protozoos también utilizan el enquistamiento como mecanismo de dispersión. Los quistes pueden desplazarse por agua e incluso por aire y les permite colonizar nuevos ambientes. El proceso de dispersión de quistes también puede verse favorecido por el movimiento de animales. [ 149 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Las primeras células Desde que Robert Hooke observó sorprendido, las celdillas de una lámina de corcho hasta que se llegaron a conocer con detalle todos los orgánulos y estructuras celulares, transcurrieron poco más de tres siglos. Ni los más imaginativos científicos podían haber sospechado la complejidad de la estructura celular que ahora conocemos. No se conoce con exactitud, cómo aparecieron las primeras células, pero los conocimientos actuales sobre la historia de la Tierra indican que proceden de la unión de moléculas en los océanos primitivos, durante un proceso que duró cientos de millones de años. 3. LA ORGANIZACIÓN DE LOS SERES VIVOS: UNICELULARES Y PLURICELULARES Los seres vivos, atendiendo al número de células que poseen, se clasifican en: unicelulares y pluricelulares. • Los seres unicelulares son los seres de organización más sencilla. Están formados por una sola célula que realiza todas las funciones vitales. Son microscópicos y pueden ser procariotas (bacterias) y eucariotas (algas, protozoos y algunos hongos). • Los seres pluricelulares están formados por un gran número de células que funcionan de forma coordinada. Pero éstas células no pueden separarse del organismo y vivir independientes. Necesitan unas de otras para sobrevivir. En los seres pluricelulares el conjunto de las células especializadas que realizan una función determinada reciben el nombre de tejido. Varios tejidos a su vez se agrupan para formar un órgano que realiza una función más compleja, y varios órganos se agrupan para constituir un aparato o sistema. las primeras células. (Banco de imágenes ISFTIC) Desde entonces ninguna célula se origina espontáneamente de la materia inanimada, por lo que los organismos unicelulares y pluricelulares actuales descienden de las células primitivas que aparecieron en la Tierra hace más de 3.500 millones de años. Niveles de organización y complejidad de los seres vivos [ 150 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 6: Los seres vivos y la diversidad Ordena Ordena las siguientes estructuras de menos complejas a más complejas: neurona, átomo de carbono, abeja, glucosa, hemoglobina (proteína), intestino, tejido muscular, y mitocondria. 1 glucosa 2 hemoglobina 3 mitocondria 4 intestino 5 átomo de carbono 6 tejido muscular 7 neurona 8 abeja 4. LA CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS Necesidad de clasificación: La Taxonomía Dada la gran variedad de seres vivos que existen en la naturaleza, es necesario clasificarlos. Podríamos usar distintos criterios para agruparlos, por ejemplo animales domésticos y salvajes, plantas venenosas y comestibles,... Sin embargo los grupos obtenidos siguiendo estos sistemas de clasificación “artificiales” incluirían seres muy diferentes, lo que dificultaría su estudio. Una clasificación, para que sea útil, debe agrupar a los seres que tengan características comunes, y que esas características sean naturales, de forma que las semejanzas indiquen una proximidad en su parentesco. La ciencia encargada de la clasificación de los seres vivos se denomina Taxonomía, y los grupos de seres vivos que establece se llaman taxoClasificar es necesario para estudiar. nes o categorías taxonómicas; el Banco de imágenes IFSTIC taxón más importante es la especie. Entendiendo por especie el conjunto de seres vivos que son capaces de reproducirse entre sí y tener descendencia fértil. Como el número de especies que existen es muy grande, se hace necesario agruparlas en un taxón superior, el género; los géneros se agrupan en famiCurso de Acceso a Grado Medio [ 151 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Con dos palabras Además de clasificar a los seres vivos, es necesario darles un nombre que sirva para diferenciarlos. La nomenclatura es la técnica que asigna nombre a los seres vivos. En la actualidad se utiliza la nomenclatura binomial que consiste en nombrar a cada especie con dos palabras latinas: • La primera, escrita como nombre propio indica el género • y la segunda, en minúscula, indica la especie. Por ejemplo: Canis familiaris designa al perro, y lo hace en cualquier lugar del mundo, lo que facilita el entendimiento entre científicos de diferentes países y con lenguas distintas. Así “perro”, “dog”, “gos”, “txakur”o “chien” siempre será Canis familiaris. lias, éstas en órdenes; los órdenes en clases, éstas en phila (filos) ó tipos, y los tipos en reinos. Ejemplo: Clasificación del perro: • Especie: Canis familiaris. • Género: Canis. Incluye perros, lobos, chacales. • Familia: Cánidos. Perros, lobos, chacales, zorros y coyotes. • Orden: Carnívoros. Perros, lobos, chacales, zorros, coyotes, gatos, tigres, osos,... • Clase: Mamíferos. Incluye todos los del orden Carnívoros y otros órdenes como Primates, Insectívoros, Cetáceos, Roedores,... • Tipo o Phylum: Cordados. Todos los vertebrados, que agrupa además de Mamíferos: Peces, Anfibios, Reptiles y Aves. • Reino: Animal. Junto con Artrópodos, Moluscos, Equinodermos, Anélidos, etc. Elige la correcta ¿Cuál es la categoría de clasificación o taxón más pequeño, que agrupa a menos seres vivos? Reino Clase Orden Especie Género Perro, Canis familiaris. (Banco de imágenes ISFTIC) [ 152 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 6: Los seres vivos y la diversidad 4.1. Los cinco reinos En la actualidad todas las formas de vida conocidas se clasifican en cinco grandes reinos. Los criterios seguidos o características en las que se basan los expertos para tal clasificación son los siguientes: • Tipo de célula (eucariota o procariota) • Complejidad de organización (unicelular o pluricelular) • Modalidad de nutrición (autótrofa o heterótrofa) • Composición química. • En la actualidad también se tienen en cuenta las características genéticas. La clasificación admitida quedaría así: Elige la correcta ¿Cuál de las siguientes características es exclusiva del Reino Moneras? Nutrición autótrofa Célula procariota Nutrición heterótrofa Células eucariotas Elige la correcta Reinos que incluyen únicamente seres vivos heterótrofos: Moneras y Protoctistas (Protistas) Protoctistas (Protistas) y Hongos Hongos y Animales Hongos y Moneras Curso de Acceso a Grado Medio Desde Linneo hasta nuestros días Carl von Linneo A mediados del siglo XVIII el botánico y naturalista sueco Carl von Linneo, considerado el padre de la Taxonomía, clasificó a los seres vivos en dos grandes reinos bien diferenciados: El Reino Animal y el Reino Vegetal. Con el descubrimiento de infinidad de formas de vida microscópicas, a principios del siglo XIX empezaba a quedar claro que el sistema de clasificación instaurado por Linneo el siglo anterior resultaba incompleto: ¿son plantas o animales esas nuevas pequeñas formas de vida? Así que en 1866 el zoólogo alemán Ernst Haeckel propuso añadir un nuevo reino a ese sistema de clasificación, que diera cabida a todos esos seres recién descubiertos: el Reino Protista o Protoctista. De nuevo, el perfeccionamiento de las técnicas microscopicas y el estudio más detallado de las células hace replantearse el sistema de clasificación y surge el reino Moneras. A finales de los años 60 ya están configurados los cinco reinos tal y como los conocemos, ese quinto reino es el de los Hongos que fueron definitivamente extraídos del reino de las plantas. [ 153 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Las cianobacterias, inventoras de la fotosíntesis Las cianobacterias son unas bacterias autótrofas fotosintetizadoras que llevan miles de millones de años sobre la superficie terrestre. Viven principalmente en mares, lagos, suelos húmedos y corteza de los árboles. Toleran condiciones extremas de salinidad, temperatura y acidez (pH). Probablemente fueron las responsables de la transformación de la atmósfera primitiva de la Tierra, irrespirable por carecer de oxígeno. Gracias a su lenta pero incansable acción, el oxígeno empezó a liberarse al agua y después al aire y permitió la aparición de multitud de formas de vida que necesitan ese gas para respirar. Hay cianobacterias de color negro, azul, verde, además de rojo. El mar Rojo debe su nombre a la presencia de cianobacterias rojas que proliferan mucho en ciertas épocas. Tienen gran importancia ecológica, muchas especies incorporan nitrógeno atmosférico a componentes orgánicos utilizables por las plantas. Gracias a las cianobacterias en el sureste asiático se cultiva arroz en los mismos suelos durante muchos años, sin necesidad de utilizar fertilizantes nitrogenados. Anabaena. Cianobacteria [ 154 ] 4.2. El reino Monera El imperio bacteriano Cultivo bacteriano. Foto: Roman L. Hruska, U.S. Meat Animal Research Center. En este reino se encuentran todas las bacterias, seres vivos compuestos por una sola célula de estructura procariota. Son los organismos más sencillos del planeta y también los más antiguos. En la actualidad, los científicos admiten que las primeras células que aparecieron en los mares primitivos eran procariotas y que mucho tiempo después y por complicación de éstas, aparecieron las primeras células eucariotas. Las bacterias que habitan la Tierra en la actualidad son muy diversas, las hay autótrofas y también heterótrofas. Están por todas partes: en nuestro tubo digestivo, en el mar, en el suelo y también en el aire. Algunas viven en ambientes muy hostiles, en los que seguramente ningún otro ser vivo podría sobrevivir, como en fuentes termales asociadas a volcanes con 80º C de temperatura. Las formas de las bacterias también son muy diferentes. Basándonos en ello, las clasificamos en cocos, bacilos, vibrios o espirilos. Formas bacterianas Hay bacterias responsables de enfermedades como la salmonelosis, tuberculosis o el colera; pero también hay otras beneficiosas que viven asociadas a nuestro organismo y constituyen la llamada flora bacteriana. Estas últimas contribuyen a fermentar los residuos de la digestión y fabricar alguna vitamina, como la K con efecto antihemorrágico. Relaciona Relaciona cada tipo de bacteria con su aspecto. Bacterias con forma... ...espiral cocos ...alargada bacilos ...”de coma” espirilos ...esférica vibrios Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 6: Los seres vivos y la diversidad 4.3. El reino Protoctista Las algas: ¿un recurso poco explotado? Un grupo con mucha variedad El reino Protoctista (Protista) queda definido por exclusión, viene a ser como un “gran cajón de sastre” donde tienen cabida todos los organismos, que ni son procariotas, ni plantas, ni hongos, ni animales. Son las formas de vida más simples con células eucariotas. La inmensa mayoría de ellos tienen organización unicelular o si son pluricelulares, carecen de órganos y tejidos. Existe una gran variedad en cuanto a tipos de nutrición entre los integrantes de este reino: • Las Algas son autótrofas como las plantas, pues tienen cloroplastos que les permiten realizar la fotosíntesis. • Los Protozoos son heterótrofos e ingieren alimentos como los animales. En muchos casos tienen movilidad (todas las imágenes y vídeos enlazados que aparecen en el apartado 2.6 de esta misma unidad corresponden a protozoos). Los ambientes donde viven los protistas también son muy diversos, la mayoría son acuáticos y los encontramos en mares, ríos, lagos, charcos o incluso en suelos húmedos. Algas en aguas estancadas. (Banco de imágenes ISFTIC) En algunos países, como Japón, las algas se utilizan como alimento desde tiempos remotos; al ser un país con poca tierra cultivable y mucha costa, no es de extrañar que en seguida se incorporasen a la dieta. Son ricas en minerales, algunas vitaminas y fibra. También se han empleado para obtener espesantes como el agar-agar, la alginina o el carragenano, muy útiles en la preparación industrial de repostería, sopas, helados,etc. Pero en la actualidad se vislumbra otro uso de las algas: producción de biocombustibles. Aprovechando su rápido crecimiento cuando hay luz y nutrientes suficientes en el agua, se pueden extraer grandes cantidades de algas y separar los aceites que producen. Tal vez, en un futuro no muy lejano, nuestros coches funcionen gracias a las algas. Paramecio desplazándose con cilios. (Banco de imágenes ISFTIC) Verdadero o falso Distingue cuáles de estas afirmaciones sobre el Reino Protoctistas (Protistas) son verdaderas y cuáles son falsas. Verdadero Falso Todos los protoctistas realizan la fotosíntesis Todos poseeen células con material genético encerrado en un núcleo Algunas bacterias unicelulares pertenecen a este reino Todos son marinos Curso de Acceso a Grado Medio [ 155 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Las levaduras, hongos unicelulares. Sacharomyces cerevisiae es un hongo unicelular, también conocido como levadura. Vive normalmente en el ollejo (piel) de las uvas y tras su maduración es responsable de la formación del vino, al transformar los azúcares del mosto en alcohol y dióxido de carbono gracias un proceso conocido con el nombre de fermentación. De la misma forma interviene en la fabricación de cerveza a partir de la malta producida al tostar y remojar después la cebada o en la elaboración de pan. levadura pan Hongos que curan Además de la conocida penicilina, extraída del hongo Penicillium notatum, y descubierta por Fleming en 1928, existen multitud de sustancias con propiedades terapeúticas producidas por hongos. La ciclosporina que se utiliza para evitar el rechazo en los transplantes de órganos, o la lovastatina utilizada para disminuir los niveles de colesterol en sangre, son sustancias extraídas de los hongos. 4.4. El reino Hongos Ni plantas, ni animales Cualquiera se sorprendería del verdadero tamaño de los hongos, esos seres vivos que llaman nuestra atención en otoño, cuando tanta gente se lanza al bosque a recolectarlos. En realidad las apreciadas setas son solamente las estructuras reproductoras de estos organismos que generan grandes cantidades de esporas. El verdadero cuerpo del hongo o micelio es una inmensa maraña de filamentos celulares denominados hifas. El micelio de un hongo puede abarcar hasta cientos de metros extendido bajo la hojarasca en el suelo de un bosque. Hifas y micelio. (Fuente: Kalipedia) Los hongos son heterótrofos. Pero, a diferencia de los animales, no ingieren el alimento, sino que absorben los nutrientes del medio que los rodea. La digestión se realiza en el exterior gracias a unas enzimas digestivas que ellos mismos liberan. Esto explica la poderosa acción descomponedora que realizan sobre el humus en los suelos, como veremos en la unidad 9. Las células de los hongos tienen pared celular, al igual que las células vegetales, pero con una composición química muy diferente, en este caso no es celulosa, sino quitina (que se encuentra también en el esqueleto de los insectos) Amanita Contesta Imagina que mantienes una conversación con un extraterrestre al que intentas aclarar cómo son las diferentes formas de vida en nuestro planeta. Él no parece tener claras las diferencias entre hongos y animales. Exactamente ¿en qué se parecen y en qué se diferencian? Penicillium notatum [ 156 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 6: Los seres vivos y la diversidad 4.5. El reino Vegetal El más verde de los reinos Si hablamos de la historia de la vida en la Tierra, parece que está claro: las plantas fueron los primeros seres vivos en colonizar los continentes. Hasta hace unos 500 millones de años (calcula: nuestro planeta tiene 4.500 millones de años) todas las formas de vida eran acuáticas. Poder vivir en la tierra requiere tener órganos especializados que absorban agua del sustrato y la conduzcan hasta las partes iluminadas y también tejidos de sostén que mantengan erguida a la planta. La expansión de las plantas por la superficie terrestre permitió la llegada posterior de animales que ya tenían alimento disponible. Podemos distinguir tres grupos o divisiones dentro de las plantas terrestres: • Briofitas: Los organismos más importantes dentro de este grupo son los musgos, plantas de porte pequeño que aparecen en zonas muy húmedas. Su gran dependencia del agua se explica por dos motivos: – No tienen raíces verdaderas y toda la superficie de su cuerpo absorbe agua de lluvia o rocío. Tampoco tienen cubiertas que eviten la deshidratación cuando el ambiente es seco. – Como no tienen flores, los gametos masculino y femenino han de desplazarse por el agua hasta encontrarse y realizar la fecundación para reproducirse sexualmente. • Helechos o Pterdofitas son más grandes y mejor adaptados a la vida en la tierra, tienen hojas grandes, raíces capaces de absorber el agua retenida en el suelo y tallos con vasos conductores. Pero, al igual que los musgos, al carecer de flores necesitan medios húmedos para su reproducción. Fueron los primeros vegetales en conquistar completamente la tierra firme antes de que aparecieran las plantas con flores. Formaron grandes bosques en la era Primaria, cuyos restos dieron origen a importantes yacimientos de carbón. Importancia de las Angiospermas en nuestra vida Prácticamente todas las plantas cultivadas que se emplean en la alimentación humana y animal son Angiospermas, incluidos los cereales como el arroz, el trigo y el maíz. Las Angiospermas arbóreas, como robles, castaños, nogales, tienen gran importancia tanto económica como ambiental. Desde siempre son conocidas las aplicaciones curativas de las plantas con flores. Así las infusiones y la mayoría de medicamentos proceden de éste numeroso grupo vegetal. El caso más conocido es el de la aspirina o ácido acetil salicílico que se obtuvo a partir del Salix o sauce. El tabaco, el café, el chocolate, la goma y la mayoría de aceites y perfumes también tienen su origen en las plantas Angiospermas. • Espermatofitas o plantas con flores: Son las plantas mejor adaptadas al medio terrestre y totalmente independientes del medio acuático, no solo porque son capaces de obtener el agua del suelo gracias a sus raíces y transportarla por el tallo hasta las hojas como ocurre ya con los helechos, sino por la aparición de flores y semillas que facilitan la reproducción sexual sin necesidad de agua. Actualmente ocupan casi todos los ambientes terrestres (a excepción de las cumbres montañosas más altas y las zonas polares). Las más antiguas son las Gimnospermas como el pino, ciprés o abeto y las más evolucionadas las Angiospermas como la amapola, la encina o el trigo. Se diferencian en que las primeras desarrollan unas flores muy sencillas y sus semillas no van protegidas por un fruto que facilite su diseminación. aspirina (En la unidad 7 se abordará con más detalle el mecanismo de reproducción de las Angiospermas) sauce Curso de Acceso a Grado Medio [ 157 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Musgo (Briofita) Helecho (Pteridofita) Digital o dedalera (Espermatofita) Elige la correcta Selecciona aquella opción que sea correcta Las flores de los musgos son pequeñas y sus semillas también. Jóvenes muy viajeros Los mejillones, percebes, lapas, esponjas... son animales sésiles, es decir que viven fijos al sustrato sin desplazarse. Pero eso ocurre al final de su ciclo biológico, cuando son adultos. Las larvas son móviles porque presentan estructuras que les permiten moverse en el agua. Gracias a esta capacidad los nuevos individuos pueden dispersarse y colonizar nuevos territorios. larva de esponja Como se aprecia en la fotografía, este tipo de larvas poseen cilios que permiten la locomoción activa en el agua. [ 158 ] Los helechos necesitan zonas húmedas porque sus células sexuales deben nadar hasta encontrarse. Las Espermatofitas o plantas con flores son áquellas que no necesitan agua para su supervivencia. Los helechos se caracterizan por no poder incorporar el agua del subsuelo. 4.6. El reino Animal Nuestro propio reino ¿Un caracol y una ballena en el mismo reino? Aunque es un grupo con gran variedad de tamaños, aspectos y formas de vida, podemos asegurar que...: • A diferencia de las plantas, los animales son heterótrofos, no pueden elaborar todas sus moléculas orgánicas, y por lo tanto ingieren del medio esa materia procedente de otros seres vivos. Pero a diferencia de los hongos, la digestión se realiza en el interior de su organismo. • Sus células son eucariotas, es decir contienen un verdadero núcleo, pero además, a diferencia de los protoctistas, su organización es pluricelular. • Tienen sistemas de relación con su medio externo (sistemas nerviosos) mucho más complejos que los de plantas u hongos. • Casi todos los animales son móviles, tienen capacidad para desplazarse y cambiar de entorno. Si no lo son en su vida adulta, como ocurre con muchos moluscos como los mejillones, si lo son en su fase juvenil cuando son larvas. En la actualidad hay identificadas más de un millón de especies de animales, y seguramente no se han descubierto ni la mitad de las que hay en el planeta. Aunque tradicionalmente se subdivide al Reino Animal en dos subgrupos: Vertebrados e Invertebrados, lo cierto es que los vertebrados solo suponen un 5% del total de especies. Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 6: Los seres vivos y la diversidad Algo más sobre los artrópodos Oruga (etapa juvenil de una mariposa) Gorila 4.7. El reino Animal: Invertebrados Grupos más importantes de Invertebrados y algunas de sus características PNYLUM Imagen Características y ejemplos PORÍFEROS Su organismo esta recorrido por multitud de poros, a través de los cuales respira y se alimenta. Todos son acuáticos y viven sujetos al fondo. (Ejemplo: esponjas) CNIDARIOS Tienen simetría radial (como una rueda de bici o un paraguas). Todos son acuáticos y la mayoría viven en el mar. Poseen tentáculos y un mecanismo de defensa muy particular: los cnidoblastos, o células que al menor roce liberan una sustancia urticante. (Ejemplos: pólipos, corales y medusas) ANÉLIDOS Son animales con cuerpo blando, de forma cilíndrica constituido por numerosos segmentos. Se encuentran en el suelo (como la lombriz de tierra), en los fondos marinos y también en agua dulce, algunos son parásitos (como la sanguijuela) Existen algunos artrópodos, del grupo de los insectos, que pueden transmitir enfermedades infecciosas como el paludismo o el dengue. Pero también hay insectos beneficiosos como los depredadores de las plagas (mantis, mariquitas,...), los insectos polinizadores de las plantas como las abejas o las mariposas. Las abejas además son productoras de miel. Otros beneficios para la especie humana van por la vía de productos químicos extraídos de los insectos como la seda, explotada en China desde hace miles de años, o los venenos de abejas, arañas y escorpiones de los que se extraen numerosos principios curativos. gusano de seda Para saber más sobre los ARTRÓPODOS DEL PLANETA TIERRA Para saber más sobre CRUSTÁCEOS (Una de las clases que forma el Phylum Artrópodos) Curso de Acceso a Grado Medio [ 159 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA PNYLUM [ 160 ] Imagen Características y ejemplos MOLUSCOS Después de los insectos, son el grupo más numeroso. Tienen el cuerpo blando formado por cabeza, masa visceral y pie ventral, y en muchos casos cubierto por un esqueleto externo o concha. Casi todas las especies son acuáticas, aunque también las hay terrestres de ambientes muy húmedos. (Ejemplos: almeja, caracol, pulpo o babosa) ARTRÓPODOS Todos los artrópodos se caracterizan por poseer un cuerpo segmentado con un esqueleto quitinoso externo con piezas articuladas. Este esqueleto, a la vez que permite el movimiento, evita las deshidratación, porque algunos artrópodos viven en ambientes extremadamente secos. (Ejemplos: Insectos como la hormiga, crustáceos como el cangrejo y arácnidos como la araña) EQUINODERMOS También tienen simetría radial (como los Cnidarios) y presentan un esqueleto interno subcutáneo (debajo de la piel) formado por un gran número de pequeñas placas calcáreas. Suelen vivir en los fondos marinos. (Ejemplos: estrella de mar, erizo de mar y holoturia) Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 6: Los seres vivos y la diversidad 4.8. El Reino Animal: Vertebrados En este grupo se encuentran los animales más conocidos. Los Vertebrados se distinguen del resto de grupos por tener esqueleto interno (óseo o cartilaginoso) articulado, con cráneo y columna vertebral que protegen a un sistema nervioso ya muy desarrollado. Distinguimos entre Peces, Anfibios, Reptiles, Aves y Mamíferos. A continuación se citan las características más importantes de cada clase. *(En realidad los Vertebrados pertenecen junto con otros animales menos conocidos al Phylum Cordados, constituido por organismos que tienen en algún momento de su vida un cordón dorsal o notocorda a modo de esqueleto interno. En los Vertebrados la notocorda se transforma en columna vertebral) Clase Imagen PECES ANFIBIOS REPTILES Curso de Acceso a Grado Medio Características y ejemplos Son animales acuáticos y su cuerpo presenta características que permiten la vida en ese medio: tienen aspecto fusiforme, están recubiertos de escamas y para su desplazamiento usan las aletas ya que no tienen extremidades. Respiran mediante branquias. Algunos peces como los tiburones o las rayas tienen el esqueleto elástico formado por cartílago, el resto tiene un esqueleto óseo, formado de hueso como el atún y la carpa. Viven tanto en tierra como en agua dulce. Respiran mediante pulmones cuando son adultos y presentan cuatro extremidades para desplazarse por el medio terrestre. Su piel siempre está humeda gracias a una mucosidad que segregan unas glándulas. Las formas juveniles viven únicamente en el agua y desarrollan branquias para respirar. Ejemplos: ranas, sapos y salamandras. Su vida ya es totalmente independiente del medio acuático, respiran mediante pulmones más desarrollados que los de los anfibios y su cuerpo está cubierto de escamas para evitar la desecación. Aunque la inmensa mayoría tienen cuatro extremidades como lagartos, tortugas y cocodrilos, los hay sin extremidades como las serpientes. Esqueleto de un mamífero. (Fuente Kalipedia) Los primeros vertebrados terrestres. Los fósiles son muy útiles para explicarnos cómo fue la vida en el pasado y cómo gradualmente se fueron produciendo cambios en aquellas formas primitivas de vida para dar lugar a las especies que conocemos actualmente. Cuando visualices este vídeo te darás cuenta de que todos los tetrápodos o animales vertebrados con cuatro patas tenemos un origen común en algún pez que desarrolló extremidades... Los primeros vertebrados terrestres. National Geographic (Fragmento) [ 161 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Clase Imagen Características y ejemplos AVES Tienen el cuerpo recubierto de plumas, han transformado sus extremidades delanteras en alas y sus huesos presentan cámaras de aire en su interior que aportan ligereza y permiten el vuelo. Carecen de dientes y su boca aparece transformada en pico. Ejemplos: avestruz, gorrión, gaviota y halcón. MAMÍFEROS Todos los mamíferos tienen en común dos rasgos: tener el cuerpo recubierto de pelo y alimentar a las crías con leche, secreción nutritiva producida por unas glándulas que solamente las hembras desarrollan. Su sistema nervioso es mucho más complejo que el de los demás vertebrados. Existe un grupo muy pequeño de mamíferos como el ornitorrinco que todavía pone huevos, en el resto, el embrión se desarrolla en el interior de la madre, por eso se dice que son vivíparos como las cabras, jirafas, leones y nosotros. Relaciona Relaciona cada animal con el grupo al que pertenece... [ 162 ] Cnidario Ballena Molusco Caracol Equinodermo Grillo Anélido Atún Mamífero Lombriz Artrópodo Medusa Pez Estrella de mar Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 6: Los seres vivos y la diversidad EJERCICIOS 1. MATERIA INERTE Y SERES VIVOS. ¿Sabrías indicar cuáles de las siguientes ilustraciones corresponden a seres vivos? a d b c e f 2. LA CÉLULA: UNIDAD BÁSICA DE LA VIDA. a) De los siguientes términos indica cuales tienen o son células: Lechuga, carbón, neurona, granito, bacteria, sangre. b) Observa las imágenes e indica cuál de ellas no cumple los postulados de la Teoría Celular: a Curso de Acceso a Grado Medio b c [ 163 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA c) Completa las frases con los términos indicados: Célula, especialización, pluricelulares, unicelulares. La unidad elemental de los seres vivos es la _______________________ Ésta puede por sí sola constituir seres _________________________ o bien formar agrupaciones formando seres _________________________ Las células de estos últimos presentan una ________________________ en sus funciones. d) Observa las imágenes y describe las diferencias que encuentres en cuanto a: 1) La forma 2) Los orgánulos ¿Corresponden a células procariotas o eucariotas? e) Compara los dibujos de las dos células eucariotas e indica: 1) ¿Cuál de ellas corresponde a la célula animal? ¿Y a la vegetal? 2) ¿Qué orgánulos y estructuras tienen en común? 3) ¿Qué orgánulos y estructuras las diferencian? [ 164 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 6: Los seres vivos y la diversidad 3. FUNCIONES CELULARES. a) Indica qué frases de las siguientes son correctas: 1) 2) 3) 4) La fotosíntesis es un proceso de la nutrición autótrofa. La célula animal es siempre autótrofa. la célula vegetal de una hoja verde es heterótrofa. Las células humanas son heterótrofas. b) De los procesos indicados a continuación señala cuales corresponden a la nutrición, a la relación o a la reproducción celular: 1) 2) 3) 4) La célula se contrae. Realiza la fotosíntesis. Experimenta mitosis. La célula capta oxígeno. 4. CLASIFICACION DE LOS SERES VIVOS. LOS CINCO REINOS. Indica a qué reino pertenecen los seres vivos representados. En caso de animales o plantas, indica también la División, Phylum o Clase 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Curso de Acceso a Grado Medio [ 165 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA [ 166 ] 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Curso de Acceso a Grado Medio SERES VIVOS. FUNCIONES VITALES 7 INTRODUCCIÓN En la unidad anterior vimos que todos los seres vivos se caracterizan por realizar las tres funciones vitales. También describimos cómo las realizan las células, es decir cómo se nutre, se reproduce y se relaciona con su entorno cualquier célula. Ahora damos el salto a los organismos más complejos para ver cómo se organizan sus órganos y aparatos para conseguir abastecer de materia y energía a sus células, cómo se las arreglan para dejar descendencia y como detectan los cambios en el medio y son capaces de reaccionar ante ellos. Estudiar aparatos digestivos, respiratorios, excretores, nerviosos,...de todos los grupos de animales nos llevaría mucho tiempo, así que nos fijaremos en los órganos y aparatos humanos y en su funcionamiento. Al finalizar el estudio de ésta unidad deberás ser capaz de: • Conocer cuál es la finalidad de las funciones de nutrición, de relación y de reproducción de los seres vivos. • Diferenciar el tipo de nutrición autótrofa, propia de las plantas, de la nutrición heterótrofa, propia de los animales. • Valorar la importancia del proceso de fotosíntesis en la nutrición autótrofa. • Conocer los aparatos que están implicados en la función de nutrición de los animales. • Identificar las partes del aparato digestivo y los procesos que tienen lugar en él, tomando como modelo el caso humano. • Conocer las partes del aparato respiratorio humano y el proceso de la respiración. • Describir cuales son los componentes del aparato circulatorio humano y valorar la importancia del mismo. • Identificar las partes del corazón humano así como las arterias que salen de él y las venas que retornan al mismo. • Comprender la importancia que tiene la sangre en nuestro organismo y su relación con otros aparatos. • Apreciar la importante misión que lleva a cabo el aparato excretor en nuestro cuerpo e identificar los componentes del mismo. • Relacionar los cuatro aparatos que intervienen en la nutrición animal con las células y los procesos que tienen lugar en éstas. • Identificar los elementos fundamentales que intervienen en la función de relación. • Apreciar la importancia de los receptores en la relación de un ser vivo con su entorno. • Distinguir entre el papel que desempeñan receptores y efectores en la función de relación. • Conocer el sistema nervioso y el sistema endocrino como coordinadores de las funciones de relación. Curso de Acceso a Grado Medio [ 167 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Cómo se nutren las esponjas Las esponjas, son organismos filtradores que no poseen órganos especializados para la captación de alimentos. Viven en medio acuático y captan sus alimentos gracias al agua. El agua entra por los numerosos poros que poseen, y sale por un orificio mayor llamado ósculo, las partículas alimenticias que lleva el agua son captadas por unas células flageladas que tapizan su interior. Estas células se llaman coanocitos, digieren las partículas captadas y eliminan sus desechos al agua. Una esponja de 10 cm. filtra unos 20 litros de agua por día. • Distinguir entre las modalidades de reproducción sexual y asexual en los seres vivos y la importancia biológica de cada una. • Identificar las estructuras y procesos que tienen lugar en la reproducción sexual de las plantas con flores. • Conocer el aparato reproductor humano así como el proceso de reproducción. • Relacionar las fases de la reproducción con los órganos implicados en las mismas. • Relacionar los contenidos estudiados en ésta unidad, con las situaciones de la vida cotidiana. 1. FUNCIONES DE NUTRICIÓN Para que podamos realizar cualquier actividad vital, nos es imprescindible el aporte de energía. Mediante la nutrición los seres vivos obtenemos la materia y la energía que necesitamos para mantenernos vivos. En el tema anterior hemos visto cómo se nutren las células, ahora vamos a ver cómo se nutren los organismos. Pues bien, los organismos al igual que las células también pueden llevar a cabo los dos tipos de nutrición ya estudiados, es decir la nutrición autótrofa y la nutrición heterótrofa. Los organismos que tienen nutrición autótrofa son fundamentalmente las plantas. La nutrición heterótrofa es propia de los animales. Coanocitos en Esponjas Nutrición autótrofa. Fuente: Kalipedia [ 168 ] Nutrición heterótrofa. Fuente: Kalipedia Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 7: Seres vivos. Funciones vitales Elige las correctas ¿Carnívoro o herbívoro? De todos los seres vivos que se citan a continuación: ¿cuáles son heterótrofos? medusa helecho esponja Este cráneo pertenece claramente a un animal herbívoro, presenta incisivos o dientes delanteros muy desarrollados y con borde en bisel para sujetar y cortar la hierba. Sus muelas tienen crestas cortantes para triturar el alimento. Carece de colmillos o caninos ¿observas el hueco? caballo amanita leopardo cianobacteria cerezo coral alga 1.1. Nutrición en animales Los animales, grupo al que pertenecemos los humanos, necesitan energía para sus actividades vitales como el movimiento, crecimiento, etc. Esta energía la obtienen mediante la captación y posterior transformación de los alimentos. Su nutrición es pues heterótrofa. En éste tipo de nutrición tienen lugar una serie de etapas y sistemas que las llevan a cabo, reflejadas en el cuadro siguiente: Etapas de la nutrición Captación y transformación de alimentos para convertirlos en moléculas sencillas que puedan penetrar en las células. Sistema responsable Sistema Digestivo Captación del oxígeno necesario para la respiración celular y eliminación del dióxido de carbono obtenido en ese proceso. Sistema Respiratorio Transporte de moléculas sencillas procedentes del Digestivo y de oxígeno procedente del Respiratorio hacia las células. Transporte de dióxido de carbono y productos de desecho originados en las células hacia el Respiratorio y Excretor respectivamente. Sistema Circulatorio Filtrado y eliminación de los productos de desecho que sean tóxicos, procedentes de las células y presentes en los líquidos circulantes (sangre). Curso de Acceso a Grado Medio Sin embargo este otro animal prefería la carne y con toda seguridad presas vivas. Se trata de un carnívoro, un depredador. Sus incisivos son pequeños, sus colmillos afilados le permitirían atrapar y matar a su víctima. Y sus muelas carníceras, con bordes cónicos, servirían para despedazar la carne cruda. Sistema Excretor En este cráneo obsevamos una mezcla de rasgos: tiene colmillos como los carnívoros, pero sus muelas son parecidas a las de los herbívoros. Podemos deducir que pertenecía a un omnívoro, es decir un animal que incluye en su dieta tanto alimentos de origen animal, como vegetal. [ 169 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA A continuación vamos a conocer como funcionan cada uno de los sistemas implicados en la nutrición pero referidos a los humanos. Contesta Nuestra dentadura: ¿A cuál de los tres casos se parece más? ¿a herbívoros? ¿a carnívoros? o ¿a omnívoros? Razona tu respuesta. 1.2. Aparato digestivo y digestión en humanos En el siguiente cuadro se recogen las diferentes partes del sistema digestivo y el papel que desempeña cada una de ellas en el proceso digestivo. [ 170 ] Partes del sistemaorientativo Proceso BOCA El alimento se mastica y mezcla con la saliva. Ésta contiene una enzima que descompone parcialmente el almidón. Como resultado de ambos procesos, de mezcla y digestión parcial del alimento con la saliva, se forma el bolo alimenticio. FARINGE Y ESÓFAGO El bolo alimenticio va avanzando hacia el estómago mediante movimientos musculares de la pared del esófago llamados movimientos peristálticos. ESTÓMAGO Sus paredes poseen glándulas que segregan jugo gástrico que contiene enzimas para la digestión de las proteínas, y acido clorhídrico con efecto bactericida. La acción del jugo gástrico sobre el bolo alimenticio lo convierte en un líquido blanquecino denominado Quimo. Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 7: Seres vivos. Funciones vitales Partes del sistemaorientativo Proceso ¿Sabías que...? INTESTINO DELGADO El quimo procedente del estómago se mezcla con la bilis (procedente del hígado) y con el jugo pancreático (procedente del páncreas) en la primera parte del intestino delgado denominado duodeno. La pared del intestino delgado también segrega jugo intestinal con enzimas para la digestión de glúcidos, grasas y proteínas. La acción conjunta de todas las enzimas producidas en éste tramo completa la digestión química de todos los alimentos y se forma un liquido llamado Quilo que contiene los nutrientes preparados para poder entrar en las células. • En la entrada de de la laringe se encuentra la epiglotis, una estructura que se cierra cuando el alimento se halla en la faringe para evitar que se introduzca en el conducto respiratorio y obstaculice el paso de aire con el consiguiente riesgo de asfixia. INTESTINO DELGADO (Íleon) Los nutrientes contenidos en el Quilo y resultantes de la digestión de alimentos atraviesan las paredes del intestino pasando a la sangre y a la linfa, proceso conocido como absorción intestinal. Para ello las paredes de intestino poseen unos pliegues llamados vellosidades intestinales. INTESTINO GRUESO Aquí llegan los residuos de la digestión y son sometidos a la acción de las bacterias intestinales para lograr un máximo aprovechamiento de los mismos y producir algunas vitaminas como la vitamina K. También se absorbe agua hacia la sangre. Como resultado de todo esto se forman las heces fecales que avanzan hacia el ano para ser expulsadas mediante el proceso de defecación. Relaciona Indica en qué tramo del aparato digestivo se realizan las siguientes funciones: Estómago Absorción de nutrientes Intestino delgado Comienzo de la digestión de proteínas Intestino grueso Digestión de glúcidos, lípidos y proteínas Intestino delgado Trituración e insalivación Hígado Elaboración de bilis Boca Secreción de jugo intestinal Intestino delgado Defecación Curso de Acceso a Grado Medio • El vómito es la expulsión de quimo desde el estómago hacia el exterior a través del esófago y la faringe. Puede estar provocado, entre otras causas, por la ingestión de sustancias tóxicas o de alimentos en mal estado o por procesos infecciosos. • La bilis además de sales biliares, agua y colesterol contiene una sustancia llamada bilirrubina que resulta de la destrucción de hemoglobina de los glóbulos rojos viejos. Esta sustancia es la responsable del color verdoso de la bilis. • La diarrea se produce cuando los residuos digestivos recorren el intestino grueso muy deprisa al contraerse éste muy rápido. Las heces fecales son muy líquidas ya que no tiene lugar la absorción de agua y las eposiciones son frecuentes pudiendo existir riesgo de deshidratación. [ 171 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Las cuerdas vocales En el interior de la laringe, hay dos repliegues en forma de anillo, las cuerdas vocales, que emiten sonidos al vibrar por el paso del aire. Los sonidos producidos se modifican dependiendo de la posición de la lengua, labios y dientes y del paso del aire por la boca y fosas nasales dando lugar a las diversas intensidades y tonos de voz. 1.3. Sistema respiratorio en humanos El sistema respiratorio se encarga del intercambio de gases: por una parte capta oxígeno del aire y lo cede a la sangre, que lo transporta a todas las células del organismo para que éstas realicen la respiración celular. Por otra recoge el dióxido de carbono producido por éstas para expulsarlo al exterior. Éste sistema está constituido por: • Las vías respiratorias que recogen el aire con oxígeno, son las fosas nasales, faringe, laringe, tráquea, bronquios y bronquiolos. • Los pulmones, donde se realiza el intercambio de gases entre la sangre y el aire. El aire entra por las fosas nasales donde se filtra y humedece, pasa por la faringe (órgano común con el digestivo), laringe, tráquea, bronquios y bronquiolos. Las ramificaciones de los bronquiolos terminan en unos diminutos sacos llamados alvéolos pulmonares. El conjunto formado por bronquios, bronquiolos, alvéolos y una extensa red de capilares sanguíneos constituyen los pulmones. Laringe Banco de imágenes IFSTIC El hipo Está causado por contracciones bruscas del diafragma, que introducen aire en los pulmones violentamente haciendo vibrar las cuerdas vocales y produciendo un sonido característico. El pulmón izquierdo tiene tres partes o lóbulos y el derecho dos. Junto a éste último, ocupando una pequeña concavidad, está el corazón. Los pulmones están recubiertos por dos membranas llamadas pleuras y alojados en la caja torácica es decir el hueco delimitado por el esternón y las costillas en la parte frontal, y un músculo el diafragma, que separa el tórax del abdomen. ¿Cómo funciona el sistema respiratorio? Después de recorrer las vías respiratorias el aire llega finalmente a los alvéolos pulmonares, recubiertos por una red de capilares sanguíneos que facilita el intercambio de gases entre el aire y la sangre. El paso de un gas de un lugar a otro se produce por difusión desde la zona de mayor concentración a la de menor. El oxígeno pasa de alvéolos a sangre para ser distribuido, y el dióxido de carbono pasa de la sangre a los alvéolos para ser expulsado en la espiración. Para que el intercambio de gases en los alvéolos sea eficaz, el aire debe renovarse constantemente, proceso conocido como ventilación pulmonar, al que comúnmente nos referimos con el término “respiración”, si bien la verdadera respiración es el proceso metabólico que se realiza en todas las células del organismo. [ 172 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 7: Seres vivos. Funciones vitales La ventilación pulmonar se realiza en dos etapas la entrada de aire o inspiración y la salida de aire o espiración. En la inspiración aumenta el volumen de la caja torácica, se contraen el diafragma y los músculos intercostales y el aire entra. Banco de imágenes IFSTIC En la espiración disminuye el volumen de la caja torácica, vuelven a su posición los músculos, y el aire sale de forma pasiva. Completa el texto El proceso de entrada de aire a los pulmones se llama ______________________ La salida de aire de los pulmones hacia el exterior se llama ____________________ El intercambio de gases entre los pulmones y la sangre tiene lugar en ____________________________ . Como los pulmones carecen de músculos propios, en la ventilación pulmonar intervienen los músculos denominados ______________________ 1.4. Sistema circulatorio en humanos Nuestro sistema circulatorio recoge en el intestino los nutrientes obtenidos en la digestión, y en los alvéolos pulmonares el oxígeno, y los distribuye a todos los tejidos y células del cuerpo. También se encarga de recoger los productos de excreción producidos en las células y de conducirlos a unos órganos que los expulsan al exterior. Consta de tres componentes: • La sangre. • Los vasos sanguíneos: arterias, venas y capilares. • El corazón u órgano impulsor. Curso de Acceso a Grado Medio [ 173 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Los grupos sanguíneos La sangre no es idéntica en todas las personas, ya que la membrana de los glóbulos rojos presenta proteínas de diversos tipos que determinan, en función de cuales sean ésas proteínas, los denominados grupos sanguíneos. Existen cuatro tipos de grupos sanguíneos A, B, AB y O. Para evitar rechazo, por el hecho de tener proteínas distintas, es necesario conocer el grupo sanguíneo de donante y receptor antes de llevarse a cabo una transfusión sanguínea. La sangre: Está formada por células bañadas en un líquido llamado plasma sanguíneo, formado por agua, sales, glucosa, urea, proteínas y hormonas. Las características y función de cada célula son las que figuran en el siguiente cuadro: Células Función Se forman en Glóbulos rojos, eritrocitos, ó hematíes. No poseen núcleo. Transporte de oxígeno La médula de los huesos. Glóbulos blancos o leucocitos. Poseen núcleo. Hay varios tipos de glóbulos blancos. Defender al organismo frente a infecciones. La médula de los huesos. Plaquetas Son fragmentos celulares. Coagulación de la sangre La médula de los huesos. Los conductos por los que viaja la sangre: vasos sanguíneos La circulación de la sangre en el ser humano es cerrada ya que siempre circula por el interior de vasos sanguíneos...stos son arterias, venas y capilares. Arterias Venas Capilares Parten del corazón y llevan la sangre a los distintos órganos. Para ello se ramifican en otros vasos más pequeños llamados arteriolas. Sus paredes son gruesas y elásticas. Retornan la sangre al corazón. Poseen válvulas a lo largo de su recorrido que facilitan su misión. Vasos microscópicos que proceden de la ramificación de las arteriolas y llegan a las células. Son de paredes muy finas. Los capilares que parten de las células se reúnen para dar vénulas y éstas para dar venas. Se puede decir que los capilares “conectan” arterias con venas cerrando el circuito. [ 174 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 7: Seres vivos. Funciones vitales El motor de la circulación: el corazón Para que la sangre se mueva por el aparato circulatorio, es necesario que la impulse un órgano...ste órgano es el corazón y de él depende que las células reciban nutrientes y oxígeno constantemente, por lo que su mal funcionamiento puede tener consecuencias fatales. El corazón es un órgano hueco, cuyas paredes están formadas por un tejido muscular llamado miocardio. Posee cuatro cavidades, las dos superiores son las aurículas y las dos inferiores los ventrículos. Cada aurícula se comunica con su ventrículo correspondiente mediante una válvulas tal y como puedes observar en el dibujo. Con sus movimientos de contracción (Sístole) y de relajación (Diástole) la parte izquierda del corazón lanza la sangre por la arteria aorta hacia todo el cuerpo y retorna a la aurícula derecha por las venas cavas superior e inferior (Circuito mayor). Proyecto BIOSFERA. CNICE Sistema linfático La linfa es otro líquido que circula por unos conductos llamados vasos linfáticos. Está formada por plasma recogido de entre las células que forman los tejidos y por glóbulos blancos. Los vasos linfáticos desembocan en las venas, por lo que puede decirse que la linfa se origina a partir de la sangre y recupera aquellas sustancias que ésta va perdiendo para al final retornarlas nuevamente a ésta. De la aurícula derecha pasa al ventrículo derecho que a su vez la impulsa por la arteria pulmonar hacia los pulmones y retorna a la aurícula izquierda, (Circuito menor ó pulmonar). De la aurícula izquierda pasa al ventrículo izquierdo y vuelve a comenzar otra vez el ciclo. CIRCUITO MAYOR Corazón → Arteria Aorta → Cuerpo → Venas Cava → Corazón. CIRCUITO MENOR Corazón → Arteria Pulmonar → Pulmones → Venas Pulmonares → Corazón. Vasos linfáticos (en verde) Ordena Ordena los siguientes órganos según la posición en que se encuentran en el recorrido de la sangre partiendo del ventrículo derecho. 1 venas cava 2 capllares de la piel 3 ventrículo izquierdo 4 aurícula derecha 5 aurícula izquierda 6 arteria aorta 7 venas pulmonares 8 arteriolas de la piel 9 arteria pulmonar Curso de Acceso a Grado Medio [ 175 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Cuando fallan los riñones: la diálisis La diálisis es un procedimiento por el que se retiran las sustancias tóxicas de la sangre cuando los riñones no funcionan. Para ello se hace pasar la sangre del paciente por un aparato que contiene una serie de filtros que eliminan las sustancias tóxicas. 1.5. Sistema excretor en humanos La excreción es un proceso mediante el cual se retiran del organismo los productos de desecho de la actividad celular (metabolismo). Estos productos de desecho están muy diluidos en la sangre y al ser eliminados por los riñones, lo hacen acompañados de gran cantidad de agua. Las glándulas sudoríparas también eliminan productos de desecho en forma de sudor. Los pulmones, ya hemos visto, que eliminan el CO2 procedente de las células mediante la espiración. Pero son los riñones los órganos más importantes y por eso cuando se habla de excreción se refiere a ellos fundamentalmente. El sistema excretor humano consta de las siguientes partes: • • • • Riñones. Uréteres. Vejiga. Uretra. Los riñones están situados en la parte posterior del abdomen, a ambos lados de la columna vertebral. Cada una se compone de una parte externa llamada corteza renal, una parte interna llamada médula renal y una cavidad llamada pelvis renal, como puede verse en el esquema. Paciente con diálisis Asociaciones para la Lucha Contra las Enfermedades Renales ALCER Proyecto Biosfera. CNICE La pelvis renal recoge la orina producida en los riñones al filtrar la sangre que llega a ellos. Ésta filtración se lleva a cabo mediante unas pequeñas estructuras que posee el riñón distribuidas tanto en la corteza como en la médula: las nefronas. La orina formada al filtrarse la sangre en las nefronas, pasa a la pelvis renal, de aquí a los uréteres y de éstos a la vejiga que la almacena y mediante un estímulo nervioso que provoca su contracción se expulsa al exterior por la uretra. La uretra es más larga en el hombre que en la mujer ya que recorre el interior del pene y sirve también para llevar el líquido seminal. [ 176 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 7: Seres vivos. Funciones vitales ¿Qué sustancias contiene la orina? La orina como se forma a partir de la sangre tiene muchas sustancias (g/l) presentes en el plasma de ésta como puede verse en el siguiente cuadro. Por tanto las sustancias que forman la orina son: agua, sales, urea y algún otro desecho como ácido úrico. Urea y ácido úrico proceden de la desintegración de las proteínas que tomamos en nuestra dieta. Cualquier anomalía en un análisis de orina puede revelar ciertas anomalías en la sangre de una persona ya que procede de ésta. Por ejemplo la presencia de glucosa en la orina puede ser síntoma de diabetes. La excreción pues contribuye a la eliminación de sustancias de desecho y al mantenimiento del equilibrio químico en la sangre, por eso se observa en la tabla que algunas sustancias están en mayor cantidad en la orina que en el plasma la razón es que el plasma debe mantenerse estable y para eso la orina debe eliminar las sustancias sobrantes del mismo que pudieran alterarlo. Verdadero o falso Indica si las siguientes frases acerca del aparato excretor son verdaderas o falsas. Verdadero Falso Gran parte del agua y sales minerales del plasma sanguíneo es filtrada en los riñones, pero solamente una pequeña cantidad aparece en la orina. Los uréteres reabsorben hacia la sangre muchas de las moléculas que han sido filtradas previamente. La orina de una persona normal contienen urea y glucosa. Se considera excreción la eliminación de los productos de desecho de las reacciones químicas celulares (metabolismo celular). Curso de Acceso a Grado Medio [ 177 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Los trasplantes El trasplante es un tipo de intervención médica muy compleja. Gracias a ella los órganos o tejidos enfermos del paciente son reemplazados por órganos o tejidos sanos de otra persona. La donación puede hacerse desde una persona viva como en los trasplantes de piel y algunos de riñón o a partir de una persona fallecida en estado de muerte encefálica. En otros casos se recurre a la donación desde animales, por ejemplo algunas válvulas cardiacas proceden del corazón de cerdos. En muchos casos esta acción sirve para salvar la vida al paciente, en otros para mejorar su calidad de vida. Es una práctica a la que se recurre cuando no existe otra terapia más fácil de aplicar. No podemos olvidar que los trasplantes conllevan una serie de inconvenientes: Generalmente el número de órganos disponible es limitado, por eso las listas de espera en los hospitales son abultadas. El organismo del receptor reconoce como extraño el órgano implantado y siempre existe el riesgo de rechazo. Por eso las personas trasplantadas deben seguir de por vida un tratamiento farmacológico que suprima esa respuesta El proceso quirúrgico es complicado, son operaciones largas que precisan de la intervención de diferentes especialistas. 1.6. Visión de conjunto de la nutrición humana En éstas imágenes puedes ver, la relación entre los cuatro aparatos implicados en la nutrición: digestivo, respiratorio, circulatorio y excretor. El aparato circulatorio es el que está en contacto con todos los demás y llega a todas las células del organismo para asegurar tanto la distribución de nutrientes y oxígeno, como la recogida de productos de desecho para su posterior eliminación. Proyecto BIOSFERA. IFSTIC Relaciona Forma las mejores parejas: pene¡ movimientos peristálticos coagulación sanguínea nefrona pulmón¡ aorta corazón bilis digestión vellosidades hígado pleuras orina plaquetas intestino delgado miocardio arteria¡ saliva¡ tubo digestivo uretra La Organización Nacional de Trasplantes. [ 178 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 7: Seres vivos. Funciones vitales 1.7. Nutrición en las plantas Las plantas carnívoras Las plantas son seres vivos capaces de elaborar su propia materia orgánica gracias a un proceso muy especial: la fotosíntesis. La nutrición de las plantas denominada autótrofa comprende las siguientes etapas: 1. 2. 3. 4. Incorporación de nutrientes. Fotosíntesis. Utilización de la materia orgánica obtenida en la fotosíntesis. Eliminación de sustancias de desecho. Veamos que es lo que ocurre en cada una de las etapas: 1. Incorporación de nutrientes: las plantas toman del suelo, a través de las raíces agua y sales minerales que constituyen un líquido llamado savia bruta que asciende por el tallo hasta las hojas. La fuerza que hace ascender la savia bruta en contra de la gravedad se debe a la eliminación de agua por las hojas en la transpiración.Para ello las hojas disponen de unas estructuras denominadas estomas por los que también captan el dióxido de carbono necesario para la siguiente etapa. 2. Fotosíntesis: es una reacción química que tiene lugar en las hojas fundamentalmente. En éste proceso a partir de materia inorgánica como el agua, las sales minerales y el dióxido de carbono se obtiene materia orgánica como la glucosa. La energía necesaria para ésta transformación química la aporta el sol gracias a que las plantas poseen un pigmento capaz de captarla: la clorofila, que como recordarás del tema anterior, se localiza dentro de los cloroplastos, orgánulos característicos de las células vegetales. A lo largo del lento y complejo proceso evolutivo han surgido una gran variedad de plantas, cada una de las cuales se amoldó perfectamente a las características de su hábitat. De ésta forma, las de zonas desérticas transformaron sus hojas en afiladas espinas para evitar la pérdida de agua, otras como las orquídeas adoptaron formas y colores llamativos en sus flores para atraer insectos polinizadores y asegurar la reproducción. Pero algunas toparon en el reparto de zonas, con las más pobres en nutrientes, como zonas pantanosas o turberas. Por ello tuvieron que adoptar sistemas de captura y digestión de insectos para compensar la escasez de nitrógeno en los medios donde se desarrollan. Tal es el caso de la más conocida, la Drosera rotundifolia o atrapamoscas. Sus hojas poseen un sofisticado laboratorio químico capaz de reconocer, atrapar y digerir las proteínas del insecto y obtener el nitrógeno y fósforo asimilables por la planta. Después la lluvia o el viento se llevan los residuos del insecto. Drosera, En nuestro Pirineo existe una pequeñísima planta carnívora la Pingüicola grandiflora. Una vez realizada la fotosíntesis en los cloroplastos de las hojas se obtiene materia orgánica (savia elaborada) como la glucosa y se desprende oxígeno a la atmósfera a través de los estomas. La savia elaborada rica en azúcares como la glucosa viajará en sentido descendente hacia las diversas partes de la planta para ser utilizada. Pingüicola Curso de Acceso a Grado Medio [ 179 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA 3. Utilización de la materia orgánica: Las plantas utilizan la savia elaborada, rica en materia orgánica, para obtener a través de ella la energía que necesitan para crecer, formar hojas, flores, frutos, etc. La savia elaborada va fluyendo por la planta y entrando en las células para que en las mitocondrias tenga lugar un proceso denominado respiración celular, que también estudiaste en el tema anterior. La respiración celular es un proceso que consiste en una lenta combustión de materia orgánica (glucosa). Mediante éste proceso la planta obtiene energía y al mismo tiempo desprende dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O). La reacción es la siguiente: Esta energía es la que van a utilizar las plantas para crecer, formar flores frutos, etc. 4. Eliminación de sustancias de desecho: En vegetales como su metabolismo es menos intenso que el de los animales se producen pocas sustancias de desecho, que no son tóxicas para las plantas. Además se da la particularidad de que muchas de ellas tienen interés industrial como las resinas, látex (caucho), ó aceites esenciales (menta o lavanda). Relaciona Relaciona... [ 180 ] oxígeno Sustancias que las plantas incorporan del medio clorofila Pigmento de color verde luz Se libera en la fotosíntesis savia elaborada Proporciona energía para realizar la fotosíntesis inorgánicas Líquido formado por agua y azúcares Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 7: Seres vivos. Funciones vitales 2. FUNCIONES DE RELACIÓN EN LOS ANIMALES La función de relación de un ser vivo le permite conocer el medio que le rodea y responder ante posibles cambios, para asegurarse así su supervivencia. Los cambios que puede detectar un animal se llaman estímulos y son captados mediante receptores sensoriales. Ésta información así captada pasa al Sistema Nervioso que no solo detecta el cambio producido sino que prepara una respuesta adecuada que la llevarán a cabo sus músculos o glándulas que reciben el nombre de efectores. Las plantas también son capaces de detectar cambios en el ambiente en que viven y reaccionar frente a los mismos. Las respuestas que emiten son pequeños movimientos de crecimiento de un órgano hacia un estímulo, por ejemplo el movimiento hacia la luz de las hojas de un vegetal. Receptores muy especiales El órgano en foseta es un receptor térmico que presentan las serpientes de cascabel. Son dos cavidades situadas delante de los ojos. Estos órganos permiten detectar, incluso en la oscuridad, la presencia de mamíferos o aves por el calor que desprenden sus cuerpos. La sensación debe ser parecida a la visión con gafas de infrarrojos que vemos en alguna película. En otros casos los movimientos no son direccionales y se repiten periódicamente, por ejemplo el cierre de algunas flores cada 24 horas. Funciones de relación en animales El estudio de las funciones de relación en animales lo vamos a hacer, al igual que en las funciones de nutrición, tomando como referencia al ser humano. Elige la correcta Elige la opción correcta Los receptores son los estímulos. Los efectores son los órganos de los sentidos Los receptores son los órganos de los sentidos Observa el órgano en foseta bajo los ojos La línea lateral es un órgano sensorial que tienen los peces (y algunos anfibios) que sirve para detectar movimiento y vibración en el agua. Gracias a este órgano los peces se orientan con facilidad, evitan colisiones y localizan presas o depredadores. Se encuentra a ambos lados del cuerpo, desde el opérculo hasta la aleta caudal. Se reconoce con facilidad porque está formada por escamas modificadas. Linea lateral en peces Curso de Acceso a Grado Medio [ 181 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA La importancia de tener dos ojos La visión humana es estereoscópica, es decir, es capaz de percibir las imágenes en tres dimensiones, de apreciar el tamaño y el relieve de un objeto así como de calcular la distancia a la que se encuentra. Esto es posible porque las informaciones nerviosas procedentes de los dos ojos se superponen en la misma zona cerebral creando la sensación espacial. 2.1 Estímulos y receptores Los cambios externos y los que proceden del interior del organismo producen estímulos que son captados por los órganos de los sentidos o receptores. Cada uno de ellos está especializado en la captación de determinados estímulos (luminosos, auditivos, etc). Cuando un estímulo llega a un receptor, se genera en él un cambio denominado impulso nervioso, el cual es transmitido al sistema nervioso que lo interpreta. Vamos a estudiar ahora los receptores sensoriales u órganos de los sentidos y a conocer de forma resumida cómo actúan. La vista El ojo está formado por el globo ocular y unos órganos accesorios. La pared del globo ocular está constituida por tres capas, la más interna de las cuales, la retina contiene células fotorreceptoras que captan los cambios de luz. Para que el proceso visual sea correcto la cantidad de luz que entra en el ojo es regulada por la pupila y el enfoque de las imágenes se produce gracias al cristalino. Las células fotorreceptoras están en contacto con el nervio óptico que transmite la sensación al área visual del cerebro donde la visión se hace efectiva. (Nota: aunque ya se abordó el fenómeno de la visión en la unidad 5 junto al comportamiento de la luz, es importante insistir y recordar cuál es la función del ojo como receptor) Vision estereoscópica. Fuente: revista UNAM La audición Otro receptor muy importante es el oído, que se aloja en una cavidad del hueso temporal. Capta dos tipos de estímulos ondas sonoras (audición) así como posición y movimiento del cuerpo (equilibrio). Los primeros se transmiten al cerebro y los segundos al cerebelo. Las ondas sonoras se transmiten a lo largo del oído hasta las células sensitivas en la parte más interna llamada cóclea o caracol de donde parte el nervio auditivo que informa al cerebro. [ 182 ] Proyecto Biosfera. CNICE Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 7: Seres vivos. Funciones vitales Otros receptores La piel tiene numerosas terminaciones sensitivas que constituyen el sentido del tacto, el cual permite percibir distintos tipos de sensaciones: dolor, calor, frío, presión y tacto fino. Otros sentidos menos desarrollados son el del olfato y el del gusto que captan la presencia de sustancias presentes en el aire y en la boca respectivamente. Ordena ¿Podrías decir en qué orden te encontrarías los siguiente elementos si pudieras hacerte tan pequeño como para entrar en el oído y atravesar el tímpano? 1 Tímpano 2 Nervio auditivo 3 Canales semicirculares 4 Trompa de Eustaquio 5 Cadena de huesecillos 6 Pabellón de la oreja Curso de Acceso a Grado Medio Vértigos y mareos El vértigo es una sensación de movimiento del entorno o de uno mismo (como inclinación del suelo o precipitación al vacío), pero en realidad esas modificaciones del entorno no ocurren. Se debe a una alteración del oído interno que es el que detecta la percepción del equilibrio estático e informa al sistema nervioso. El mareo es una alteración en la que englobamos sensaciones de inestabilidad, nauseas y sudoración fría. Puede deberse a una disminución momentánea de la tensión sanguínea, a tensiones nerviosas o a cansancio. [ 183 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Santiago Ramón y Cajal Santiago Ramón y Cajal, médico aragonés, recibió el premio Nobel de medicina por sus investigaciones sobre el sistema nervioso. Demostró que las neuronas son células independientes que se comunican entre sí mediante unas sustancias químicas que pasan de unas a otras y se denominan neuro transmisores. En aquella época predominaba la teoría reticulista que consideraba que el sistema nervioso estaba formado por una red continua en la que unas neuronas conectaban con otras. 2.2. Coordinación nerviosa y hormonal El sistema nervioso La coordinación nerviosa la lleva a cabo el Sistema Nervioso que se encarga de centralizar y procesar la información que llega a nuestro organismo así como de elaborar una respuesta adecuada que será llevada a cabo por los órganos efectores: el aparato locomotor y el sistema endocrino. Las células características del sistema nervioso son las neuronas, especializadas en recibir y transmitir impulsos nerviosos mediante unos intermediarios químicos, que pasan de unas neuronas a otras, llamados neurotransmisores. En 1906 le fue concedido el premio Nóbel a Santiago Ramón y Cajal por su contribución al estudio de las neuronas y del tejido nervioso. El Sistema Nervioso humano está constituido por: • Centros nerviosos (Encéfalo y Médula espinal), forman el Sistema Nervioso Central. • Nervios que parten del encéfalo y médula. Forman el Sistema Nervioso Periférico. El encéfalo consta de tres partes: cerebro, cerebelo y bulbo raquídeo. Está protegido por el cráneo y por unas membranas denominadas meninges. La teoría de Ramón y Cajal sigue siendo válida en nuestros días. La médula espinal es un grueso cordón también protegida por las vértebras y por las meninges. Conecta el encéfalo con todas las partes del cuerpo mediante los nervios. El cerebro es el centro de control de las acciones voluntarias y la médula espinal de los actos reflejos. El sistema endocrino El sistema endocrino está constituido por las glándulas endocrinas que liberan a la sangre hormonas gracias a las cuales se produce la regulación, el control, y la coordinación de los órganos para que funcionen correctamente como una unidad. Al ser las hormonas una especie de “mensajeros químicos” y viajar por la sangre hacia las células su acción es más lenta que la del sistema nervioso. [ 184 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 7: Seres vivos. Funciones vitales A pesar de que cada tipo de hormona llega a todos los tejidos del cuerpo, solamente actúa sobre algunas células específicas denominadas células diana ó células blanco. Aunque el sistema endocrino es controlado por el sistema nervioso, también presenta mecanismos de autorregulación que permiten la secreción y liberación de las cantidades de hormonas necesarias en cada momento. En el siguiente dibujo se muestran las glándulas endocrinas de nuestro organismo: Glándula Hormona Acción Hipófisis Hormonas reguladoras Control y regulación de las demás glándulas. Tiroides Tiroxina Aumenta la intensidad de las reacciones químicas en las células (metabolismo). Páncreas Insulina Regula la cantidad de glucosa en sangre. Cápsulas suprarrenales Adrenalina Prepara al organismo para un esfuerzo. Testículos Testosterona Producen y mantienen los caracteres sexuales masculinos Ovarios Estrógenos Progesterona Producen y mantienen los caracteres sexuales femeninos. Prepara para un posible embarazo. efector La diabetes mellitus (derivado de miel, dulce) es una de las anomalías endocrinas mas frecuentes, se produce porque el páncreas no segrega suficiente insulina y la glucosa se acumula en la sangre sin poder ser utilizada por las células. La persona manifiesta cansancio, sed excesiva, y en casos extremos daños en la retina y en los riñones. Además las neuronas solo utilizan glucosa como fuente de energía por lo que si ésta no puede entrar en las células el sistema nervioso se ve afectado. Esta enfermedad recibe este nombre por la presencia anormal de azúcar (glucosa) en la orina de las personas afectadas. Esto ocurre porque los riñones son incapaces de reabsorber en su totalidad la elevada cantidad de glucosa presente en la sangre. Completa receptor La diabetes nervioso En una función de relación interviene un órgano llamado que capta un estímulo y envía una señal hasta un centro que la recibe, procesa y elabora una respuesta que es transmitida hasta otro órgano llamado encargado de ejecutar la respuesta. Los diabéticos deben controlar sus niveles de glucosa en sangre Curso de Acceso a Grado Medio [ 185 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA El crecimiento de los huesos Además de los huesos, el esqueleto también posee cartílagos, estructuras menos duras, pues no contienen sales de calcio. Se localizan en las orejas, parte anterior de la nariz y entre las vértebras. Muchos huesos de los recién nacidos están constituidos por tejido cartilaginoso que posteriormente se va calcificando y transformando en tejido óseo. Los huesos largos presentan durante mucho tiempo zonas cartilaginosas que permiten su crecimiento en longitud. Cuando estas zonas se calcifican por completo el individuo deja de crecer. 2.3. Efectores y respuestas Como ya sabes, la información transmitida por los receptores sensoriales llega a los centros nerviosos que se encargan de procesarla, integrarla y elaborar una respuesta adecuada la cual será emitida por los órganos efectores. La respuesta puede ser de dos tipos: • Secretora, si la lleva a cabo el sistema endocrino, que acabas de ver en el apartado anterior. • Motora, si está producida por el aparato locomotor. El aparato locomotor es el responsable de los movimientos de nuestro cuerpo. Está constituido por: • Los músculos, que desempeñan un papel activo en el movimiento. • Los huesos cuyo papel en el movimiento es pasivo. Músculos Los músculos pueden ser voluntarios e involuntarios. Los primeros mueven los huesos y están unidos a éstos mediante un conjunto de fibras denominadas tendones, producen un movimiento rápido y poco duradero. Los músculos involuntarios forman parte de órganos internos como el digestivo. Para que se produzca un movimiento voluntario, el sistema nervioso envía una orden a los músculos para que se contraigan. Éstos a su vez provocan cambios en la posición de los huesos para producir el movimiento deseado. [ 186 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 7: Seres vivos. Funciones vitales Para la contracción muscular es necesaria la energía producida por la respiración celular, que requiere glucosa y oxígeno. Ambas moléculas llegan por la sangre con lo que aumenta el flujo de ésta en los músculos que se contraen para ejecutar un movimiento. Huesos y articulaciones Los huesos y las articulaciones que forman son los órganos pasivos del movimiento, ya que son movidos por los músculos. Los huesos además tienen otras funciones: • • • • Constituyen una reserva de calcio para nuestro organismo. Producen células sanguíneas. Protegen algunos órganos (encéfalo y médula espinal). Actúan como sistema de sostén de todo el organismo. La vigorexia, la obsesión por un cuerpo sano La insatisfacción por el propio físico conduce a la obsesión de muchos hombres por el músculo, lo que se conoce con el nombre de vigorexia. Estar “cachas” en el menor tiempo posible pasa a convertirse en un desorden emocional. Según su forma los huesos pueden ser: largos (como los de las extremidades), cortos (como los de la muñeca) o planos (los del cráneo). Los huesos no están aislados; se unen unos a otros formando las articulaciones que pueden ser: • Fijas, como las del cráneo. • Móviles, como el codo o la cadera. Entre los huesos hay unos ligamentos y un líquido lubricante, el líquido sinovial. • Semimoviles, permiten el movimiento limitado de los huesos, como ocurre en las vértebras. Impulsados por ganar músculo de forma casi inmediata, quienes padecen vigorexia pueden caer en la tentación de tomar anabolizantes y esteroides con el consiguiente riesgo para su cuerpo, ya que éstos productos deben ser utilizados con prescripción y seguimiento médico adecuado. Las consecuencias de éste trastorno tienen su reflejo en la dieta, la salud y la conducta social de quienes lo padecen. Esqueleto humano completo Diferentes tipos de articulaciones. Fuente: Kalipedia Curso de Acceso a Grado Medio [ 187 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA La reprodución asexual en animales Aunque la reproducción asexual está más extendida en vegetales que en animales, encontramos que algunos de éstos sí que pueden reproducirse por éste mecanismo. Es el caso de algunos anélidos o de algunos gusanos de cuerpo aplanado como la planaria representada en la imagen. Este proceso permite que se reproduzcan rápidamente mediante una fragmentación de su cuerpo; cada fragmento regenera un nuevo individuo. 3. FUNCIONES DE REPRODUCCIÓN Los individuos de cada especie generan nuevos descendientes para así asegurar su supervivencia. Existen dos modalidades de reproducción, la reproducción sexual y la asexual. Importancia de la reproducción sexual y asexual En el siguiente cuadro puedes observar las principales diferencias entre las dos modalidades reproductoras: Reproducción asexual Reproducción sexual Interviene un individuo. Intervienen dos individuos. Es un proceso muy rápido. Existen células especializadas para éste proceso, son los gametos. Es un proceso muy rápido. Es un proceso más lento. Produce muchos descendientes. Produce menos descendientes. Los individuos que resultan son idénticos al progenitor. Los individuos resultantes no son idénticos a los progenitores. La reproducción asexual está más extendida en plantas que en animales, tiene gran importancia en agricultura pues permite obtener individuos idénticos, a partir de un fragmento de otro, por ejemplo una rama de un árbol. Pero la principal desventaja de éste tipo de reproducción es que ante un cambio ambiental desfavorable, todos los individuos perecerían. La reproducción sexual, por el contrario como genera individuos distintos, ante un cambio desfavorable es más fácil que algunos logren sobrevivir y perpetúen la especie. División de la planaria por fragmentación Este tipo de reproducción está muy extendida tanto en el reino animal como vegetal. Reproducción Asexual. Fuente: Kalipedia [ 188 ] Reproducción Sexual. Proyecto Biosfera.CNICE Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 7: Seres vivos. Funciones vitales 3.1. Reproducción sexual en Angiospermas La flor del azafrán A las Angiospermas pertenecen la mayoría de las plantas que conocemos. Todas ellas tienen en común un órgano reproductor: la flor. La flor típica de una angiosperma consta de las siguientes partes tal y como puede verse en la imagen: • El cáliz, formado por los sépalos. • La corola, formada por los pétalos. • Los estambres, que producen los granos de polen y éstos los gametos masculinos. • El carpelo o pistilo, que contiene los óvulos dentro del ovario. Los óvulos contienen el gameto femenino. Proyecto Biosfera CNICE Las etapas en la reproducción son: • Polinización, es el transporte de polen de estambres a carpelos puede hacerse por el viento, insectos,... • Formación del tubo polínico: el grano de polen forma una prolongación o tubo polínico por el que descienden los dos gametos masculinos hasta llegar al óvulo. • Fecundación: se produce la unión de uno de los gametos masculinos con el gameto femenino originando el zigoto que más tarde dará lugar al embrión. El segundo gameto masculino se une a una célula que acompaña al óvulo originando un tejido nutritivo o albumen que alimentará al embrión. El embrión mas el albumen forman la semilla. • Formación del fruto: después de la fecundación se caen pétalos y sépalos y las paredes del ovario se modifican originando el fruto (seco o carnoso). Este fruto contiene las semillas. Curso de Acceso a Grado Medio El apreciado azafrán se obtiene de los estigmas de color rojo, de la llamada flor del azafrán, cuyo nombre científico es Crocus Sativus. Su cultivo requiere temperaturas altas y ambiente seco en verano, y temperaturas frías en invierno. La tierra debe ser calcárea y sin arbolado. Las flores se abren al amanecer, por lo que deben ser recolectadas a primera hora de la mañana, para seguidamente separar los estigmas. Se recogen en otoño y para obtener un kilogramo de azafrán hacen falta unas 85.000 flores. En Aragón existen cultivos de azafrán muy importantes en la provincia de Teruel. [ 189 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Alergias y polinización • La semilla germina y origina la nueva planta tal y como se ve en el dibujo. Cuando llega la primavera, la atmósfera se carga de gran cantidad de polen en suspensión. Éste procede de un tipo de plantas, denominadas anemógamas, que utilizan el viento como agente polinizador. Como este tipo de polinización es poco segura, la planta produce grandes cantidades de polen para asegurar algún encuentro con otra flor de la misma especie. Esta es la razón por la cuál, los alérgicos al polen lo son a especies anemógamas como el olivo, las gramíneas, los chopos, los pinos o cipreses. Proyecto Biosfera CNICE Contesta La otra forma de polinización es la mediada por insectos y las plantas que la realizan se denominan entomógamas. En este caso la planta se dota de estructuras que hacen a la flor más atractiva para estos animales. Así, tienen corolas muy vistosas, aromas o nectarios. Ejemplos de estas últimas son casi todos los frutales como los manzanos, almendros, ciruelos o melocotoneros. Explica por qué en algunos libros se dice que las plantas tienen doble fecundación. ¿La tienen también los animales? Contesta Cuando decimos que una flor es entomógama ¿qué queremos decir? ¿Cómo son estas flores? Señala al menos, dos características. [ 190 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 7: Seres vivos. Funciones vitales 3.2. Reproducción humana Gemelos La reproducción de los humanos es sexual. Los aparatos reproductores masculino y femenino están constituidos por los testículos y ovarios respectivamente y por una serie de conductos o vías reproductoras que acompañan a cada uno. Aparato reproductor femenino Los ovarios producen los óvulos o gametos femeninos. Las trompas de Falopio comunican el ovario con el útero, aquí se produce la fecundación. El útero es un órgano hueco y musculoso que albergará el embrión. La vagina es el canal que comunica al exterior por donde entran los espermatozoides. Aparato reproductor masculino Los testículos producen los gametos masculinos o espermatozoides, están recubiertos de una bolsa o escroto, fuera de la cavidad abdominal. El conducto deferente, transporta los espermatozoides. Los niños nacidos en el mismo parto se denominan gemelos. En función de su origen los gemelos pueden ser bivitelinos y univitelinos. • Los gemelos bivitelinos o mellizos son los que proceden de dos óvulos que han sido fecundados por dos espermatozoides distintos. • Los gemelos univitelinos o gemelos idénticos son los que derivan de una sola célula huevo o cigoto que se ha dividido en dos células iguales y cada una de ellas origina un niño. En éste caso los nacidos son del mismo sexo. Las vesículas seminales y la próstata segregan unos líquidos seminales que permiten la supervivencia de los espermatozoides y los nutren en su recorrido. El pene u órgano copulador con gran cantidad de terminaciones nerviosas. También interviene en la eliminación de orina (excreción). Gemelos idénticos Mellizos Banco de imágenes IFSTIC Los gametos (óvulos y espermatozoides) son células que tienen la mitad de cromosomas que el resto de las células del cuerpo, es decir 23 cromosomas. Curso de Acceso a Grado Medio [ 191 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Alteraciones en los ciclos femeninos En los ciclos ovárico y menstrual influyen mucho las circunstancias emocionales y psicológicas de la mujer. Esto es debido a que la ovulación y la menstruación están reguladas por acción de las hormonas de la hipófisis. Esta glándula forma parte del encéfalo y por tanto se ve influida por los diversos estados de ánimo, como preocupaciones, alegría?, etc. Por ello, estas emociones pueden provocar el adelanto o el retraso de los ciclos. Recuerda que experimentan un proceso de división celular llamado meiosis que reduce a la mitad el número de cromosomas en las células germinales que originan los gametos. La formación de espermatozoides es continua, mientras que los óvulos se producen de forma cíclica (ciclo ovárico). Este proceso va acompañado de una serie de cambios en la mucosa del útero denominado ciclo menstrual que prepara a éste órgano para albergar al embrión en caso de que el óvulo fuera fecundado. Si no hay fecundación, la mucosa uterina se desprende y es expulsada al exterior mediante la menstruación. Observa que hacia el día 14 del ciclo se produce la ovulación, es decir la salida del óvulo de la cavidad que lo contiene (folículo). Esto sucede por acción de los estrógenos, hormonas producidas por los ovarios. Hipotálamo e hipófisis controlan los ciclos femeninos En la siguiente etapa el folículo degenera, si no hay fecundación el óvulo también y tiene lugar la menstruación. Proyecto Biosfera CNICE [ 192 ] Si hubiera fecundación, se unen óvulo y espermatozoide produciendo una célula llamada zigoto la cual tras múltiples divisiones y especializaciones origina un embrión que anida en el útero. Pasado un tiempo cuando el embrión tiene forma humana es denominado feto. Posteriormente tendrá lugar el parto y el nacimiento de un nuevo ser humano. Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 7: Seres vivos. Funciones vitales Completa el texto Los óvulos son las células reproductoras femeninas y se forman en ___________ . Los ______________________ son las células reproductoras masculinas y se forman en ______________________ . Espermatozoides y óvulos se unen mediante un proceso llamado ______________________ . Como resultado de éste proceso se forma una célula llamada célula huevo o ______________________ . Mas tarde ésta célula se implanta en _______________________ , donde permanece sufriendo una serie de transformaciones que originan e ______________________ que pasa a llamarse ______________________ cuando tiene forma humana. Cuando la gestación ha finalizado, tiene lugar el nacimiento del nuevo ser mediante un proceso conocido como ______________________ que puede durar varias horas. EJERCICIOS 1. Completa el siguiente cuadro: Acto Estímulo Receptor Parte del SNC implicada Saborear un bombón. Mantener el equilibrio en bici. Escuchar tu canción favorita 2. Completa el esquema e indica donde se produce: a) La formación de óvulos. b) La implantación del embrión. Curso de Acceso a Grado Medio [ 193 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA 3. Completa la siguiente tabla indicando qué glándula y qué hormona interviene en cada caso: Hormona Glándula Una persona es atacada por un perro. Un chico al llegar a la pubertad Una persona que ingiere una comida rica en azúcares. Una chica al llegar a la pubertad. 4. De las siguientes secuencias, indica cual es la correcta: a) Corazón – arterias – capilares – venas – corazón. b) Corazón – venas – capilares – arterias – corazón. c) Corazón – capilares – arterias – venas – corazón. 5. De las siguientes características, indica si corresponden a arterias, venas o capilares: a) Tienen paredes gruesas y elásticas _______________________ b) Permiten el intercambio de gases _______________________ c) Poseen en su interior válvulas que impiden el retroceso de la sangre _______________________ 6. Responde a las siguientes preguntas relacionadas con la función de nutrición en los vegetales: a) ¿qué procesos ocurren en las células de las hojas? b) ¿qué son y para qué sirven los estomas? c) ¿cuál es la función del tallo? 7. En un estudio se trata de relacionar la presencia de abejas con la cantidad de almendras producidas. Se extraen datos de diferentes parcelas de la misma zona (donde el clima, la cantidad de agua, el tipo de suelo y el número y tamaño de los árboles es el mismo por hectárea) Para ello se han instalado colmenas y se han contado las abejas presentes y la cantidad de almendras. Los resultados se han recogido en la siguiente tabla: [ 194 ] Número de abejas por hectárea Kilos de almendra recogidas por hectárea 1.500 350 2.500 450 3.500 550 4.500 650 5.500 750 7.500 850 13.000 950 Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 7: Seres vivos. Funciones vitales a) ¿qué ocurre con la producción de almendras cuando aumenta el número de abejas? b) ¿cómo explicarías ese hecho? c) ¿Por qué los agricultores instalan colmenas cerca de sus campos? d) ¿Crees que pasaría lo mismo con la producción de piñones en las zonas de pinares? ¿por qué? 8. Marca con una X, las estructuras que pertenezcan al sistema nervioso central: Cerebelo ( ) Ojos ( ) Nervios craneales ( ) Nervios sensitivos ( ) Bulbo raquídeo ( ) Medula espinal ( ) Cerebro ( ) Caja craneal ( ) 9. Completa los siguientes esquemas y di qué aparato u órgano representa cada uno y si interviene en la función de nutrición, en la función de relación o en la de reproducción. Curso de Acceso a Grado Medio [ 195 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA [ 196 ] Curso de Acceso a Grado Medio LAS PERSONAS Y LA SALUD 8 INTRODUCCIÓN En ésta unidad vamos a estudiar en qué consiste la enfermedad, a qué causas puede obedecer y qué alteraciones nos puede producir. También conoceremos los mecanismos que posee nuestro cuerpo para defenderse de forma natural, y aquellos otros que los avances científicos han puesto a nuestro alcance para ayudar a la naturaleza. La importancia de la alimentación y el ejercicio físico son aspectos clave para nuestra salud, por lo que también forman parte de éste bloque temático. Al finalizar el estudio de ésta unidad deberás ser capaz de: • Valorar la importancia que tiene la salud y las causas que pueden influir en ella. • Conocer los criterios utilizados en la clasificación de las enfermedades. • Apreciar la diferencia entre enfermedades infecciosas y no infecciosas. • Identificar los distintos tipos de microorganismos que pueden causar una enfermedad infecciosa. • Conocer las vías de transmisión de las enfermedades infecciosas. • Apreciar la importancia de la adquisición de hábitos saludables en la prevención de enfermedades infecciosas. • Identificar alguna de las enfermedades infecciosas mas frecuentes. • Establecer diferencias entre las defensas naturales externas e internas que presenta una persona. • Conocer el significado de antígeno, de anticuerpo y la reacción que tiene lugar entre ambos. • Distinguir entre inmunidad natural e inmunidad artificial. • Reconocer la importancia de la vacunación en la prevención de enfermedades. • Apreciar la importancia de la alimentación en el mantenimiento de un estado saludable. • Conocer los trastornos alimentarios que se presentan con más frecuencia en nuestra sociedad. • Valorar la importancia que tiene en nuestra salud, el ejercicio físico realizado de forma regular. • Conocer las alteraciones que provocan las drogas sobre el sistema nervioso. • Establecer diferencias entre drogas depresoras y estimulantes. • Apreciar la diferencia entre tolerancia y dependencia respecto a una droga. • Reconocer la importancia de una sexualidad compartida y sin riesgos. • Identificar las enfermedades de transmisión sexual más frecuentes. • Relacionar los contenidos estudiados con situaciones de la vida Curso de Acceso a Grado Medio [ 197 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Las emociones y la salud En 1977 un artículo publicado en Science con el título “La necesidad de un nuevo modelo médico” señaló a la comunidad científica la importancia que tienen los factores psicológicos y sociales en la prevención y el tratamiento de las enfermedades. 1. CONCEPTO DE SALUD ¿Qué es la salud? Normalmente tendemos a decir que estamos sanos cuando no tenemos ninguna enfermedad. Pero para la Organización Mundial de la Salud el concepto de salud es más amplio y lo define como “el estado completo de bienestar físico, psíquico y social” • El bienestar físico hace referencia a la ausencia de enfermedades. • El bienestar psíquico hace referencia a estados de ánimo optimistas, exentos de depresiones u otros factores que nos reducen nuestras energías mentales. • Finalmente el bienestar social es el que se desprende de tener las necesidades básicas resultas, tales como vivienda, alimentación, etc. De todo ello se deduce que nuestra salud esta influida por el estado de nuestro cuerpo, el estado de nuestra mente, el estilo de vida y la sociedad en que vivamos. ¿Cómo intervienen las emociones en mecanismos que favorezcan la enfermedad? Se ha establecido la hipótesis de que el estrés y las emociones negativas como la ira, ansiedad o depresión podrían hacer a las personas más vulnerables a ciertas enfermedades. Por ejemplo una persona asustada ante una operación tiene más riesgo durante la misma. El pánico y la ansiedad elevan la presión sanguínea y las venas más dilatadas tienen más riesgo de padecer hemorragias cuando se hace una incisión con el bisturí. La atención médica que pase por alto lo que la gente siente mientras lucha con una enfermedad está claro que no es la adecuada. [ 198 ] Salud y bienestar Algunos parámetros indicadores del estado de salud son: • La temperatura corporal, con un valor medio de 37ºC. • La presión arterial, también llamada tensión sanguínea. • Los análisis de sangre. Una variación en éstos puede indicar deterioro de la salud. • Los análisis de orina, también indicativos del estado de salud siempre que no se alteren los valores normales. Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 8: Las personas y la salud 2. ENFERMEDADES La meningitis Cuando la salud disminuye La pérdida de salud lleva al estado de enfermedad. Hay distintos grupos de enfermedades y conviene que conozcamos cómo podemos evitarlas y los mecanismos que tiene el organismo para poder recuperar el estado de salud. El desarrollo de una enfermedad puede esquematizarse así: Causa → Alteración orgánica → Síntomas → Curación La clasificación de las enfermedades puede hacerse atendiendo a distintos criterios: a) Según su duración: Es una enfermedad infecciosa que afecta a todas las edades, aunque con mayor incidencia en la edad infantil. Se produce por inflamación de las meninges (membranas que rodean el cerebro y médula espinal) por virus o por bacterias (meningococos). Se contagia por el aire a través de la saliva, tos, estornudos, etc. Provoca dolor de cabeza, fiebre, rigidez en la nuca y en casos extremos la muerte por infección generalizada o sepsis. • Agudas: Se manifiestan rápidamente pero duran poco tiempo, como la gripe. • Crónicas: Se desarrollan lentamente y duran mucho tiempo, como la artritis. b) Según su origen: • Infecciosas: Producidas por microorganismos, las adquirimos y transmitimos de unos individuos a otros. Cuando la enfermedad infecciosa afecta a gran número de personas en muy poco tiempo se dice que es epidémica. Cuando afecta a muchos individuos de muchos países se habla de pandemia. • No infecciosas: No son contagiosas y se deben a un mal funcionamiento de una parte del organismo. Pueden tener orígenes muy diferentes como traumatismos, sustancias químicas, dietas desequilibradas, factores genéticos, etc. Conesta Los microbios se reproducen con gran rapidez. Por ésta razón muchas enfermedades infecciosas aparecen poco tiempo después de tener lugar el contagio. Si una bacteria cada media hora genera dos nuevas bacterias ¿Cuántas habrá en una herida al cabo de 24 horas? Curso de Acceso a Grado Medio [ 199 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Los antibióticos Se denomina antibiótico a un compuesto químico utilizado para eliminar o inhibir el crecimiento de microorganismos infecciosos. La penicilina es el antibiótico mas conocido y su descubrimiento fue accidental. En 1928 el científico Alexander Fleming, observó que un moho que contaminaba una de sus placas de cultivo, había destruido las bacterias cultivadas en ella.El moho resultó ser el Penicillium notatum de ahí que la sustancia química derivada de él se denominara penicilina. Hay que reconocer que otros científicos colaboraron con Fleming en la purificación de la penicilina lo cual permitió su síntesis y distribución comercial. Desde la generalización del uso de antibióticos en la década de 1950 ha cambiado radicalmente el panorama de las enfermedades. También ha supuesto un avance en el campo de la cirugía disminuyendo el riesgo de infecciones de las operaciones realizadas. Sin embargo, a pesar de su utilidad, el uso de antibióticos no está exento de riesgos por lo que no se deben tomar sin prescripción médica ni tampoco en casos de infección vírica, ya que los virus no son sensibles a ello. [ 200 ] 2.1. Enfermedades infecciosas Son las causadas por microorganismos cuya multiplicación desproporcionada en nuestro cuerpo genera la enfermedad. En este caso, nuestras células se ven afectadas por la competencia o por la agresión de los microorganismos causantes provocando la enfermedad. El sistema inmunitario será el responsable de combatir la infección y restablecer de nuevo la salud. Los microorganismos son seres unicelulares invisibles a simple vista pero visibles con microscopios. Se encuentran invadiendo absolutamente todos los espacios y desempeñan funciones muy importantes y positivas como por ejemplo la desintegración de la materia muerta. Incluso nuestra piel, nuestro tubo digestivo y vagina se encuentran colonizados por bacterias y hongos que son beneficiosos. Forman la llamada flora intestinal, flora cutánea, flora bucal, etc. Pero también existe un grupo que no es numeroso pero para nosotros es el que nos preocupa porque pueden causarnos enfermedades: son los microorganismos patógenos. En el siguiente cuadro se recogen algunos ejemplos de enfermedades producidas por microorganismos patógenos: Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 8: Las personas y la salud Una característica de las enfermedades producidas por los microorganismos es su capacidad de infección, es decir que se transmiten por contagio desde una persona enferma a una persona sana a través de diferentes vías: • Transmisión directa o contagio directo: una persona portadora del microorganismo transmite a otra la enfermedad mediante contacto a través de la superficie de la piel, de las gotitas que se desprenden al hablar o al estornudar, o mediante relaciones sexuales. • Transmisión indirecta o contagio indirecto: a través de objetos como toallas, vasos, cepillos, o cualquier otro instrumento. También mediante el agua, aire, alimento contaminado por microorganismos patógenos o por animales portadores (ratas, insectos, garrapatas, etc.) Para prevenir las enfermedades infecciosas conviene adoptar unos hábitos saludables como: lavado de manos antes de comer, desinfección de heridas y usar los medicamentos con precaución. El abuso en la utilización de antibióticos conlleva la destrucción de microorganismos patógenos, pero también se destruyen aquellos que ejercen un efecto beneficioso sobre nuestro cuerpo. Conesta ¿Qué tipos de microorganismos producen las enfermedades infecciosas? 2.2. Enfermedades no infecciosas Muchas enfermedades no están producidas por microorganismos, son las llamadas no infecciosas y por lo tanto no se contagian. Citaremos algunas de las más frecuentes como: Enfermedades que afectan al normal funcionamiento de los aparatos: a) Por su frecuencia y gravedad destacan las enfermedades del aparato circulatorio, las que afectan al aparato respiratorio como el asma o la bronquitis, las que afectan huesos y articulaciones como la artrosis o la osteoporosis. b) Los traumatismos, son muy frecuentes y están relacionados con los accidentes laborales, de tráfico, actividad deportiva de riesgo, etc. Debemos adoptar las precauciones necesarias para evitarlas, de forma muy especial aquellas que pueden ser graves o dejar secuelas para toda la vida. c) El cáncer, es otra de las enfermedades más frecuentes. Debido a causas diversas y frecuentemente desconocidas. Como ya viste en el tema 6, se origina cuando una masa de células crece de forma descontrolada e invade los tejidos cercanos destruyéndolos. La vida sana influye en la preCurso de Acceso a Grado Medio [ 201 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Traumatismos y amnesia Un accidente de coche, un mal cálculo al tirarse de cabeza al agua, un resbalón desafortunado o una caída al realizar un deporte de aventura pueden originar traumatismos craneoencefálicos más o menos graves. El 75% de los traumatismos que ocurren en nuestro país se deben a accidentes de tráfico, el 10% a accidentes laborales, el 10% a caídas de niños y ancianos y el 5% a accidentes practicando deportes de alto riesgo. Una de las consecuencias más llamativas de los traumatismos encefálicos es la amnesia o pérdida total de memoria. Mientras dura la amnesia las personas que la sufren pueden encontrarse desorientadas, confusas, a veces desinhibidas y con una percepción distorsionada del entorno. La duración de la amnesia es variable, y se considera grave cuando dura más de cuatro semanas. vención; la detección temprana y un tratamiento médico a veces logra evitar su desarrollo. d) Las intoxicaciones por productos tóxicos que pueden entrar en contacto con nuestro cuerpo por: • La boca, en el caso de intoxicaciones por alimentos en mal estado, o la ingestión de alcohol en exceso. • Las vías respiratorias al inhalar aire con éstos productos. Es el caso de la nicotina del tabaco y también de los productos utilizados como pesticidas en fumigaciones agrarias, productos químicos tóxicos de uso industrial que emiten vapores, etc. • Contacto con la piel de sustancias corrosivas tales como ácidos, disolventes, insecticidas,... Enfermedades endocrinas y metabólicas: Producidas por fallos en la secreción de alguna hormona o por alteraciones de las reacciones metabólicas celulares. Por ejemplo la obesidad o la diabetes. Enfermedades carenciales: Provocadas por falta de algunos nutrientes, como es el caso de la anemia provocada por la falta de hierro. Enfermedades mentales: Son trastornos del pensamiento, la conducta o las emociones que originan alteraciones y problemas de integración en la sociedad. Relaciona Relaciona cada enfermedad con su origen [ 202 ] Enfermedad degenerativa SIDA Enfermedad metabólica Anemia Enfermedad traumática Rotura de fémur Enfermedad infecciosa Cataratas Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 8: Las personas y la salud 2.3. Sistema inmunitario El sistema encargado de evitar la proliferación interna de microorganismos, y por lo tanto de controlar o de curar las enfermedades infecciosas es el sistema inmunitario. Nuestro organismo está protegido mediante una serie de defensas que evitan la penetración o proliferación de microorganismos en la sangre y los tejidos internos, son: • Defensas naturales externas: son la piel y las mucosas que tapizan la boca, fosas nasales o ano y representan nuestra barrera o frontera con el exterior. – La piel solo es atravesada por microorganismos cuando se produce una herida o una quemadura grave. Por eso es muy importante desinfectar las heridas cuando se producen. – Las mucosas están húmedas y son mas finas que la piel, por eso es más fácil la penetración y el desarrollo posterior de gérmenes en ellas.Por ello las mucosas están a su vez protegidas por varios mecanismos: – las que tapizan las vías respiratorias poseen cilios que atrapan y expulsan gérmenes al exterior. – Las secreciones de las mucosas tales como lágrimas, saliva, o mucus poseen sustancias bactericidas que destruyen las bacterias al debilitar sus paredes. • Defensas naturales internas: Cuando los microorganismos patógenos consiguen atravesar las barreras externas, un conjunto de células especializadas entran en acción para evitar la reproducción y diseminación de los microorganismos por el interior de nuestros tejidos, son las células que forman el sistema inmunitario por excelencia. Son unos tipos de glóbulos blancos o leucocitos de entre los que destacaremos los fagocitos y los linfocitos. – Los fagocitos son células capaces de digerir los microorganismos mediante fagocitosis (proceso que recordarás de la unidad 6). – Los linfocitos actúan cuando los microorganismos han llegado a la sangre. Existen varios tipos de linfocitos, unos de ellos producen unas proteínas específicas llamadas anticuerpos que son sustancias que neutralizan a los antígenos. – Un antígeno es cualquier sustancia extraña que penetra en el organismo e induce a los linfocitos a fabricar anticuerpos. – Los anticuerpos se unen a los antígenos como una llave a su cerradura produciéndose una reacción antígeno-anticuerpo en la sangre. Esta reacción es específica, cada anticuerpo solo reconoce a su antígeno y se une a él para neutralizarlo. Curso de Acceso a Grado Medio ¿Cómo se descubrieron las vacunas? A finales del siglo XVIII, Edward Jenner médico rural inglés, observó que las personas que ordeñaban las vacas adquirían ocasionalmente una “viruela vacuna” por el contacto con éstos animales, pero no padecían la viruela humana. El doctor Jenner tomó una muestra de la mano de una ordeñadora e inyectó el líquido extraído en un niño de ocho años. El pequeño mostró síntomas de la infección de “viruela vacuna”. Un mes después de que el niño se hubiera recuperado de la enfermedad, el doctor le inyectó una muestra de viruela humana, pero ésta vez el niño no mostró ningún síntoma de la enfermedad. Había nacido así el primer procedimiento de vacunación que recibe el nombre de vacuna por la relación con éste animal como acabamos de ver. Más adelante, en 1881, Louis Pasteur descubrió la vacuna contra la rabia. En éste mismo siglo se lograron vacunas contra el tétanos y la difteria. En el siglo XX se descubrieron las vacunas para prevenir la tuberculosis, varicela, paperas, o gripe entre otras. La vacunación constituye el único método eficaz en la lucha contra las infecciones producidas por los virus, ya que no existen medicamentos verdaderamente eficaces para combatirlos. [ 203 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Fagocito y bacteria. Linfocito Antígeno y anticuerpo Los linfocitos poseen memoria inmunológica. Si un determinado antígeno penetra por segunda vez en un organismo producen mas anticuerpos y con mas rapidez que la primera vez que estuvieron en contacto. Algunas veces nuestro cuerpo reacciona de forma exagerada frente a algunas sustancias, que no tienen porque ser precisamente nocivas. Esta hipersensibilidad recibe el nombre de alergia y sus efectos se manifiestan provocando asma, urticaria, etc. Inmunidad es la capacidad que tiene un organismo de ser resistente a determinadas enfermedades infecciosas. La inmunidad natural se adquiere después de pasar una enfermedad infecciosa. Los anticuerpos formados frente a ésta, permanecen en la sangre actuando a modo de “memoria” que nos impide volver a sufrir la misma enfermedad. • La inmunidad artificial se logra por vacunación, que consiste en introducir en una persona sana los microorganismos causantes de la enfermedad pero debilitados o muertos. La persona reacciona produciendo anticuerpos (defensas) frente a esa enfermedad. Si un tiempo después entrara en contacto con microorganismos activos para esa enfermedad, no la padecería, por haber creado suficientes defensas. • Cuando una persona ya ha contraído la enfermedad, suelen aplicarse sueros que contengan anticuerpos (defensas) para la misma, o antibióticos como la penicilina que atenten contra los microorganismos causantes de dicha enfermedad. Los antibióticos no sirven para combatir los virus. Completa el texto El aparato respiratorio presenta células productoras de ___________________ que atrapan los gérmenes y los eliminan. En los ojos se segregan ___________________ que contienen sustancias ______________________ que los protegen. [ 204 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 8: Las personas y la salud Completa el texto Nuestro cuerpo es capaz de reconocer elementos extraños llamados ____________ y fabricar unas sustancias llamadas ______________________ que los combatan y neutralicen. A veces nuestro organismo reacciona de forma exagerada frente a algún agente, en ese caso hablamos de un tipo de aleraciones o ______________ . La salmonelosis 3. ESTILOS DE VIDA SALUDABLES Una buena parte de las enfermedades tiene relación con estilos de vida no adecuados, por lo que si adquirimos unos buenos hábitos será más fácil gozar de mejor salud. Entre éstos hábitos cabe citar algunos como: • Seguir una alimentación equilibrada para prevenir enfermedades carenciales e incluso ciertos tipos de cáncer como el de colon, incluyendo fibra en la dieta. • No consumir sustancias tóxicas (alcohol, tabaco, otras drogas) para prevenir la aparición de enfermedades cancerígenas o traumatismos especialmente si se conduce bajo la influencia de éstas sustancias. • Realizar ejercicio físico de forma regular, ya que se estimula el funcionamiento de todos los aparatos. • Descansar lo necesario para que el organismo se recupere física y mentalmente. • Adoptar posturas correctas cuando se está de pié, sentado o caminando para evitar deformaciones a largo plazo. • Eludir ambientes contaminados que puedan afectar al respiratorio. • Respetar las normas de seguridad vial y laborales, y actuar con precaución en situaciones de riesgo para evitar accidentes. Con mucha frecuencia somos nosotros mismos los principales causantes de los mismos. • Realizar revisiones médicas con regularidad, especialmente a partir de cierta edad, pues permite la detección precoz de algunas enfermedades. Es una enfermedad infecciosa y que suele ser noticia con bastante frecuencia. Está producida por una bacteria del género Salmonella que produce unas sustancias tóxicas o toxinas que afectan al aparato digestivo y causan vómitos, diarrea y fiebre fundamentalmente. Se asocia a alimentos como huevos, carne de ave o mayonesa. La salmonella es una bacteria que no está en el huevo como se cree, sino en el intestino de la gallina por lo que al pasar por él el huevo se contamina. También puede transmitirse de un alimento a otro al utilizar los mismos utensilios de cocina para manejar alimentos crudos. Por ejemplo con un cuchillo con el que se ha cortado carne cruda, después cortar una naranja. Es muy importante la limpieza en la manipulación de alimentos para evitar este tipo de toxiinfecciones alimentarias. Campaña de prevención de enfermedades cardiovasculares. Ministerio de Sanidad Curso de Acceso a Grado Medio [ 205 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Contesta Indica si recomendarías una vacuna o un antibiótico a: a) Una persona que va a viajar a África tropical. b) Una persona que padece una infección intestinal. Verdadero o falso Indica si las siguientes frases son verdaderas o falsas Verdadero Falso La salud es la ausencia de enfermedad Todas las bacterias producen enfermedades Una enfermedad crónica dura poco tiempo Las enfermedades infecciosas son producidas únicamente por bacterias Cuando una enfermedad afecta a individuos de muchos países se denomina pandemia [ 206 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 8: Las personas y la salud 3.1. Importancia de la alimentación Vivimos en un país en el que resulta fácil disponer de toda una variedad de alimentos. Una dieta equilibrada debería tener en cuenta los siguientes principios: • Ser diversa, es decir comer de todo pero no con la misma abundancia. Los alimentos recogidos en la base de esta pirámide son los que deben ser mas abundantes en nuestra dieta mientras que los del vértice superior deben ser escasos. Falsos mitos: las espinacas de Popeye Niño: ¡cómete las espinacas! El hierro es un elemento necesario en la dieta. Si su aporte a través de los alimentos es insuficiente aparecen enfermedades carenciales como la anemia. Alimentos ricos en hierro son las carnes rojas, el huevo, los mariscos y las lentejas. Durante mucho tiempo se mantuvo la falsa creencia de que las espinacas eran un alimento especialmente rico en hierrro. Popeye se encargó de demostrarnos que su increible fuerza procedía de las espinacas que consumía a diario. Pues bien, esto no es cierto, contiene más hierro un pincho de morcillla que una pila de latas de espinacas. Pirámide de la alimentación saludable. Fuente: Gobierno de Aragón • • • • Distribuida en varias comidas, sin olvidar el desayuno. No tiene por que ser cara. Los productos caros no siempre son los mejores. No debe ser copiosa. Reducir al máximo el consumo dulces, “chucherías”, bollería y alimentos ricos en grasa. • No olvidar nunca las frutas, verduras, legumbres, pescado y leche. Verdadero o falso Di si las siguientes frases son verdaderas o falsas Verdadero a) Los alimentos caros son siempre los mejores por eso valen más b) En una dieta equilibrada verduras y hortalizas deben tomarse esporádicamente c) Conviene tomar productos lácteos todos los días para el buen mantenimiento de los huesos Una dieta equilibrada es la que proporciona alimentos variados y en las cantidades adecuadas Curso de Acceso a Grado Medio Falso El error procede de finales del siglo XIX, cuando J. Alexander, un investigador norteamericano, comprobó que 100 gramos de espinacas contenían 0,003 gramos de hierro. El problema ocurrió al pasar a limpio los resultados, su secretaria se equivocó con la coma y escribió 0,03, con lo que multiplicaba por diez el valor inicial. Pero reconozcamos que las espinacas, deliciosas para algunos, tienen otras virtudes como ser una fuente importante de fibra y ricas en muchas vitaminas. [ 207 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA La obesidad en Aragón La obesidad y el sobrepeso han aumentado mucho en la población aragonesa. Para prevenirlas, el gobierno de Aragón va a poner en marcha una serie de estrategias para impulsar la alimentación sana y el ejercicio físico a partir de 2011. 3.2. Trastornos alimentarios Los trastornos alimentarios graves más frecuentes son la obesidad, la anorexia y la bulimia. Pero mucho más generalizados, aunque con consecuencias menos visibles a corto plazo, están los hábitos de dietas desequilibradas, hábitos que se adquieren y se prolongan en el tiempo de forma casi inconsciente. Por ello es importante que, de vez en cuando, pensemos en cómo comemos. La dieta sana es el principio de una vida con salud. Algunos enemigos de las dietas sanas son: la tendencia a consumo de comidas rápidas, el abuso de bollería industrial, las bebidas cargadas de aditivos, o el bajo consumo de frutas y verduras. La Organización Mundial para la Salud (OMS) define la obesidad como una acumulación excesiva de grasa que puede perjudicar la salud. La causa fundamental es un desequilibrio entre el ingreso y el gasto de calorías en una persona. Las principales repercusiones para la salud son: enfermedades cardiovasculares, diabetes y algunos tipos de cáncer. El aumento, a nivel mundial, de la obesidad y el sobrepeso es atribuible a varios factores entre los que se encuentran: el exceso de consumo de alimentos hipercalóricos y la tendencia a disminuir la actividad física. Transtorno Causa Consecuencia Obesidad Dieta excesiva o desequilibrada. Carencia de ejercicio físico. Sobrepeso. Riesgo de aparición temprana de anomalías óseas, circulatorias y otras. Anorexia Obsesión nerviosa por la delgadez. Dieta muy deficiente. Extrema delgadez con riesgos graves incluso de muerte. Es muy difícil y largo salir de esa situación. Requiere apoyo medico y de toda la familia. Bulimia Descontrol nervioso de los hábitos alimentarios. Comidas compulsivas seguidas de ayuno. El organismo esta sometido a un estrés nutritivo lo que provoca oscilaciones bruscas en el peso y en el ritmo interno de los órganos. Enfermedad grave. Anorexia [ 208 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 8: Las personas y la salud 3.3. Efectos beneficiosos de la actividad física La actividad física junto con la alimentación, constituyen los dos pilares básicos de la salud. La actividad física es la responsable de mantener un adecuado grado de actividad muscular, de ejercitar y fortalecer los sistemas circulatorio y respiratorio provocando con ello el estímulo y la activación de todo el organismo. Los efectos de la actividad física son: • Contribuir al buen estado del sistema circulatorio al ser “entrenado” en los momentos de ejercicio físico. • Mantener una buena capacidad y funcionalidad del sistema respiratorio ya que lo forzamos cuando hacemos deporte. • Provocar una oxigenación y circulación “extra” generalizada en todo el organismo mejorando su estado y fortaleza frente a riesgos de enfermedades. • Reforzar las capacidades de nuestro sistema muscular. • Ganar en seguridad y autoestima personal. • La actividad física debe ser continuada y no tiene porque ser agotadora. Mejor poco y con frecuencia que mucho cada mucho tiempo. Mens sana in corpore sano Este viejo aforismo recogido por la sabiduría popular, reconoce que nuestro cuerpo necesita la actividad física para mantenerse sano. A lo largo de la historia, la supervivencia de la especie humana ha dependido de la caza o de la recolección de alimentos, tareas que exigían una actividad física intensa. Los avances tecnológicos han hecho que disminuya nuestra actividad física con respecto al pasado, y lo estamos pagando con nuestra salud. Durante la infancia los juegos activos al aire libre han sido sustituidos por la TV o los ordenadores con lo que se dedica gran parte del tiempo libre a actividades sedentarias. El ejercicio físico realizado de forma continuada, acompañado de una dieta equilibrada contribuye a la regulación del peso corporal, evitando la aparición de obesidad (en Aragón se ha duplicado la obesidad infantil en los últimos 20 años). Pirámide de actividad física. Fuente desconocida. Completa el texto Realizar habitualmente ______________________ y llevar una vida activa tonifica los ______________________ y mantiene el ______________________ en buen estado. Los ___________________ también se benefician de la __________________ pues se fortalecen y se evita la pérdida de ______________________ Curso de Acceso a Grado Medio [ 209 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Campaña de prevención de embarazos no deseados El Ministerio de Sanidad ha lanzado una nueva campaña para frenar el procupante aumento de los embarazos no deseados. En la página web yopongocondon aparece información actualizada sobre métodos anticonceptivos, salud sexual, enlaces de interés, etc. 3.4. Salud afectivo- sexual La afectividad constituye un elemento básico en el desarrollo y buen estado emocional de los humanos. Comienza en el recién nacido, y se extiende durante toda la vida. La carencia de afectos, incide de diferente forma a lo largo de la vida, y es importantísima en las primeras etapas de ésta. La sexualidad en sentido amplio forma parte de este entramado y tiene múltiples formas de expresarse. Quizás por las connotaciones especiales que la rodean, especialmente en cuanto a la genitalidad, es aconsejable conocer algunas peculiaridades: “El beso” Robert Doisneau • Las relaciones sexuales solo deberían darse en condiciones de mutua aceptación y deseo, evitando situaciones forzadas que puedan dejar huellas psicológicas por experiencias negativas. • Debemos evitar los riesgos de contagios. En estos momentos los contagios más graves se dan entre personas que se creen sanas pero son portadoras de SIDA. Aunque no es el único riesgo de infección. • En cuanto al embarazo, solo debe darse cuando los dos miembros de la pareja están de acuerdo en esta decisión. Es fundamental que así sea por las repercusiones para ellos y para la futura criatura. • Los métodos para evitar embarazo son varios. Pero hasta que se tiene pareja estable, el preservativo es sin lugar a dudas el método más simple, más seguro, más fácil de adquirir y que garantiza la protección frente a infecciones. En el caso de parejas estables puede consultarse en el centro médico. Pero lo peor de todo es la falta de información, o las ideas erróneas, por lo que, ante cualquier duda debemos acudir a los servicios médicos que informan con claridad y con proximidad a los jóvenes que lo solicitan. Debemos aspirar a gozar de una sexualidad satisfactoria, compartida y sin riesgos. [ 210 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 8: Las personas y la salud A continuación se indican algunas de las enfermedades de transmisión sexual más frecuentes, el microorganismo causante de las mismas y su posible tratamiento. Enfermedad Contagio Riesgos y tratamiento SIDA y Herpes (Virus) Relaciones sexuales sin protección. El SIDA puede tardar años en manifestarse. Pero durante estos años, en los que no es apreciable, se puede trasmitir por contagio. No tiene cura y es una causa importante de mortandad en el mundo. Existen medicamentos que retardan el desarrollo de la enfermedad. El Herpes tampoco llega a curarse del todo, genera molestias, pero no es mortal. Sífilis, Gonorrea (Bacterias) Relaciones sexuales sin protección Ambas son enfermedades que pueden dejar secuelas. Se tratan con antibióticos Candidiasis (Hongos) Relaciones sexuales sin protección Molestias especialmente en la mujer. Tratamiento con medicamentos de acción fungicida. Relaciona Relaciona las dos columnas. Enfermedad traumática. Células que fabrican anticuerpos Enfermedad endémica Se produce por alimentación inadecuada Fagocitos Causada frecuentemente por accidentes Linfocitos Células que destruyen microbios Enfermedad carencial Se registran casos constantemente en una región El SIDA y la inmunidad SIDA significa síndrome de inmunodeficiencia adquirida. En otras palabras, es una enfermedad del sistema inmunitario provocada por un virus específico, el virus de la inmunodeficiencia humana o VIH. Este virus ataca el sistema inmunitario y deja al organismo vulnerable a una gran cantidad de infecciones. No es lo mismo estar infectado por el virus VIH que ser una persona que padezca de SIDA. Una persona infectada por el virus VIH se dice que es seropositiva, es decir en su sangre se detecta la presencia del virus. Pero pasa a considerarse enferma de SIDA cuando su nivel de linfocitos desciende mucho, con lo que queda sin defensa frente a posibles infecciones. La persona infectada aunque permanezca sin síntomas puede transmitir el virus e infectar a otras. El VIH se transmite por fluidos corporales como sangre, semen o secreciones vaginales. INFORMACIÓN SOBRE EL SIDA. Ministerio de Sanidad y Política Social Curso de Acceso a Grado Medio [ 211 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Hablemos de drogas La Obra Social “la Caixa” ha impulsado el programa “Hablemos de drogas” dirigido a prevenir, informar y sensibilizar sobre los efectos de las drogas en la salud y la sociedad. 