ciencias naturales - Southamerican University

CIENCIAS NATURALES
Unidad 1
LAS CIENCIAS NATURALES
Objetivos de la unidad
Identificarás y describirás con interés los pasos del método
científico experimental y las etapas de la investigación, realizando
algunos experimentos con el propósito de relacionarlos, aplicarlos
y explicarlos como herramientas de la actividad científica.
Analizarás y resolverás con creatividad e interés problemas
relacionados con la cinemática, que permitan valorar la importancia
de los postulados como fundamentos que han contribuido a
mejorar la calidad de vida del ser humano.
Resolverás problemas de movimiento, trabajo y potencia,
experimentando situaciones reales de la vida cotidiana a fin de
facilitar su aplicación en el desarrollo de actividades laborales
o domésticas.
Analizarás con iniciativa y experimentarás los principios
fundamentales de hidrostática, resolviendo problemas para valorar
sus implicaciones en la hidráulica y la navegación.
Ciencias Naturales
Método científico
(Proporciona Método de
investigación)
Química
Biología
Astronomía
Física
Geología
Energía
Movimiento
Fuerza
Trabajo y potencia
En esta primera unidad profundizarás en el conocimiento de las ciencias naturales.
Haremos un recorrido por los conocimientos que dieron origen a sus diferentes ramas
y comprenderás aspectos interesantes en el campo del movimiento, la fuerza, el trabajo,
la potencia y el efecto de la presión en los sólidos, líquidos y gases.
Introducción al proyecto
La unidad uno de Ciencia, Salud y Medio Ambiente te proporciona la oportunidad
de contribuir al bienestar del mundo, de tu familia, de tu persona y de tu economía.
Aprenderás a ahorrar la energía que consumen los aparatos eléctricos de tu casa,
lo que significa bienestar para tu bolsillo y para el medio ambiente. Para ello, vas a
realizar un proyecto muy interesante: elaborarás un plan de eficiencia energética
para implementarlo en tu casa. Es fácil, y comenzarás por revisar tu recibo de energía
eléctrica, luego harás un conteo de los equipos de tu casa que conectas a la red de
electricidad e identificarás en cuáles hay más desperdicio según las horas en que los
utilizas o si permanecen encendidos innecesariamente.
102 Ciencias Naturales - Octavo Grado
Presión
Lección 1
Primera Unidad
¿Qué son las ciencias naturales?
Motivación
E
n la Antigüedad era posible que un solo ser
humano pudiera poseer todo el conocimiento de su
época. Con mucho esfuerzo y dedicación, grandes
hombres que se dedicaron al estudio de las cosas
que les rodeaban o que podían observar y fueron
convirtiéndose en sabios que llegaban a sorprender
con su enorme conocimiento. A medida que se
hacían más descubrimientos fue imposible que una
sola persona pudiera asimilarlo todo. Entonces se
hizo necesario agrupar los conocimientos de acuerdo
a su objeto de estudio y así, poco a poco, fueron
definiéndose las ciencias.
Piensa y contesta:
¿Qué es el conocimiento científico?
¿Cómo se clasifican las ciencias?
¿Existe algún método para desarrollar el
conocimiento científico?
Indicadores de logro:
Describirás con interés y clasificarás en forma correcta algunas
ramas de las ciencias naturales, su objeto de estudio y las relaciones
existentes entre ellas.
Indagarás, explicarás con disposición y aplicarás el método
científico experimental.
La palabra ciencia se origina del latín “scientia,” que
significa conocimiento. Hoy en día, las ciencias son
las diversas ramas del saber humano que pueden
distinguirse y clasificarse por su objeto de estudio
diferente y por su método de búsqueda del saber o la
verdad.
Las ciencias pueden clasificarse en:
1.
Ciencias puras o formales: son aquellas que no
tienen en cuenta su aplicación práctica. Utilizan la
deducción como método de búsqueda de la verdad.
Ejemplo: lógica, matemática, etc.
2.
Aplicarás con responsabilidad las etapas de la investigación
científica al realizar experimentos de física, química y biología,
mostrando un orden lógico.
Ciencias aplicadas o fácticas: constituyen el conjunto
de ciencias que se caracteriza por su aplicación
práctica. Se encargan de estudiar los hechos.
Ejemplo: aeronáutica, agricultura, astronomía,
informática, ciencias de la educación, ciencias de la
salud, etc. Las ciencias fácticas pueden ser naturales
o sociales. Las ciencias sociales o humanas son
aquellas que estudian los aspectos sociales del ser
humano. El método de investigación depende de
cada disciplina en particular. Ejemplo: antropología,
economía, historia, sociología, etc.
Octavo Grado - Ciencias Naturales 103
UNIDAD 1
Las ciencias naturales y su método
Las ciencias naturales son todo un conjunto de ciencias
que estudian quitar los fenómenos naturales mediante
la aplicación de diferentes métodos y el apoyo de las
ciencias formales, para establecer el razonamiento
lógico, a fin de explicar los fenómenos de la naturaleza.
El ser humano observa y luego indaga acerca del
medio que lo rodea. Al profundizar en lo que busca
se van creando las diferentes áreas de conocimientos
especializados como resultado de aplicar el método
científico, entre otros, para hallar la respuesta a las
interrogantes que se plantea.
¿Cuál ha sido el desarrollo de las ciencias naturales?
Al principio, las observaciones y las interrelaciones
de las experiencias proporcionaban el conocimiento
de la naturaleza. En la época de Pitágoras, un gran
matemático de la Antigua Grecia (años 580 – a 500 a.
de C.) solo se reconocían cuatro ciencias: aritmética,
geometría, música y astronomía. Pero en los tiempos
de Aristóteles (años 384—322 a. de C.), ya se habían
agregado la mecánica, la óptica, la física, la meteorología
y la botánica.
Siglos después, los contemporáneos de Renato
Descartes, en el siglo XVII, lo vieron presentar el árbol
de las ciencias que observas a continuación:
la medicina
la mecánica
la moral
la física
la metafísica
El árbol de la ciencia de Descartes: en la raíz ubica la
metafísica, en el tronco la física y en las ramas, las demás
ciencias, principalmente la medicina, la mecánica y
la moral.
104 Ciencias Naturales - Octavo Grado
De acuerdo a Descartes, ¿cuál es la ciencia base de todas
las demás? ¿Cuáles son las nuevas ciencias que cobija
este árbol?
Los conocimientos de la naturaleza son tan amplios y
estudian tantos fenómenos que fue necesario hacer una
división para comprender o mejor.
a)
1
Actividad
v
Escribe algunas ramas de las ciencias naturales en la
siguiente tabla según corresponda.
Física
Química
Biología
Ramas de las ciencias naturales
Astronomía
Esta ciencia trata acerca de la investigación de los
planetas, las galaxias, los cometas, los satélites y el
universo en general. Podemos afirmar que la astronomía
es el estudio de los objetos del espacio y de los
fenómenos que suceden fuera de la atmósfera terrestre.
Todas las civilizaciones antiguas estudiaron, en mayor
o menor medida, los fenómenos que observaron en el
cielo; pero fue a partir de la invención del telescopio
por Galileo Galilei en el
siglo XVII que comenzó
a utilizarse el método
científico en esta área
del saber humano.
Nicolás Copérnico se
considera el Padre de la
Astronomía Moderna, él
afirmó que era la Tierra
la que giraba alrededor
del Sol, y no al revés,
como se creía en el siglo
XV. En la actualidad los
sofisticados observatorios
estelares permiten un
avance continuo de la
astronomía.
UNIDAD 1
Física
Es la ciencia de la naturaleza en un sentido muy amplio.
Estudia las propiedades de la energía, el tiempo, el
espacio y sus interacciones. La física no es sólo una
ciencia teórica, es también una ciencia experimental.
Como toda ciencia, busca que sus conclusiones puedan
ser verificables mediante experimentos y que la teoría
pueda realizar predicciones de experimentos futuros.
A la física la han alimentado los trabajos de personas
tan notables como Isaac Newton, Galileo Galilei,
Albert Einstein, Robert Hooke, entre otros. La física
ha sido clave en el desarrollo del mundo moderno,
contribuyendo así a mejorar la calidad de vida de las
personas. Por ejemplo, la investigación en óptica ha
ayudado para que las personas con problemas visuales
puedan tener los lentes adecuados a su necesidad.