3.5. Efectos de las drogas sobre la salud El sistema nervioso, junto con el hormonal, son los sistemas coordinadores de todo nuestro cuerpo, como has visto en la unidad anterior. El sistema nervioso es muy complejo y aún no es del todo bien conocido. Pero lo que si conocemos bien son las consecuencias de algunas sustancias que alteran su funcionamiento: las drogas. Llamamos drogas a las sustancias que introducidas en el cuerpo alteran el normal funcionamiento del sistema nervioso. Ingeridas de forma continuada, provocan dependencia y tolerancia. • Dependencia: Es la necesidad que siente una persona de consumir droga para experimentar de nuevo sus efectos o para evitar el malestar que produce su privación. Las alteraciones físicas y psíquicas que se experimentan debido a la falta de droga constituyen el síndrome de abstinencia. • Tolerancia: Es la necesidad de aumentar progresivamente la dosis de droga que se consume para experimentar los mismos efectos. Por el tipo de acción que ejercen sobre el organismo podemos clasificar las drogas en cuatro grupos: • Depresoras: Como los tranquilizantes y el alcohol. Tienen efecto sedante. Pueden provocar fallos en la motricidad y pérdida del equilibrio. • Narcóticos: Como el opio, la morfina y la heroína. Mitigan el dolor y producen somnolencia. Generan una fuerte dependencia, muy difícil de superar. • Estimulantes: Como la cocaína, la nicotina, las anfetaminas, y las drogas de diseño como el éxtasis. Crean sensación de euforia, retrasando la aparición de fatiga. Son peligrosas ya que el organismo tolera sobreesfuerzos que pueden causar ataques cardíacos. Generan gran dependencia y tolerancia. • Alucinógenos: Como el LSD y los derivados del cannabis (marihuana, hachis..). Producen sensaciones no reales (alucinaciones). Su consumo continuado conlleva riesgo de alteraciones de la personalidad y depresión entre otras. El efecto de las drogas puede resultar atractivo o satisfactorio en los consumos iniciales, y se podría decir que no entraña riesgo. Pero en cuanto hemos superado la barrera de la primera vez, es mucho mas fácil volver a consumirla, bien por la búsqueda de un momento satisfactorio, o bien por evadirnos de otros problemas. Creemos que controlamos, que no nos enganchamos, pero los efectos internos hacen que esa creencia cada vez sea más débil, aunque lo sigamos diciendo. Y al final resulta que nos convertimos en personas claramente dependientes. [ 212 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 8: Las personas y la salud Llegado ese momento, la salida ya es muy difícil, y los efectos sobre el individuo van a ser múltiples: • Su salud puede quedar disminuida, comenzando por su capacidad física. • Su trabajo, que puede llegar a perderlo, por absentismo o por bajo rendimiento. • Sus amigos o su familia de los que se distanciará y aparecerán crecientes problemas de convivencia. La clave para evitar estas situaciones está en ser uno mismo. En no querer hacer lo que otros pretenden que hagamos. NOSOTROS MISMOS DECIDIMOS. EJERCICIOS 1. ¿Cuando se considera que una enfermedad infecciosa es una pandemia? 2. Completa la frase: Los _________________ son las sustancias químicas con las que se tratan las infecciones bacterianas. Deben ser prescritos por un ________________ ya que su uso es inútil sobre infecciones _________________ . 3. Indica cual es el modo de transmisión (directo o indirecto) de los gérmenes causantes de la gripe, la malaria y la salmonelosis. Directo Indirecto Gripe Malaria Salmonelosis 4. Cuando una persona se vacuna para prevenir una enfermedad vírica, se le inyectan virus debilitados o fragmentos de virus con lo que la persona experimenta la enfermedad de forma muy leve, casi imperceptible. Mitos sobre el alcohol y la conducción Existen mitos y creencias con relación al alcohol y la conducción que nada tienen que ver con la realidad, algunos de ellos son: • “El alcohol consumido con la comida no se absorbe”. Falso. El beber alcohol en las comidas retrasa más la absorción de alcohol que si éste se ingiere con el estómago vacío. • “No hay peligro si estoy por debajo del límite legal”. Falso. De hecho con niveles de 0,2 gramos/litro de alcohol en sangre se observa una disminución de la función psicomotora y existe riesgo de accidente. • “Un café, una cabezadita y como nuevo”. Falso. Ni el café o el té o dormir un poco disminuyen el nivel de alcohol en sangre.Es cuestión de que pase el tiempo necesario para metabolizar el alcohol. Por ejemplo, una persona con un índice de alcoholemia de 1,8 gramos/litro, necesita de 6 a 8 horas para que le dé “negativo” (el límite es 0,5 gramos/litro). ¿Por qué estas personas no padecen la enfermedad? 5. La anorexia (acompañada a veces de bulimia) es un grave trastorno alimentario. Explica en 5-7 líneas todo lo que sepas de esta enfermedad. Curso de Acceso a Grado Medio [ 213 ] MEDIO AMBIENTE NATURAL Y ECOSISTEMAS 9 INTRODUCCIÓN Hasta ahora, en las unidades anteriores, nos hemos centrado en estudiar el fenómeno de la vida: qué características tienen los seres vivos, de qué materia están hechos, cómo se organizan sus células, tejidos, órganos y cómo funcionan. Al estudiar las tres funciones vitales has tenido que darte cuenta que la vida sin un entorno no tiene sentido: los seres vivos intercambian con su entorno, lo que llamamos medio ambiente, materia, energía e información. Así, en esta unidad vamos a estudiar a los seres vivos en su paisaje habitual, como se relacionan con otros seres vivos, como les afectan los cambios que puedan producirse en su ambiente y como a su vez ellos son capaces de modificarlo. La humanidad ha empezado a hacerse consciente en las últimas décadas de la importancia de preservar ese medio ambiente, no sólo por el futuro de especies emblemáticas como el tigre de Siberia o el lince ibérico, sino por la supervivencia de nuestra propia especie. El aumento demográfico unido a los cambios asociados al estilo de vida (propiciados por un modelo de desarrollo incontrolado en las zonas más ricas del planeta) están generando cambios importantes, algunos de carácter global como la pérdida de biodiversidad o el cambio climático. Es hora de aceptar los errores y cambiar hacia un forma de relacionarnos con nuestro entorno más razonable, duradera o sostenible. Al finalizar el estudio de ésta unidad deberás ser capaz de: • Conocer la diferencia entre la ecología y las otras ciencias que estudian el fenómeno de la vida. • Describir el concepto de medio ambiente empleando ejemplos sencillos. • Identificar los componentes bióticos y abióticos de un ecosistema utilizando para ello ejemplos de ecosistemas cercanos. • Reconocer y valorar la importancia de los diferentes tipos de relaciones que se establecen entre los diferentes componentes de un ecosistema. • Conocer el funcionamiento de los organismos frente a los factores de su entorno: describir, mediante ejemplos concretos, en qué consiste la adaptación de una especie a un determinado factor ambiental. • Reconocer los diferentes niveles tróficos (productores, consumidores y descomponedores) en un ecosistema, así como la función que desempeña cada uno. • Describir e interpretar cadenas y redes tróficas a partir de datos aportados sobre el tipo de alimentación de los seres vivos en cualquier ecosistema. • Describir de forma sencilla cómo funciona un ecosistema, explicando cómo se produce la transferencia de materia y energía a lo largo de una cadena trófica. Curso de Acceso a Grado Medio [ 215 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Ecología y movimientos ecologistas La palabra “ecología” (del griego “oikos” casa y “logos” estudio) fue utilizada por primera vez en 1869 por el alemán Ernst Haeckel al que ya mencionamos en la unidad 6, para referirse al estudio de la “casa” de los seres vivos: su entorno o medio ambiente. El ecólogo es el científico que dedica su actividad al estudio de los ecosistemas; por su parte, el ecologista es el ciudadano que se interesa por cuestiones medioambientales y participa activamente en la protección del medio natural. • Asignar al ciclo de la materia la importancia que tiene en el mantenimiento de los ecosistemas. • Reconocer, que mientras la materia se recicla, la energía está siendo continuamente suministrada desde el sol y a su paso por el ecosistema se transforma en calor. • Definir y aplicar el concepto de biodiversidad. • Reconocer que la biodiversidad es un valor no solo para el funcionamiento de los ecosistemas, sino también para los intereses de la humanidad. • Identificar las causas y las consecuencias de nuestros impactos sobre el medio natural. • Deducir las prácticas de gestión sostenible de algunos recursos, por parte del ser humano. • Comprender textos de diferente índole (desde noticias de prensa hasta sencillos textos científicos) que traten sobre el medio ambiente y sus problemas. • Interpretar representaciones gráficas sencillas (mapas, tablas, gráficos, dibujos, esquemas,...) sobre los ecosistemas y los cambios debidos a las acciones humanas. • Aplicar los conocimientos adquiridos sobre medio ambiente para apreciar y disfrutar del medio natural próximo o lejano. 1. ECOLOGÍA Y MEDIO AMBIENTE La Tierra, el planeta habitado La ecología es una ciencia moderna que tiene como objetivo estudiar a los seres vivos en su entorno natural. Un ecólogo, aplicando sus conocimientos de botánica, zoología, física, química o geología, trata de entender las relaciones que se establecen entre un ser vivo y todo cuanto le rodea. Estudia los factores que influyen en la supervivencia de una determinada especie en una zona y como la presencia de esa especie repercute en el resto de seres vivos y en las características de ese territorio. Manifestación de un grupo ecologista Ramón Margalef, ecólogo y naturalista español. [ 216 ] Saltamontes. Fuente: Kalipedia Concepto de medio ambiente. Fuente desconocida Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 9: Medio ambiente natural y ecosistemas Denominamos medio ambiente a todo ese conjunto de factores y circunstancias que influyen o repercuten en la supervivencia de una especie como la temperatura, la humedad, la disponibilidad de agua, la presencia de depredadores, la abundancia o escasez de alimento, etc. Como puedes ver, algunos de esos factores proceden de la presencia y actividad de otros seres vivos en su entorno y se denominan factores bióticos y los otros, denominados factores abióticos, de las características físicas y químicas del lugar (luz, tipo de suelo, salinidad, humedad, temperatura, cantidad de oxígeno, etc.) MEDIO AMBIENTE Factores abióticos ↔ Ser vivo ↔ luz, temperatura, salinidad, humedad,... Factores bióticos presencia o ausencia de depredadores, parásitos, presas, competidores... La Ecología estudia las relaciones recíprocas (↔) entre seres vivos y medio ambiente. Elige la correcta La ecología estudia: La fecundación en las orquídeas La forma de las neuronas del encéfalo del chimpancé La longitud del tubo digestivo de un conejo Los cambios en la cantidad de aves en una laguna los años de sequía Curso de Acceso a Grado Medio [ 217 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Los seres vivos modifican el biotopo En muchas ocasiones, cuando se describe un ecosistema y sus relaciones, está bastante claro que los factores abióticos repercuten en el tipo de biocenosis, pero también ocurre a la inversa, de alguna manera los propios seres vivos son capaces de modificar esos factores abióticos: • Una lombriz es capaz de modificar un factor como es la porosidad y aireación del suelo. • Los árboles disminuyen la temperatura en superficie al proporcionar sombra a los organismos del suelo. • Un caso curioso son los castores con sus construcciones modifican el curso de un río. 2. LOS ECOSISTEMAS Y SUS COMPONENTES: BIOTOPO Y BIOCENOSIS Otra definición de ecología es la de la ciencia que estudia los ecosistemas, es decir la ecología no estudia organismos aislados, sino que estudia unidades de organización superiores que son los ecosistemas. Un ecosistema es la unidad formada por: • los seres vivos que ocupan una zona determinada (comunidad o biocenosis). La biocenosis está formada por diferentes poblaciones de seres vivos, entendiendo por población el conjunto de individuos de una misma especie que habitan en un lugar, en un momento determinado. Así, por ejemplo, hablaremos de las poblaciones de pinos, ardillas, zorros, etc. que constituyen la biocenosis de un bosque mediterráneo. Como puedes imaginarte los factores bióticos que describíamos en el apartado anterior dependen de la biocenosis. • el medio físico y sus características físico-químicas o biotopo. Los factores abióticos son los que definen el biotopo. Pero describir un ecosistema no es únicamente hacer un listado de especies y una descripción del escenario y sus características, también requiere el estudio y explicación de todas las relaciones establecidas entre unos y otros. Y esto último, es lo más complicado. los castores construyen sus madrigueras en mitad de los ríos La especie humana es un caso extremo ya que su capacidad de modificación del biotopo es inmensa, basta con mirar los paisajes que rodean nuestras ciudades: edificios, carreteras, canales, puentes, contaminación,...son ejemplos de este poderío. Ecosistema lago formado por una biocenosis y un biotopo. Banco de imágenes IFSTIC ECOSISTEMA = BIOTOPO + BIOCENOSIS + TODAS LAS RELACIONES QUE SE ESTABLECEN [ 218 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 9: Medio ambiente natural y ecosistemas Elige la correcta El conjunto de seres vivos de la misma especie que habitan en un ecosistema se llama: Ecosistemas aragoneses biocenosis comunidad biotopo población 2.1. Variedad de ecosistemas Mapa físico de Aragón Debido a las distintas condiciones climáticas y geográficas de nuestro territorio la diversidad de paisajes es muy grande. Podemos reconocer al menos ocho tipos diferentes de ecosistemas: Tipos diferentes de ecosistemas. Banco de imágenes IFSTIC En nuestro planeta existen muchos ecosistemas distintos, pero para que resulte más fácil su estudio los agrupamos en tres grandes categorías: • Ecosistemas terrestres: bosques, praderas, desiertos, estepas, valles, alta montaña, selvas, etc. • Ecosistemas acuáticos: mares, lagos, etc. • Ecosistemas mixtos (con parte acuática y parte terrestre): humedales, costas, marismas, etc. El tamaño de los ecosistemas es muy variado: desde un pequeño charco en el campo, hasta todo el planeta Tierra. El gran ecosistema planetario recibe el nombre de Biosfera, siendo la parte baja de la atmósfera, la parte superficial de la corteza terrestre y la hidrosfera su biotopo y toda la vida conocida su biocenosis. Curso de Acceso a Grado Medio • Montaña y alta montaña (las cumbres pirenaicas en Huesca o Javalambre en Teruel) • Bosque caducifolio y de coníferas (las laderas del Moncayo en Zaragoza) • Bosque mediterráneo (los pinares de Rodeno en Albarracín en Teruel) • Barrancos, cañones y cortados (el cañón de Añisclo en Huesca) • Humedales (la laguna de Gallocanta en Zaragoza) • Ríos, sotos y riberas (todos los ríos de Aragón, incluyendo sus riberas) • Estepa (los Monegros entre Huesca y Zaragoza) • Medio urbano (cualquier ciudad o pueblo) [ 219 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Los líquenes Una pareja perfecta. Un liquen está formado por dos organismos: • un alga que proporciona materia orgánica gracias a su actividad fotosintética • un hongo, que aporta al alga protección y facilita la absorción de agua y sales minerales. Este tipo de asociación interespecífica se denomina simbiosis porque ambas especies salen beneficiadas y la dependencia es muy estrecha. Es una asociación que da excelentes resultados, ya que los líquenes pueden colonizar ambientes extremos, como cimas de montañas, desiertos y regiones polares. Pueden secarse completamente y permanecer en ese estado durante meses, pero se rehidratan inmediatamente en cuanto hay humedad en el ambiente. El estudio de los líquenes despierta mucho interés en la actualidad porque son muy sensibles a la contaminación del aire. Si los árboles y rocas de una zona presentan líquenes en abundancia, podremos deducir que la calidad del aire es buena. Relaciona Consultando el documento sobre los ecosistemas aragoneses, intenta relacionar por parejas... Montaña y alta montaña Los Monegros son un ejemplo Bosque caducifolio Ecosistemas situados por encima de los 2.000 metros Ríos, sotos y riberas Los bosques de hayas, abedules y fresnos del Moncayo Estepa La encina es la reina en este ecosistema Barrancos, cañones y cortados Un tipo muy especial de ecosistema con gran influencia humana Ecosistema urbano El Ebro a su paso por Zaragoza Humedales Espacios cubiertos de agua, a veces temporalmente Bosque mediterráneo La hoz del río Piedra en Teruel 2.2. Los factores bióticos Las relaciones entre los seres vivos del ecosistema Dentro de la Biocenosis distinguimos entre: • relaciones intraespecíficas: las que se establecen entre organismos de la misma especie, es decir, entre miembros de la misma población. • relaciones interespecíficas: aquellas que suceden entre organismos de especies diferentes. Relaciones intraespecíficas Todos los miembros de una población comparten las mismas fuentes de alimento, el mismo territorio y se reproducen entre sí formando una unidad. En general, y en el caso concreto de los animales, los individuos de una población tienden a agruparse, porque esta situación supone ventajas frente a la vida en solitario (el efecto de grupo facilita la reproducción, la defensa, la búsqueda y captura de presas). Entre los animales encontramos diferentes tipos de asociaciones: [ 220 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 9: Medio ambiente natural y ecosistemas Tipos de asociaciones Características Ejemplos Asociaciones familiares Su finalidad es la reproducción y el cuidado de la descendencia. Están formadas por individuos de una misma familia. Aves y mamíferos en general Asociaciones estatales Son comunidades muy numerosas con una clara jerarquización y distribución del trabajo formando castas. Hay individuos especializados en defensa (soldados), alimentación (obreras) y reproducción (zánganos y reina). Todos los insectos sociales como hormigas, abejas, termitas. Asociaciones coloniales Están formadas por individuos que permanecen unidos físicamente entre sí y que se originan por reproducción asexual a partir de un único progenitor. Corales Asociaciones gregarias Se trata de grupos muy numerosos, generalmente transitorios, que se desplazan juntos. Bandadas de aves, nubes de mosquitos, manadas de búfalos o bancos de peces El parasitismo de puesta El cuco (Cuculus canorus) es un ave común en nuestros bosques. Recibe ese nombre porque en primavera el macho emite su “cu-cu” característico para atraer a la hembra. Esta especie tiene un comportamiento muy particular a la hora de realizar la puesta de huevos. La hembra no construye su propio nido, sino que deposita sus huevos en nidos de especies vecinas. Generalmente sus victimas son aves mucho más pequeñas, a las que previamente sustrae un huevo para cambiarlo por el suyo. Al engaño contribuye el parecido entre los huevos del cuco y las especies parasitadas. Cuando el polluelo de cuco nace, es tres veces más grande que los otros pollos “hermanos”, a los que arroja fuera del nido o condena a la desnutrición al ser el primero en cebarse con el alimento que traen los abnegados padres adoptivos. Relaciones interespecíficas Las relaciones interespecíficas se establecen entre individuos pertenecientes a especies diferentes y, por tanto, a poblaciones distintas. Estas relaciones pueden ser de los siguientes tipos: Tipos de relaciones Depredación Características Es la captura y muerte de unos individuos (presas) por parte de otros (depredadores). Ejemplos Serpiente/ratón Un polluelo de cuco siendo alimentado por su madre adoptiva Curso de Acceso a Grado Medio [ 221 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Tipos de relaciones Características Ejemplos Competencia Se establece cuando seres de distinta especie utilizan el mismo recurso. Los diferentes árboles de un bosque compiten por la luz, el agua y el espacio Parasitismo Consiste en que una especie (parásito) vive aprovechándose de otra (huésped u hospedador) a la que causa un efecto negativo. Piojo/persona Comensalismo Es un tipo de relación interespecífica en la que una especie, que recibe el nombre de comensal, aprovecha los recursos que le sobran a otra sin causarle un efecto perjudicial. En algunos casos los comensales se alimentan de los restos o secreciones de otra especie, en otros sólo buscan un lugar para vivir o protección. Pez payaso/anémona Mutualismo Es una asociación en la que individuos de especies diferentes obtienen un beneficio mutuo. Las abejas y las plantas que polinizan Simbiosis Es un caso especial de Hongos y algas formando mutualismo obligado, ya que las líquenes especies implicadas no pueden vivir por separado. Contesta Lee atentamente el siguiente texto y responde a continuación: “Las plantas epífitas, como las orquídeas, crecen sobre los troncos y ramas de los árboles que les sirven de soporte. Estas plantas se benefician consiguiendo un lugar donde fijarse y luz para realizar la fotosíntesis, pero no perjudican para nada a los árboles que las sostienen”. ¿Podrías decir que tipo de relación se describe en este texto? [ 222 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 9: Medio ambiente natural y ecosistemas 2.3. Los factores abióticos La importancia de los factores abióticos en la vida y desarrollo de los seres vivos será diferente para los ecosistemas terrestre y los acuáticos. Los factores abióticos más influyentes son: Para los organismos terrestres 1. Factores climáticos: Tienen que ver con la altitud, la latitud y la lejanía al mar principalmente. • Temperatura. • Humedad y precipitaciones. • Luz. 2. Factores edáficos (del suelo): Comprenden todas las propiedades físicas y químicas del suelo que van a tener influencia sobre los seres vivos, especialmente sobre la vegetación. De estos factores dependerá si un suelo es capaz de retener agua y nutrir a las plantas del ecosistema. Podemos considerar las siguientes: • • • • • Profundidad. Pendiente. Granulometría (si es un suelo pedregoso, arcilloso o arenoso). Aireación. Composición química. La luz en los ecosistemas acuáticos La luz es un problema para los organismos que viven en los ecosistemas acuáticos. Hay que tener en cuenta que la luz llega como mucho (en las aguas muy transparentes) hasta los 200 metros de profundidad. A partir de ahí, los seres vivos sólo encuentran oscuridad. En esta zona superficial, denominada zona fótica, es donde se desarrolla la vida vegetal acuática. Lógicamente también es una zona rica en animales, pues es donde encuentran alimento con más facilidad. Para los organismos acuáticos 3. Factores hidrológicos: Estos factores están relacionados con las propiedades del agua. • • • • Salinidad. Temperatura del agua. Presión. Contenido en oxígeno. • Temperaturas extremas, muy bajas en invierno y altas en verano. • Escasas precipitaciones e irregularmente repartidas a lo largo del año. • El viento seco y frío es frecuente en este territorio (cierzo). • El número de días soleados es muy alto (si exceptuamos la nieblas invernales). • Paisaje en el que alternan las llanuras con barrancos fruto de la erosión. • Suelos pobres, poco profundos y poco aireados. Formados por arcillas y ricos en yesos y sales. Monegros: ejemplo de ecosistema estepario Curso de Acceso a Grado Medio El agua absorbe las radiaciones solares de forma muy desigual. De todos los colores de la luz visible, son el azul y el verde los que penetran mas profundamente. Este fenómeno explica por qué los objetos cambian aparentemente de color en imágenes tomadas a cierta profundidad. La sangre deja de verse roja a partir de los 2 o 3 metros bajo la superficie. Ésta también es la razón por la que existen algas rojas y algas pardas cuyos pigmentos permiten aprovechar mejor la luz solar a cierta profundidad. Factores abióticos de este ecosistema [ 223 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Contesta En el siguiente listado se ha colado un intruso: ¿podrías localizarlo? luz, presión, concentración de oxígeno, competencia, temperatura, humedad, contenido en sales y tipo de roca. 3. ADAPTACIÓN DE LOS SERES VIVOS AL MEDIO Ni por el mar corren las liebres, ni por el monte las sardinas... ¿Podría vivir y reproducirse con normalidad una pareja de osos polares en la estepa monegrina? Con bastante seguridad, la respuesta es no. Por motivos similares a los que impiden que una palmera crezca en la tundra o que una sardina habite en las aguas del río Ebro. ¿Cuál es la razón? Pues que cada especie tiene unas características propias, fruto de un proceso de evolución por selección natural, que le permiten o la hacen idónea para sobrevivir en un medio determinado. Por ejemplo el oso polar tiene bajo su piel una gruesa capa de grasa que aísla sus órganos internos de las bajas temperaturas invernales. Ese rasgo supone un problema en un ambiente estepario como Monegros, no sólo por el control de la temperatura en verano (se achicharraría), sino porque resta agilidad. Además la dieta de este animal sería difícilmente satisfecha en un ecosistema como este. Resumiendo, el oso polar presenta adaptaciones que le permiten soportar los rigores del ambiente polar. Los organismos que viven en la estepa deben tener otras adaptaciones que los hagan aptos a la vida en ese territorio. Cuando hablamos de seres vivos, una adaptación es una característica en un organismo que se transmite hereditariamente y que lo hace más apto para sobrevivir y reproducirse en un determinado ambiente. Esa característica puede estar relacionada con la forma o función de algún órgano o con algún comportamiento. La estepa monegrina [ 224 ] Oso polar Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 9: Medio ambiente natural y ecosistemas Ejemplos de adaptaciones en animales: Factor al que no responde la adaptación Animales Adaptación Peces Cuerpo con forma de huso (hidrodinámica), lo que facilita la locomoción en el agua reduciendo el rozamiento. Mayor densidad del agua Camello y dromedario Acumulación de grasa en la joroba. Escasez de agua y alimentos Insecto palo Cuerpo con forma de ramita. Presencia de depredadores Gaviotas Glándula evacuadora de sal. Salinidad Ejemplos de adaptaciones en plantas: Factor al que no responde la adaptación Plantas Adaptación Cactus Carecen de hojas y en su lugar tienen espinas. Escasez de agua (reducen la transpiración) Plantas trepadoras (hiedra) Estructuras que les permiten engancharse a los árboles o piedras. Luz Orquídeas Presentan corolas que parecen hembras de insectos. Atraer a los insectos , polinizadores. Curso de Acceso a Grado Medio Mimetismo: una forma curiosa de adaptación El mimetismo es un tipo de adaptación gracias a la cual el ser vivo adquiere formas y tonalidades que le permiten camuflarse en su entorno. Esto es útil tanto para las presas, que no son descubiertas por el depredador, como para los depredadores, que pueden sorprender más fácilmente a los incautos que se convierten en su alimento. Uno de lo casos más conocidos es el del camaleón, capaz de cambiar la coloración de su piel en función de la tonalidad dominante en el entorno. Un caso curioso es el denominado mimetismo batesiano que presentan aquellas especies inofensivas que portan rasgos de especies peligrosas. Con ello consiguen disuadir a algunos depredadores, lo que constituye una ventaja. Es el caso de la inofensiva falsa serpiente de coral, que se aprovecha de su parecido con la verdadera serpiente coral cuyo veneno es potentísimo. [ 225 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Contesta Las dos tablas anteriores recogen ejemplos de adaptaciones, incluso se cita el factor al que responde esa adaptación. ¿Cuáles son bióticos y cuáles abióticos? 4. MATERIA Y ENERGÍA EN LOS ECOSISTEMAS Comer y ser comido Ya sabemos, y lo hemos tratado en las unidades anteriores, que los organismos integrantes de un ecosistema necesitan tomar de su entorno materia y energía para realizar sus funciones vitales. La energía se introduce en el ecosistema en forma de luz solar. Sólo los seres autótrofos son capaces de tomar esa energía y por tanto el resto de los organismos que componen el ecosistema dependen de ellos. La materia que utilizan los seres vivos procede del suelo, del aire, del agua o de otros seres vivos. Para que el ecosistema funcione perfectamente, es necesario que la materia y la energía vayan pasando de unos seres a otros. De este modo se establecen distintos niveles tróficos o de alimentación que se diferencian en el modo de obtener la materia y la energía. Los principales niveles tróficos son : • los productores: Son todos los organismos autótrofos de un ecosistema. Convierten la materia inorgánica en orgánica utilizando la luz solar. • los consumidores: Son seres heterótrofos que por tanto toman, bien directa o indirectamente, materia orgánica fijada por los productores. Hay diferentes categorías según su tipo de alimentación: – consumidores primarios o todos los organismos herbívoros: si se alimentan de productores. – consumidores secundarios: si se alimentan de consumidores primarios. – consumidores terciarios: si se alimentan de consumidores secundarios. Algunos ecosistemas tienen más niveles de consumidores. [ 226 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 9: Medio ambiente natural y ecosistemas Existen organismos que pertenecen a más de un nivel trófico. El caso más claro es el de los omnívoros: cuando se alimentan de vegetales son consumidores primarios y si lo hacen de animales son secundarios, terciarios, etc. • Los descomponedores: Se alimentan de los restos de los niveles anteriores. Son hongos y bacterias que viven en el suelo y que transforman la materia orgánica en inorgánica, completando así el ciclo de la materia. En los ecosistemas acuáticos las bacterias descomponedoras se localizan en los fondos, muchas veces a cientos de metros de la superficie. Un ecosistema es como una gran máquina que procesa materia al pasar de unos organismos a otros. La energía que hace funcionar a esta maquina es la luz solar. La luz solar suministra energía a todo el ecosistema a través de los organismos productores Los restos vegetales son aprovechados por los descomponedores Contesta ¿Qué ocurriría en un ecosistema si por un problema de contaminación desapareciesen todas los organismos fotosintetizadores? Contesta ¿A qué nivel trófico crees que pertenecen los buitres y otros animales comedores de carroña? ¿Productores? ¿Consumidores? ¿Descomponedores? Curso de Acceso a Grado Medio [ 227 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Los venenos silenciosos: el DDT El libro “La primavera silenciosa” escrito por la bióloga norteamericana Rachel Carson en 1962, fue la primera publicación que denunciaba los efectos nocivos sobre el medio ambiente de algunas actividades humanas. El uso de insecticidas como el DDT (dicloro-difeniltricloroetano) estaba envenenando la capa viva del planeta. Hasta entonces el DDT se consideraba inofensivo (si exceptuamos los insectos). Se había utilizado de forma indiscriminada tanto en hogares y cultivos como en fumigaciones masivas para erradicar enfermedades como la malaria, cuyo organismo transmisor es un mosquito. La autora describió meticulosamente el paso del DDT a todos los componentes de la cadena trófica y cómo se acumula en tejidos grasos de animales y humanos, causando cáncer y problemas de reproducción. Una sola aplicación sobre un cultivo mataba insectos durante meses y permanecía en niveles tóxicos en el ambiente incluso después de las lluvias. 4.1. Cadenas y redes tróficas Los individuos de diferentes especies dentro de un ecosistema, como hemos visto anteriormente, se relacionan entre ellos casi siempre por cuestiones alimentarias o tróficas. Una cadena trófica es una representación lineal que nos indica quién se alimenta de quién en un ecosistema. Por ejemplo: Ejemplo de cadena trófica. Banco de imágenes IFSTIC Es muy importante recordar que el primer eslabón de cualquier cadena trófica es siempre un PRODUCTOR Sin embargo, es muy extraño que en un ecosistema un herbívoro se alimente exclusivamente de una planta, es decir, lo que realmente representa las relaciones de alimentación en un ecosistema es una red trófica, que no es más que un conjunto de cadenas interconectadas. Una red trófica es una representación más completa del funcionamiento de un ecosistema y nos permite apreciar como se mueven la energía y la materia. También pone de manifiesto la verdadera dependencia de unas especies respecto a otras. El DDT poderoso insecticida Su trabajo concluye que el DDT y otros pesticidas habían dañado irremediablemente a aves y a otros animales a la vez que habían contaminado la cadena alimenticia mundial. Desde la década de los 70 su uso está prohibido. [ 228 ] Ejemplo de red trófica. Banco de imágenes IFSTIC Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 9: Medio ambiente natural y ecosistemas Contesta Fíjate atentamente en la red trófica anterior: ¿qué organismos son los descomponedores de este ecosistema? Contesta ¿Qué ocurriría en este ecosistemas si todos los gavilanes muriesen por un envenenamiento? 4.2. El ciclo de la materia La materia se recicla En los ecosistemas, la materia sigue un movimiento cíclico. Eso quiere decir que los átomos de carbono, nitrógeno, oxígeno,... pasan de unos componentes a otros del ecosistema formando compuestos diferentes, bien orgánicos o inorgánicos. Ciclo de la materia. Banco de imágenes IFSTIC Curso de Acceso a Grado Medio [ 229 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA El proyecto Melissa La UAB (Universidad Autónoma de Barcelona) investiga sobre la posibilidad de crear un ecosistema artificial que permita, entre otras cosas, viajes espaciales tripulados de larga duración. Actualmente, si cualquiera de las agencias espaciales se plantease un viaje tripulado a Marte, de aproximadamente 1.000 días, haría falta una carga mínima de 30 Tm. entre alimentos, agua y oxígeno. El objetivo del proyecto es conseguir un ecosistema autosuficiente en miniatura que genere oxígeno, agua y alimentos vegetales a partir del reciclaje de los residuos orgánicos, la orina, las heces y el CO2 producidos por la tripulación de una nave. Los Productores transforman la materia inorgánica del biotopo en orgánica, que será el alimento del nivel trófico siguiente. A su vez, esta materia orgánica incorporada a los consumidores primarios pasará a los secundarios y así sucesivamente hasta alcanzar a toda la cadena trófica a través de la alimentación. Los descomponedores transforman todos los restos orgánicos del ecosistema en sustancias inorgánicas que devuelven de nuevo al aire, tierra o agua. De esta manera se completa el ciclo y esas sustancias inorgánicas quedan a disposición de las plantas. La materia se recicla al pasar por los diferentes componentes del ecosistema. Elige la correcta Elige la opción que consideres correcta: Verdadero Falso Los productores transforman la materia orgánica en inorgánica. Proyecto Melissa, siglas en inglés de Sistema Alternativo de Soporte Microbiológico. En la actualidad se están haciendo ensayos con 40 ratas simulando un viaje espacial, en el futuro se hará con personas. Sin la actividad de los descomponedores los suelos perderían fertilidad y las plantas no crecerían. El ciclo de la materia solo afecta a la biocenosis, no al biotopo. Los descomponedores transforman la materia inorgánica en orgánica. Elige la correcta ¿Qué nivel trófico ocupa la paloma en el ecosistema del apartado anterior? Verdadero Falso productor consumidor primario consumidor secundario descomponedor consumidor terciario [ 230 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 9: Medio ambiente natural y ecosistemas 4.3. La energia viene del sol y no se recicla Recuerda: los organismos heterótrofos tenemos en los alimentos nuestra fuente de materia y energía, mientras que para los autótrofos la entrada de energía es independiente de la de materia. Ya hemos dicho que la energía solar es la que mantiene la actividad de los ecosistemas y la que permite todas esas transformaciones. La energía tiene un comportamiento diferente al de la materia a su paso por el ecosistema: no se recicla, sigue un flujo o camino en una sola dirección y acaba transformándose en calor. La energía luminosa, por el proceso de la fotosíntesis, se transforma en la energía química que contienen las sustancias orgánicas. En cada nivel trófico parte de esa energía se degrada hasta energía calorífica por la actividad de los organismos y la respiración de sus células. Por tanto a los últimos niveles ya llega muy poca, eso explica que los grandes depredadores sean escasos en los ecosistemas. Esto aparece reflejado muy claramente en un tipo de gráficos llamados pirámides alimentarias, donde se percibe que cada nivel trófico tiene a su disposición menos alimento y por tanto menos energía que el anterior. Pirámide alimentaria. Banco de imágenes IFSTIC Curso de Acceso a Grado Medio [ 231 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA La Bóveda del fin del mundo Un banco de semillas Un bunker a 130 metros de profundidad construido en el interior de la roca, es el almacén de semillas más grande del mundo. Está situado en una de las remotas islas Svalbard al norte de Noruega, a unos 1.000 kilómetros del Polo Norte. Consta de tres depósitos que pueden albergar un total de 2.000 millones de semillas de plantas diferentes, procedentes de los cien países que participan en el proyecto. Se almacenan a 18∫C bajo cero, lo que garantiza una perfecta conservación durante siglos. El propósito de la bóveda es asegurar la supervivencia de la diversidad de cosechas del mundo en caso de una epidemia de plantas, guerra nuclear, desastre natural o cambio climático. Estas semillas sólo saldrán del almacén en caso de destrucción o desaparición de la especie. En la actualidad existen unos 1.400 bancos de semillas en varios países del mundo que contienen muestras de los cultivos de cada país. Pero ninguno es tan completo, ni tiene las medidas de seguridad de esta moderna Arca de Noe. Imagen: Crop Trust [ 232 ] Verdadero o falso Decide si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones sobre la energía que hace funcionar los ecosistemas: Verdadero Falso La energía dasaparece a su paso por los diferentes niveles tróficos de un ecosistema. La energía pasa del sol a los seres vivos, de estos al aire, y otra vez a los seres vivos. Los consumidores secundarios tienen más alimento, y por tanto más energía a su disposición, que los primarios. Al final, toda la energía que entró en el ecosistema en forma de luz, se encuentra disipada en el ambiente en forma de calor. 