Geología
Es la ciencia que estudia la composición, estructura y
dinámica del planeta Tierra. Mediante la investigación
en Geología, los científicos han llegado a comprender
con bastante detalle cómo es la estructura de nuestro
planeta. Los geólogos estudian y explican fenómenos
como las erupciones volcánicas y también los
movimientos de las capas de la Tierra que producen
los terremotos.
inconsciente de las personas y tuvo como producto la
búsqueda de sus causas.
Actividad
a)
2
Investiga algunos fenómenos cotidianos que estén
dentro del campo de la química.
Bioquímica
Es la ciencia que estudia las sustancias presentes
en los organismos vivos, tales como las proteínas,
carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos y otros
compuestos que forman parte de las células y tejidos,
los cuales intervienen en las reacciones químicas que
les permiten crecer, nutrirse, reproducirse, utilizar y
almacenar energía.
Geografía
Biología.
Ciencia que estudia la distribución y disposición de
los elementos en la superficie terrestre. El estudio de
la geografía comprende tanto el medio físico como la
relación de los seres humanos con ese medio, es decir,
los rasgos que son propiamente geográficos como el
clima, los suelos, las formas de relieve, el agua o las
formaciones vegetales, junto con los elementos que
estudia la geografía humana.
La palabra biología proviene del griego “bios” que
significa vida y “logos” que significa estudio, por
lo cual el término biología significa: Estudio de
la vida. Es una de las ciencias naturales que tiene
como objeto de estudio a los seres vivos y, más
específicamente, su origen, nutrición, reproducción,
su evolución y sus propiedades, entre otros. Se ocupa
tanto de la descripción de las características y de los
comportamientos de los organismos individuales
como de las especies en su conjunto, así como de la
reproducción de los seres vivos y de las interacciones
entre ellos y el entorno.
Química
Es la ciencia encargada de estudiar la composición,
propiedades y estructuras de las sustancias materiales,
la forma como interactúan y los efectos que se producen
sobre ellas cuando se les añade o extrae energía en
cualquiera de sus formas. Desde que el ser humano
habita en esta Tierra ha sido testigo de la transformación
de sustancias, por ejemplo, la descomposición de las
frutas o los cambios de estado del hielo al derretirse;
estos hechos se empezaron a indagar dentro del
Octavo Grado - Ciencias Naturales 105
UNIDAD 1
Fisiología
Zoología
Del griego physis, naturaleza, y logos, conocimiento,
estudio. Es la ciencia biológica que estudia las funciones
de los seres orgánicos. De acuerdo con el tipo de
organismo vivo, podemos distinguir tres grandes
grupos:
Es la rama de la biología que estudia a los animales y
grupos afines. La zoología puede tener una rama general,
que se dedica a la morfología, anatomía, histología,
embriología, fisiología, ecología y etología animal. La
rama especial se dedica a la clasificación sistemática,
a la distribución geográfica (zoogeografía), a la
paleontología (zoopaleontología), a la zoología aplicada
(zootecnia) y a los diferentes grupos de animales
específicamente.
a)
Fisiología animal y dentro de ésta, la fisiología
humana
b)
Fisiología vegetal
c)
Fisiología bacteriana
Anatomía
Es la ciencia dedicada al estudio de las estructuras
macroscópicas de los seres vivos, dejando así el estudio
de los tejidos a la histología y de las células a la citología
y biología celulares. La anatomía humana es un campo
especial dentro de la anatomía general. Históricamente
se tiene constancia de que la anatomía era enseñada por
Hipócrates en el siglo IV antes de Cristo.
Botánica
Es una rama de la biología que trata del estudio de todo
el reino vegetal desde el nivel celular, estableciendo las
relaciones entre estructura y función, considerando cada
género y especie como entes individuales. La botánica
también estudia la distribución geográfica de las plantas
en los distintos ecosistemas terrestres.
Genética
Es una rama de las ciencias biológicas, cuyo objeto es
el estudio de los patrones de herencia, del modo en que
los rasgos y las características se transmiten de padres a
hijos. Explica por qué nos parecemos a nuestros padres,
y porqué se parecen las diferentes especies entre sí.
Ecología
3
Actividad
Mencionar la rama de las ciencias naturales que está relacionada
en cada caso:
a) Estudia cómo funciona el tubo digestivo de un insecto.
b) Investiga y analiza de los cromosomas de una especie.
c) Estudia e investiga de la contaminación en un río.
106 Ciencias Naturales - Octavo Grado
Es la ciencia que estudia los seres vivos y su ambiente,
la distribución y abundancia de los seres vivos, y cómo
esas propiedades son afectadas por la interacción entre
los organismos y su ambiente. El ambiente incluye las
propiedades físicas que pueden ser descritas como la
suma de factores abióticos locales, como el clima y la
geología, y los demás organismos que comparten ese
hábitat (factores bióticos). En 1869, el biólogo alemán
Ernst Haeckel acuñó el término ecología, remitiéndose
al origen griego de la palabra (oikos, casa; logos, ciencia,
estudio o tratado). Según entendía Haeckel, la ecología
debía encarar el estudio de una especie en sus relaciones
biológicas con el medio ambiente.
UNIDAD 1
Punto de apoyo
¿Existen relaciones entre una y otra ciencia?
Muchas veces las diferencias entre las disciplinas de
las ciencias naturales no son tan marcadas y entonces
se interrelacionan y comparten áreas que benefician al
conocimiento. Gran parte del progreso actual se debe
a estas relaciones entre las ciencias. Por ejemplo los
bioquímicos sintetizaron el ácido desoxirribonucleico
(ADN). La cooperación entre biólogos y físicos logró la
creación del microscopio electrónico.
Ejemplos de ciencias interrelacionadas son la bioquímica, la
química la física, la biofísica, la astroquímica, entre otras.
Ernst Haeckel
4
Actividad
¿Qué le pasa a una mosca cuando hace frío?
Preguntas como la anterior se hacen los zoólogos antes
de iniciar sus experimentos y observaciones con el fin
de investigar el mundo de los animales. Para descubrir la
respuesta necesitas lo siguiente:
Un frasco con tapa de rosca
Un martillo
Un clavo
Una mosca viva
Una hielera
Procedimiento:
Usa el martillo y el clavo para hacer orificios en la tapa
del frasco. Los agujeros deben ser pequeños.
Coloca la mosca en el frasco y cierra la tapa.
Pon el bote en la hielera durante dos minutos.
Saca el frasco de la hielera.
a) ¿Qué observas? ¿Cómo está la mosca?
b) Después de que han pasado cinco minutos, ¿qué
cambios notas en el comportamiento de la mosca?
c) ¿Cuál es tu conclusión?
d) ¿Qué opinas de la experimentación científica con seres
vivos? ¿Se justifica? ¿Por qué?
¿Cómo investigo y aprendo en las
ciencias naturales?
Esta pregunta seguramente se la hicieron muchas
personas a lo largo de los siglos. Las respuestas que
obtuvieron a través de su trabajo hoy te sirven a ti.
Para el aprendizaje de las ciencias, así como para
desarrollar una cultura científica es necesario que
abordes los problemas utilizando el método científico.
El método científico es un procedimiento sistemático
y una metodología para resolver problemas. Sigue una
secuencia de pasos para realizar cualquier investigación:
1.
Planteamiento del problema:
Toda investigación tiene como punto de partida un
problema observado que se quiera solucionar.
Tienes que plantear el problema de investigación
con una pregunta, de manera que conduzca a la
investigación.
2.
Formulación de hipótesis:
Apoyándote en la observación de los hechos y de la
realidad que rodea el problema, puedes formular o
elaborar hipótesis acerca de la solución.
La hipótesis es una suposición, una tentativa de
explicación anticipada al problema de investigación.
3.
Comprobación de la hipótesis:
La comprobación de la hipótesis a través de la
observación y la experimentación te dará los
resultados necesarios para resolver el problema.
Octavo Grado - Ciencias Naturales 107
UNIDAD 1
4.
Generalización y formulación de leyes y teorías
Es necesario generalizar los resultados a otras
situaciones similares.
Actividad
a)
Ilustra mediante un esquema los pasos para el método
científico experimental.
Actividad
Aplicación del método experimental
La lluvia ácida daña los vegetales al quitarles sus nutrientes
y envenenarlos con sustancias tóxicas, pero también puede
tener efectos directos sobre las plantas. Con la investigación
que harás, observarás uno o más de los efectos directos que
tiene la lluvia ácida sobre el crecimiento de las plantas y sobre
su aspecto general.
Materiales a utilizar:
2 plantas del mismo tipo, cada una en su maceta
Vinagre
Agua
2 botellas de un litro.
2 regaderas de jardín
Regla
Libreta, lápiz y bolígrafo
Procedimiento
Mide el tamaño de cada planta antes de iniciar el experimento.
Marca cada planta, una con la letra A y la otra con la letra B.
En una botella llena hasta la mitad de vinagre y la otra parte de
agua. Esta será tu solución ácida
A
Lluvia ácida: Es un fenómeno contaminante que se produce cuando
se combina el vapor de agua de la atmósfera con los óxidos de azufre y
de nitrógeno, formando ácido sulfúrico y ácido nítrico. La lluvia ácida
108 Ciencias Naturales - Octavo Grado
5
6
Llena una botella y vierte un litro de agua.
Coloca la solución ácida en una regadera y agua en la otra.
Deja las plantas en un lugar soleado por cinco días. Cada
mañana riega la planta de la maceta A con solución ácida.
Rocíala solo dos veces.
Haz lo mismo con la planta de la maceta B, solo que rocíala
con agua pura.
a) Anota tus observaciones en la libreta y mide los cambios
en el tamaño de la planta. Describe con detalle lo que
observas.
Después de cinco días, elabora un reporte y entrégalo a tu
profesora o profesor.
b) ¿Qué cambios notaste cada día?
c) ¿Hubo variación en el tamaño de cada planta?
d) ¿Cuál creció más y cual creció menos? ¿Por qué
ocurrió esto?
e) ¿Qué crees que hace que ocurra la lluvia ácida?
Generalización y formulación de leyes y teorías.
f) ¿Cuáles son tus conclusiones sobre el efecto de la lluvia
ácida en el crecimiento de las plantas y en su
aspecto general?
B
presenta un pH menor que el de la lluvia normal o limpia. Causa daños a
los cultivos, lo cual tiene un gran impacto en la economía de los pueblos.
UNIDAD 1
Resumen
¿Cómo se clasifican las Ciencias?
Lógica
Ciencias
formales
Aritmética
Teoría de
conjuntos
Matemática
Geometría
Álgebra
Física
Química
Físicas
División de
las Ciencias
Geología
Astronomía
Geografía
física
Ciencias
naturales
Biología
Fisiología
Biológicas
Ciencias
fácticas
Anatomía
Botánica
Zoología
Genética
Economía
Sociología
Ciencias
sociales
Antropología
Psicología
Politología
Geografía
humana
Historia
Octavo Grado - Ciencias Naturales 109
UNIDAD 1
1
Las ciencias que estudian los hechos y
cuyos conocimientos tienen aplicación
práctica reciben el nombre de ciencias:
a) puras.
b) formales.
c) mitocondriales.
d) fácticas.
3
A las ciencias naturales pertenecen:
a) la física, la química y la biología.
b) la botánica, la zoología y
la antropología.
c) la lógica, la fisiología y la sociología.
d) la matemática, la astronomía y
la bioquímica.
2
Ciencia que e studia los componentes
químicos de los seres vivos:
a) Astroquímica.
b) Anatomía.
c) Bioquímica.
d) Psicología.
4
Es una suposición, una tentativa de
explicación anticipada a un problema de
investigación:
a) la hipótesis.
b) la experimentación.
c) la comprobación de la hipótesis.
d) la problemática.
3) a.
2) c.
1) d.
Soluciones
Autocomprobación
4) a.
CIENCIA Y BIENESTAR
La ciencia busca el bienestar de la humanidad. Uno de
los principales problemas que en la actualidad están
estudiando los científicos es el cambio climático. Entre
los fenómenos que se investigan al respecto está
el calentamiento global que experimenta el planeta.
Este es un fenómeno producido por el aumento de
temperatura de la atmósfera terrestre y de los océanos
durante las últimas décadas. Los científicos creen que
este calentamiento se debe principalmente a la emisión
de gases contaminantes de vehículos y fábricas,
los cuales se retienen en la atmósfera creando un
desequilibrio climático.
110 Ciencias Naturales - Octavo Grado
Lección 2
Primera Unidad
Todo el mundo se mueve
Motivación
Lee el siguiente diálogo entre dos amigos.
¡Hola! ¿Qué tal en tu trabajo?
Más o menos, me mantengo en la misma
posición, a pesar del tiempo transcurrido.
La rapidez que le diste al trabajo que hacen
allí y la trayectoria de la empresa la han hecho
distinguirse, ¿no cuenta eso?
Parece que no. Lo bueno es que me gusta
mi trabajo y allí estaré hasta que encuentre
algo mejor.
¿Qué significado tiene el término rapidez?
¿Qué indica la trayectoria? ¿Cómo representarías la
trayectoria realizada por un objeto?
Indicadores de logro:
Indagarás, experimentarás y explicarás correctamente y con interés
algunas generalidades del movimiento rectilíneo uniforme (MRU),
relacionadas con actividades de la vida cotidiana.
Analizarás y resolverás con seguridad y orden, ejercicios y problemas
reales, aplicando las ecuaciones del movimiento rectilíneo uniforme.
Interpretarás y aplicarás con seguridad conceptos y ecuaciones
relacionadas con el movimiento rectilíneo uniformemente variado
(MRUV) en la resolución de problemas de la vida cotidiana.
Explicarás y ejemplificarás con interés los diferentes tipos de
movimiento, de acuerdo a su trayectoria.
Explicarás y ejemplificarás con interés la relatividad del movimiento.
A menudo usamos palabras como posición, tiempo, rapidez, trayectoria y otras que,
en el vocabulario de todos los días, tienen una acepción o significado diferente al que
tienen en física y que también es importante que conozcas.
El movimiento es un fenómeno que todos conocemos: se mueven los seres vivos, los
objetos, incluso la Tierra gira sobre sí misma y alrededor del Sol.
Siendo tan común, es natural que el movimiento se convirtiera en un objeto de estudio
de la física.
La mecánica es la rama de la f ísica que estudia el movimiento.
La sección de la mecánica que estudia el movimiento y lo describe a través de sus
variables, expresando la relación que existe entre ellas sin tomar en cuenta las causas
que lo producen es la cinemática.
Octavo Grado - Ciencias Naturales 111
UNIDAD 1
¿Cuántas veces te has entretenido al viajar en un
automotor por una carretera como la que va de San
Salvador a Santa Ana? ¿Has visto las líneas amarillas
que desaparecen debajo del vehículo? Seguro has
notado también que los árboles, situados a la orilla de
la carretera, parecen acercarse y alejarse del vehículo.
Alguien que está en la calle observa que el automotor se
acerca y se aleja de las rayas en la carretera. Para alguien
en la acera, tú no te desplazas con respecto
del vehículo.
Lo anterior te hace pensar que el decir que algo se
mueve o no depende del punto de vista de quien habla.
En otras palabras, el movimiento es relativo.
El conjunto formado por los tripulantes y el vehículo
se desplaza o se mueve con respecto al observador
de la acera. Es necesario entonces, para hablar de
movimiento, considerar un punto fijo como sistema
de referencia.
permite localizarlo en el espacio en un instante de
tiempo determinado.
En física, todo cuerpo que se mueve es un móvil
y se considera un punto porque generalmente las
dimensiones del cuerpo son mucho más pequeñas que
las distancias que recorrerá.
Imagina que el cuerpo al moverse deja marcada una
línea de su recorrido. Ese camino recorrido es la
trayectoria. Entonces, la trayectoria es la línea imaginaria
que describe el móvil al desplazarse.
Según su trayectoria ,el movimiento se puede
clasificar en:
Movimiento rectilíneo: si su trayectoria describe
una línea recta.
Movimiento curvilíneo: si la trayectoria es una
curva.
Movimiento circular: si describe una
circunferencia.
Movimiento parabólico: si describe una parábola.
Movimiento elíptico: cuando lsutrayectiria es una
elipse.
Movimiento irregular: en el caso de que su
trayectoria sea una combinación de rectas y de
curvas.
Un cuerpo está en movimiento cuando su posición
varía al transcurrir el tiempo, con respecto a un punto
que se considera fijo.
La posición de un objeto es aquella información que
112 Ciencias Naturales - Octavo Grado
Distancia y desplazamiento
En el lenguaje ordinario, los términos distancia y
desplazamiento se utilizan como sinónimos, aunque en
realidad tienen un significado diferente.
Una manera de darse cuenta del movimiento de un
cuerpo es a través del cambio de su posición con
respecto a otro cuerpo tomado como referencia. Si
se observa que la posición ha cambiado, se dice que
el cuerpo se ha desplazado como consecuencia de
su movimiento. Por ejemplo, imagina que uno de
los balones que lanza el niño se aleja diez metros
y se detiene. Entonces diremos que la pelota se ha
desplazado diez metros.