5. BIODIVERSIDAD: CONCEPTO E IMPORTANCIA A B Compara los dos paisajes: ¿Cuál prefieres? ¿Cuál es más variado o diverso? Seguramente has elegido el B. En este apartado vamos a entender que la variedad o diversidad es importante y no sólo por razones estéticas. Denominamos Biodiversidad a la variedad de formas de vida que hay en el planeta, es decir: • la variedad de especies, por ejemplo no todos las ballenas son iguales, hay especies diferentes. • la variedad genética dentro de cada especie. Todas las grullas que repostan en Gallocanta pertenecen a la misma especie, pero no son iguales entre sí. • la variedad de ecosistemas: la estepa, la alta montaña, las riberas de los ríos, los hayedos,... son ecosistemas diferentes. Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 9: Medio ambiente natural y ecosistemas Variedades de maíz (genética) Variedad de especies Y ¿por qué es tan importante? • Porque ya vimos que la variedad, las diferencias, son garantía de supervivencia ante cambios drásticos. Cuando hay cambios en el ambiente que no son buenos para una especie o ecosistema, generalmente hay otra que se beneficia. Por ejemplo, durante una sequía habrá organismos que no pueden sobrevivir si no tienen mucha agua y por lo tanto mueren pero, gracias a la biodiversidad, hay otros que si y por eso ocuparán el lugar que dejan los primeros. A lo largo de muchos años esto permite que siga habiendo vida en el Planeta, aún después de haber sufrido transformaciones muy grandes. • Pero para nuestros intereses también es importante porque nos proporciona muchos recursos (alimenticios, farmacéuticos, textiles,...), servicios como proporcionar oxígeno, evita la erosión,... e información o ideas para resolver problemas, como volar imitando a las aves, fabricar estructuras o materiales que recuerdan una tela de araña o un panal de abejas. Elige las correctas Variedad de ecosistemas Espacios protegidos en Aragón En 1872, el gobierno de los Estados Unidos de América declara el primer espacio natural protegido al Parque Nacional de Yellowstone en la región de las Montañas Rocosas. Con ello se buscaba preservar de la acción humana unos paisajes únicos. A Europa no tardó a llegar esa preocupación por la naturaleza y en 1918 se crean los dos primeros parques nacionales españoles: el de Covadonga en Asturias y Ordesa en Huesca. Localiza las opciones correctas sobre la Biodiversidad... Cuantos más organismos haya en un ecosistema, mayor será la biodiversidad Los ecosistemas con mayor biodiversidad son las selvas La biodiversidad nos proporciona gran canditad de recursos En un huerto hay más biodiversidad que en un bosque Cuanto mayor sea la biodiversidad de un ecosistema, mejor se adaptará a los cambios ambientales Curso de Acceso a Grado Medio Red aragonesa de espacios naturales protegidos. En Aragón en los años veinte se añadieron San Juan de la Peña y el Moncayo. Desde entonces hasta nuestros días la superficie de espacios protegidos, así como las modalidades de protección han aumentado considerablemente. [ 233 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Vivir entre basura Para pensar... La Chureca es el vertedero más grande de Centroamérica. Situado a las afueras de Mananagua, capital de Nicaragua, recibe diariamente 1.000 toneladas de desperdicios. Aunque parezca increíble, allí se ha asentado una población chabolista de más de dos mil personas que conviven cada día con buitres, roedores e insectos. Mal viven de la comida y objetos que extraen de la basura y después venden. No es el único caso, otras capitales de países pobres tienen comunidades establecidas en sus vertederos. 6. CONSECUENCIAS DE LAS ACTIVIDADES HUMANAS SOBRE LOS ECOSISTEMAS La especie humana, más que ninguna otra, se caracteriza por su gran capacidad de modificación del entorno. Las consecuencias de las actividades humanas sobre el medio natural han sido diferentes a lo largo de la historia, dependiendo del tamaño de la población y la cultura propia de cada sociedad. En la actualidad los cambios o impactos producidos por el hombre son muchos y en algunas ocasiones muy preocupantes, ya que comprometen el desarrollo de otras especies, incluso nuestra propia supervivencia en algunas regiones. Estas acciones producen modificaciones en todos los componentes de los ecosistemas: • en la atmósfera: contaminación del aire en las ciudades o la destrucción de la capa de ozono. • sobre el clima: cambio climático por el aumento del efecto invernadero. • sobre el agua: contaminación de ríos o mareas negras. • en el paisaje y el relieve: transformación por construcciones, minería, agricultura... • sobre la flora y la fauna: extinción de especies. El alcance de estos impactos es diferente según los casos: puede ser local (afecta a un área reducida), puede ser regional o puede ser global (si afecta a todo el planeta). Nuestras actividades modifican el paisaje... y generan contaminación La explicación a todo esto estaría básicamente en tres hechos: El número de personas en el planeta comenzó a crecer de forma alarmante desde la revolución industrial (mediados del siglo XiX) [ 234 ] • Somos muchos: la gran superpoblación nos acerca a los 7.000 millones de personas en el mundo. • Gastamos y ensuciamos en exceso: el estilo de vida en los países más desarrollados induce a un elevado consumo de recursos (principalmente no renovables) y una producción de gran cantidad de residuos. • Existen grandes diferencias entre estos países y el resto de territorios. En muchas ocasiones son los países del llamado Tercer Mundo los que padecen los efectos negativos de esos excesos en los países Nuestro estilo de vida exige gran cantidad de desarrollados. recursos y produce muchos residuos Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 9: Medio ambiente natural y ecosistemas 6.1. El problema de la contaminación Entendemos por contaminación la presencia de cualquier sustancia o forma de energía (contaminantes) en el aire, agua, suelo o alimentos que suponga un riesgo para los seres humanos u otros seres vivos. Estos contaminantes pueden tener origen natural como los gases tóxicos emitidos por la erupción de los volcanes. Pero en muchas ocasiones es debida a las actividades humanas. La peligrosidad de un contaminante dependerá básicamente de tres factores: • su composición química. • la concentración o cantidad de contaminante por unidad de volumen. • la persistencia en el medio. Los contaminantes degradables son aquellos que se descomponen fácilmente por procesos naturales y suelen desaparecer o transformarse en sustancias menos peligrosas en poco tiempo (por ejemplo la materia orgánica). Sin embargo, hay contaminantes no degradables o difícilmente degradables cuyo tiempo de permanencia en el medio es muy largo (por ejemplo los metales pesados, como el mercurio y el plomo, o algunos insecticidas y plásticos). La contaminación del aire es debida sobre todo a las combustiones producidas por industrias, hogares y tráfico. Estas actividades generan gases como los óxidos de carbono, los óxidos de azufre, los óxidos de nitrógeno y partículas en suspensión (polvo, cenizas y hollín). Los ríos, mares y lagos aparecen contaminados porque han sido desde siempre los receptores naturales de los residuos generados en muchas de nuestras actividades (hogares, industria, ganadería y agricultura). Se tenía la idea equivocada de que su capacidad de renovación era infinita. El mar parece lo suficientemente grande como para diluir y hacer desaparecer cualquier sustancia tóxica, pero no es así. Los contaminantes habituales son la materia orgánica, detergentes, metales pesados, abonos o pesticidas. Emisiones de una fábrica La contaminación es responsable de enfermedades y muertes prematuras Hace ya tiempo que médicos y científicos nos vienen avisando: la contaminación es una amenaza para nuestra salud. Y no solamente afecta a las vías respiratorias como cabría esperar, sino también al aparato circulatorio. Parece ser que de todos los contaminantes presentes en la atmósfera de una gran ciudad como Madrid, los más peligrosos son unas partículas denominadas PM 2,5. Reciben ese nombre por su diminuto tamaño ya que su diámetro es inferior a 2,5 micras y esto les permite llegar a la sangre a través de los capilares de los alvéolos pulmonares. Una vez allí favorecen la formación de trombos u obstrucciones en venas y arterias. ¿Qué actividad genera este tipo de partículas? El tráfico, sin lugar a dudas, y principalmente los motores diesel. Vertido de aguas residuales Vertedero no controlado Curso de Acceso a Grado Medio [ 235 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Un hecho preocupante es que la contaminación también afecta a las aguas subterráneas. Los contaminantes pueden filtrarse en el terreno, por ejemplo a partir de un vertedero de basuras no controlado y acabar contaminando el acuífero que hay en profundidad. En ese caso, el agua de los manantiales de esa zona también estará contaminada. Elige la correcta Un ejemplo de sustancia no degradable: grasas restos fecales mercurio papel 6.2. El agujero de la capa de ozono La atmósfera terrestre ha sido importantísima en el desarrollo de la vida en el planeta. Proporciona, como ya hemos visto, los gases necesarios para la fotosíntesis y la respiración. Pero además, protege a los seres vivos de las radiaciones nocivas procedentes del Sol. Es decir, permite el paso de esas formas de energía radiante que son importantes para la vida como la radiación visible y la infrarroja o calor, pero impide que penetren las radiaciones de onda corta como los rayos X, rayos gamma, o los ultravioleta. (Recuerda lo que estudiaste sobre la radiación en la unidad 5) Estructura vertical de la atmósfera. Localización de la capa de ozono. Fuente: CNICE [ 236 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 9: Medio ambiente natural y ecosistemas Y es en una zona de la atmósfera situada a unos 25 Km. de altura sobre nuestras cabezas donde se encuentra el escudo protector frente a las peligrosas radiaciones ultravioleta. Es la llamada “Capa de Ozono” por estar enriquecida en ese gas, cuyas moléculas impiden el avance de esas radiaciones hasta la superficie. El problema detectado hace ya unas dos décadas es el adelgazamiento de esta capa en algunos lugares del planeta, principalmente sobre la Antártida y otras zonas del Hemisferio Sur. A este fenómeno se le denominada “agujero de la capa de ozono”, aunque en realidad no es tal. Los científicos decidieron que no se trataba de un fenómeno natural, que ese empobrecimiento en ozono era debido a unos gases denominados CFCs (por tener Carbono, Flúor y Cloro en su molécula). Durante años se emplearon masivamente en la industria del frío, como disolventes o para fabricar sprays. En la actualidad están prohibidos en muchos países, pero como no se degradan con facilidad, los que se emitieron hace años siguen actuando y destruyendo ese ozono protector. Dos imágenes del agujero de ozono. Los colores anaranjados y amarillos indican gran cantidad de ozono y los violeta morados baja Los sprays actuales están libres de CFCs Las consecuencias de este deterioro de la capa de ozono es que llegan a la superficie más radiaciones ultravioleta, responsables de graves problemas de salud como el cáncer de piel y lesiones en los ojos. De ahí que cada verano los medios de comunicación nos recuerden la importancia de protegernos del sol con cremas que contengan filtros solares, ropa y gafas adecuadas. El ruido no es sólo una molestia Hay formas de contaminación que no son debidas a sustancias químicas, como es el caso de la contaminación acústica o por sonidos. Entendemos por ruido cualquier sonido no deseado. Sus efectos sobre la salud dependerán de la sensibilidad de cada persona, pero también de la intensidad y del tiempo de exposición al ruido. Los problemas que pueden ocasionar en el organismo de quien los padece son: • Lesiones en el oído, como sorderas, dolores o vértigos. A partir de los 75 dB pueden generarse problemas de este tipo. • Alteraciones nerviosas importantes como la irritabilidad, insomnio o falta de concentración. – Otras alteraciones que afectan a los aparatos digestivo, respiratorio o circulatorio como la subida repentina de la tensión arterial. Elige la correcta ¿De qué tipo de radiación solar nos protege la capa de ozono? Ruido. Fuente: Globedia rayos X rayos ultravioleta radiación visible radiación infrarroja Curso de Acceso a Grado Medio [ 237 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Los glaciares pirenaicos y el cambio climático El calentamiento global que está experimentando el planeta provoca un retroceso y, en algunos casos, la desaparición de glaciares. Los glaciares son masas de hielo que se han originado a partir de la transformación de grandes cantidades de nieve a lo largo del tiempo y que no desaparecen al llegar la primavera. Los de los Pirineos, debido a su latitud y no muy elevada altitud, son de los más vulnerables a esta subida de temperaturas. En la actualidad, y en un breve periodo de tiempo, han desaparecido 13 glaciares pirenaicos. Datos importantes: en nuestra comunidad autónoma los glaciares ocupan en la actualidad una superficie de 290 hectáreas, cuando hace solamente 13 años cubrían hasta 481 hectáreas. A este paso, nuestros hijos y nietos no los conocerán. 6.3. El calentamiento global La Tierra goza de una situación y características privilegiadas que la hacen ser el único planeta del sistema solar que alberga vida. La temperatura media de nuestro planeta es de 15º y eso conlleva la existencia de agua líquida, factor decisivo para el desarrollo de organismos vivos. Esta temperatura viene dada por la distancia al Sol, pero también por la existencia de una atmósfera que actúa como una manta sobre la superficie terrestre. ¿Por qué ocurre esto? La explicación está en la composición química de nuestra atmósfera y la existencia de unos gases como el vapor de agua y dióxido de carbono (CO2). Estos gases absorben la radiación infrarroja (calor) emitida por la superficie terrestre al ser calentada por el sol. Esta energía no sale inmediatamente al espacio, sino que queda temporalmente atrapada, lo que contribuye a mantener a la Tierra un poco más caliente de lo que le correspondería por su distancia al Sol. Y este es el famoso efecto invernadero, que como vemos es un fenómeno natural y al que estamos muy agradecidos ya que, a diferencia de la Luna que carece de atmósfera, la Tierra es un lugar muy confortable. Fuente: El Heraldo Por otro lado, sabemos que el clima terrestre no ha sido siempre igual: etapas más frías han sido sucedidas por otras más cálidas que las actuales. Son muchas las causas naturales que explicarían estos cambios, como las variaciones experimentadas por el mismo Sol (a veces emite más energía y otras veces menos) o cambios en su distancia a la Tierra. En los últimos años los científicos se han puesto de acuerdo: en la actualidad las temperaturas son más altas de lo normal. Y en este caso, el actual calentamiento global no es un proceso natural sino debido a las actividades humanas: • El empleo masivo de combustibles fósiles como el carbón, petróleo o gas natural genera inmensas cantidades de CO2 que como vimos es un gas con efecto invernadero. [ 238 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 9: Medio ambiente natural y ecosistemas • La deforestación, que supone la desaparición de organismos fotosintetizadores que habitualmente retiran CO2 de la atmósfera, contribuye a este efecto. Si la temperatura media del planeta sube, aunque sólo sean unos grados, los efectos pueden ser dramáticos para muchas zonas del mundo: • Subida del nivel del mar por el deshielo. • Aumento generalizado de las temperaturas. • Cambios en la distribución de precipitaciones: inundaciones en algunas zonas y sequías en otras (posiblemente el caso de España). • Malas cosechas, hambre y enfermedades. Verdadero o falso ¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre el efecto invernadero es correcta? Verdadero Falso Su efecto es perjudicial para el clima en la Tierra. Su incremento debido a las actividades humanas es el responsable del calentamiento global. Sin él no habría vida en el planeta. Es debido a la absorción de radiación ultravioleta por parte de algunos gases. La atmósfera actúa como una manta sobre la superficie evitando que el calor se pierda rápidamente en el espacio. Curso de Acceso a Grado Medio [ 239 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Especies invasoras Denominamos especies invasoras o alóctonas a las que han sido transportadas e introducidas por el ser humano en lugares fuera de su área de distribución natural. Se trata de plantas o animales que han conseguido establecerse y dispersarse en la nueva región, donde resultan muy perjudiciales. En algunas ocasiones su presencia es debida a actos voluntarios como lo que ocurrió con el siluro, pez de gran envergadura que fue introducido en los embalses de algunos ríos para fomentar la pesca. En otras ocasiones su presencia no es premeditada y es debida a la falta de información, este es el caso de mejillón cebra. 6.4. La pérdida de Biodiversidad En la actualidad los expertos están alarmados, algunos hablan hasta de miles de especies desaparecidas cada año. A lo largo de la historia del planeta, ha habido extinciones masivas, que han afectado a un grupo muy numeroso de especies en muy poco tiempo. En aquellas ocasiones la explicación era algún fenómeno natural como la colisión de un meteorito que hizo que desaparecieran todos los dinosaurios hace 65 millones de años. Pero en la actualidad las causas principales de la pérdida de biodiversidad hay que buscarlas en las actividades humanas: La sobreexplotación directa con diversos fines: • Deforestación para obtener madera. • Caza y pesca abusivas. • Coleccionismo. • Comercio ilegal con especies protegidas. Atún rojo al borde de la extinción por la pesca incontrolada. Alteración, fragmentación y destrucción de ecosistemas • Por transformaciones en el uso del suelo (agricultura, carreteras, núcleos urbanos,...). • Contaminación. • Extracción masiva de agua. • Cambio climático producido por las actividades humanas. Originario de los lagos y mares del este de Europa, llegó al río Ebro adherido a embarcaciones procedentes de esas regiones. Su gran capacidad de proliferación (una hembra puede poner hasta 40.000 huevos en una sola puesta) y la ausencia de depredadores naturales, lo han convertido en un serio problema medioambiental y económico. Es medioambiental porque su presencia afecta a las especies autóctonas (propias del río) como las “almejas de agua dulce”, a las se adhiere quitándoles oxígeno y alimento. Y también es económico porque su crecimiento es tan extraordinario que acaba inutilizando tuberías y maquinarias asociadas al río. [ 240 ] Quedan muy pocos urogallos por la alteración y desaparición de sus territorios naturales. Introducción y sustitución de especies o razas. • Introducción intencionada o accidental de especies extrañas al ecosistema (alóctonas). • Los agricultores y ganaderos seleccionan variedades de plantas y animales domésticos perjudicando a las variedades salvajes. El cangrejo de río autóctono ha desaparecido prácticamente de nuestros ríos por la introducción del cangrejo rojo americano, mucho más voraz. Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 9: Medio ambiente natural y ecosistemas ¿Qué se puede hacer para evitar la pérdida de biodiversidad? Estas son algunas de las medidas más adecuadas: • Establecer espacios protegidos como Parques Nacionales, Parques Naturales o Reservas de la Biosfera. • Decretar y respetar leyes que regulen actividades que puedan dañar a la biodiversidad como la caza, la pesca y el comercio con especies exóticas. • Crear bancos de semillas que garanticen la supervivencia de especies amenazadas. • Divulgar entre la población, y sobre todo entre los jóvenes, valores relacionados con la conservación de la naturaleza. Elige las correctas “Se considera que una especie está en peligro de extinción cuando su supervivencia es poco probable si las circunstancias que causan su situación actual siguen actuando”. Busca información y decide cuál o cuáles de las que aquí figuran están en esa situación en Aragón. el pino carrasco o Pinus halepensis la ostra de agua dulce a Margaritifera auricularia la urraca o Pica pica la culebra bastarda o Malpolon Monspessulanus el galápago de Florida o Trachemys scripta elegans el cangrejo de río o Austropotamobius pallipes la encina o Quercus ilex Curso de Acceso a Grado Medio [ 241 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA El aluminio El aluminio es un metal muy empleado porque al ser muy ligero es ideal para fabricar envases y otro tipo de utensilios. Se saca de un mineral denominado bauxita muy abundante en los suelos de las selvas tropicales. Su extracción está acabando con miles de hectáreas de selva amazónica. Para fabricar una tonelada de aluminio se deben extraer de una mina cuatro toneladas de bauxita y durante el tratamiento se producirán dos toneladas de “barros rojos” que representan graves problemas de contaminación. Es un proceso que requiere además de enormes cantidades de energía. Sin embargo, el aluminio se puede reciclar una y otra vez sin afectar a sus propiedades y al utilizar aluminio reciclado se economiza hasta un 95% de la energía necesaria para elaborar las latas nuevas. 6.5. El problema de los residuos Montañas de basura Entendemos por residuos, aquellos materiales que carecen de valor económico para su propietario y por tanto se destinan al abandono. Existen diferentes criterios para clasificar los residuos, según la actividad de la que procedan distinguimos entre: • Residuos agropecuarios: Restos de cultivos, estiércol o purines y restos de abonos y plaguicidas. • Residuos de origen industrial: En este caso se puede hablar de una gran variedad de residuos dependiendo de qué tipo de industria se trate. • Residuos sólidos urbanos (RSU) o nuestras bolsas de basura: Producidos en actividades desarrolladas en los núcleos urbanos (pueblos y ciudades) o en sus zonas de influencia: en los domicilios, en oficinas, centros de enseñanza, locales públicos. También los generados en las limpiezas de las calles, mercados, jardines y los escombros. • Residuos de origen sanitario: Generados en hospitales, clínicas, consultas, laboratorios de análisis y farmacéuticos. Algunos requieren tratamientos especiales debido a su peligrosidad. • Residuos radiactivos: Generados principalmente en centrales nucleares. Estos residuos (algunos de larga duración) tienen la propiedad de emitir radiaciones peligrosas y provocar anormalidades hereditarias y cáncer. Para evitar su dispersión en el medio ambiente es necesario su almacenamiento en lugares protegidos y aislados. RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS: ¿Qué hay en nuestras bolsas de basura? La cantidad de residuos generada por habitante y día varía en función del tamaño de la población y los hábitos alimenticios y de consumo. De tal manera que los habitantes de ciudades grandes de los países desarrollados son los que generan más residuos. Fuente: Perfil Ambiental de España 2005 (Ministerio de Medio Ambiente) [ 242 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 9: Medio ambiente natural y ecosistemas Los residuos son uno de los mayores problemas, sobre todo en las grandes ciudades. La gestión de los residuos incluye tareas diferentes: recogida, tratamiento y eliminación (en vertederos o quemados en incineradoras). Los japoneses, maestros del reciclaje Cualquier país, población, empresa o familia debería aplicar al máximo la regla de las tres R: Reducir, Reutilizar y Reciclar: • Reducir o disminuir la producción de residuos en el lugar donde se generan. En este sentido es importante educar para el consumo. A la hora de elegir un producto, es preferible decantarse por áquel con envoltorio más sencillo y ligero. Y siempre que sea posible, evitaremos la adquisición de objetos de un solo uso (“usar y tirar”). • Reutilizar o dar una segunda oportunidad a todos aquellos residuos que sean aprovechables. Por ejemplo, los cartuchos de tinta de la impresora pueden reutilizarse si se recargan en establecimientos especializados. • Reciclar o aprovechar los materiales de los que están hechos. Por ejemplo, el reciclaje del vidrio y del papel que depositamos en los contenedores específicos nos proporciona las materias primas para vidrio y papel nuevos. Para poder reciclar es fundamental la recogida selectiva de residuos en contenedores especiales. Si todavía tienes dudas sobre como separar los componentes de la basura, pincha en el icono que aparece a continuación. El objetivo es que la cantidad de residuos a tratar sea la mínima. Con eso conseguimos reducir...: • el empleo de materias primas, es decir si reciclamos papel no es necesario talar tantos árboles. • el gasto energético y de agua, se gasta más energía y agua fabricando papel a partir de madera que haciéndolo a partir de papel usado. • la contaminación. RECUERDA: EL MEJOR RESIDUO ES EL QUE NO SE PRODUCE Curso de Acceso a Grado Medio Fuente: El País Japón es el paraíso del reciclaje. Las administraciones locales entregan a los vecinos manuales de más de 30 páginas para que éstos separen correctamente las basuras. La ropa usada se mete en los contenedores lavada y seca, las botellas se tiran sin etiquetas, los tetrabricks enjuagados, y los electrodomésticos, con el nombre del dueño. Un caso extremo es el de Kamikatsu, un pueblecito perdido entre las montañas de la isla japonesa de Shikoku, cuyos habitantes se han propuesto eliminar totalmente los residuos para 2020. Desde 2002, cada vecino convierte su basura orgánica en abono y separa el resto en 44 categorías. Para incentivarles se les regalan billetes de lotería y bonos de compra de alimentos. [ 243 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Elige las correctas ¿Cuáles de los siguientes residuos deberían ir al contenedor amarillo? El Protocolo de Kioto Los países buscan acuerdos para frenar el cambio climático El Protocolo de Kioto es un acuerdo internacional que busca disminuir las emisiones de los gases que causan el calentamiento global, principalmente el dióxido de carbono (CO2). Los países desarrollados deben reducir, hasta el año 2012, una media de un 5,2% respecto a las emisiones del año 1990. Sin embargo, para los países pobres no hay limitaciones. El protocolo fue inicialmente adoptado el 11 de diciembre de 1997 en Kioto, Japón, pero no entró en vigor hasta el 16 de febrero de 2005. revistas viejas bolsas vacías de patatas fritas restos de comida botellas de cerveza cajas de cartón envases de tetrabrick envases de yogur (plástico) latas 6.6. Un modelo que no se sostiene. Mirando al futuro Piensa sobre la siguiente situación: Imagina que en tu pueblo o ciudad se instala una empresa que proporciona trabajo a muchas personas del lugar. Supón, que además, pasados unos meses se descubre que la empresa está vertiendo sustancias contaminantes al río. Seguramente entre los vecinos se oirían todo tipo de comentarios: Emisiones de CO2 por países. En la actualidad casi todos los países del mundo se han comprometido con lo acordado en Kioto. La excepción más destacada es Estados Unidos, que es el mayor emisor de CO2. Este acuerdo obliga a los gobiernos de cada nación a fomentar el empleo de energías renovables y la reforestación. [ 244 ] • Algunos, muy preocupados por la falta de empleo y la economía, propondrían seguir como hasta entonces. • Otros, alarmados por los problemas ambientales, pedirían el cierre inmediato de la empresa. • Y habría, probablemente, un tercer grupo al que no convenciese ninguna de las dos opciones anteriores. Reconocerían que mantener la empresa en esas condiciones comprometería la existencia de vida en el río y la salud de las personas del lugar. Pero renunciar al desarrollo que supone dicha empresa traería problemas de paro y pobreza al pueblo. Habría que encontrar una solución intermedia, que hiciera compatible el desarrollo económico de la zona y el respeto al medio ambiente. Esa solución podría ser un acuerdo con la empresa para la instalación de una depuradora que limpiase los vertidos antes de llegar al río. Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 9: Medio ambiente natural y ecosistemas ¿Cuánto espacio ocupas en la Tierra? ¿Es tu estilo de vida sostenible? Hacer compatibles: desarrollo social, económico... y respeto al medio ambiente. Esta historia viene a resumir lo que ocurre ahora, tanto a nivel local, de ciudades y pueblos, como a nivel global, de todos los países del planeta. Y la última opción es la que recoge la filosofía del llamado modelo de desarrollo sostenible: • Este término se empleó por primera vez en 1987 en el llamado informe Brutland. Este informe socio-económico fue elaborado por distintas naciones para la ONU y analizaba la situación del mundo en ese momento. Las conclusiones fueron claras: el camino que la sociedad global había tomado estaba destruyendo el ambiente por un lado y dejando cada vez a más gente en la pobreza y la vulnerabilidad. • Se señalaba que no se podía seguir con el crecimiento económico tradicional y que había que buscar un nuevo estilo de desarrollo al que llamó sostenible. Este debía ser más justo y equitativo y permitir a la humanidad satisfacer sus necesidades sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones de satisfacer las suyas. Obviamente nuestros hijos y nietos no podrán hacerlo si les dejamos un ambiente contaminado y consumimos todos los recursos del planeta. Mediante un sencillo test sobre tus hábitos puedes averiguar tu huella ecológica y contestar a esas preguntas. La huella ecológica calcula el área de superficie continental y oceánica necesaria para sostener tu consumo de alimentos, bienes, servicios, alojamiento y energía y asimilar tus residuos. Tu huella ecológica se expresa en “hectáreas globales” (gha) o superficie total necesaria. Es una forma sencilla y comprensible de evaluar si nuestro actual consumo de recursos es o no sostenible. El desarrollo sostenible ha de lograrse con el esfuerzo de todos: dirigentes, empresarios, trabajadores y ciudadanos en general. Si recuerdas, en la unidad 4, al estudiar nuestro irracional consumo de energía, se proponían una serie de medidas para mejorar en ese sentido. Curso de Acceso a Grado Medio [ 245 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Sería interesante que nos replanteásemos qué es “vivir bien” en un mundo superpoblado y con recursos limitados. ¿Es justo que consumamos los recursos de las siguientes generaciones? ¿Es admisible que para vivir bien contaminemos sin remedio ríos y mares? ¿Cuál es la buena vida? Elige las correctas ¿Con cuáles de estas actividades puedes contribuir a que tu estilo de vida sea un poco más sostenible? Apagando las luces de las habitaciones y estancias vacías Comprando alimentos locales, que no hayan sido transportados desde sitios lejanos Adquiriendo una iguana como animal de compañía Haciendo los desplazamientos cortos a pie o en bicicleta Apagando el ordenador cuando no vayas a emplearlo inmediatamente Tomando una ducha corta en lugar de un baño Evitando las compras de objetos innecesarios Utilizando bombillas de bajo consumo Regulando el termostato de la calefacción para evitar el despilfarro de energía Empleando las dos caras de los folios EJERCICIOS 1. Indica las diferencias entre biocenosis y población. Según lo anterior indica si serán o no poblaciones las siguientes. Si no lo son razona el por qué. • Los quebrantahuesos del Valle de Ordesa • Los peces del Ebro • Los árboles del Moncayo 2. Agrupa los siguientes factores en bióticos y abióticos: salinidad, luz, parasitismo, temperatura, reproducción, reparto del trabajo, agua, protección mutua, presión, contenido en oxígeno del agua y vientos. Explica por qué los has clasificado así. [ 246 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 9: Medio ambiente natural y ecosistemas 3. Lee el siguiente texto y responde: “El interior de la península Ibérica se caracteriza por un clima de fuertes contrastes: el invierno es frío y las heladas son frecuentes, mientras que las temperaturas del verano superan con frecuencia los 35ºC. Las precipitaciones tienen una distribución muy irregular con máximos en primavera y otoño y un claro mínimo en verano. Este doble estrés por frío y aridez constituye la originalidad del clima mediterráneo. Uno de los mecanismos que contribuyen a reducir la transpiración es recubrir las hojas con pelos o escamas; por un lado, reflejan parte de la radiación incidente y reducen el calentamiento y, por otro, ayudan a crear un microclima húmedo en torno a la hoja capaz de retener el vapor de agua que se pierde por los estomas. Tales pelos confieren a muchas plantas mediterráneas su característico color blanquecino, este es el caso de los tomillos, lavandas, jarillas, etc. Otro mecanismo consiste en reducir la proporción de la superficie expuesta a la atmósfera con respecto a la superficie total de raíz. Se trata de plantas con inmensas raíces, con tallos y hojas pequeños. Un caso muy especial es el de la coscoja (Quercus coccífera), su raíz consta de un doble sistema: una parte superficial muy ramificada y una raíz principal muy gruesa, que alcanza varios metros de profundidad. Así, durante las estaciones lluviosas el agua es captada con eficacia por la parte superficial de la raíz. Pero, a medida que progresa el verano, las capas superficiales del suelo se van secando, de manera que la raíz anclada en las capas más profundas pasa a ser la principal suministradora de agua”. Modificado de P. Castro, P. Villar y G. Montserrat. Revista Quercus 186 Tomillo Coscoja a) ¿Cuáles son los factores abióticos que se mencionan en el texto? b) ¿Qué adaptaciones de las plantas mediterráneas se describen en este texto? Curso de Acceso a Grado Medio [ 247 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA 4. Esta red trófica simplificada puede darse en una zona de alta mar: NOTA: FITOPLANCTON Y ZOOPLANCTON. Se denomina plancton al conjunto de organismos, principalmente microscópicos, que flotan en aguas saladas o dulces. Distinguimos entre plancton autótrofo o vegetal, que realiza la fotosíntesis o fitoplancton formado por principalmente por algas unicelulares y bacterias. El plancton animal o zooplancton está formado por microorganismos heterótrofos. a) Construye a partir de ella dos cadenas tróficas diferentes. b) ¿A qué nivel trófico corresponde cada uno de los organismos del esquema? c) ¿Se echa en falta algún nivel trófico? d) Si por una pesca abusiva de boquerón, éstos casi desaparecen ¿qué pasaría con los atunes? e) ¿Qué sucedería si las algas microscópicas se quedaran sin nutrientes inorgánicos? 5. Supongamos que en la siguiente cadena alimentaria el zorro necesita 10 musarañas para cubrir sus necesidades diarias, una musaraña 10 escarabajos, un escarabajo 10 orugas y una oruga necesita comer 10 hojas diarias. Calcula cuántas hojas se necesitarán para que una pareja de zorros cubra sus necesidades alimentarias diarias. [ 248 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 9: Medio ambiente natural y ecosistemas 6. Explica y razona: por qué los campesinos que cultivan los huertos han de abonar los campos con productos orgánicos e inorgánicos y sin embargo en los bosques nadie abona y las plantas crecen. 7. Explica qué es el efecto invernadero. Por qué está aumentando. Cuáles pueden ser las consecuencias futuras para el ser humano. Nombra cuatro medidas que podemos tomar a nivel individual, para mejorar esa situación. Curso de Acceso a Grado Medio [ 249 ] MATERIALES DE USO TÉCNICO 10 INTRODUCCIÓN En esta unidad vamos a trabajar los materiales, sus propiedades y sus aplicaciones. Desde la antigüedad la humanidad se ha servido de sus conocimientos científicos y técnicos para la construcción o elaboración de objetos que le resolvieran problemas y satisficieran sus necesidades. Un aspecto fundamental a la hora de diseñar y construir estos objetos, además de los procedimientos y técnicas constructivas que se vayan a utilizar, es el material que se va a emplear. Cuando termines de estudiar la unidad deberás ser capaz de: • Clasificar los materiales de uso técnico más comunes. • Conocer las propiedades básicas de los materiales y cómo influyen para su elección a la hora de fabricar un objeto. • Conocer la procedencia y aplicaciones de los distintos materiales (madera, metales, plásticos, cerámicos y pétreos) utilizados para la elaboración de productos. • Identificar los distintos procedimientos que se han llevado a cabo para la conformación de objetos cotidianos. • Valorar la importancia de los materiales en el desarrollo tecnológico y el impacto medioambiental que producen. • Conocer los beneficios del reciclado de materiales. 