Consideremos un móvil que desde A viaja hacia B por
una trayectoria cualquiera.
A
B
La distancia es la longitud recorrida sobre la trayectoria,
desde A hasta B.
En tu vida diaria te levantas, vas a tu trabajo, te desplazas
al comedor a la hora del almuerzo, vuelves al sitio donde
laboras, regresas más tarde a tu casa, vas a la tienda,
recorres tu hogar y al final del día vas a dormir y vuelves
al punto de donde te levantaste. Tu desplazamiento al
final del día es cero, pero la distancia real recorrida es
muy diferente de cero.
Los valores de la distancia recorrida y del
desplazamiento solo coinciden cuando la trayectoria es
una recta.
En caso contrario, la distancia siempre es mayor que
el desplazamiento.
¿Ya te diste cuenta de que, si el final del recorrido
coincide con el inicio, el desplazamiento es cero?
Sin embargo, no es suficiente decir que la pelota se ha
desplazado diez metros, ya que hay muchos lugares
o hacia donde puede dirigirse; por eso se necesita
especificar la dirección. Esta característica, ubica al
desplazamiento dentro de un tipo de magnitudes físicas
llamadas vectores.
La distancia recorrida por un móvil es la longitud de
su trayectoria y es una magnitud escalar. En cambio el
desplazamiento efectuado es una magnitud vectorial. El
vector que representa al desplazamiento tiene su origen
en la posición inicial, su extremo es la posición final y su
módulo es la distancia en línea recta entre la posición
inicial y la final.
La ciclista salvadoreña Evelyn García en su estadía en
Suiza daba una vuelta completa a un circuito en el que
recorría una distancia de casi 14 kilómetros, pero su
desplazamiento era siempre cero, porque volvía al punto
de donde había salido.
Desplazamiento = Posición final - Posición inicial
Final
Desplazamiento
Inicio
Distancia
Octavo Grado - Ciencias Naturales 113
UNIDAD 1
Magnitud vectorial o vector
Es aquella medida para la cual necesitas aportar algo más que un número y una unidad
de medida. Por ejemplo, para expresar la velocidad del viento además de su intensidad,
es decir tantos kilómetros por hora, necesitas conocer su dirección y sentido y así saber
si viene del norte, del sur, etc.
En resumen, en el caso de magnitudes vectoriales, debes indicar la dirección,
magnitud, sentido y punto de origen. El desplazamiento, la velocidad, la aceleración, la
posición y la fuerza son algunos ejemplos de magnitudes vectoriales.
Rapidez y velocidad
Rapidez y velocidad son dos magnitudes que suelen confundirse con frecuencia.
Recuerda que la distancia recorrida y el desplazamiento efectuado por un móvil son
dos magnitudes diferentes. Precisamente por eso, cuando las relacionamos con el
tiempo, también obtenemos dos magnitudes diferentes.
La rapidez es una magnitud escalar que relaciona la distancia recorrida con el tiempo.
La velocidad es una magnitud vectorial que relaciona el cambio de posición
(o desplazamiento) con el tiempo.
Unidades
Tanto la rapidez como la velocidad se calculan dividiendo una longitud entre un
tiempo. Sus unidades también serán el cociente entre unidades de longitud y unidades
de tiempo. Por ejemplo:
m/s
cm/año
km/h
En el Sistema Internacional, la unidad para la rapidez media es el m/s (metro por
segundo). Por ejemplo, si un camión recorre 150 km en 3 horas, su rapidez media es:
150 km / 3h = 50 km/h
Velocidad
La velocidad media relaciona el cambio de la posición con el tiempo empleado en
efectuar dicho cambio.
velocidad media =
posición desplazamiiento
=
tiempo
tiempo
Aceleración
Significa cambio de la velocidad en el tiempo. Siempre que la velocidad de un cuerpo
cambia al transcurrir el tiempo, ya sea porque cambia su magnitud o su dirección o
ambas cosas a la vez, se puede afirmar que existe aceleración.
Magnitud escalar: es toda magnitud que puede expresarse con un
114 Ciencias Naturales - Octavo Grado
número y una unidad de medida. Por ejemplo, tu masa o tu altura es una
magnitud escalar.
UNIDAD 1
Punto de apoyo
La caída libre es un fenómeno relacionado con la
aceleración. Fue un problema importante desde la
Antigüedad y su comprensión ha evolucionado a lo
largo de la historia. Fue Galileo Galilei el principal
científico quien, a principios del siglo XVII y mediante
la observación y experimentación, demostró que todos
los objetos, independientemente de su peso, cuando se
sueltan juntos caen al suelo al mismo tiempo, si se ignora
la resistencia del aire.
1
Actividad
3
Materiales a utilizar: papel crespón, regla, lápiz, hilo, tijeras.
Recorta tres discos de papel crespón de diferente
tamaño.
Dibuja una cruz en cada uno y coloca en cada uno de los
extremos de la cruz un hilo de igual largo y grosor.
Haz tres paracaídas al unir los hilos y colocar objetos del
mismo peso en cada uno de ellos. Déjalos caer desde la
misma altura y al mismo tiempo.
a) ¿Cuál es la razón de lo que observas? b) ¿Cómo lo explicas?
Actividad
Materiales a utilizar: una hoja de cuaderno
Coloca la hoja de manera vertical y déjala caer.
Luego pon la hoja de manera horizontal y
déjala caer.
a) ¿Qué observas? b) ¿Cuál es tu conclusión?
Movimiento rectilíneo uniforme (MRU)
Un movimiento es rectilíneo cuando describe una
trayectoria recta y uniforme y su velocidad es constante
en el tiempo.
Como la velocidad es el cambio de posición en la unidad
de tiempo su fórmula es:
V = d/t
El MRU se caracteriza por:
2
Actividad
Necesitas: una hoja de cuaderno lisa y otra arrugada.
Deja caer las dos hojas al mismo tiempo.
a) ¿Qué observas? b) ¿Qué concluyes?
a)
Ser un movimiento que se realiza en una sola
dirección en el eje horizontal.
b)
Velocidad constante. Implica magnitud y dirección
inalterables.
c)
La magnitud de la velocidad recibe el nombre de
rapidez. Este movimiento no presenta aceleración.
Octavo Grado - Ciencias Naturales 115
UNIDAD 1
Ejercicios
1.
¿A cuántos metros equivale la velocidad de un tren que se desplaza a 72 km/h?
Solución:
Se reducen las horas a segundos (una hora equivale a 3600 segundos) y los kilómetros
a metros (1 Kilómetro equivale a mil metros) y, a continuación, se reducen las
unidades.
Equivalencias: 1 km = 1000 m , 1 hora = 3600 s
Observa
72 km × 1h × 100 m
72 km
1h
100 m
V=
= 20 m / s
V =
×
×
1h × 3600 × 1km
1h 3600 s 1km
V = 20 m/s
2.
Un carro viaja en línea recta con una velocidad de 1200 cm/s durante 9 segundos.
Y luego con una velocidad media de 480 cm/s durante 7 segundos, siendo las dos
velocidades del mismo sentido.
a)
¿Cuál es el desplazamiento total en el viaje de 16 s?
Datos:
V1 = 1200 cm/s
V2= 480 cm/s
t1 = 9s
t2 = 7s
V1 = velocidad uno
V2 = velocidad dos
t1 = tiempo uno
t2 = tiempo dos
De la ecuación V = d/t se despeja “d”
Entonces: d= V. t
por tanto: d1 = 1200 cm/s 9s = 10,800 cm
d2 = 480 cm/s 7s = 3,360 cm
(Se eliminan los segundos)
El desplazamiento total es:
dt = d1 + d2
dt = 10,800 cm+ 3360 cm
dt = 14,160 cm (141.6 m)
b) ¿Cuál es la velocidad media del viaje completo?
V = d/t = 141 m/16 s = 8,81 m/s
Movimiento rectilíneo uniformemente variado (MRUV)
El movimiento rectilíneo uniformemente variado es aquel que experimenta aumentos
o disminuciones y además la trayectoria es una línea recta. Por tanto, un objeto algunas
veces se mueve más rápidamente y posiblemente otras veces va más despacio.
v = v  + a .t
Donde V0 es la velocidad del móvil en el instante inicial. Por tanto, la velocidad
aumenta cantidades iguales en tiempos iguales.
La ecuación de la posición es: e = v .t + 1 a .t 2 
2
116 Ciencias Naturales - Octavo Grado
v 2 = v  2 + 2ae
UNIDAD 1
Si al observar el móvil por primera vez se encontraba en reposo, la velocidad inicial es
nula, y las fórmulas del M.R.U.V. se reducen a:
1
v = at v 2 = 2ae
e = at 2 2
Donde:
V = velocidad final
V0 = velocidad inicial
a = aceleración
t = tiempo
e = espacio recorrido
Un caso particular de movimiento rectilíneo uniformemente variado es el que
adquieren los cuerpos al caer libremente o al ser arrojados hacia la superficie de la
Tierra, o al ser lanzados hacia arriba, y las ecuaciones de la velocidad y de la posición
son las anteriores, en las que se sustituye la aceleración, (a), por la aceleración de la
gravedad (g).
Ejercicio modelo:
Un motociclista parte del reposo y acelera uniformemente 2 m/s2 . ¿Cuánto espacio
recorre en 30 segundos?
Solución:
Aplicamos la fórmula: e=
Sustituyendo: e =
at 2
2
Actividad
(2 m/s 2 )(30 s)2
2
Operando y simplificando unidades: e =
180 m/s 2 ) s 2 )
2
4
Haz un conteo de los aparatos eléctricos que
hay en tu casa.
Investiga en sus especificaciones la potencia de
cada uno.
e = 900 m
Resumen
La mecánica es la parte de la física que estudia el
movimiento. A su vez, la mecánica comprende la
cinemática que estudia el movimiento, sin atender a las
causas que lo producen.
Conceptos importantes cuando se habla de movimiento
son la trayectoria, la distancia, el desplazamiento, la
rapidez, la velocidad y la aceleración.
Según la trayectoria descrita por un móvil, el movimiento
puede ser rectilíneo, circular, parabólico, curvilíneo o
elíptico irregular.
El movimiento rectilíneo puede ser uniforme si recorre
distancias iguales en tiempos iguales, es decir, si su
aceleración es nula.
El movimiento rectilíneo uniformemente variado es
el movimiento que describe una línea recta, pero que
sufre cambios en su velocidad, lo que significa que su
aceleración es diferente a cero.
Octavo Grado - Ciencias Naturales 117
UNIDAD 1
1
¿Cuál de las siguientes medidas representa
la rapidez?
a) 10 m
b) 2 s/m
c) 6 m/s
d) 3 m/s²
3
La rama de la Física que estudia el
movimiento se llama:
a) Mecánica.
b) Química.
c) Geometría.
d) Matemática.
2
Se puede reconocer que el movimiento de
un cuerpo es acelerado:
a) porque el cuerpo se mueve.
b) porque recorre distancias iguales
en tiempos iguales.
c) porque la velocidad cambia.
d) porque la velocidad es igual
a la aceleración.
4
Las características de una magnitud
vectorial son:
a) cantidad, volumen y universalidad.
b) tiempo y cantidad.
c) número y unidad de medida.
d) magnitud , dirección y sentido.
3) a.
2) c.
1) c.
Soluciones:
Autocomprobación
4) d.
EL MOVIMIENTO EN EL DEPORTE
En el salto de longitud, el atleta corre por una pista
y salta desde una línea marcada intentando cubrir
la máxima distancia posible. En pleno salto, el atleta
lanza los pies por delante del cuerpo para intentar
un mejor salto. Un salto se mide en línea recta desde
la mencionada línea hasta la marca más cercana a
ésta hecha por cualquier parte del cuerpo del atleta
al contactar con la tierra en la que cae. El salto de
longitud requiere piernas fuertes, buenos músculos
abdominales, velocidad de carrera y, sobre todo, una
gran potencia.
118 Ciencias Naturales - Octavo Grado
Lección 3
Primera Unidad
La fuerza nuestra de todos los días
Motivación
S
¿ abes qué tienen en común levantar un plato,
barrer, viajar en bicicleta, limpiar unas ventanas,
correr en la playa, cortar una papa y pelar una
mandarina? Piensa un poco. Seguramente has
realizado algunas de ellas…¿qué tienen en común?...
La respuesta es muy sencilla: para llevar a cabo cada
una tienes que aplicar una fuerza.
A lo largo del día, en diversas actividades aplicamos
fuerzas. La intensidad de la fuerza no es la misma en
todos los casos y puede tener diferentes efectos.
¿Cómo se miden las fuerzas?
Si tratas de empujar dos objetos: uno liviano y otro
pesado, ¿cómo es la fuerza aplicada en cada caso?
Indicadores de logro:
Identificarás y utilizarás adecuadamente las diferentes unidades de
medida de fuerzas: Newton, Dina, Kg-fuerza.
Indagarás y diferenciarás adecuadamente las fuerzas de acción a
distancia y las fuerzas de contacto.
Resolverás problemas relacionados con las conversiones de unidades
de medida de fuerzas.
Las fuerzas tienen sus efectos
Una fuerza puede deformar un cuerpo (por ejemplo,
cuando hacemos puré las papas) o modificar su
velocidad (por ejemplo, cuando empujamos a alguien
que está en un columpio).
Para que un objeto comience a moverse, se mueva más
rápido, más lento o se detenga, tienes que aplicar una
fuerza.
Si hay interacción entre dos objetos, hay una fuerza
actuando sobre cada uno de ellos. Cuando se habla de
fuerzas hay que considerar por lo menos dos cuerpos
que interaccionan.
Las fuerzas actúan modificando la posición de reposo o
movimiento de los cuerpos, produciendo en ellos
una deformación.
Por deformación se entiende el cambio de forma que
experimenta un cuerpo al aplicarle una fuerza adecuada.
A veces las deformaciones son tan pequeñas que no
se notan. Cuando son evidentes, puedes decir que el
cuerpo es deformable.
Octavo Grado - Ciencias Naturales 119
UNIDAD 1
Deformaciones plásticas
Se presentan en los cuerpos que mantienen su deformación después de que la fuerza
deja de actuar sobre ellos: arcilla, plastilina, etc.
Deformaciones elásticas
Son aquellas que desaparecen en los cuerpos cuando se deja de aplicar la fuerza. Esta
elasticidad puede ser por alargamiento, flexión o compresión. Ejemplos: los resortes, las
gomas, etc.
Características de una fuerza
Se llama punto de aplicación al lugar del cuerpo donde se aplica la fuerza.
La magnitud es la intensidad con que se aplica la fuerza a un objeto. La magnitud es el
valor de la fuerza que actúa, también se llama “módulo”.
La dirección queda indicada por la recta según la cual se manifiesta la fuerza. La
dirección es el ángulo que forma la fuerza en relación con las coordenadas geográficas.
Pa
M
M : Módulo de vector
S : Sentido
O : Dirección
Pa: Punto de aplicación
: Ángulo de dirección
120 Ciencias Naturales - Octavo Grado
D
S
El sentido es el lugar hacia donde se dirige el esfuerzo, si éste es suficiente, el cuerpo se
mueve. El sentido te indica hacia donde se ejerce la fuerza. Las características de una
fuerza son las siguientes:
Las dos personas ejercen fuerzas con la misma
intensidad (representadas con flechas) en la misma
dirección y sentido, y en el mismo punto de aplicación.
Por tanto las fuerzas se suman y la caja se moverá.
F2
F1
¿Cómo se miden las fuerzas?
La deformación que se produce en un cuerpo elástico
cuando se le aplica una fuerza puede servir para medir
las fuerzas.
El peso es la medida de la atracción que ejerce la Tierra
sobre un cuerpo determinado. Es la medida de la fuerza
que la gravedad ejerce sobre las cosas. Se expresa en
una unidad de medida llamada Newton (N) en honor
al famoso físico inglés que descubrió la fuerza de la
gravedad:
El peso se mide con un aparato llamado dinamómetro.
C von él se determina el peso de los cuerpos y se calcula
multiplicando la masa por 9.8 m/s2, valor aproximado de
la fuerza de gravedad (g). Se usa la fórmula matemática:
Si las personas reman en dirección y sentido contrario,
las fuerzas se anulan y la embarcación no se moverá.
Peso (P) = masa (m) × fuerza de gravedad (g)
Entonces al colocarse una persona en la balanza se
determina su masa y a partir de ese valor es que se puede
hallar el peso.
Ejemplo: ¿Cuál es el peso de un objeto cuya masa es
de 4kg?
Solución: Debemos multiplicar la masa por el valor de
la acelaración de la gravedad, así:
Masa = 4 kg
Peso científico = 4 Kg × 9.8 m/s2 = 39.2 N
Esto indica que el producto de las unidades:
kg × m /s2 = N
Punto de apoyo
Las fuerzas pueden ser clasificadas en:
Fuerzas de contacto y fuerzas de acción a distancia.