1. MATERIALES DE USO TÉCNICO Desde la antigüedad el hombre ha venido utilizando distintos materiales para la fabricación de utensilios, herramientas, adornos, etc. En la mayoría de los casos ha aprovechado los recursos disponibles en su entorno, como madera, arcilla, metales o fibras vegetales, para la construcción de dichos objetos. El uso de distintos materiales para satisfacer las distintas necesidades humanas, supone y supondrá una mejora muy importante en la calidad de vida del ser humano. Muchos de los avances tecnológicos que conocemos no hubieran sido posibles sin el descubrimiento de nuevos materiales. Curso de Acceso a Grado Medio Épocas de la humanidad Existe tal vinculación entre los materiales y la época en que se utilizaban, que se emplea el nombre del material predominante en dichas épocas para designarlas. A. Edad de Piedra Hace un millón de años. Herramientas de piedra y huesos: hachas, flechas... B. Edad de Bronce Sobre el año 3000 a.C. Las herramientas de bronce eran más duras que las de cobre. C. Edad de Hierro Entre los años 1200 y 500 a.C., El hierro era difícil de obtener pero las herramientas obtenidas eran muy duras. D. Época actual Estamos viviendo en la Edad del Silicio. Este material ha hecho posible el desarrollo de la electrónica y la informática. [ 251 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Si observas tu entorno, verás la gran diversidad de materiales utilizados para fabricar los objetos que nos rodean: plástico, madera, cerámica, vidrio, textiles... Relaciona Relaciona cada objeto con el material del que está fabricado. Acero Mesa Plástico Botella Madera Ventana Lana Chaqueta Vidrio Cuchara 1.1. Clasificación Los objetos que nos rodean están fabricados con una gran variedad de materiales que podemos clasificar siguiendo varios criterios. Clasificación según su origen. Naturales Artificiales Son aquellos que se extraen directamente de la naturaleza. Antes de utilizarlos en la fabricación de objetos, son sometidos a procesos de fabricación. Ejemplo: plástico Ejemplo: madera Clasificación según su naturaleza. [ 252 ] Origen animal Origen vegetal Origen mineral Se obtienen de los animales. Su procedencia son las plantas y los árboles. Ejemplo: lana Ejemplo: Algodón. Son materiales inorgánicos, no proceden de seres vivos. Ejemplo: Mármol Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 10: Materiales de uso técnico Clasificación según sus propiedades. Es la clasificación que más se utiliza. A la hora de elegir un material para la construcción de cualquier objeto, es fundamental conocer sus propiedades. Atendiendo a este criterio los materiales se pueden clasificar en los siguientes tipos: Nanotecnología La nanotecnología es un campo de la ciencia dedicado a la manipulación de la materia a nivel de átomos y moléculas (nanomateriales). Aplicaciones en medicina para la curación del cáncer Relaciona Atendiendo a su naturaleza, clasifica los siguientes materiales: Animal Seda Vegetal Lino Animal Cuero Mineral Cerámica Curso de Acceso a Grado Medio A veces un medicamento está dentro del cuerpo pero no funciona de forma adecuada. Para esos casos, los científicos están intentando encontrar la manera de insertar “sistemas GPS” en los medicamentos para que se dirijan de forma más directa a las células malignas o las inflamaciones. Se pueden crear nuevos materiales, nuevos vehículos para los tratamientos, como burbujas minúsculas o minisubmarinos que los introduzcan en el cuerpo. [ 253 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA 2. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES En el proceso de diseño de cualquier objeto tecnológico, ya sea desde el más simple hasta el más complejo, hay que establecer previamente las características deseables que deben tener los materiales de que estará fabricado, y después elegir aquellos materiales que cumplan dichas características. Para ello es fundamental conocer las propiedades de los distintos materiales de los que se dispone. Las propiedades de los materiales se pueden clasificar en: Propiedades químicas Propiedades mecánicas Propiedades térmicas Propiedades eléctricas Son todas aquellas que afectan a la composición interna del material: oxidación y corrosión. Indican la respuesta del material cuando se le somete a un esfuerzo. Están relacionadas con la acción del calor. Indican el comportamiento del material ante la corriente eléctrica. Propiedades magnéticas Propiedades ópticas Propiedades estéticas Propiedades económicas Según su respuesta ante un campo magnético, un material puede ser magnético o no magnético. Ante la acción de la luz un material puede ser: opaco, transparente o translúcido. Las más importantes son la textura, el color, el brillo y el olor. El precio, el coste de transporte y la disponibilidad del material, son factores determinantes a la hora de elegir un material para la fabricación de un objeto. Propuestas ecológicas Señalan el impacto de los materiales en el medio ambiente. Cada vez se tienen más en cuenta. Un material puede ser: Elige las correctas Para construir el sillín de una bicicleta, ¿qué propiedades debe tener el material que elijamos? Reciclable: se puede utilizar para fabricar un nuevo objeto. Transparente Reutilizable: se puede volver a utilizar más veces. Resistente Brillante Toxico: indica la capacidad para contaminar el agua, el suelo o la atmósfera. Resulta venenoso para los seres vivos. Conductor del calor Liso Biodegradable: en poco tiempo se descompone en otras sustancias sin contaminar el medio ambiente. [ 254 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 10: Materiales de uso técnico 2.1. Mecánicas Las propiedades mecánicas indican cómo va a comportarse un material cuando se le somete a un esfuerzo. Las principales son las siguientes: Plasticidad y elasticidad Todos hemos estirado alguna vez una goma que ha vuelto a su forma original cuando hemos dejado de aplicarle la fuerza. Esta cualidad de la goma es lo que se conoce como elasticidad. Por el contrario, cuando moldeamos una figura con plastilina, la forma que le damos permanece cuando dejamos de manipularla. Esto se debe a la propiedad denominada plasticidad. Dureza Tipos de esfuerzos Los principales tipos de esfuerzos a los que se puede someter un objeto son: Esfuerzo de tracción: dos fuerzas en la misma dirección y sentido opuesto tratan de estirar el objeto. Esfuerzo de compresión: dos fuerzas con la misma dirección y sentido opuesto, actúan hacia dentro del cuerpo tratando de comprimirlo. La dureza es la resistencia que ofrece un material a ser penetrado por otro. Habitualmente se confunde la dureza con la fragilidad. Resistencia mecánica Indica la mayor o menor capacidad de un material para resistir los distintos tipos de esfuerzos a los que puede ser sometido. Esfuerzo de flexión: se aplica una fuerza en el centro tendiendo a doblarlo. Maleabilidad y ductilidad Muchos materiales, sobre todo algunos metales, pueden deformarse permanentemente cuando se comprimen o estiran. • La maleabilidad permite la obtención de delgadas láminas de material sin que éste se rompa. • La ductilidad permite obtener alambres o hilos muy finos. Tenacidad Es la propiedad por la cual un material presenta una gran resistencia a romperse cuando es golpeado. Esfuerzo de torsión: las fuerzas tratan de retorcer el objeto. Esfuerzo de cizalladura: las fuerzas actúan como las hojas de unas tijeras, intentando cortar el objeto. Fragilidad Intuitivamente la fragilidad se considera como la cualidad de los objetos para romperse con facilidad. Técnicamente es la capacidad de un material de fracturarse antes de deformarse cuando se le somete a algún esfuerzo. Completa el texto La goma es un material ______________________ , sin embargo la masa de pan es ______________________ Curso de Acceso a Grado Medio [ 255 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Electroimanes La electricidad y el magnetismo están íntimamente ligados. Siempre que se pone de manifiesto un campo eléctrico lleva asociado un campo magnético. Un electroimán es un material cuyo campo magnético lo crea una corriente eléctrica. Dicho campo magnético desaparece cuando cesa de circular la corriente eléctrica. 2.2. Eléctricas y magnéticas Las propiedades eléctricas determinan el comportamiento del material ante la corriente eléctrica. Podemos encontrar tres tipos de materiales: Conductores: los materiales de este tipo dejan pasar la corriente eléctrica a través de ellos. Ejemplos: casi todos los metatales como cobre, plata, alumnio... No conductores o aislantes: se oponen al paso de la corriente eléctrica. Ejemplos: madera, plásticos, materiales cerámicos... Semiconductores: son conductores en determinadas condiciones, y aislantes en otras. Sin ellos no se hubiera podido desarrollar la electrónica. Ejemplos: silicio y germanio. Grúa con un electroimán Algunos materiales presentan un comportamiento magnético que se pone de manifiesto al atraer a otros materiales metálicos. Se suelen llamar materiales ferromagnéticos. Los principales son el hierro, el cobalto, el níquel y algunas aleaciones de estos elementos. Contesta Los cables eléctricos están hechos de hilos de cobre recubiertos de una funda de plástico, ¿por qué crees que se utilizan estos materiales para su fabricación? [ 256 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 10: Materiales de uso técnico 2.3. Térmicas Las propiedades térmicas de los materiales son las relacionadas con el calor. Las principales propiedades térmicas de los materiales son: Conductividad térmica Dilatación y contracción Fusibilidad Es la capacidad que tienen los materiales para la conducción del calor. Son buenos conductores térmicos los metales. Algunos materiales, como los metales, tienen la propiedad de aumentar de tamaño (dilatarse) cuando aumentan de temperatura. Por el contrario se contraen al disminuir. La fusibilidad es la facilidad de algunos materiales para fundirse. (Pasar de estado sólido a líquido) Transmisión del calor Verdadero o falso Los raíles de las vías de tren tienen una separación entre sí para evitar que: Verdadero el calor se transmita de uno a otro se levanten cuando se dilatan debido al calor Falso El calor se transmite de tres formas diferentes: Por conducción entre cuerpos en contacto. Cuando ponemos en contacto dos cuerpos con distinta temperatura, el calor se transmite de uno a otro hasta que la temperatura se iguala. Por convección en fluidos. Cuando un fluido se calienta pesa menos y tiende a ascender, mezclándose con el fluido más frío. Por radiación a través de un medio que permite su transmisión. El sol calienta a la Tierra por este medio. Curso de Acceso a Grado Medio [ 257 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Propiedades de la madera Las principales propiedades de la madera son: 1. Buen aislante térmico y eléctrico. 2. Es un material poroso que absorbe agua con facilidad, lo que hace que se hinche. Cuando se seca se contrae. 3. En general es un material blando. 4. Tiene bastante tenacidad. 5. Resistente a los esfuerzos de flexión. 6. Resistente a los esfuerzos de tracción y compresión cuando se aplican en la dirección de las fibras. 7. Su resistencia disminuye cuando las fuerzas se aplican perpendiculares a las fibras. Como es lógico, las propiedades varían de unas maderas a otras. 3. LA MADERA La madera es una materia prima que ha sido empleado por el hombre desde los primeros tiempos. Primero se utilizó como combustible para hacer fuego, y después para la fabricación de enseres y utensilios: herramientas, útiles de cocina, muebles, estructuras de construcción... La madera se obtiene de los troncos de los árboles y está compuesta por fibras de celulosa unidas con lignina. Las partes de un tronco son: Duramen Es la parte más interna, que antes fue albura y se ha transformado. Albura Es la madera más joven que se convertirá en duramen. Cambiun Es la parte del tronco donde se produce crecimiento. Floema o Liber Es la corteza interna y por donde se alimenta el árbol. Corteza Es tejido muerto que protege al árbol. El proceso para la obtención de la madera es el siguiente: Maderas duras y blandas Una clasificación de las maderas se puede hacer según su dureza. Siguiendo este criterio existen: Maderas blandas Normalmente proceden de árboles de hoja perenne como el pino. Maderas duras Procedentes de árboles de hoja caduca como el nogal. Las maderas tropicales, son maderas muy duras procedentes de árboles del trópico. Se caracterizan también por su belleza de veteado y sus colores: Caoba, Palo Rosa... Se utilizan para la construcción de muebles y de suelos de madera. [ 258 ] Verdadero o falso Señala si son ciertas o no, las siguientes afirmaciones relacionadas con la obtención de la madera. Verdadero Falso Para un desarollo sostenible, hay que talar árboles a un ritmo menor o igual al que crecen. El tipo de aserrado de un tronco dependerá, entre otras cosas, de los nudos que tenga. En condiciones normales, la madera adquiere más humedad contra más tiempo ha pasado desde su tala. Un tratamiento para proteger a la madera de un ataque de insectos, puede ser mediante fumigación. Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 10: Materiales de uso técnico 3.1. Formas comerciales El corcho De la madera se obtienen muchos productos además de los tablones macizos procedentes del aserrado. El corcho es un producto que se obtiene de la corteza del alcornoque Hay determinadas condiciones como el tamaño, las propiedades mecánicas y estéticas, el coste, etc. que hacen necesario un mayor aprovechamiento de los recursos forestales. Sus principales propiedades son: A continuación se muestran las formas comerciales más comunes: Tipo Imagen Propiedades Aplicaciones Láminas. Se obtienen por desenrollo de los troncos. Amplia variedad de dimensiones. Decorativa. Se utiliza para maderas contrachapadas y aglomerados para muebles. Contrachapados. Formados por encolado de tres o más láminas con sus fibras perpendiculares. Resistente a los esfuerzos mecánicos y al agua. Embarcaciones y muebles. Aglomerados. Virutas de madera unidas con aglomerante. A veces se revisten con láminas de madera o de melamina. Barato. Resistente a los esfuerzos. Absorbe agua con facilidad. Fabricación de muebles, encimeras, y puertas. Tablex. Madera triturada y prensada con algún aglutinante. Bajo coste. Muy resistente. • Bajo peso • Buen aislante térmico y acústico • Gran durabilidad en el tiempo Sus usos principales son: 1. Tapones de botellas 2. Placas de revestimientos de suelos y paredes El papel El papel se obtiene de la madera entre otros productos de origen vegetal. Los pasos que se dan para su fabricación son: Partes traseras de muebles. Fondos de cajones. 1. Triturado 2. Cocido con agua y sosa para obtener pasta de papel 3. Blanqueado de la pasta 4. Escurrido de la pasta 5. Prensado y secado 6. Enrollado en bobinas Completa el texto Los aglomerados se hacen con material que de otra forma sería _______________ de aprovechar. En los contrachapados, las capas se ponen perpendiculares para soportar por igual los esfuerzos de ______________________ , en todas las direcciones. Curso de Acceso a Grado Medio [ 259 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Temperatura de fusión Aunque los metales se conocían desde la antigüedad, hasta que no se desarrollo la técnica necesaria para alcanzar altas temperaturas para fundirlos, no pudieron utilizarse para la fabricación de objetos. 4. LOS METALES Los metales son materiales que se vienen utilizando desde la antigüedad. En la naturaleza no suelen encontrarse en estado puro, sino con otros elementos formando minerales. La metalurgia es la ciencia y la técnica de la obtención y tratamiento de los metales. El proceso genérico de obtención de cualquier metal es el siguiente: Temperatura de fusión de algunos productos metálicos Metal/Aleación Acero Cobre Latón Bronce Plomo Estaño Cinc Aluminio Titanio Magnesio Plata Oro Tª en ºC 1200 1083 900 1000 327 232 419 600 1700 1245 961 1063 Las principales características de los metales son: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Muy buenos conductores del calor y la electricidad. Maleables. Por lo general, son duros y tenaces. Tienen mucha resistencia mecánica. Tienen mucha densidad. Pueden fundirse para darles forma. Se dilatan con el calor. A temperatura ambiente se encuentran en estado sólido, salvo el mercurio que está en estado líquido. Para mejorar alguna de sus propiedades, los metales se alean con otros productos. Una aleación es un producto homogéneo de propiedades metálicas compuesto de dos o más elementos, uno de los cuales, al menos, debe ser un metal. El metal más empleado es el hierro y sus aleaciones, por ello una clasificación habitual de los metales es la de: • Metales ferrosos: son todos aquellos productos metálicos cuyo componente base es el hierro. • Metales no ferrosos: en este grupo se incluyen a todos los demás. Contesta Busca información sobre el proceso de galvanizado y sus aplicaciones. [ 260 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 10: Materiales de uso técnico 4.1. Metales ferrosos El hierro es el metal más utilizado en la actualidad. Es un metal de color gris, maleable y con propiedades magnéticas. El símbolo químico del hierro es Fe. La siderurgia es la rama de la Metalurgia que trabaja con los metales ferrosos. Los minerales de los que se obtiene son: la magnetita, la hematites, la limonita y la siderita. El proceso se realiza en los llamados altos hornos. Fundiciones La fundición es otro tipo de aleación que se obtiene del hierro. Tiene mayor cantidad de carbono que el acero y esto le confiere mayor dureza y una gran resistencia al desgaste. Por el contrario, es más frágil que los aceros. Otra característica importante de la fundición es que no se puede soldar. Esta propiedad hace que para dar forma a los objetos fabricados con fundición se utilice el conformado por moldeo. Las impurezas que se obtienen del alto horno se llaman Escoria, y el Arrabio es el material fundido que se utilizará para obtener el acero. En estado puro, el hierro no tiene ninguna aplicación, es muy frágil, por lo que se alea con otros metales para obtener productos con mejores propiedades. El moldeo consiste en fundir el material, rellenar un molde con la forma requerida, dejar enfriar hasta la solidificación y por último sacar el objeto del molde. Se utiliza para la fabricación de carcasas de motores, engranajes, farolas, tapas de alcantarilla... Las aleaciones de hierro se obtienen añadiéndole carbono. Según el porcentaje de carbono añadido se obtienen los siguientes productos: El acero es uno de los materiales metálicos que más se utiliza y se produce en las llamadas acerías. AceríaSus aplicaciones son múltiples: estructuras de ingeniería, herramientas, máquinas, tornillería, carrocerías de vehículos... Sus principales características son: • • • • • • Dureza Plasticidad Tenacidad Resistencia mecánica Facilidad de conformación Se oxida y corroe con facilidad Curso de Acceso a Grado Medio [ 261 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Cuando se requieren propiedades especiales, los aceros se alean con otros metales como por ejemplo: Metal Propiedad Aplicaciones Silicio Confiere elasticidad y carácter magnético al acero. Transformadores eléctricos. Manganeso Incrementa la dureza. Herramientas de corte. Cromo Aumenta la dureza y hace al acero inoxidable. Cuchillería, cacerolas. Wolframio Mejora la resistencia al calor y a la corrosión. Material sanitario, válvulas de motores. Contesta Investiga que uso se le da a la escoria producida en los altos hornos. 4.2. Metales no ferrosos Otros metales Níquel: Es blanco brillante y resistente a la corrosión. Se utiliza en aceros inoxidables. Wolframio: Muy duro y pesado. Su alta temperatura de fusión hace que se emplee para filamentos de lámparas incandescentes. Mercurio: Es líquido, plateado y brillante. Muy tóxico. Se utiliza para termómetros y pilas de botón. Aunque el hierro es el metal más utilizado, en ocasiones sus propiedades hacen que no resulte adecuado para diversos usos. Por ello se utilizan otros metales, con algunas propiedades distintas y que son más adecuados para algunas aplicaciones. Aunque la mayoría de los metales tiene una densidad muy grande,es muy habitual clasificarlos en los siguientes grupos: Metales pesados Metales ligeros Metales ultraligeros Cobre, plomo, estaño, cinc. Aluminio, titanio. Magnesio, berilio. Completa bronce titanio hierro estaño cobre aluminio El latón es una aleación de La mezcla homogénea de cobre y cinc y . produce . [ 262 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 10: Materiales de uso técnico 4.3. Conformación de metales Otros métodos Se entiende por conformación los procesos que se siguen para dar la forma deseada a una pieza de un material. Las principales técnicas de conformación de metales son: 1. Conformación por moldeo. 2. Conformación por deformación. Consiste en modificar la forma de la pieza metálica aplicando fuerzas externas. 1. Técnicas de manipulación • Agujeros con taladros • Tallado con fresadoras y tornos • Lijado y limado 2. Mediante uniones de diversas piezas Relaciona Relaciona cada producto metálico con el proceso que se sigue para su fabricación. Forja Cable de acero Laminación Reja de ventana Extrusión Chapa de aluminio Moldeo Llanta de rueda 5. MATERIALES PLÁSTICOS Se conoce con el nombre de plásticos a un grupo de sustancias obtenidas a partir de compuestos orgánicos derivados del petróleo y otras sustancias naturales. El principal componente es el carbono. El proceso de obtención se denomina polimerización, y consiste en unir moléculas de bajo peso molecular llamados monómeros, formando macromoléculas llamadas polímeros. Aproximadamente el 90% de la materia prima para la obtención de plásticos proviene del petroleo, el carbón y del gas natural. Para el resto se utilizan fuentes vegetales: madera, algodón... El siguiente esquema muestra una clasificación de los plásticos según su origen, y según su comportamiento. Curso de Acceso a Grado Medio • Soldadura • Remaches • Tornillos 3. Acabados • Pintura • Lacas • Barnices Propiedades ecológicas de los plásticos 1. La mayoría de los plásticos no son biodegradables: tardan muchos años en descomponerse. 2. La incineración de los plásticos desprende gases muy nocivos. 3. El reciclado de los termoestables consiste en un proceso químico complicado y costoso. 4. Los termoplásticos son fáciles de reciclar, se pueden fundir y dar forma otra vez. Unas buenas prácticas son: • Reducir el consumo • Utilizar un mismo envase varias veces: reutilizar • Utilizar envases con el símbolo de Punto Verde. De esta forma nos aseguramos que la empresa fabricante se compromete a reciclarlo • Utilizar los contenedores apropiados para su deshecho: reciclar [ 263 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Las principales propiedades de los plásticos son las siguientes: 1. 2. 3. 4. Fáciles de trabajar y dar forma. Baja densidad y por tanto bajo peso. Impermeables. Malos conductores de la electricidad y del calor. Se utilizan como aislantes. 5. Resistentes a la corrosión. 6. La mayoría no son biodegradables. 7. Algunos pueden ser transparentes. Completa el texto Las principales propiedades por las que una canoa se fabrica de plástico son su ______________________ , y su ______________________ , . 5.1. Termoplásticos La celulosa La celulosa es un polímero natural que se utiliza en forma de láminas muy finas, transparentes y flexibles. Uno de los productos que se obtienen de ella es el celofán, que se emplea para envolver y empaquetar. Otra de sus aplicaciones es la de soporte de transparencias y en películas. El celuloide (nitrato de celulosa) fue utilizado como soporte en el cine hasta hace unos años. Se dejó de utilizar porque es un material extremadamente inflamable. Es por ello que al cine se le conozca todavía como “El Celuloide” Son plásticos que se reblandecen y funden cuando se calientan, endureciéndose al enfriarse. Este proceso se puede repetir cuantas veces se quiera, por ello son fáciles de reciclar y volver a dar forma. Con el paso de los ciclos van perdiendo sus propiedades. Los más utilizados son: PVC (Cloruro de polivinilo) Propiedades Aplicaciones • Muy resistente. • Es muy estable: no reacciona químicamente con otros productos. • Tuberías.Codo de tuberia • Suelas de zapatos. • Mangueras. Poliestireno (PS) Duro Expandido Propiedades Propiedades • Es transparente. • Se colorea fácilmente. • Es esponjoso, ligero y blando. • No facilita la implantación de microorganismos. Aplicaciones • Embalajes. • Cajas de DVD. [ 264 ] Aplicaciones • Bandejas de alimentos. • Protector contra golpes. Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 10: Materiales de uso técnico Polietileno (PE) Alta densidad Baja densidad Propiedades Propiedades • Rígido y resistente. • Transparente. • Blando, ligero. • Transparente. Aplicaciones Aplicaciones • Cubos y botellas. • Juguetes. • Bolsa. • Vasos y platos. Fibras: Poliamida y poliéster Propiedades Aplicaciones • Dúctiles y elásticas. • Resistentes a la tracción. • Es muy fácil colorearlas. • Tejidos. • Cuerdas. • Cepillos. Metacrilato Propiedades Aplicaciones • Muy resistente. • Transparente. • Muy duro. • Faros de coches.Faro de coche • Carteles luminosos. • Objetos de decoración. Completa poliestireno PVC poliéster Los impermeables suelen estar hechos con metacrilato , las canaliza- ciones exteriores por donde van los cables eléctricos de y las bandejas transparentes para guardar documentos de . Curso de Acceso a Grado Medio [ 265 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Silicona Su estructura final puede ser termoestable o termoplástico, líquida, pastoss o sólida. Sus principales características son: • Insoluble en cualquier disolvente • Repele la humedad • Presenta buenas propiedades eléctricas • Es estable al calor y a la luz Se utiliza para: • Fabricación de moldes • Recubrimiento de cables • Rellenado de juntas • En pinturas industriales 5.2. Termoestables Son plásticos que se vuelven rígidos al exponerlos al calor. Sólo se pueden calentar una vez y no se deforman. Cuando se calienta por segunda vez no se ablandan, se carbonizan antes de fundirse. En general son más duros que los termoplásticos, aguantan más temperatura, pero son más frágiles. Los más utilizados son: Baquelita Propiedades Aplicaciones • Resistente térmico y a los choques. • Buen aislante eléctrico. • Color negro. • Mangos de sartenes. • Carcasas de electrodomésticos. • Componentes eléctricos. Poliuretano (PUR) Propiedades Aplicaciones • Es esponjoso y flexible. • Elástico. • Adherente. • Colchones y almohadas. • Aislamientos térmicos. • Juntas elásticas. Melamina Propiedades Aplicaciones • Muy duro. • Insoluble en disolventes. • Buen aislante térmico. • Recubrimiento de tableros (formica). • Componentes eléctricos. Resina epoxi [ 266 ] Propiedades Aplicaciones • Se adhieren con facilidad a otros materiales. • Al endurecerse es inocua. • Adhesivos. • Barnices. • En circuitos electrónicos. Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 10: Materiales de uso técnico Completa melamina Con Acrónimos de los plásticos baquelita resina epoxi poliuretano se fabrican las carcasas de los teléfonos móviles. Los muebles de cocina llevan una capa de . Puede ser de muchos colores. 5.3. Elastómeros Los elastómeros son un tipo de plástico que se caracterizan por su gran elasticidad, adherencia y baja dureza. En el siguiente esquema se puede apreciar su clasificación, en naturales y sintéticos, y dentro de los mismos los más utilizados. Caucho natural Se obtiene del látex, una sustancia natural que se encuentra en muchas especies vegetales, aunque la mayor parte del látex comercial procede de un árbol llamado Hevea brasiliensis. Para obtenerlo se realizan cortes en la corteza del árbol por los que va fluyendo el látex. El caucho natural es muy elástico, carece de plasticidad y es muy sensible a la luz, se ablanda con el calor y se endurece con el frio. La denominación de los plásticos se basa en el nombre de los monómeros que se emplean en su fabricación. Como estos suelen ser largos y complicados se utilizan las siglas o acrónimos para identificarlos. CA ACETATO DE CELULOSA EPS POLIESTIRENO EXPANSIBLE PEAD POLIETILENO ALTA DENSIDAD PEBD POLIETILENO BAJA DENSIDAD MF MELAMINA FORMALDEHIDO PA POLIAMIDA PF FENOLFORMALDEHIDO PP POLIPROPILENO PS POLIESTIRENO PUR POLIURETANO PVC CLORURO DE POLIVINILO TPU POLIURETANO TERMOPLASTICO Los fabricantes suelen poner los acrónimos en algún lugar del envase. Esto facilita la identificación a la hora de reciclarlos. Algunas veces en lugar de las siglas se pone un número que identifica a cada tipo de plásticos. Para mejorar sus características se somete a un proceso de vulcanizado. Caucho sintético Durante el transcurso de la Primera Guerra Mundial, Alemania sufrió un bloqueo que le impidió obtener látex de América. Como este material era necesario para la fabricación de caucho, imprescindible para fabricar neumáticos y armamento, los ingenieros y químicos empezaron a desarrollar un látex sintético a partir de derivados del petróleo. Curso de Acceso a Grado Medio 1. PET 2. PEAD 3. PVC 4. PEBD 5. PP 6. PS 7. Otros tipos [ 267 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Hoy en día la producción de caucho sintético supera con creces al natural. Sería imposible obtener caucho natural para toda la demanda existente. Además, con el sintético se obtienen productos con mejores propiedades. Las aplicaciones del caucho son muchas, pero cabe destacar: • Neumáticos, cubiertas, mangueras, pavimentos para carreteras, guantes... • Con el látex se fabrican colchones y almohadas. El neopreno Es un tipo de caucho sintético, sus principales características son: • Muy resistente a los esfuerzos de flexión y torsión. • Resiste bien al calor, la luz, agentes atmosféricos... Aunque su aplicación más conocida es la de fabricación de material de buceo, también se utiliza en: • Sistemas de absorción de vibraciones de coches. • Correas de sistemas de poleas. • Recubrimientos flexibles. Completa sintético neopreno Los neumáticos se fabrican con caucho natural látex . Los productos hechos con no es conveniente mojarlos ya que se degradan con la humedad. 5.4. Conformación de plásticos El siguiente esquema muestra las técnicas más habituales que se utilizan para dar forma a objetos fabricados con plástico. [ 268 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 10: Materiales de uso técnico Conformado por inyección 1. Los primeros pasos son los mismos que en la extrusión. 2. El material caliente sale de la extrusora y se introduce en el molde cerrado. 3. Una vez que se ha llenado el molde se deja enfriar para que el objeto solidifique. Aplicaciones: cubos, recipientes, juguetes... 4. Se abre el molde y se saca la pieza. Manipulación de plásticos Las técnicas de conformación permiten, en algunos casos, fabricar piezas con formas definitivas, pero en otros casos es necesario someterlas a técnicas de manipulación o de unión. Corte Moldeo por compresión • Cúter o cuchilla • Sierra de calar • Hilo caliente 1. Se introduce el plástico en un molde hembra. Limado 2. Se calienta el plástico y se comprime con el molde macho. • Limas • Escofinas 3. El material adopta la forma deseada y se separan los moldes. Perforado 4. Se refrigera y se extrae la pieza • Taladro Aplicaciones: carcasas de máquinas, recipientes... Conformado por calandrado 1. Consiste en hacer pasar el material plástico, procedente de la extrusora, por entre unos rodillos con el fin de obtener láminas y planchas continuas. 2. El material caliente sale de la extrusora y se introduce en el molde cerrado. 3. Una vez que se ha llenado el molde se deja enfriar para que el objeto solidifique. 4. Se abre el molde y se saca la pieza. Aplicaciones: placas de encimeras, film... Curso de Acceso a Grado Medio [ 269 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Unión de plásticos Permiten la unión de dos o más piezas de plástico. 5.4.1. Extrusión y soplado Conformado por extrusión Uniones fijas • Adhesivos • Soldadura Uniones desmontables • Tornillo pasante con tuerca • Tornillo de unión 1. Se introduce el plástico en forma de gránulos por la tolva. 2. El husillo va desplazando el plástico hacia la boquilla. 3. En su avance el plástico se calienta hasta formar una pasta por la acción de los calentadores. 4. El plástico sale por la boquilla adquiriendo la forma de ésta. 5. El material se enfría nada más salir de la boquilla para que no se deforme. Aplicaciones: perfiles, recubrimientos de cables eléctricos... Moldeo por soplado Aplicaciones: objetos huecos como botellas, balones... Relaciona Relaciona cada objeto de plástico, con la técnica que se ha utilizado en su fabricación. [ 270 ] Extrusión Bote de pintura Soplado Plato de plástico Inyección Hilo de nylon Compresión Film de cocina Calandrado Ruedas dentadas Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 10: Materiales de uso técnico 6. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Se engloban en este grupo de materiales todos aquellos que se utilizan para la construcción de edificios e infraestructuras como puentes y carreteras. Sin tener en cuenta los materiales de las unidades anteriores como la madera, los plásticos y los metales, que también se utilizan en la construcción, los materiales de construcción los podemos clasificar en: Reciclado de asfalto y betún Los residuos de asfalto y betún son materiales que pueden reciclarse en la propia obra, o fuera de ella. La transformación en la propia obra no requiere transporte, pero, claro está, el transporte resulta imprescindible si se recicla en una planta ajena a la obra. Es preferible reciclar a pie de obra porque se produce un ahorro en costes y se consigue una disminución de la contaminación del aire originada en el transporte. Materiales bituminosos Los materiales bituminosos proceden de materia orgánica, habitualmente del petróleo. Sus principales características son: 1. 2. 3. 4. Insolubles en agua. Impermeables. Gran adherencia. Resistencia mecánica baja. Los principales productos bituminosos son: 1. Betún: se utiliza para impermeabilizar superfcies, fabricación de pinturas... 2. Asfalto: a altas temperaturas es líquido viscoso. Mezclado con grava se utiliza para pavimentos de carreteras. 3. Alquitrán: se obtiene de la destilación de la hulla. Se utiliza como sellado en los pavimentos de carreteras. Relaciona Relaciona cada material con el tipo al que pertenece. Roca Granito Aglomerante Ladrillo Cerámico Hormigón Curso de Acceso a Grado Medio Las aplicaciones del aglomerado asfáltico reciclado son diversas: para repavimentar, en bordes de carreteras o para relleno de agujeros y blandones. Para ello es necesario mantener la calidad del material, separándolo de otros residuos que lo pueden contaminar. Cuando se extrae el asfalto del firme de la carretera hay que hacerlo de manera que quede separada la capa superficial de asfalto de otras inferiores en las que está mezclado con otros materiales. [ 271 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Tejados de pizarra Uno de los usos más característicos de la pizarra es para la construcción de tejados. Hay muchísimas zonas de España, el pirineo por ejemplo, y de otros países europeos que son característicos sus tejados negros de pizarra. Las características que hacen posible esta aplicación son: • Es exfoliable en hojas delgadas y planas. • Se puede cortar y clavar. • Es impermeable. 6.1. Materiales pétreos Se obtienen de las rocas y se emplean sin apenas sufrir transformaciones. Sus principales características son: 1. 2. 3. 4. 5. Resistencia y durabilidad. No necesitan mantenimiento. Impermeables. Disponibles en abundancia. La extracción no es demasiado costosa. Clasificación de las rocas: Rocas ígneas: formadas por el enfriamiento de las masas del interior de la tierra Propiedades Aplicaciones Granito 1. Resistente a la compresión. 2. Se pule bien. 1. Pavimentos. 2. Encimeras. Basalto 1. Gris azulado. 2. Frágil y muy duro. 1. Muros. 2. bordillos. Rocas sedimentarias: formadas por partículas procedentes de rocas ígneasel En la actualidad se fabrican muchísimos materiales que imitan a las rocas naturales pero que son artificiales. Propiedades Aplicaciones Areniscas 1. Se labran muy bien. 2. Poca resistencia al agua. 1. Revestimientos. Caliza 1. Fácil de labrar y pulir. 2. El fuego las calzina. 1. Manpostería. 2. Cementos. Rocas metamórficas: proceden de la transformación de las rocas ígneas debido a grandes presiones y temperaturas en el interior de la Tierra [ 272 ] Propiedades Aplicaciones Mármol 1. Poco poroso. 2. Gran variedad de colores. 3. Tacto frío. 1. Suelos. 2. Paredes. 3. Esculturas. Pizarra 1. Resistente al hielo. 2. Estructura laminar. 3. Muy impermeable. 1. Tejado y cubiertas. Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 10: Materiales de uso técnico 6.1.1. Conglomerantes Los conglomerantes son materiales capaces de unir fragmentos de una o varias sustancias y dar cohesión al conjunto. Los más utilizados en la construcción son: Tipos de hormigón El hormigón es el material más utilizado en la construcción. Para mejorar sus propiedades se le añaden algunos elementos. Yeso: se obtiene de la roca algez, que se tritura y se cuece Hormigón ligero Propiedades: Utiliza óxidos ligeros en lugar de arena, pesa menos y es mejor aislante térmico 1. Es soluble. 2. Resistente a la tracción. 3. Resistente al fuego. Aplicaciones: • Se mezcla con agua formando una pasta que endurece rápidamente y que se utiliza para enlucidos de paredes. Cemento: se obtiene de la cocción de la mezcla de caliza y arcilla Hormigón armado El hormigón presenta gran resistencia a la compresión, pero muy mala a los esfuerzos de tracción, por ello se introducen barras de acero en su interior que soporten los esfuerzos de tracción. Propiedades: 1. Es de color gris. 2. Mezclado con agua, forma una pasta fácil de trabajar y que se endurece (fraguado) con el tiempo. 3. Resistente a la compresión. Aplicaciones: • Se utiliza mezclado con arena y grava para formar mortero y hormigón. Mortero: es unan mezcla de agua, arena y un conglomerante como el cemento Aplicaciones: • Se utiliza para enlucidos y para la unión de otros materiales de construcción como los ladrillos. Hormigón: es unan mezcla de agua, áridos(arena y grava) y cemento Propiedades: 1. Facilidad para darle la forma que se quiera. 2. Gran resistencia a la compresión. 3. Bajo coste. Aplicaciones: • Realización de material prefabricado. • Cimientos y estructuras de edificios: pilares, jácenas... Curso de Acceso a Grado Medio [ 273 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Vidrio o cristal Habitualmente se utilizan los términos vidrio y cristal para referirse al mismo material, pero ¿son lo mismo? Aunque es una costumbre aceptada por todos, técnicamente son dos materiales completamente distintos; el cristal está presente en la naturaleza en determinados minerales como el cuarzo, del que se obtiene el llamado cristal de roca. Tiene una estructura cristalina. 6.2. Materiales cerámicos Los materiales cerámicos se obtienen a partir de sustancias arcillosas. La arcilla se mezcla con agua y se le da forma para luego cocerla a altas temperaturas. Sus principales características son: 1. 2. 3. 4. 5. Resistencia a la compresión. Fragilidad. Elevada Resistencia al calor. Resistente a los agentes atmosféricos. Aislantes eléctricos. Los productos mas comunes que se obtienen, son: Arcilla cocida: de color rojo, áspero y frágil 1. Ladrillos, tejas... 2. Objetos de alfarería: vasijas, jarrones... Loza: es una mezcla de arcilla con arena. Tacto fino y gran dureza 1. Vajillas y objetos decorativos. El vidrio se obtiene, como ya se ha dicho, de la fusión de sílice, sodio y caliza, y su estructura interna es amorfa, no cristalina. A la hora de reciclar es muy importante distinguir un material de otro. El vidrio se recicla fácilmente, hay contenedores específicos para ello que son de color verde. Refractarios: cocidos con óxidos de metales. Resiste altas temperaturas 1. Revestimientos de hornos. 2. Componentes electrónicos. Gres: aspecto vidriado, elevada dureza 1. Baldosas, azulejos. El reciclado de cristal es mucho más costoso. No deben echarse objetos de cristal al contenedor verde, luego hay que separarlo de forma manual ya que el proceso que se sigue es distinto. [ 274 ] Porcelana: se obtiene del caolín (arcilla blanca). Traslúcida, muy dura 1. Vajillas y objetos decorativos. 2. Sanitarios. Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 10: Materiales de uso técnico El vidrio es un material cerámico que se obtiene de la fusión de arena de sílice, carbonato de sodio y caliza. Propiedades: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Estructura vítrea. Fácilmente reciclable. Facilidad para darle forma. Buen aislante térmico, acústico y eléctrico. Dureza y fragilidad. Resiste bien los ataques químicos. Para darle forma se pueden utilizar varias técnicas: 1. Laminado: ventanas y vidrios planos. 2. Soplado: bombillas, envases, objetos huecos. 3. Prensado: tejas. Algunos tipos de vidrio son: 1. Vidrio plano. 2. Vidrio impreso: no es transparente. 3. Vidrio armado: tiene en su interior un tejido metálico. 4. Fibra de vidrio: se usa para aislamientos. 5. Vidrio laminar: al romperse sus fragmentos no se desprenden. Soplado de vidrio Curso de Acceso a Grado Medio [ 275 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA EJERCICIOS 1. Ejercicio de plásticos. Rellena el siguiente cuadro del tipo de plástico con el que se suele fabricar el objeto correspondiente. Objetos Plástico con el que se suelen fabricar Pegamento Gomaespuma Tejidos Mangos de herramientas Mangos de sartenes Tuberías Interruptores Vidrios de faros de automóvil Revestimiento de muebles de cocina Neumáticos Correas de transmisión Barnices 2. Ejercicio de metales no ferrosos. Rellena la tabla indicando la composición, el color, las propiedades y las aplicaciones de los siguientes materiales: Material Composición Color Propiedades Aplicaciones Bronce Latón Hojalata Aleación de aluminio Cobre Estaño [ 276 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 10: Materiales de uso técnico 3. Ejercicio de propiedades Define las siguientes propiedades de los materiales. Pon dos ejemplos de objetos en los que, a la hora de decidir el material para su fabricación, se tengan que tener en cuenta dichas propiedades. Propiedad Objetos Impermeabilidad: capacidad de un material para impedir que un líquido lo traspase. Paraguas Tejado Temperatura de fusión: Ductilidad: Conductividad térmica: Dureza: 4. Ejercicio de metales nobles Investiga en internet sobre los metales nobles, por qué se llaman así, cuáles son y los usos que tienen. 5. Ejercicio de materiales de construcción Para la construcción de pilares y jácenas se utiliza hormigón armado. Indica la diferencia que tiene con el hormigón normal y las cualidades que le aporta. Curso de Acceso a Grado Medio [ 277 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA 6. Ejercicio de metales y aleaciones Localiza en la sopa de letras los siguientes materiales metálicos: hierro, acero, fundición, duraluminio, cobre, bronce, latón, plomo, cinc y titanio. • ¿Cuáles de ellos son metales puros y cuáles aleaciones? • ¿Qué es una aleación? 7. Ejercicio de materiales cerámicos Completa la columna de la derecha con el tipo de material cerámico que utilizarías para construir los objetos de la columna izquierda: Objeto Material cerámico Plato de decoración Baldosa para el suelo de una terraza Recubrimiento de naves espaciales Moldes para fundir metales Muñecas de coleccionista Jarra 8. Ejercicio sobre el reciclado Rellena, con una palabra, los huecos que faltan. Para facilitar el reciclado los envases de plástico se echan en el contenedor ___________________ y los envases de ___________________ en el contenedor verde. [ 278 ] Curso de Acceso a Grado Medio 11 TÉCNICAS DE EXPRESIÓN Y COMUNICACIÓN GRÁFICA INTRODUCCIÓN “Una imagen vale más que mil palabras”, nunca mejor dicho cuando nos referimos a transmitir información técnica de un objeto o de cualquier sistema. Es innegable que un buen dibujo da más información, y en mucho menos tiempo, que muchas explicaciones escritas o habladas. Estamos en un mundo globalizado, cualquier objeto que utilicemos en España ha podido se fabricado en China y diseñado en cualquier país de Europa, pero si se estropea tendrá que ser arreglado en el lugar donde se utiliza y con piezas fabricadas no se sabe dónde. Todas las personas que pueden llegar a intervenir en la vida de ese objeto, tienen que interpretar la información sobre él de la misma forma, deben “hablar el mismo idioma”. Es necesario por tanto establecer unas reglas, unas normas iguales para todos. De esa necesidad nació lo que se conoce como Normalización. El soporte donde se hace un dibujo es un plano, una hoja de papel que tiene dos dimensiones: alto y ancho, sin embargo los objetos que se representan suelen tener tres: alto, ancho y largo. Uno de los retos a los que se enfrenta el dibujo técnico es precisamente ese, plasmar objetos de tres dimensiones en un soporte que sólo tiene dos. Para ello hace uso de las vistas y las perspectivas. Cuando termines de estudiar la unidad deberás ser capaz de: • Entender la necesidad de la Normalización, así como conocer los aspectos del dibujo técnico que están sujetos a ella. • Conocer el uso de los principales instrumentos de dibujo y cuando utilizarlos. • Interpretar las distintas escalas a las que pueden estar dibujados objetos, planos... • Utilizar la escala más adecuada para dibujar un objeto. • Conocer las técnicas para el trazado de figuras geométricas sencillas. • Obtener las vistas diédricas de piezas sencillas. • Dibujar objetos sencillos en perspectiva axonométrica. • Acotar, utilizando las normas adecuadas, dibujos simples. • Realizar bocetos y planos, distinguiendo cuando deben utilizarse unos u otros. Curso de Acceso a Grado Medio [ 279 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Normalización: historia La normalización nace a finales del siglo XIX, con la Revolución Industrial, ante la necesidad de producir más y mejor. 1. NORMALIZACIÓN Piensa cómo, utilizando la palabra, le describirías técnicamente a otra persona la forma de tu casa: distribución, medidas, forma de las habitaciones... ¡¡Un poco complicado!! ¿Y si le mostraras el siguiente dibujo? ¡¡Mucho mejor!! El impulso definitivo llegó con la primera Guerra Mundial (1914-1918). Para abastecer a los ejércitos y reparar los armamentos, a la industria privada se le exigía unas especificaciones de intercambiabilidad. La normalización persigue fundamentalmente tres objetivos: • Simplificación: Se trata de reducir los modelos quedándose únicamente con los más necesarios. • Unificación: Para permitir la intercambiabilidad a nivel internacional. • Especificación: Se persigue evitar errores de identificación creando un lenguaje claro y preciso. La forma más universal de comunicar ideas técnicas es mediante el dibujo, y si ese dibujo se ha hecho siguiendo unas reglas, su interpretación será la misma por parte de todas las personas que conozcan dichas reglas. La normalización es el proceso de elaboración, aplicación y mejora de las normas que se aplican a distintas actividades científicas, industriales o económicas con el fin de ordenarlas y mejorarlas. Normas DIN DIN - Deutsches Institut für Normung - Instituto Alemán de Normalización Fue el primer organismo que comenzó a dictar unas normas. Normas ISO En muchos países comenzaron a crearse comités para la elaboración de normas, por eso surgió la necesidad de coordinar los trabajos y experiencias de todos ellos. Con este objetivo se fundó la International Organization for Standardization - ISO - Organización Internacional para la Normalización con sede en Ginebra y dependiente de la ONU.Logo ISO A esta organización se han ido adhiriendo los diferentes organismos nacionales dedicados a la Normalización y Certificación N+C. En la actualidad son 140 los países adheridos, sin distinción de situación geográfica, razas, sistemas de gobierno, etc. [ 280 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 11: Técnicas de expresión y comunicación gráfica El trabajo de ISO abarca todos los campos de la normalización, a excepción de la ingeniería eléctrica y electrónica que es responsabilidad del CEI (Comité Electrotécnico Internacional). Normas UNE españolas Las actividades de normalización y certificación N+C, recaen en España en la entidad privada AENOR (Asociación Española de Normalización). AENOR es miembro de los diferentes organismos internacionales de normalización. Este organismo elabora las normas UNE (Una Norma Española) Al dibujo que se hace siguiendo unas normas se le denomina dibujo técnico. La normalización en dibujo técnico abarca los siguientes aspectos: • • • • • Formatos Líneas Escalas Acotación Sistemas de representación – Vistas – Secciones – Proyecciones Contesta Observa a tu alrededor y cita cinco objetos que tengan alguna propiedad normalizada. Normas UNE Las normas UNE se crean en Comisiones Técnicas de Normalización-CTN. Una vez elaborada una norma, se somete durante seis meses a la opinión pública. Transcurrido este tiempo y analizadas las observaciones se redacta definitivamente, publicándose bajo las siglas UNE. Todas las normas son sometidas a revisiones periódicas con el fin de ser actualizadas. Las normas se numeran siguiendo la clasificación decimal. El código que designa una norma está estructurado de la siguiente manera: UNE A 1 B 032 C 82 A - Comité Técnico de Normalización del que depende la norma. B - Número de norma emitida por dicho comité, complementado cuando se trata de una revisión R, una modificación M o un complemento C. C - Año de edición de la norma. Curso de Acceso a Grado Medio [ 281 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Clases y tipos de papel Además del tamaño, las hojas de papel tienen otras características importantes: Acabado Hace referencia al aspecto que presenta el papel a la vista y al tacto, puede ser mate (muy liso y brillante) o satinado (más áspero) Gramaje Es el peso, en gramos, de un metro cuadrado de papel. Cuanto mayor sea el espesor del papel, más alto es el gramaje. Ejemplo: 80gr/m2 Otros tipos de papel que se emplea en dibujo técnico son: El papel milimetrado es papel impreso con finas líneas entrecruzadas, separadas entre sí 1mm. El papel vegetal es un papel traslúcido y duro. Se tiene que dibujar con tinta. 1.1. Formatos y líneas Soportes Seguro que alguna vez has oído: “quiero folios tamaño DINA4” o algo similar, ¿te has parado a pensar de dónde viene ese nombre? El tamaño de los papeles de dibujo está normalizado según la norma DIN 476 y adoptada por la ISO 216. El formato de referencia de la serie A es el A0, cuya superficie mide 1 m2. Dividiendo el lado mayor entre dos, obtendremos sucesivamente los distintos formatos A1, A2, A3, A4... Tamaño Ancho (mm) Largo (mm) DIN A0 841 1189 DIN A1 594 841 DIN A2 420 594 DIN A3 297 420 DIN A4 210 297 DIN A5 148 210 El formato de papel DIN A4 es el más comúnmente usado. Tipos de líneas Las normas UNE marcan los tipos de líneas que se pueden utilizar en dibujo técnico. Línea llena fina: líneas de cotas, líneas de referencia. Línea llena gruesa: aristas visibles. Línea de trazo y punto: ejes. Líneas de trazos: para líneas ocultas. [ 282 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 11: Técnicas de expresión y comunicación gráfica 2. INSTRUMENTOS DE DIBUJO Gomas de borrar Lápices, portaminas y estilógrafos El lápiz es el instrumento más clásico, últimamente está siendo reemplazado por los portaminas. Se clasifican según la dureza de su mina. Muy blanda 6B, 5B, 4B, 3B, 2B Media B, HB Dura F, H, 2H, 3H, 4H, 5H,-6H Para dibujo artístico Para bocetos y croquis Para delineación Los estilógrafos sirven para repasar el dibujo una vez hecho con el lápiz. Utiliza tinta china y se clasifican por el grosor del lapices.pngtrazo de la línea, los valores más comunes van de 0,1 mm a 1mm. Las gomas de borrar son un instrumento muy importante en el dibujo técnico. Se emplean para hacer desaparecer trazos incorrectos, errores, manchas o trazos sobrantes. Normalmente se emplean para borrar lápiz, pero también hay gomas que eliminan tinta. Compás Sirve para trazar arcos de circunferencia. Tiene dos brazos unidos por una articulación en su parte superior. Uno de los brazos termina en una aguja, para tomar el centro del círculo. En el otro se puede colocar una mina o un adaptador para estilógrafo. También se puede emplear para transportar medidas. El compás de bigotera se caracteriza por mantener fijo el radio de abertura, que se gradúa mediante un tornillo o eje roscado con precisión milimétrica. Suelen ser blandas, flexibles y de tonos claros para evitar manchas en el papel. Regla graduada Se utiliza para medir longitudes, por lo que está graduada en milímetros y centímetros. Recuerda:1cm = 10 mm. Algunas tienen un pequeño bisel para facilitar la lectura en una posición y el rotulado en la otra posición. Transportador de ángulos También se le conoce como goniómetro. Se utiliza para medir ángulos. Los hay semicirculares y circulares y están graduados en grados sexagesimales. Su uso es el siguiente: colocamos el centro del transportador sobre el vértice del ángulo que queremos medir y lo giramos hasta que uno de los lados del ángulo coincida con el cero de la escala. El otro lado marcará la medida del ángulo. Curso de Acceso a Grado Medio [ 283 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA 2.1. Escuadra y cartabón El paralex Un paralex es una herramienta que sirve para trazar líneas paralelas horizontales, pero que apoyando en él la escuadra y/o el cartabón, puedes trazar líneas paralelas verticales y con múltiples grados de inclinación. Facilita muchísimo el trabajo a la hora de dibujar, y es una herramienta imprescindible en cualquier oficina técnica. Se puede montar en una mesa de dibujo o suelto para llevarlo de un lugar a otro de forma fácul. Son los dos útiles que empleamos conjuntamente para realizar líneas rectas. Tienen forma de triángulos rectángulos (90º). La escuadra es un triángulo isósceles (dos lados iguales), y el cartabón es un triángulo escaleno (los tres lados desiguales). Se utilizan juntos y permiten trazar líneas paralelas y perpendiculares además de líneas que forman unos ciertos ángulos. Trazado de líneas paralelas y perpendiculares Se sujeta firmemente el cartabón con una mano, no puede moverse sobre el papel. La escuadra se desliza sobre la hipotenusa del cartabón (el lado más largo). Cuando se hace el trazo una mano debe sujetar las dos reglas para que no se muevan. Obtención de ángulos Se pueden obtener ángulos de: 30º, 45º, 60º, 75º, 90º, 135º... [ 284 ] 1 2 3 4 5 6 Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 11: Técnicas de expresión y comunicación gráfica 3. ESCALAS Escalímetro Observa el plano de la casa que hemos utilizado en el apartado de Normalización, ¿así de pequeña es una casa? Evidentemente no, a tamaño real no cabe en la pantalla, por eso lo hemos hecho mucho más pequeño. Llamamos escala a la relación de tamaño entre las dimensiones del dibujo y el tamaño que tiene en la realidad el objeto al que representa. El escalímetro es un instrumento de medida con forma de prisma triangular que posee seis escalas de medida grabadas. Si una de las escalas grabadas es 1:5 y queremos utilizarla para dibujar, sólo tenemos que medir directamente sobre el papel. La forma de expresar las escalas es la siguiente: En el ejemplo anterior el tamaño del dibujo seria 10 veces menor que el tamaño real del objeto: 1 unidad en el dibujo equivale a 10 en la realidad Uso de las escalas Hay tres posibilidades: 1. Si queremos representar objetos muy grandes tendremos que utilizar una escala de reducción. Algunos ejemplos son: Planos de edificos: 1:200, 1:100, 1:50 Mapas de carreteras: 1:50000, 1:100000 1:2 2. Si queremos dibujar objetos a tamaño real, utilizaremos una escala 1:1, llamada escala natural. 1:2 3. Si queremos representar objetos muy pequeños, tendremos que utilizar una escala de ampliación. Ejemplos: Se utiliza en piezas industriales pequeñas como por ejemplo el mecanismo de un reloj. 2:1, 10:1 1:2 Curso de Acceso a Grado Medio [ 285 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Escala de ampliación Si lo que queremos hacer es una ampliación, es decir, dibujar el objeto más grande que su tamaño real, la razón de semejanza (R.S.) de cada lado será: 3.1. Elección de escalas Elección de la escala Normalmente la única condición será que el dibujo quepa en el papel. También es importante la definición que queramos de los detalles. Vamos a explicarlo con un ejemplo. Ejemplo: ¿A qué escala dibujarías una pista de tenis de 70 x 20 m en una hoja DIN-A4 (21 x 29,7 cm) Los pasos a seguir son: Y elegiremos como escala un número exacto y menor que cualquiera de las dos razones de semejanza. 1. Elegimos el lado mayor de la pista: 70 m = 7000 cm, y el lado mayor de la hoja descontando 2 cm de margen por cada lado: 29,7 - 2 - 2=25,7 cm 2. Calculamos la razón de semejanza del lado mayor: 3. Hacemos lo mismo con el lado más pequeño: 20 m = 2000 cm de la pista, y 21 - 2 - 2 = 17 cm del papel. 4. La razón de semejanza del lado pequeño será: 5. Ahora tendremos que elegir un número exacto y mayor que cualquiera de las dos razones de semejanza, por ejemplo 300. La escala a aplicar será: 1:300 Contesta Tenemos un mapa escala 1:4000. ¿Cuántos kilómetros tenemos que caminar entre dos localidades que en el mapa están separadas por 30 cm? [ 286 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 11: Técnicas de expresión y comunicación gráfica 4. TRAZADOS GEOMÉTRICOS En este apartado vamos a estudiar cómo realizar los trazados geométricos básicos. Para ello sólo vamos a utilizar el compás y la regla. Los principales trazados geométricos los podemos clasificar en los siguientes grupos: Geometría La geometría, del griego geo (tierra) y metrón (medida), es una rama de la matemática que se ocupa de las propiedades de las figuras geométricas en el plano o el espacio, como son: puntos, rectas, planos, polígonos, poliedros, paralelas, perpendiculares, curvas, superficies... La geometría descriptiva es un conjunto de técnicas que permite representar el espacio tridimensional sobre una superficie bidimensional. La geometría plana es la parte de la geometría que considera las figuras cuyos puntos están todos en un plano. Antes de comenzar vamos a definir los elementos que intervienen en los trazados geométricos. Punto: es el lugar de intersección de dos líneas. Se les denomina por letras mayúsculas, A, B... Recta: está compuesta por una sucesión infinita de puntos dispuestos en la misma dirección. Segmento: porción de recta limitada en sus extremos por dos puntos. Se les denomina por letras minúsculas. Líneas concurrentes: son aquellas líneas que se cruzan en algún punto. Líneas paralelas: son rectas con la misma dirección que nunca llegan a cortarse. Líneas perpendiculares: son rectas concurrentes que se cortan formando cuatro ángulos rectos (90º). Ángulo: es la figura que forman dos rectas que se cortan. Circunferencia: es una línea curva cerrada cuyos puntos están a la misma distancia que otro interior llamado centro. Dicha distancia se llama radio. Curso de Acceso a Grado Medio [ 287 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Arco: es un trozo de circunferencia comprendido entre dos puntos. Arco capaz El arco capaz es el lugar geométrico de los puntos desde los que un segmento AB se ve con el mismo ángulo. Círculo: superficie comprendida por una circunferencia. Tangente: recta que sólo tiene un punto en común con la circunferencia. Polígono: es una figura geométrica formada por segmentos consecutivos no alineados, llamados lados. Si todos sus lados y ángulos son iguales se les llama polígonos regulares. 4.1. Trazados básicos El arco capaz de un es un arco de circunferencia que contiene el vértice del ángulo y, y los puntos A y B. El caso más conocido es aquél cuyo ángulo es y = 90º. Este caso se corresponde con el 2º teorema de Tales de tal modo que el arco capaz es la semicircunferencia cuyo diámetro es precisamente el segmento AB. El arco capaz es muy útil en dibujo para resolver problemas geométricos que implican polígonos y ángulos. Los trazados geométricos que vamos a estudiar son los siguientes: Mediatriz Recta perpendicular que corta un segmento dado en su punto medio. Bisectriz Recta que divide un ángulo dado en dos partes iguales Recta perpendicular Recta que corta a otra recta dada formando cuatro ángulos de 90º y que pasa por un punto dado División en partes iguales Se trata de dividir un segmentodado en N partes iguales [ 288 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 11: Técnicas de expresión y comunicación gráfica 4.2. Circunferencias Óvalos y elipses Los trazados geométricos que se pueden hacer con las circunferencias son muy amplios. A continuación se muestran unas animaciones de los que te pueden resultar más prácticos. 1. Dibujo de una circunferencia que pase por tres puntos dados 2. Dibujo de una circunferencia tangente a otra por un punto conocido 3. Trazado de dos rectas tangentes a una circunferencia por un punto exterior 4. Trazado de dos rectas tangentes interiores a dos circunferencias Otras figura muy utilizada en geometría son el óvalo y la elipse. Un óvalo es una curva cerrada que se compone de cuatro arcos de circunferencia tangentes entre sí. Sus formas pueden se múltiples. 4.3. Polígonos Un polígono es una figura geométrica formada por segmentos consecutivos no alineados, llamados lados Los polígonos se pueden clasificar en regulares: tienen todos sus lados y sus ángulos iguales, e irregulares: si tienen sus lados y ángulos desiguales. Una elipse es una curva cerrada, simétrica respecto a dos ejes perpendiculares entre sí, que resulta de cortar la superficie de un cono de revolución (sección cónica) por un plano oblicuo y que corta todas sus generatrices. Los polígonos más comunes son los triángulos (3 lados) y los cuadriláteros (4 lados) Triángulos Cuadriláteros Equilateros: los tres lados y los tres ángulos iguales Cuadrado: todos sus lados iguales formando ángulos de 90º Isósceles: dos lados y dos ángulos iguales y otro desigual Rectángulo: sus lados son iguales dos a dos formando ángulos de 90º Curso de Acceso a Grado Medio [ 289 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Origen del polígono Escaleno: todos sus lados y ángulos desiguales Rombo: todos sus lados iguales y paralelos dos a dos Rectángulo: tiene un ángulo recto (90)º Trapecio: dos de sus lados son paralelos y los otros dos no La palabra polígono procede del griego antiguo polyvgonon. Poli (muchos) y gono (ángulo). La siguiente tabla muestra una clasificación de los primeros polígonos en función de su número de lados. Nombre triángulo cuadrilátero pentágono hexágono heptágono octágono eneágono decágono n∫ lados 3 4 5 6 7 8 9 10 En general, su nombre se forma anteponiendo a la raíz gono, el prefijo que indica el número de ángulos que tiene. Los polígonos regulares tienen la característica de estar inscritos en una circunferencia y circunscritos en otra. Un polígono está inscrito en una circunferencia si todos sus vértices están contenidos en ella Un polígono está circunscrito en una circunferencia, si todos sus lados son tangentes a la circunferencia. Al triángulo también se le puede llamar trígono, sin embargo la Real Academia de la Lengua no contempla el término cuagono. Verdadero o falso Señala sin son regulares los polígonos siguientes: Verdadero Falso Triángulo equilátero Rectángulo Triángulo escaleno Triángulo rectángulo Rombo Trapecio Para trazar cualquier polígono regular debemos conocer previamente, o bien la longitud de su lado, o bien el radio del círculo donde va a estar inscrito. [ 290 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 11: Técnicas de expresión y comunicación gráfica 5. SISTEMA DIÉDRICO Proyección de planos Mira los siguientes objetos, ¿cuántas dimensiones tienen? Seguro que has pensado que tres: ancho, largo y alto. En la proyección ortogonal de una superficie plana, se pueden dar los siguientes casos: 1. Superficie paralela al plano horinzontal Ahora mira la hoja de papel, ¿cuántas tiene? Solamente dos: ancho y alto. Cualquier sistema de representación gráfica lo que pretende es trasladar las tres dimensiones del espacio, a las dos dimensiones del plano. El sistema diédrico es un sistema de representación gráfica que utiliza las proyecciones ortogonales sobre dos planos que se cortan perpendicularmente. Las proyecciones son: una forma igual y una recta. 2. Superficie paralela al plano vertical Un diedro es cada una de las regiones en las que queda dividido el espacio cuando dos planos se cortan perpendicularmente. Una proyección ortogonal es aquella cuyas rectas proyectantes son perpendiculares al plano de proyección. Proyección de un punto La proyección del punto P sobre el plano vertical es otro punto P’. La proyección del punto P sobre el plano horizontal es otro punto P’’. Las proyecciones son: una recta y una forma igual. 3. Superficie no paralela a ninguno de los planos de proyección Proyección de un segmento Un segmento queda definido por los dos puntos de sus extremos A y B, se proyectan los dos puntos y se unen sus proyecciones. Las proyecciones son: dos formas distintas. En el plano vertical la proyección será el segmento A’B’. En el plano horizontal la proyección será el segmento A’’B’’. Curso de Acceso a Grado Medio [ 291 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Proyección de una superficie plana Se proyectan sus aristas y se unen sus proyecciones. En el plano vertical la proyección será la figura definida por A’B’C’D’. En este caso, la proyección sobre el plano horizontal de los puntos B y C coinciden (B’’C’’), al igual que la proyección de los puntos A y D (A’’D’’). Esto se debe a que la figura está en posición vertical. Proyección de un sólido Fíjate en las proyecciones de la figura, aunque los dos sólidos son distintos, sus proyecciones en los planos vertical y horizontal son iguales. Para solucionarlo añadimos un tercer plano de proyección en el lateral. Para que una figura quede definida totalmente en el sistema diédrico, hacen falta un mínimo de tres proyecciones. [ 292 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 11: Técnicas de expresión y comunicación gráfica 5.1. Vistas diédricas Sistema americano Las vistas diédricas son las proyecciones ortogonales de una figura sobre los planos de proyección. En el sistema americano, las vistas se colocan justo al revés que en el europeo. Las vistas principales, y que definen completamente a cualquier figura, son tres: • La vista principal sigue siendo el alzado • El perfil derecho se pone a la derecha • El perfil izquierdo a la izquierda • La planta se pone encima del alzado • La vista inferior debajo • La vista posterior en la misma posición 1. Alzado: es la vista más representativa de la figura y se obtiene de la proyección sobre el plano horizontal. 2. Perfil: es la proyección sobre el plano lateral. 3. Planta: se obtiene al realizar la proyección sobre el plano horizontal. Estas son las llamadas vistas principales, ¿pero puede haber más? ¿Cuántas proyecciones ortogonales podemos hacer? Esto se debe a que los planos de proyección se colocan delante de la figura a representar, y no detrás como en el sistema europeo. Fíjate en la figura de la derecha. Son seis las vistas o proyecciones ortogonales que podemos hacer en el sistema diédrico: • • • • • • Alzado (A) Planta (PL) Perfil izquierdo (PI) Perfil derecho (PD) Vista posterior (VP) Vista inferior (VI) Colocación de las vistas Imagina que los planos de proyección son las caras de una caja y que la figura está dentro, lo único que tenemos que hacer es extender todas las caras tal como muestra la figura. Esta forma de colocación es el llamado método europeo. Curso de Acceso a Grado Medio [ 293 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Líneas ocultas Fíjate en las aristas señaladas con la flecha, al realizar las vistas quedan ocultas y no se ven. Para indicarlo en el dibujo se representan con una línea discontinua a trazos. Observa el Perfil. 5.2. Trazado de vistas Las sombras Las sombras de una figura sobre las paredes de una habitación son las proyecciones de dicha figura. Seguro que alguna vez has intentado hacer figuras con las llamadas sombras chinescas. A la hora de trazar las vistas es muy importante tener en cuenta algunos aspectos. Elección del alzado El alzado es la vista principal, la más representativa, por eso es importante que la elijamos bien. De la dos vistas siguientes ¿cuál da más información de cómo es la figura? Parece claro que la vista 2, por lo tanto esa es la que cogeríamos como alzado. Correspondencia entre vistas A la hora de dibujar las tres vistas principales es muy importante que haya correspondencia entre ellas. Todas las aristas de una figura están representadas en dos vistas distintas, y su medida, por tanto, debe ser la misma. Correspondencia de vistas • El ancho del Alzado es igual al ancho de la Planta • La altura del Alzado es igual a la altura del Perfil • El ancho del Perfil es igual a la altura de la Planta [ 294 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 11: Técnicas de expresión y comunicación gráfica 6. PERSPECTIVA AXONOMÉTRICA Las perspectivas son sistemas de representación de objetos tridimensionales en dos dimensiones. Todas se basan en la proyección del objeto sobre un plano. Las proyecciones pueden ser: Perspectiva cónica La perspectiva cónica es la más difícil de realizar, aunque es la perspectiva que más se asemeja a la forma en que nuestro ojo ve. 1. Cilíndricas: todos los rayos proyectantes son paralelos entre sí. • Ortogonales: perpendiculares al plano de proyección • Oblicuas: no son perpendiculares al plano de proyección 2. Cónicas: todos los rayos proyectantes salen de un foco común. Al salir todos los rayos proyectantes de un solo punto, no se cumple que los lados que son paralelos en la realidad, lo son en el dibujo. Dependiendo de cómo sean estas proyecciones podemos clasificar las perspectivas de la siguiente manera: En los apartados siguientes vamos a estudiar la perspectiva axonométrica, y más concretamente la perspectiva isométrica (axonométrica ortogonal) y la perspectiva caballera (axonométrica oblicua) Las principales características comunes de estas dos perspectivas son: • El plano de proyección es oblicuo al objeto. • Todos los rayos proyectantes son paralelos. • Todos los lados del objeto que en la realidad son paralelos, también lo son en el dibujo. Curso de Acceso a Grado Medio [ 295 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Círculos isométricos Una de las mayores dificultades para realizar perspectivas isométricas son el trazado de círculos. En perspectiva isométrica los círculos se representan, de forma aproximada, por elipses. La figura representa tres círculos en los planos XY, XZ y ZY. 6.1. Isométrica En perspectiva isométrica los tres ejes ortogonales principales forman ángulos de 120º al proyectarse.Ejes isometricos En el eje Z se representa la altura, y en los ejes X e Y se representan la anchura y la longitud. Vamos a explicar paso a paso como sería el dibujo de un cubo de 30 mm de lado. 1. Dibujamos los ejes ayudándonos de la escuadra y el cartabón. 2. Marcamos los 30 mm en los tres ejes X, Y y Z 3. Hacemos paralelas a los ejes dibujando los lados del cubo 4. Remarcamos las aristas que se ven. 1 2-3 4 Debes tener en cuenta: 1. Las medidas se llevan directamente sobre los ejes 2. Todos los lados que son verticales en la realidad, son paralelos al eje Z. 3. Todos los lados que son paralelos en la realidad, lo son también en el dibujo. Para objetos más complicados es aconsejable utilizar la técnica de encajado. Esta técnica consiste en dibujar el paralelepípedo que va a contener exactamente al objeto. Es como si metiéramos la figura en una caja donde no sobrara nada de espacio por sus lados. Un paralelepípedo es un sólido limitado por seis paralelogramos cuyas caras opuestas son iguales y paralelas. Trazado de la perspectiva isométrica a partir de las vistas diédricas. Es un proceso complicado, más que obtener las vistas a partir del dibujo en perspectiva, sobre todo si la figura es complicada. [ 296 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 11: Técnicas de expresión y comunicación gráfica 6.2. Caballera Círculos en caballera La perspectiva caballera se utiliza mucho por su fácil realización. Los tres ejes ortogonales principales forman, al proyectarse, los ángulos que se muestran en la figura: uno de 90º y dos de 135º. En el eje Z se representa la altura, y en los ejes X e Y se representan la anchura y la longitud. A la hora de trazar círculos en perspectiva caballera nos podemos encontrar varios casos: 1. Círculos en el plano ZX Los círculos o arcos se trazan igual que en la realidad Fíjate en las siguientes figuras, ¿cuál de ellas crees que representa mejor a un cubo? 2. Círculos en cualquiera de los otros planos ZY o XY La cosa se complica debido al coeficiente de reducción, hay que dibujar el cuadrado donde se inscribe el círculo, obtener varios puntos y unirlos Aunque no lo parezca, todos los lados de la figura a tienen la misma medida, sin embargo, los lados inclinados de la figura b miden la mitad que los otros. En perspectiva caballera se aplica un coeficiente de reducción de 1:2 a todas las magnitudes del eje Y. Siempre que se pueda hay que dibujar las partes curvas en el plano ZX. Todas las medidas del eje Y se dividen por 2. Esta reducción hace que los dibujos den más sensación de realidad. Alguna veces también se emplean los coeficientes 2:3 y 3:4 Vamos a explicar paso a paso como sería el dibujo de un cubo de 30 mm de lado. 1. 2. 3. 4. Dibujamos los ejes ayudándonos de la escuadra y el cartabón. Marcamos los 30 mm en los tres ejes X, Y y Z. Hacemos paralelas a los ejes dibujando los lados del cubo. Remarcamos las aristas que se ven. 1 2-3 4 Debes tener en cuenta: 1. En el plano ZX se representan los elementos tal como son en la realidad. 2. Una buena costumbre es dibujar el alzado en el plano ZX y darle profundidad al objeto con paralelas al eje Y. Curso de Acceso a Grado Medio [ 297 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA 3. Las medidas se llevan directamente sobre los ejes, salvo en el eje Y que se les aplica el coeficiente de reducción. 4. Todos los lados que son verticales en la realidad, son paralelos al eje Z. 5. Todos los lados que son paralelos en la realidad, lo son también en el dibujo. Al igual que en la perspectiva isométrica, para objetos más complicados es aconsejable utilizar la técnica de encajado. Trazado de la perspectiva caballera a partir de las vistas diédricas. La técnica a seguir es igual que en perspectiva isométrica. • Trazamos el paralelepípedo que va a contener la figura, para ello tomamos las medidas totales de las vistas. (Figura a) • Trasladamos las vistas a las caras. Recuerda: el alzado lo ponemos en la cara paralela al plano ZX. (Figura a) • Terminamos de remarcar las aristas de la figura. (Figura b) [ 298 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 11: Técnicas de expresión y comunicación gráfica 7. ACOTACIÓN La acotación es el proceso de anotar, mediante líneas, cifras, signos y símbolos, las mediadas reales de un objeto, sobre un dibujo previo del mismo, siguiendo una serie de normas. La figura muestra todos los elementos que intervienen en la acotación. Acotación de otros elementos Los ángulos se acotan con un arco de circunferencia, indicando los grados que abarcan. Los diámetros y radios de los arcos y los círculos, no deben coincidir con los ejes, y siempre deben ir precedidos del símbolo correspondiente. Cotas 1. Expresa con números la medida real de la pieza aunque el dibujo esté a escala. 2. Siempre se indica en milímetros aunque la unidad no se pone. Si están en otra unidad hay que indicarlo expresamente. 3. Se colocan centradas y por encima de la línea de cota. 4. Algunas veces la cifra de cota va precedida de algún símbolo para indicar que se refiere a una longitud especial. Línea de cota 1. Se coloca paralela a la arista que se quiere acotar, de la misma longitud y suficientemente separada de ella. 2. Está limitada por las líneas auxiliares. 3. En sus extremos se colocan las flechas. Líneas auxiliares 1. En el dibujo diédrico son perpendiculares a la línea de cota. Si el dibujo es en perspectiva pueden adoptar la dirección de los ejes. 2. Sobresalen un poco de la línea de cota (2 mm). 3. No cortan a las líneas de cota. Curso de Acceso a Grado Medio [ 299 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Flechas 1. Cierran las líneas de cota, indicando su principio y su final. 2. Son alargadas y rellenas. Elige la correcta Si una cota de un dibujo realizado a escala 1:5 indica el número 12, cuál será la medida real de esa longitud? 24 60 12 36 7.1. Normas Normas de acotación 1. Se deben poner las cotas que indiquen las dimensiones totales. Además sólo se deben poner las cotas imprescindibles. Sobra la cota de 69, ya que se puede obtener restando 110 - 41 = 69 2. Cuando se acoten vistas diédricas, no se repetirá la misma cota en dos vistas distintas. [ 300 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 11: Técnicas de expresión y comunicación gráfica 3. Si las cotas o las flechas no caben sobre la línea de cota, se ponen fuera. 4. La líneas de cota deben dibujarse fuera de la figura. 5. Las líneas auxiliares de cota no pueden cortar ni coincidir con otras líneas del dibujo. Además, si se ponen varias líneas de cota en paralelo, la distancia de la primera con la arista debe ser mayor que la distancia entre ellas. Elige la correcta Si tenemos dibujadas las tres vistas diédricas principales de una figura: alzado, planta y perfil, ¿en cuántas vistas se puede poner la misma cota? Piensa en la correspondencia entre vistas que has estudiado en un apartado anterior. 1 2 3 Curso de Acceso a Grado Medio [ 301 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Leonardo da Vinci Leonardo da Vinci (14521519) fue un genial pintor, científico e ingeniero que describió, mediante técnicas de expresión gráfica, sus inventos de artilugios variados. Gracias a los bocetos y croquis que realizó, hoy en día podemos apreciar que muchos de ellos funcionan si los reproducimos. 8. BOCETO Y CROQUIS Hemos estudiado que el dibujo técnico pretende transmitir información técnica de objetos o sistemas, ajustándose a unas normas precisas. Según la precisión del dibujo, la escala y las pretensiones, podemos distinguir varios tipos de dibujos. Boceto Es una primera aproximación a lo que se desea diseñar, un primer apunte del objeto. Su misión principal es la de definir la forma del objeto; se realiza a mano alzada, sin cotas o medidas, por lo tanto no se puede realizar a escala y las proporciones están aun sin definir. Sólo necesitamos un lápiz, papel y goma. Croquis El croquis es la fase que sigue al boceto, aunque en algunos casos es el primer dibujo que se realiza durante el proceso de diseño de un objeto. Es un dibujo que también se realiza a mano alzada, (sin útiles de dibujo), pero al contrario de lo que ocurre con el boceto, el croquis tiene que llevar todas las medidas o cotas y debe realizarse de forma proporcionada, aplicando las normas del dibujo técnico. Tanto en el boceto como en el croquis, se pueden utilizar las dos técnicas de representación gráfica que hemos estudiado: las vistas diédricas o las perspectivas. También se pueden hacer anotaciones a mano indicando materiales, detalles... Consejos para su realización: 1. Utilizar líneas finas y suaves que puedan ser borradas 2. Tomar los bordes del papel para la realización de líneas verticales y horizontales 3. Realizar las líneas en un solo trazo. 