Las fuerzas de contacto son tipos de fuerzas en las que los
objetos que interactúan están físicamente en contacto
(la fuerza con que se empuja un objeto, la fuerza de
fricción, etc.).
Las fuerzas de acción a distancia son tipos de fuerzas en las
que los objetos no están físicamente en contacto (la fuerza
de atracción gravitatoria, la fuerza magnética, etc.).
Newton (N): es la fuerza que comunica a una masa de
1 kilogramo la aceleración de 1 metro por segundo al
cuadrado.
La unidad internacional para expresar las fuerzas es
el Newton (N). Por lo tanto es la única válida en los
trabajos científicos.
La unidad de medida de la masa es el kilogramo.
Cuando se miden fuerzas debes llamarlo kilogramo
fuerza, el cual se define como la fuerza que ejerce un
kilogramo de masa cuando actúa a nivel del mar y a la
latitud de 45 grados N.
Octavo Grado - Ciencias Naturales 121
UNIDAD 1
Punto de apoyo
Se denomina dinamómetro a un instrumento utilizado para medir fuerzas. Fue inventado
por Isaac Newton y no debe confundirse con la balanza, instrumento utilizado para medir
masas (aunque sí puede compararse a una báscula). Normalmente, un dinamómetro basa
su funcionamiento en un resorte que sigue la Ley de Hooke, siendo las deformaciones
proporcionales a la fuerza aplicada.
Estos instrumentos consisten generalmente en un muelle o resorte contenido en un cilindro
de plástico, cartón o metal, generalmente con dos ganchos, uno en cada extremo. Los
dinamómetros llevan marcada una escala en unidades de fuerza en el cilindro hueco que rodea
el muelle. Al colgar pesos o ejercer una fuerza sobre el gancho inferior, el cursor del cilindro
inferior se mueve sobre la escala exterior, indicando el valor de la fuerza.
¿Cuáles son los efectos de las fuerzas?
Las fuerzas aplicadas sobre los cuerpos pueden producir tres tipos de efectos:
1. Deformación:
Un trozo de plastilina cambia de forma al aplicarle una fuerza que lo modela.
2. Variación del valor de la velocidad:
Imagina una pelota de fútbol en el centro de la cancha, un minuto antes del inicio
del partido. Al patearla y empujarla, esta fuerza produjo en la bola una aceleración
que hizo pasar su velocidad de 0 a “v”.
Si la pelota se hubiese estado moviendo en una dirección y la fuerza se aplicara en
esa misma dirección, su velocidad aumentaría.
3. Variación de la dirección de la velocidad:
Una fuerza cambia la dirección de la velocidad siempre que sus direcciones no
coincidan.
Masa
La masa es la magnitud que cuantifica la cantidad de materia de un
cuerpo. La unidad de masa, en el Sistema Internacional de Unidades, es
122 Ciencias Naturales - Octavo Grado
el kilogramo (kg). No debe confundirse con el peso, que es una fuerza.
UNIDAD 1
1
Actividad
¿Cuál detiene más?
Para esta entretenida actividad necesitas:
Dos reglas de 30 cm
Una pelotita
Un cuaderno
Una mesa de por lo menos 1 metro y medio de largo (no
es indispensable)
Tres hojas de papel arrugado, tres hojas de papel liso,
tres hojas de papel de lija ordinarias y tres hojas de papel
toalla.
empujarla) desde un punto superior de la pista. Observa
la caída.
Mide la distancia desde el final de la rampa hasta el lugar
donde se detuvo la bolita y anota el resultado de esta
medición.
¿Crees que esa distancia cambiará si se cambia la
hoja sobre la que rueda la pelotita al dejar la rampa?
Compruébalo.
Tienes libertad para utilizar también otros materiales.
Con los datos obtenidos completa una tabla como
la siguiente:
Material
Procedimiento:
Une las hojas de papel liso para formar con este una
sola tira. Haz lo mismo con los otros materiales. Sobre
una mesa plana y lisa, o en el piso, prepara una pista
inclinada o rampa con una de las reglas apoyando uno
de sus extremos sobre el cuaderno y el otro sobre las
hojas ubicada sobre la mesa. Deja caer la pelotita (sin
Distancia recorrida
por la pelota (cm)
Papel liso
Papel arrugado
Lija
Papel toalla
a)
¿En cuál de los materiales se detuvo antes la bolita?
b) ¿Por qué supones que es así?
c) Anota las observaciones.
Octavo Grado - Ciencias Naturales 123
UNIDAD 1
Ley de Hooke
Si suspendemos de un
resorte una masa M y la
soltamos, ésta comienza a
oscilar hasta que alcanza
el equilibrio. Es decir, la
masa se detiene cuando
la suma de las fuerzas
aplicadas sobre ella es
cero.
x
0N
1N
2x
2N
Fy
2Fy
Cuando se ha alcanzado el equilibrio, la fuerza recuperadora del resorte F será una
fuerza de módulo igual al peso, (m.g), pero tendrá sentido contrario.
Pero en cada instante, la fuerza es directamente proporcional a la deformación que
sufre el resorte. De un modo general podremos escribir:
F = K×
Donde: F = fuerza recuperadora que ejerce el resorte
K = constante de elasticidad del resorte.
X = es la cantidad de estiramiento o cambio de longitud
Donde F es la fuerza recuperadora que ejerce el resorte debido a la deformación y K es
la constante de elasticidad del resorte.
La constante de elasticidad K depende sólo de la forma del resorte y del material con
que se ha construido. Debe ponerse el signo menos, dado que el sentido de F será
siempre el opuesto al de la deformación: ∆x
Cuando una fuerza externa actúa sobre un
material, causa un esfuerzo o tensión en
su interior que provoca la deformación del
mismo. En muchos materiales, entre ellos
los metales y los minerales, la deformación
es directamente proporcional al esfuerzo.
No obstante, si la fuerza externa supera
un determinado valor, el material puede
quedar deformado permanentemente y la
ley de Hooke ya no es válida. El máximo
esfuerzo que un material puede soportar
antes de quedar permanentemente
deformado se denomina límite de
elasticidad.
Esta ley recibe su nombre de Robert
Hooke, físico británico contemporáneo de
Isaac Newton.
124 Ciencias Naturales - Octavo Grado
UNIDAD 1
Equivalencias entre las unidades de fuerza
Esta tabla te será muy útil para convertir diferentes unidades de fuerza en otras.
Unidades de masa y sus equivalencias
Unidades de fuerza y sus equivalencias
1 libra (lb) = 16 0nzas
1 Kilogramo (kg) = 1,000 gramos (g)
1 Kilogramo (kg) = 2.2 libras (lb)
1 dina (din) = 10-5 Newton (N)
1 Newton (N) = 105 dinas
1 Kilogramo fuerza (Kgf) = 9.8 Newton ( N)
Ejemplos
1.
¿Cuántas libras hay en 720 onzas?
Como 1 libra = 16 onzas
Por regla de tres:
1 libra
16 onzas
X
720 onzas
X = 720 onzas × 1 libra
16 onzas
X = 45 libras
R/ 720 onzas equivalen a 45 libras
2.
¿Cuántos Newton hay en 18,000 dinas?
1N
X
100,000 dinas
18,000 dinas
X = 18,000 dinas x 1 N
100,000 dinas
2
X= 0.18 N
R/ En 18,000 dinas hay 0.18 N
Actividad
Con ayuda de la tabla resuelve los siguientes
ejercicios:
a)
400 dinas a Newton
b)
640 libras a Newton
c)
1250 N a libras
Resumen
Para que un objeto comience a moverse, se mueva
más rápido, más lento o se detenga tienes que aplicar
una fuerza.
Las fuerzas actúan modificando la posición de reposo
o de movimiento de los cuerpos, produciendo en ellos
una deformación.
La magnitud es la intensidad con que se aplica la
fuerza a un objeto. La dirección queda indicada por la
recta según la cual se manifiesta la fuerza.
El sentido es el lugar hacia donde se dirige el esfuerzo.
Si éste es suficiente, el cuerpo se mueve. El peso es la
medida de la atracción que ejerce la Tierra sobre un
cuerpo determinado. Se expresa en una unidad de
medida muy especial, llamada Newton (N).
Octavo Grado - Ciencias Naturales 125
UNIDAD 1
1
Las tres características de una fuerza son:
a) intensidad, dirección y sentido.
b) dirección, peso e intensidad.
c) intensidad, magnitud y dinamómetro.
d) sentido, magnitud y esfuerzo.
3
Explica que el estiramiento sufrido
por un cuerpo sólido es directamente
proporcional a la fuerza aplicada:
a) Ley de Hooke
b) Leyes de Newton
c) Ley de cuerpos rígidos
d) Leyes de propagación
2
La fuerza que aplicas con tus manos a un
carretón para hacerlo avanzar es la:
a) fuerza especial.
b) fuerza de acción a distancia.
c) fuerza de contacto.
d) fuerza magnética.
4
Para medir las fuerzas se utiliza un
instrumento denominado:
a) fuerzómetro.
b) densímetro.
c) balanza.
d) dinamómetro.
3) a.
2) c.
1) a.
Soluciones
Autocomprobación
4) d.
COPIA A LA NATURALEZA
Los aceites lubricantes que se usan en las bicicletas,
en las bisagras de las puertas y en el motor de los
vehículos son sustancias que hacen que las partes que
rozan se deslicen con más suavidad unas sobre otras.
Pero la naturaleza se ha adelantado al ser humano,
ya que algunos caracoles y las babosas, cuando se
mueven, segregan un líquido lubricante que hace que
resbalen sobre la superficie por la que se desplazan,
disminuyendo de esta manera la fricción o fuerza que
opone el material por el que se movilizan estos seres.
126 Ciencias Naturales - Octavo Grado
Lección 4
Primera Unidad
Newton y sus leyes
Motivación
Isaac Newton fue el primero en demostrar que las
leyes naturales que gobiernan el movimiento en
la Tierra y las que gobiernan el movimiento de los
cuerpos celestes son las mismas. Muchos lo llaman el
científico más grande de todos los tiempos.
Pero, ¿quién fue Isaac Newton?
Este gran físico matemático nació en la Navidad
de 1642 en Inglaterra, el mismo año en que murió
Galileo Galilei. Su educación estuvo a cargo de su
abuela. Creció como un joven tímido, introvertido y
poco dado a considerar a los demás, algo intolerante.
Le encantaban los juguetes pequeños y los aparatos
mecánicos. Además, tenía una gran capacidad para
la matemática. Con frecuencia, pasaba largas horas
sobre los árboles, leyendo.
Cuando tenía 18 años, su tío lo envió a estudiar a la
universidad, allí se destacó en matemática.
Indicadores de logro:
Analizarás y resolverás problemas aplicando correctamente las leyes
de Newton en la vida cotidiana.
Analizarás y resolverás con interés problemas donde se calcule el
trabajo, la potencia y la energía mecánica.
Investigarás con responsabilidad la relación entre la transformación y
la conservación de la energía y su aplicación en diversas
situaciones cotidianas.
Indagarás con interés y compararás el consumo de energía de algunos
aparatos eléctricos en el hogar.
Las leyes de Newton son el resultado de la capacidad académica, de observación y
deducción de este extraordinario científico. Estas tres leyes se refieren al movimiento
de los cuerpos. La información completa sobre estas leyes fue publicada por Isaac
Newton, en 1687, en su obra “Philosophiae Naturalis Principia Mathemática”.
¿Cuál es la primera ley de Newton?
“En la ausencia de fuerzas exteriores, toda partícula continúa en su estado de reposo o
de movimiento rectilíneo uniforme respecto de un sistema de referencia inercial”.
Octavo Grado - Ciencias Naturales 127
UNIDAD 1
La inercia
Inercia es la propiedad por la cual un cuerpo tiende a permanecer en su estado de
reposo o movimiento rectilíneo uniforme. Cuando un cuerpo está en reposo tiende,
por inercia, a seguir inmóvil y solamente por acción de una fuerza podrá salir de
este estado. Si un cuerpo está en movimiento sin que ninguna fuerza actúe sobre
él, el objeto tiende por inercia a moverse en línea recta con velocidad constante. Se
necesitará la acción de una fuerza para aumentar o disminuir su velocidad o para hacer
que se desvíe hacia un lado o hacia otro.
La inercia expresa la dificultad que tiene un cuerpo para modificar su estado de reposo
(es decir, de iniciar un movimiento) o de movimiento rectilíneo y uniforme (es decir,
de cambiar de velocidad).
Imagina que vas en un vehículo, en el asiento trasero, a una velocidad moderada. De
repente, el automotor cruza hacia la izquierda, ¿qué le sucede a tu cuerpo?
¡Exacto! Tu cuerpo tiende a seguir en línea recta, por eso al momento de virar te
mueves a través del asiento de un lado hacia el otro. Tu cuerpo sigue su línea anterior de
movimiento, pero el roce con el asiento hace que desaparezca este movimiento.
Tú experimentas la inercia cuando te transportas en un bus. De repente, el bus se
detiene y sientes una fuerza que te impulsa a seguir en movimiento en la dirección que
llevaba el bus.
Dos minutos después, el móvil reanuda la marcha y sientes una fuerza contraria a la
dirección del movimiento del bus. Esto es la inercia.
128 Ciencias Naturales - Octavo Grado
Un ejemplo de la primera ley de Newton es la siguiente figura: La ley de la inercia hace
que el jinete se impulse hacia adelante, cuando el caballo se detiene.
Punto de apoyo
Al escribir y ordenar los principios de la mecánica, Isaac Newton aprovechó los trabajos
realizados antes por otros físicos; uno de ellos fue Galileo Galilei.
Puede decirse, entonces, que la primera ley de Newton recoge las ideas de Galileo sobre la
inercia, por eso también es conocida como ley de la inercia.
En resumen, la primera ley de Newton explica que, si sobre un cuerpo no actúa ningún otro, este
permanecerá indefinidamente moviéndose en línea recta con velocidad constante (incluido el
estado de reposo, que equivale a velocidad cero).
Segunda ley de Newton o ley de la fuerza
La fuerza que actúa sobre un cuerpo es directamente proporcional a la masa
multiplicada por su aceleración.
F= m. a
El ser humano ha estado siempre acompañado de la fuerza: para abrir una gaveta
atascada, para lanzar una pelota, para empujar un columpio, para lavar la ropa, etc.
Ya aprendiste en la lección anterior que para definir bien el efecto de una fuerza debes
especificar su magnitud (cantidad), su dirección y su sentido.
Punto de apoyo
La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el Newton y se representa por N. Un Newton
es la fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo de un kilogramo de masa para que adquiera una
aceleración de 1 m/s2:
N = Kg m/s2
Octavo Grado - Ciencias Naturales 129
UNIDAD 1
Fátima y María José quieren ubicar la pizarra en un lugar diferente; María José, la
mayor de las niñas, empuja la pizarra hacia la mesa y Fátima hacia la ventana. Al sumar
las fuerzas se obtiene una resultante igual al movimiento y aceleración de la pizarra. Eso
significa que la pizarra se moverá en una dirección entre la mesa y la ventana, pero con
mayor inclinación hacia la mesa, ya que María José ejerce mayor fuerza que Fátima.
Ejemplos de la segunda ley de Newton
1.
2.
Calcular la aceleración que produce una fuerza de 5N a un cuerpo cuya masa es de
1000 g .Expresar el resultado en m/s².
Datos
Fórmula
Sustitución
Respuesta
a =?
F=5N
m = 2000g = 2 kg
a=F/m
a = 5 kg m/s² / 2k
2.5 m/s²
Calcular la masa de un cuerpo si al recibir una fuerza de 200 N le produce una
aceleración de 300 cm/s².
Exprese el resultado en Kg.
Datos
Fórmula
Sustitución
Respuesta
m =?
F = 200 N
a = 300 cm/s²
= 3 m/s²
a=F/m
m=F/a
m = 200N / 3 m/s² =
66.6 Kg
Tercera ley de Newton o ley de acción y reacción
Cuando un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo B, éste reacciona sobre A con
una fuerza de la misma magnitud, misma dirección, pero de sentido contrario.
A
B
El hombre (A) ejerce una fuerza sobre la pared (B) y la pared ejerce una fuerza contra el
hombre, de la misma magnitud, pero de sentido contrario.
Se llama fuerza de acción a la que es ejercida por el primer cuerpo que origina una
fuerza sobre otro (en este caso, el hombre).
130 Ciencias Naturales - Octavo Grado
UNIDAD 1
Se llama fuerza de reacción a la que es originada por el
segundo cuerpo (la pared) que recibe y reacciona con
esta fuerza sobre el hombre.
Las fuerzas de acción y reacción siempre están aplicadas
en cuerpos diferentes.