4. Trazar primero los contornos y después ir haciendo los detalles. Plano Es el tercer y último paso de concreción. Se parte del croquis, pero al contrario que éste, se realiza con útiles de dibujo, a escala y con la máxima precisión. [ 302 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 11: Técnicas de expresión y comunicación gráfica Completa el texto Un ______________________ es un dibujo en que se ven, a grandes rasgos y sin dar muchos detalles, los elementos del objeto. Un ______________________ es un dibujo más detallado del objeto, en el que aparecen las medidas principales. EJERCICIOS 1. Ejercicio de formatos. Partiendo del formato A4 haz los cálculos necesarios para averiguar las medidas del formato A6. 2. Ejercicio de escuadra y cartabón. Indica los ángulos que se forman con las siguientes combinaciones de escuadra y cartabón: Ángulo Nº Grados 1 2 3 4 5 6 3. Ejercicio de cálculo de escalas. Queremos dibujar un anillo con el mayor detalle posible en una hoja con formato A4, dejando los márgenes adecuados tenemos una superficie para dibujar de 16 x 20 cm. Si las medidas máximas del anillo son de 2 x 2 cm, ¿qué escala elegirías para dibujarlo? Curso de Acceso a Grado Medio [ 303 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA 4. Ejercicio de polígonos Indica el nombre de los siguientes triángulos. Triángulo 1 2 3 4 Tipo 5. Ejercicio de trazados geométricos Explica paso o paso como se construye un triángulo regular inscrito en una circunferencia de radio conocido. 6. Ejercicio de perspectivas Rellena la siguiente tabla indicando: los ángulos entre ejes y los coeficientes de reducción en cada una de las perspectivas. Ángulos Z-X Z-Y Coeficiente de reducción X-Y Z X Y Caballera Isométrica 7. Ejercicio de caballera Explica los pasos que seguirías para dibujar la siguiente pieza en perspectiva caballera. [ 304 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 11: Técnicas de expresión y comunicación gráfica 8. Ejercicio de acotación Las acotaciones de la izquierda están mal realizadas, indica el error que se ha cometido. Acotación Curso de Acceso a Grado Medio Error [ 305 ] ENERGÍA ELÉCTRICA 12 INTRODUCCIÓN La importancia de la electricidad radica en que es la forma de energía más utilizada en el mundo actual. Vamos a imaginarnos un día sin electricidad en la vida de una persona que viva en cualquier población actual. 6:00 horas Julia debe llegar al trabajo a las 7:00 horas, el radio despertador no ha sonado, no hay agua caliente ni puede secarse el pelo y para colmo no puede desayunar su desayuno habitual: leche caliente, tostadas y zumo. Además está todo a oscuras. 6:30 horas Casi no puede salir del garaje con el coche, las puertas son automáticas. En la calle los semáforos no funcionan y el tráfico es un caos, solo se oye el claxon de los coches. 7:10 horas Un poco tarde pero por fin Julia llega al trabajo. Debe subir siete pisos a pie porque el ascensor no funciona; cuando llega a la oficina no puede hacer nada: el teléfono, el fax, los ordenadores, nada funciona. 14:00 horas La hora de comer, pero en el restaurante donde lo hace habitualmente no han podido preparar la comida: los electrodomésticos no funcionan sin electricidad. Y así podríamos seguir hasta que se acabara el día sin electricidad. Si te paras a pensar, a nuestro alrededor sólo hay aparatos eléctricos, pero estamos tan acostumbrados a su uso que no nos damos cuenta de la importancia que tienen en nuestras vidas. Cuando termines de estudiar la unidad deberás ser capaz de: • Conocer los principios físicos de la electricidad. • Conocer las aplicaciones de la electricidad, sus ventajas e inconvenientes. • Distinguir los diferentes tipos de componentes que intervienen en los circuitos eléctricos y la función que realizan. • Dibujar esquemas eléctricos sencillos utilizando la simbología adecuada. • Conocer las magnitudes eléctricas básicas y sus unidades. • Conocer los aparatos de medida y las técnicas necesarias para medir las magnitudes eléctricas • Aplicar la ley de Ohm para calcular magnitudes de circuitos sencillos. • Conocer las características de los circuitos en serie y los circuitos en paralelo. • Distinguir entre corriente alterna y corriente continua. Las propiedades y aplicaciones de cada una de ella. • Entender el funcionamiento de circuitos eléctricos característicos. Curso de Acceso a Grado Medio [ 307 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Historia de la electricidad 1. LA ELECTRICIDAD Si observas a tu alrededor verás la gran cantidad de dispositivos y elementos que funcionan gracias a la electricidad. Hacia el año 600 a. C., Tales de Mileto observó que frotando una varilla de ámbar con una piel o con lana, se obtenían pequeñas cargas que atraían pequeños objetos, y frotando mucho tiempo podía causar la aparición de una chispa. Aunque a lo largo de la historia se han ido observando fenómenos eléctricos, no fue hasta comienzos del siglo XIX cuando las observaciones sometidas a método científico empiezan a dar sus frutos con autores como: • Luigi Galvani • Alessandro Volta • Charles-Augustin de Coulomb • Benjamin Franklin • André-Marie Ampère • Michael Faraday • Georg Ohm. Los nombres de estos personajes son los que se utilizan para nombrar las unidades de medida de muchas magnitudes eléctricas. Nos pasamos el día conectando y desconectando cosas de los enchufes, cambiando pilas, pulsando interruptores, cargando baterías de aparatos electrónicos..., parece que todo funciona con electricidad. Pero, ¿qué es la electricidad? La electricidad atomo.pngLa materia está formada por átomos, éstos a su vez están compuestos por un núcleo en el que hay neutrones y protones y alrededor del cual giran los electrones. La carga eléctrica de cada una de estas partículas es: • Los neutrones no tienen carga. • Los protones tienen carga positiva. • Los electrones tienen carga negativa. Las cargas de distinto signo se atraen, mientras que las del mismo signo se repelen. En condiciones normales los átomos tienen el mismo número de electrones que de protones, por tanto la carga final es cero. Una definición sencilla. La electricidad, del griego elektron, es un fenómeno físico originado por las cargas eléctricas. Otra definición más. La electricidad es una forma de energía asociada a la atracción y repulsión de las cargas eléctricas. [ 308 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 12: Energía eléctrica Tipos de electricidad La electricidad estática es aquella que se pone de manifiesto cuando las cargas eléctricas no se desplazan. A todos nos ha pasado alguna vez que al acercar un peine a nuestra cabeza los pelos se nos han puesto de punta. Esto se debe a que el peine se ha cargado negativamente (tiene más electrones que protones) y es capaz de atraer a nuestro cabello. Otra manifestación de este tipo se da cuando frotamos un bolígrafo en un paño, después de hacerlo es capaz de atraer pequeños trocitos de papel. La explicación es la misma: al frotar el bolígrafo con el paño, éste cede electrones al bolígrafo que se carga negativamente. En la naturaleza este fenómeno se pone de manifiesto en los rayos que se producen en las tormentas. Una rayo es una descarga entre una zona cargada muy negativamente y otra cargada muy positivamente. La electricidad dinámica es aquella que se pone de manifiesto cuando las cargas eléctricas se desplazan a través de conductores. Es el tipo de electricidad que vamos a estudiar en esta unidad ya que es el que se utiliza en todos los dispositvos eléctricos que conocemos. Las únicas cargas eléctricas que se desplazan de un átomo a otro son los electrones. Los protones están fijos en el nucleo y no se pueden mover. Verdadero o falso Indica sí son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones: Verdadero Falso La carga de un átomo con 8 electrones y 10 protones es de +2 La carga de un átomo con 12 electrones y 10 protones es de -2 Cuando un material cede electrones, éstos se pierden Cuando un material cede electrones, otro los gana Curso de Acceso a Grado Medio [ 309 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Coches eléctricos El sector del automóvil era de los pocos que no utilizaba la energía eléctrica, pero eso está empezando a cambiar: en muy pocos años los coches dejarán de utilizar gasolina y se desplazaran por medio de motores eléctricos. Serán menos ruidosos y no contaminaran al utilizarlos. Cambiaremos las gasolineras por las electrolineras, donde se recargarán las baterías que utilicen los vehículo 2. APLICACIONES Imagínate un día sin electricidad, el mundo actual se paralizaría. El uso de la electricidad se ha extendido tanto, que es imposible encontrar algún ámbito de la actividad humana en el que no esté presente. Muchas son las ventajas por las que la energía eléctrica se utiliza de forma masiva. Ventajas • Es una energía fácil de producir: en centrales térmicas quemando combustible, a partir de la energía del viento en los parques eólicos, directamente del sol con las placas fotovoltaicas... • Su transporte es barato y llega de forma prácticamente inmediata a todos los sitios, aprovechando las líneas de distribución. • Es muy fácil de transformar en otros tipos de energía: mecánica con motores, calorífica con resistencias, luminosa con lámparas... • Es una energía limpia en su uso. • Es una energía segura. No suele haber accidentes relacionados con la energía eléctrica. Las medidas de seguridad son fáciles de aplicar. • Además de transportar energía, puede transmitir información. Desventajas • Contaminación por la quema de combustibles fósiles en las centrales térmicas. De hay la importancia de utilizar fuentes de energía renovables para su producción: eólica, solar... • Su dificultad para almacenarla. Es muy costoso almacenar gran cantidad de energía eléctrica. Veamos algunos de los múltiples usos que tiene la energía eléctrica, para ello los vamos a agrupar por sectores. Vivienda En la actualidad podríamos decir que habitamos viviendas electrificadas. • Electrodomésticos: lavadora, vitrocerámica... • Ocio: televisión, informática... • Climatización: calefacción y aire acondicionado. Industria Es el sector que más energía eléctrica consume. • Motores eléctricos como elementos motrices de máquinas. • Accionamiento de robots, equipos informáticos... • Hornos, equipos de soldadura... [ 310 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 12: Energía eléctrica Alumbrado Todos los espacios, ya sean públicos o privados, se iluminan con dispositivos que funcionan con electricidad. • Fluorescentes, lámparas incandescentes, focos, LED... Transporte Es uno de los sectores donde menos se utiliza la energía eléctrica. Algunos medios que funcionan con electricidad son: el tren, el metro, el tranvía... Telecomunicaciones Una de las ventajas de la energía eléctrica es la de poder transmitir información. Las señales de teléfono, televisión, radio e internet son señales eléctricas y los aparatos transmisores y receptores son eléctricos. La enorme velocidad de transmisión de las señales eléctricas hace posible esa inmediatez en las comunicaciones. Contesta Investiga usos de la electricidad en otros sectores distintos a los anteriores. Curso de Acceso a Grado Medio [ 311 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Sentido de la corriente Los electrones circulan por un circuito eléctrico desde el borne negativo de la pila hasta el positivo. A la hora de analizar circuitos se suele considerar al revés, que la corriente sale del positivo hacia el negativo. Esto se debe a que, cuando empezaron a estudiar los fenómenos eléctricos, creían que las cargas que se desplazaban eran las cargas positivas. Es lo que se llama sentido convencional de la corriente, y que todavía se sigue utilizando hoy en día. 3. EL CIRCUITO ELÉCTRICO Hemos dicho que la electricidad dinámica es aquella en la que las cargas eléctricas, concretamente los electrones, se desplazan a través de un conductor. Vamos a estudiar las condiciones que deben darse para que esto se produzca. ¿Qué similitudes tienen los dos circuitos? 1. En el circuito hidráulico circula agua, en el eléctrico circulan electrones. 2. Para que se produzca esta circulación, es necesario en los dos casos que: • El circuito sea cerrado, tanto el agua como los electrones están continuamente circulando. • Hace falta una diferencia de potencial. En el primer caso tiene que haber una diferencia de alturas que la proporciona la bomba, en el circuito eléctrico tiene que haber una diferencia de potencial eléctrico que lo proporciona la pila. Cuando los electrones llegan al borne positivo por el exterior, la pila realiza un trabajo y hace que pasen internamente a través de ella para que vuelvan a salir por el borne negativo. 3. El agua cuando pasa por la turbina hace que ésta gire, en el circuito eléctrico los electrones al pasar por la bombilla hace que luzca. Un circuito eléctrico es un camino cerrado formado por distintos elementos conectados entre sí, y por el que circulan electrones. La corriente eléctrica es la circulación de electrones por un conductor. Contesta En un circuito eléctrico circulan electrones a través de todos los elementos que lo componen, pero ¿los electrones se gastan? [ 312 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 12: Energía eléctrica 3.1. Componentes Los elementos que pueden formar parte de un circuito eléctrico los podemos clasificar en los siguientes tipos. Elementos de protección Aunque los elementos de protección no son necesarios para que un circuito eléctrico funcione, son fundamentales a la hora de evitar accidentes como descargas eléctricas e incendios. Generadores eléctricos Se encargan de transformar en energía eléctrica cualquier otro tipo de energía. Son capaces de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre sus bornes. Algunos ejemplos son: • Pilas y baterías: transforman la energía química en eléctrica. • Placas fotovoltaicas: transforman la energía solar en eléctrica. • Dinamos y generadores eléctricos: transforman la energía mecánica en eléctrica. En las instalaciones de viviendas es obligado por ley el uso de estos elementos. El Reglamento electrotécnico para baja tensión (REBT) es de obligado cumplimiento y en él se recogen todas las condiciones que deben cumplir dichas instalaciones. Conductores Son los encargados de unir al resto de elementos de un circuito eléctrico. A través de ellos circula la corriente eléctrica Los conductores más habituales son los cables. Están hechos de algún material conductor como el cobre y recubiertos de un material aislante para evitar accidentes. Receptores Se encargan de transformar la energía eléctrica en otro tipo de energía. • Motores: transforman la energía eléctrica en mecánica. • Lámparas: transforman la energía electica en luminosa. • Resistencias: transforman la energía eléctrica en calor. • Timbres: transforman la energía eléctrica en energía sonora. Curso de Acceso a Grado Medio [ 313 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Elementos de control También llamados elementos de maniobra son los encargados de controlar el funcionamiento del circuito. Actuando sobre ellos las personas podemos abrir y cerrar el circuito. • Pulsadores: se utilizan para abrir o cerrar el circuito mientras se mantiene activado. • Interruptor: permite abrir o cerrar el circuito cada vez que se actúa sobre él. • Conmutador: permite seleccionar el circuito por el que circulará la corriente eléctrica. Elementos de protección Sirven para proteger tanto a las personas, como a los elementos que forman parte de una instalación eléctrica. Abren el circuito y por tanto cortan la corriente cuando detectan: 1. Qué hay una fuga de corriente a través de una persona u otro elemento. 2. La corriente eléctrica es tan grande que puede causar daños en la instalación. • Fusibles: están formados por un cable muy fino, si circula por ellos una corriente mayor de lo previsto se calientan mucho y se funden cortando el circuito. • Interruptores automáticos (PIAs): se disparan cuando la corriente sobrepasa un valor determinado. Tienen la ventaja de que no se rompen como los fusibles, sólo hay que solucionar la avería y volverlo a su posición. Se utilizan en todas las instalaciones de viviendas. • Interruptores diferenciales: detectan cuando se produce una fuga de corriente, al igual que los PIAs, están presentes en todas las instalaciones de viviendas. De los cinco tipos de elementos que hemos visto, los únicos imprescindibles para que un circuito eléctrico funcione son: los generadores, los conductores y los receptores. Completa el texto Un secador de pelo es un _________________________ que transforma la energía _________________________ en energía _________________________ y energía _________________________ . [ 314 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 12: Energía eléctrica 3.2. Simbología Lámparas LED Dibujar los componentes eléctricos de un circuito con su figura real sería muy laborioso, además podría dar lugar a que se produjesen algunas confusiones. Por ello, se han creado unos símbolos normalizados que simplifican mucho la tarea de representar circuitos. Fíjate en la figura e imagina lo que facilita la tarea la utilización de símbolos eléctricos. Dibujo real Los LED (diodos emisores de luz) son dispositivos semiconductores de alta eficiencia. Su símbolo eléctrico es: Esquema Su rendimiento es muy superior a las lámparas tradicionales de iluminación: incandescentes y bajo consumo. Al no emitir calor, no se producen pérdidas de energía. Tienen una duración de unas 100.000 horas. Un esquema de un circuito es una representación gráfica en la que se utilizan símbolos normalizados de los distintos elementos que lo componen. En la tabla siguiente se muestran los símbolos de algunos de los componentes eléctricos más habituales. Elementos Símbolos Se utilizan en iluminación y señalización: faros de coches, semáforos, linternas y, últimamente, en lámparas sustituyendo a las tradicionales bombillas. Su mayor inconveniente es el precio de adquisición. Generadores Pila (Algunas veces no aparecen los signos + y/o La línea más larga es el positivo) Generador de corriente alterna Conductores (Se representan con líneas rectas) Conexión y Cruce sin conexión Elementos de control Interruptores (Normalmente se dibujan en la posición abierta) Conmutadores Pulsadores: NA y NC (Normalamente abierto y normalmente cerrado) Curso de Acceso a Grado Medio [ 315 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Elementos Símbolos Elementos de protección Fusibles (Se representan con cualquiera de los dos símbolos) Receptores Resistencias (Se pueden utilizar cualquiera de los dos símbolos) Motores eléctricos Lámparas Zumbador-Altavoz Aparatos de medida Óhmetro-Voltímetro-Amperímetro Algunos consejos 1. Todos los símbolos se pueden representar tanto en posición horizontal como vertical. 2. Los conductores se dibujan con líneas rectas y formando ángulos rectos. Hay que evitar en la medida de lo posible que se crucen entre ellos. 3. Hay que guardar la proporción de tamaños entre los distintos símbolos. 4. Hay que nombrar a todos los elementos de un circuito, es habitual utilizar la inicial de su nombre. En el caso de que haya elementos repetidos, se les añade un número para distinguirlos. [ 316 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 12: Energía eléctrica 4. MAGNITUDES ELÉCTRICAS Una magnitud es una propiedad física que puede ser medida. Las principales magnitudes eléctricas son tres: la tensión, la intensidad de corriente y la resistencia eléctrica. Tensión Recuerda las animaciones que hemos visto sobre los circuitos eléctricos y su símil hidráulico. La tensión es la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de un circuito. Otra definición: La tensión es el trabajo que hay que realizar para trasladar una carga eléctrica desde un punto de un circuito a otro. Placa de características Todos los aparatos eléctricos deben llevar una placa o pegatina donde se indique sus características eléctricas. Tiene que indicar entre otras cosas: El voltaje al que se debe conectar. La intensidad que consume en ese caso De esta forma nos aseguramos del buen funcionamiento del aparato. La tensión también se denomina voltaje o, simplemente, diferencia de potencial. Se designa por la letra V, y su unidad de medida es el voltio (V). En los circuitos eléctricos los encargados de mantener la diferencia de potencial son los generadores. Intensidad La intensidad de corriente es la cantidad de carga eléctrica que pasa por un punto de un circuito en la unidad de tiempo. Muchas veces nos referimos a la intensidad de corriente como intensidad o simplemente corriente, se designa por la letra I, y su unidad de medida es el Amperio (A). Se señala en los circuitos con una flecha que indica su sentido. Utilizaremos el sentido convencional: del borne positivo al negativo. Recuerda que por un circuito eléctrico circulan electrones, contra más electrones pasen por un punto en un tiempo determinado, mayor será la intensidad. La intensidad será cero cuando: • El circuito esté abierto • No haya tensión Curso de Acceso a Grado Medio [ 317 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Resistencia La resistencia eléctrica es la oposición que presentan los cuerpos al paso de la corriente eléctrica. Se designa por la letra R y su unidad de medida es el ohmio (Ω) Es una propiedad que depende de la forma y del material del que está construido el componente. Todos los cuerpos presentan, en mayor o menor medida, resistencia al paso de la corriente. En los casos extremos tenemos: • Conductores: la resistencia que presentan al paso de la corriente es prácticamente nula. • Aislantes: su resistencia es tan grande que no permiten el paso de corriente eléctrica a través de ellos. Cuadro resumen Magnitud Símbolo Unidad de medida Símbolo de la unidad Voltaje V Voltios V Intensidad I Amperios A Resistencia R Ohmios Ω Relaciona Relaciona cada tipo de pila con el voltaje que tiene. [ 318 ] 1’5 V Pilas de petaca 4’5 V Pilas cilíndricas 9V Pilas cuadradas Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 12: Energía eléctrica 4.1. Instrumentos de medida Para medir las diferentes magnitudes eléctricas existen aparatos específicos para cada una de ellas: el voltímetro para medir la tensión, el amperímetro para medir la intensidad, el óhmetro para medir la resistencia... Estos aparatos son analógicos. Tienen varias escalas en un dial graduado y una aguja que se desplaza sobre él obteniéndose la lectura. Son muy sensibles y hay que tener mucha precaución a la hora de conectarlos. Están en desuso ya que están siendo desplazados por los polímetros digitales. Los polímetros digitales o multímetros, pueden realizar medidas de varias magnitudes: tensión, corriente, resistencia... Presentan la lectura en un display. Para seleccionar la magnitud que se quiere medir sólo hay que girar una ruleta central hasta la posición deseada. En la imagen puedes observar que hay varias zonas: 1. OFF: se apaga el aparato. 2. ACV: para medir tensión en corriente alterna. 3. Ω: para medir resistencia. 4. DCA: para medir intensidad en corriente continua. 5. BAT: para comprobar pilas. 6. DCV: para medir tensión en corriente continua. Dependiendo del modelo de polímetro se pueden medir magnitudes diferentes. Múltiplos y submúltiplos A la hora de medir las magnitudes eléctricas se suelen emplear múltiplos y submúltiplos de las unidades de medida. Voltaje Además de los voltios (V) se suelen emplear los kilovoltios (kV). 1 kV = 1000 V Intensidad Como los amperios son una unidad grande se emplean submúltiplos: miliamperios (mA) y microamperios (µA). 1 A = 1000 mA = 1000000 µA 1 mA = 1000 µA Resistencia Los ohmios son una unidad muy pequeña por ello se utilizan múltiplos: kilo ohmios (kΩ) y mega ohmios (MΩ). 1 kΩ = 1000 Ω 1 MΩ = 1000000 MΩ 1 kΩ = 1000 MΩ Cada una de estas zonas tiene varias escalas que indican el valor máximo que se puede medir con ellas. Es conveniente utilizar la escala más pequeña posible para que la lectura sea más precisa. Llevan dos sondas (cables negro y rojo) que se conectan al circuito del que queremos tomar la medida. Voltímetro Se utiliza para medir la tensión que hay entre dos puntos de un circuito y se conecta en paralelo con el generador o componente cuya tensión se va a medir. Un ejemplo: si queremos medir la tensión que hay en la lámpara del circuito, conectamos cada una de las sondas a los dos bornes de la lámpara. Curso de Acceso a Grado Medio [ 319 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Amperímetro Mide la intensidad que circula por un punto de un circuito. Se conecta en serie con el componente cuya intensidad queremos conocer. Un ejemplo: si queremos saber la intensidad que circula por la lámpara del circuito, abrimos dicho circuito e intercalamos el amperímetro. Óhmetro Se utiliza para medir la resistencia que tiene cualquier componente eléctrico. Para que la medida sea correcta, debemos desconectar del resto del circuito el elemento del cuál queremos saber su resistencia. Un ejemplo: si queremos saber la resistencia de la lámpara del circuito, la desconectamos y conectamos las sondas del óhmetro a sus bornes. Contesta Con un polímetro medimos la tensión y la intensidad de una lámpara conectada a un generador, las lecturas que nos da son: Tensión 0’45kV e Intensidad 300mA. Calcula la tensión en voltios y la intensidad en amperios. [ 320 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 12: Energía eléctrica 5. LEY DE OHM Triángulo nemotécnico Para recordar las tres expresiones de la ley de Ohm se utiliza el siguiente triángulo. V= I x R I=V/R Si hicieras el montaje de la figura y fueses conectando el amperímetro en las posiciones A, B y C, obtendrías las lecturas siguientes: R=V/I 1. Posición A: 0’15 A 2. Posición B: 0’3 A 3. Posición C: 0’45 A Con todos los datos podemos construir la siguiente tabla: Precisión Tensión Lectura del amperímetro A 1’5 V 0’15 A B 1’5 + 1’5 = 3V 0’3 A C 1’5 + 1’5 + 1’5 =4’5 V 0’45 A ¿Qué conclusión podemos sacar de los datos obtenidos? A primera vista parece claro que cuanto mayor es la tensión total de los generadores, mayor es la intensidad de corriente que circula. A principios del siglo XIX el físico alemán Georg Ohm enunció la ley que relaciona las tres magnitudes eléctricas fundamentales y que lleva su nombre. La intensidad de corriente eléctrica que circula por un circuito es directamente proporcional a la tensión aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del circuito. Matemáticamente se expresa de la siguiente forma: De esta expresión se pueden deducir otras dos: Curso de Acceso a Grado Medio [ 321 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Vamos a ver un ejemplo de su aplicación. Si conectamos una lámpara que tiene 200 Ω de resistencia a una pila de 9 V, ¿qué intensidad circulará por ella? Solución: Tenemos que calcular la intensidad, por tanto elegimos la primera expresión de la ley de Ohm y sustituimos los valores: Elige la correcta Si en un circuito eléctrico, compuesto de una pila de 4’5 V y una bombilla, medimos la intensidad con un amperímetro nos da una lectura de 9 mA, ¿qué valor de resistencia tendrá la lámpara? 2 kΩ 500 Ω 9Ω 0’5 Ω 6. TIPOS DE CIRCUITOS Circuitos mixtos Dependiendo de cómo se conecten físicamente los componentes eléctricos, nos podemos encontrar con tres tipos de circuitos. Los circuitos mixtos son más complejos de analizar que los circuitos serie y paralelo. Únicamente señalar que, cualquier circuito mixto se puede simplificar hasta convertirlo en su equivalente serie o su equivalente paralelo. Circuitos serie Dos o más componentes están en serie cuando se conectan uno a continuación de otro, sin conexiones intermedias. Veamos unos ejemplos. Circuito 1. • Las resistencias R1, R2 Y R3 están en serie [ 322 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 12: Energía eléctrica Circuito 2. • R1 no está en serie ni con R2 ni con R4 • R2 está en serie con R3 Circuito 3. • Todos los elementos están en serie: V, R1, R2 y R3 Circuitos paralelos Dos o más componentes están en paralelo cuando se conectan sus dos bornes entre sí. Veamos unos ejemplos. Circuito 1. • R1, R2 y R3 están en paralelo Circuito 2. • R1y R2 están en paralelo • R3 no está en paralelo ni con R1 ni con R2 Circuito 3. • Todos los componentes están en paralelo: V, R1, R2 y R3 Circuitos mixtos Este tipo de conexión se da cuando: hay componentes que están en serie, otros que están en paralelo y algunos que no están ni en serie ni en paralelo. Un ejemplo. • R1 está en paralelo con R2 • R3 está en serie con la pila V • R3 no está ni en serie ni en paralelo con R1 En los siguientes apartados vamos a estudiar con más profundidad las características de los circuitos serie y los circuitos paralelos. Curso de Acceso a Grado Medio [ 323 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Generadores de aire Un ejemplo práctico de generadores conectados en serie se da en los aparatos que funcionan con más de una pila. Es importante conectar las pilas tal como se indica en el compartimento, el positivo de una con el negativo de la siguiente. Si se conectan al revés, las tensiones de las pilas se restan en lugar de sumarse y el aparato no funciona, incluso puede llegar a estropearse. 6.1. Circuitos serie Ya sabemos que un circuito serie es aquel que tiene todos su componentes uno a continuación de otro. Pero ¿cómo afecta esto a su funcionamiento? Las conclusiones que podemos sacar son: • Al añadir más receptores en serie, estos funcionan peor: lucen menos, van más lentos... Esto es debido a que disminuye la intensidad que circula por ellos. • Al añadir más generadores, con la polaridad correcta, los receptores funcionan mejor: lucen más, van más rápidos... Esto se debe a que aumenta la intensidad que circula por ellos. Características • La intensidad de corriente que circula por todos los componentes conectados en serie es la misma. Piensa que los electrones tienen un único camino para circular. • El voltaje del generador se reparte, proporcionalmente a su resistencia, entre todos los receptores. • La resistencia total del circuito es la suma de las resistencias de los receptores. • Si aplicamos la ley de Ohm tendremos: • Cuando tenemos conectados en serie varios generadores, se cumple que la tensión total es la suma de la de todos ellos. Contesta ¿Qué sucede cuando en un circuito serie se estropea uno de sus componentes? [ 324 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 12: Energía eléctrica 6.2. Circuitos paralelo En los circuitos paralelos todos los componentes están conectados entre sí por sus dos bornes. Las conclusiones que podemos sacar son: • Aunque conectemos varios receptores en paralelo, el funcionamiento de dichos receptores no se ve afectado. • Si ponemos varios generadores en paralelo, los receptores que están conectados a ellos no varían su funcionamiento. Si esto es así, ¿qué objetivo tiene poner varios generadores en paralelo? Vamos a imaginar que los generadores son pilas. Si conectamos dos pilas en paralelo, la energía eléctrica necesaria para el funcionamiento del circuito la aportan entre las dos, con lo cual, pasará más tiempo hasta que se gasten que si sólo pusiéramos una. Características • La intensidad de corriente que circula por cada componente es la misma haya muchos o pocos elementos conectados en paralelo. • La intensidad que proporciona la pila es la suma de todas las intensidades que circulan por los receptores. • Contra más receptores pongamos en paralelo mayor será la intensidad de corriente que debe entregar el generador. • La resistencia total del circuito es: Generadores en paralelo Una de las características de los generadores es la máxima intensidad de corriente que pueden entregar. En algunos casos esa intensidad no es suficiente para que un dispositivo funcione correctamente. La solución es poner dos generadores en paralelo para que la intensidad la proporcionen entre los dos. Como el voltaje de todos los elementos conectados en paralelo es la misma, hay que tomar precauciones: • Los generadores conectados en paralelo deben ser iguales y por tanto tener el mismo voltaje. • Debe conectarse positivo con positivo y negativo con negativo. • Si aplicamos la ley de Ohm tendremos: • Cuando ponemos varios generadores iguales en paralelo, la tensión total se mantiene igual. Curso de Acceso a Grado Medio [ 325 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Contesta ¿Cómo crees qué están conectados los receptores: lámparas, electrodomésticos... en nuestras viviendas? 7. TIPOS DE CORRIENTE Dependiendo de cómo varíe en el tiempo, la corriente eléctrica la podemos clasificar en dos tipos: Tipo Abreviatura Símbolo Alterna • CA (corriente alterna) • AC (en inglés alternating current) Continua • CC (corriente continua) • DC (en inglés direct current) Corriente alterna La corriente alterna es aquella que varía su valor cíclicamente en el tiempo. Si te fijas en la gráfica, el valor de la corriente va variando continuamente. • Comienza en 0 y va subiendo hasta alcanzar Vmax. • Desciende hasta alcanzar un valor negativo Vmin. • Vuelve a subir hasta 0. Este ciclo tarda un tiempo T y se repite ininterrumpidamente. [ 326 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 12: Energía eléctrica La frecuencia (F) es el número de ciclos que se repiten en un segundo y se mide en hertzios (Hz). Efectis de ka cirruebte Efecto calorífico En los enchufes de nuestras casas tenemos corriente alterna con las siguientes características: • La tensión máxima y mínima es de 230 V y -230 V • La frecuencia es de 50 Hz Propiedades de la corriente alterna • Es muy fácil de generar. Los generadores de corriente alterna son muy sencillos de construir y no requieren apenas mantenimiento. • No tiene polaridad, la corriente va cambiando de sentido continuamente. ¡¡Cuando conectas algo a un enchufe no miras en la posición que lo haces!! • No puede almacenarse. Corriente continua La corriente continua es aquella que no varía su valor a lo largo del tiempo. Si te fijas en la gráfica, el valor de la corriente siempre es la misma Si te has fijado, todos los dispositivos eléctricos desprenden calor. Esto se debe a la resistencia que presentan todos los materiales. Es energía que se pierde en la mayoría de los casos ya que no se aprovecha. Efectos fisiológicos La circulación de corriente por el cuerpo humano puede provocar desde un leve hormigueo, hasta quemaduras y convulsiones. En casos graves puede provocar hasta la muerte. (Electrocución) La gravedad de los efectos dependen de la intensidad de corriente y de la zona del cuerpo que sea atravesada. Todos los aparatos electrónicos funcionan con corriente continua. Cuando conectamos un ordenador u otro elemento electrónico al enchufe de nuestras casas, la corriente alterna se transforma en continua por medio de un dispositivo llamado fuente de alimentación. Propiedades de la corriente continua • Es más costosa de producir que la alterna. Producen corriente continua las pilas, placas fotovoltaicas... • Se puede almacenar en baterías • Tiene polaridad. Es muy importante tenerla en cuenta a la hora de conectar los receptores a un generador. ¡¡Es muy importante que no manipulemos ningún dispositivo eléctrico sin antes haberlo desconectado de la corriente!! Verdadero o falso Señala que dispositivos funcionan con corriente continua. Verdadero Falso Secador de pelo Teléfono móvil Televisión Tostadora Curso de Acceso a Grado Medio [ 327 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Regulador de luz Hay unos componentes eléctricos denominados resistores o resistencias cuya única misión es regular la corriente que pasa por un circuito. Dentro de los resistores hay un tipo cuya resistencia se puede variar girando simplemente un eje. Son los llamados potenciómetros. 8. CIRCUITOS CARACTERÍSTICOS Para finalizar este tema vamos a estudiar unos circuitos eléctricos típicos que se utilizan habitualmente. Su comprensión te ayudará a entender el funcionamiento general de los circuitos electricos. Conmutada de un punto de luz Seguro que en tu casa hay alguna habitación en la que se puede encender la luz desde dos sitios distintos: dormitorio, pasillo... Los elementos que se necesitan son: 1. Fuente de energía. 2. El punto de luz. 3. Dos conmutadores (externamente no se distinguen de los interruptores). Cambio del sentido de giro de un motor Para cambiar el sentido de giro de un motor es necesario cambiar la polaridad de alimentación, es decir, el borne del motor que se conectaba al positivo del generador, conectarlo al negativo y el otro borne al contario. Seguro que tú los has utilizado más de una vez sin saberlo: cuando regulas el volumen de voz de un aparato de música, estás variando la resistencia de un potenciómetro. El siguiente circuito sirve para regular la luz que proporciona una bombilla. Los elementos que se necesitan son: 1. 2. 3. 4. Fuente de energía. Un motor. Un interruptor para Paro/Marcha. Un conmutador doble. EJERCICIOS 1. Ejercicio sobre átomos La figura representa la estructura interna de un átomo, señala las partículas de que consta y las propiedades eléctricas de cada una de ellas. Si aumentamos la resistencia, disminuye la intensidad y por tanto la lámpara luce menos. Si disminuimos la resistencia, aumenta la intensidad y la lámpara ilumina más. [ 328 ] Curso de Acceso a Grado Medio Unidad 12: Energía eléctrica 2. Ejercicio de aplicaciones de la electricidad Rellena la siguiente tabla indicando cinco usos que se le da a la electricidad en cualquier casa. Señala también que aparatos se utilizan para ello. Uso 1 Aparato Cocinar Vitrocerámica 2 3 4 5 3. Ejercicio de componentes eléctricos Indica qué tipo de elemento eléctrico es cada uno de los componentes siguientes: Componente Tipo Radio Cable de teléfono Dinamo de bicicleta Pulsador de timbre Fusible 4. Ejercicio de simbología Indica el nombre de los componentes siguientes: Símbolo Componente Curso de Acceso a Grado Medio Símbolo Componente [ 329 ] CIENCIAS Y TECNOLOGÍA 5. Ejercicio de aparatos de medida Fíjate en cómo están conectados los aparatos de medida e indica de cual se trata en cada caso, la magnitud que mide y el símbolo que falta en el centro del círculo. 6. Ejercicio de circuitos serie Rellena los huecos que faltan en las siguientes expresiones referentes a las características de circuitos serie. • La ---------------- que circula por todos los elementos conectados en serie es la misma. • La tensión del generador de un circuito serie se ---------------- proporcionalmente a su ---------------- entre todos los receptores. • La resistencia total de un circuito serie es la --------------- de las ------------------- de todos sus componentes. 7. Ejercicio de circuitos paralelo Rellena los huecos que faltan en las siguientes expresiones referentes a las características de circuitos paralelo. • La -------------------- que tienen todos los elementos conectados en paralelo es la misma. • La ------------------- que entrega el generador de un circuito paralelo es la ---------------- de las ------------------------ de todos los receptores. • Contra más receptores conectemos en paralelo, ------------------ será la intensidad que entrega el generador. 8. Ejercicio de corriente alterna y corriente continua Contesta a las siguientes preguntas: a) ¿Qué es la corriente alterna? b) ¿Qué es la frecuencia de la corriente alterna? c) ¿Qué es la corriente continua? d) Nombra cinco receptores que funcionen con alterna y otros cinco con corriente continua [ 330 ] Curso de Acceso a Grado Medio