¿Cómo explicas la tercera ley de Newton en los
siguientes ejemplos?
Trabajo y potencia
La energía puede definirse en la forma tradicional
como “la capacidad de efectuar un trabajo”. Esta
sencilla definición no es muy adecuada para todos los
tipos de energía, como la asociada al calor, pero sí es
correcta para la energía mecánica, que a continuación
describiremos y que servirá para entender la estrecha
relación entre trabajo y energía.
¿Qué es trabajo? En el lenguaje de todos los días tiene
diversos significados. En física tiene un significado muy
específico para describir lo que se obtiene mediante la
acción de una fuerza que se desplaza cierta distancia.
El trabajo efectuado por una fuerza constante, tanto en
magnitud como en dirección, se define como:
“el producto de la magnitud del desplazamiento por la
componente de la fuerza paralela al desplazamiento”.
En forma de ecuación: T= F. d
Donde “T” denota trabajo y “F” es la componente de la
fuerza paralela al desplazamiento neto “d”.
A la mayoría de personas les interesa saber no sólo el
trabajo que se pueda efectuar, sino también la rapidez
con que se realiza.
El trabajo que una persona puede efectuar depende
no sólo de la energía total necesaria, sino también de la
rapidez con que transforma esa energía.
Se define potencia como la rapidez a la cual se efectúa
un trabajo, o bien, como la rapidez de transferencia de
energía en el tiempo.
Potencia = T/t = trabajo/tiempo = energía
transformada/tiempo.
En el Sistema Internacional la potencia se expresa en
Joules por segundo, unidad a la que se le da el nombre de
watt (W), 1 W = 1J/s.
Cuando decimos que una lámpara consume 60 watts,
estamos diciendo que transforma 60 Joules de energía
eléctrica en energía luminosa o térmica por cada
segundo.
Octavo Grado - Ciencias Naturales 131
UNIDAD 1
Para potencias elevadas se usa el caballo de fuerza, abreviado hp, que equivale a
746 Watts.
1 hp = 746 watts
Tipos de energía:
Potencial
Cinética
Es una energía de
posición o de altura
Ep = mgh (h es la altura)
Es una energía de velocidad, Energía ecinética = (1/2) mv2
requiere movimiento. Una
pelota, los niños y los pájaros
tienen mucha energía
cinética.
El niño juega con la pelota. Cuando cae pierde altura y energía potencial, pero al subir
gana energía potencial y pierde energía cinética. Estamos en presencia del principio de
la conservación de la energía.
1
Actividad
a)
¿Cuál es el trabajo necesario para deslizar un cuerpo a 2 m de su posición inicial mediante
una fuerza de 10 N?
Desarrollo:
T = F.d T = 10 N × 2m T = ____ J
b) ¿Cuál es la potencia mecánica de un motor que realiza un trabajo de 200 J en 8 segundos?
R/ 25 J
Desarrollo:
132 Ciencias Naturales - Octavo Grado
T
P=
t
UNIDAD 1
Consumo de energía eléctrica en el hogar
Los aparatos electrodomésticos representan aproximadamente un 20% del consumo
total de energía de su hogar. Los refrigeradores, las lavadoras y las secadoras de ropa
encabezan la lista de consumo.
¿Qué es un kilovatio?
Cuando usa electricidad para cocinar una olla de arroz, usted utiliza 1000 vatios-hora
de electricidad. Mil vatios-hora equivalen a 1 kilovatio-hora o 1 Kwh. Por lo
general, su cuenta de energía muestra las tarifas de acuerdo con los kilovatios-hora
que usted utiliza.
Los aparatos que consumen más energía eléctrica son, en orden ascendente:
computadora, televisor, horno microondas, cocina eléctrica, congelador,
lavadora, refrigeradora.
Resumen
La primera ley de Newton, llamada de la inercia, establece que todo cuerpo permanece
en estado de reposo o de movimiento si la sumatoria de sus fuerzas es cero.
En la segunda ley de Newton se establece que la fuerza sobre un cuerpo es directamente
proporcional al producto de su masa y su aceleración.
Al patear una pelota, el pie ejerce una fuerza sobre la pelota, pero la pelota ejerce
una fuerza contraria sobre el pie: este es un ejemplo de aplicación de la tercera ley de
Newton.
El trabajo es una magnitud escalar producida cuando una fuerza mueve un cuerpo en su
misma dirección.
La energía es la capacidad para efectuar un trabajo. Si la energía es de movimiento se
llama cinética; si es de posición se llama energía potencial.
La potencia es la rapidez con que se realiza un trabajo y se mide en watts (W) o caballos
de fuerza ( hp). 1 hp = 746 W.
Octavo Grado - Ciencias Naturales 133
UNIDAD 1
3
El Joule es una unidad para medir
a) El desplazamiento
b) El trabajo
c) La energía
d) La velocidad
"Cuando un cuerpo ejerce una fuerza
sobre otro, éste ejerce sobre el primero
una fuerza igual y de sentido opuesto". El
anterior es el enunciado de:
a) la primera ley de Newton.
b) la potencia.
c) la tercera ley de Newton.
d) la ley de la fuerza.
4
Un objeto que tiene energía cinética es:
a) un cuaderno sobre el pupitre.
b) un pájaro en su nido.
c) un balón de futbol en reposo.
d) un águila en pleno vuelo
3) b.
El otro nombre que recibe la primera
ley de Newton es:
a) ley de acción y reacción.
b) ley de la inercia.
c) ley del trabajo.
d) ley de la fuerza.
2) c.
2
1) b.
1
Soluciones
Autocomprobación
4) d.
LA FíSICA EN EL AGUA
En la laguna El Jocotal, en San Miguel, los pobladores
de sus orillas aplican la tercera ley de Newton para
desplazarse por el agua, al empujar hacia atrás cuando
tiran del remo y lograr mover el cayuco; así trabajan en
las aguas de esta hermosa laguna salvadoreña.
De manera similar, cuando estás nadando,
interaccionas con el agua. Tú empujas el agua hacia
atrás, mientras que el agua te empuja hacia adelante
simultáneamente y de esa forma puedes avanzar.
134 Ciencias Naturales - Octavo Grado
Lección 5
Primera Unidad
Se hacen chiquitos, se hacen grandotes...
Motivación
I
rene es fanática de los olores agradables en casa.
Tiene una colección de atomizadores o aerosoles.
Y hasta hoy sabrá que el funcionamiento de estos
atomizadores es una aplicación de la compresibilidad
y fuerza expansiva de los gases.
En los recipientes se encierra, junto con el producto,
cierta cantidad de aire comprimido, que al abrir la
válvula, escapa con fuerza, arrastrando el producto y
lanzándolo como una nube de partículas muy finas.
En general los gases tienen la propiedad especial de
variar su volumen ante un cambio de presión o de
temperatura. Esta propiedad de los gases de poder
ser”comprimidos” tiene múltiples aplicaciones en la
vida diaria.
¿Cuáles son las propiedades de la materia? ¿Qué
distingue una clase de material de otro?
Indicadores de logro:
Identificarás y describirás con curiosidad aparatos para la medición de
la presión en líquidos y gases.
Investigarás y explicarás con claridad el principio de Pascal y su
aplicación en la vida cotidiana.
Todos los cuerpos, en cualquier estado en que se
encuentren, tienen propiedades que les son comunes.
Las principales propiedades generales de los cuerpos
son: el volumen, la impenetrabilidad, la divisibilidad,
la dilatabilidad, la porosidad, la compresibilidad, la
elasticidad y la inercia.
Indagarás y construirás aparatos que funcionan con el principio de
Pascal para calcular la presión hidráulica.
Experimentarás y analizarás con curiosidad el comportamiento de
algunos objetos en un líquido para identificar y explicar fuerzas de
empuje, peso real y aparente de un cuerpo.
Volumen
El volumen es la propiedad de los objetos de ocupar
un lugar en el espacio. El volumen de un cuerpo viene
dado por sus dimensiones de largo, ancho y alto. Se
expresa en metros cúbicos o centrímetros cúbicos. Para
cuerpos líquidos, el volumen se puede expresar en litros
o mililitros.
Octavo Grado - Ciencias Naturales 135
UNIDAD 1
Impenetrabilidad
Dos cuerpos no pueden ocupar, a la vez, el mismo lugar en el espacio. Esta es la
propiedad de impenetrabilidad de la materia.
Divisibilidad
Es la propiedad que poseen los cuerpos de poder ser divididos o fraccionados en partes
cada vez más pequeñas, hasta conseguir un grado de extrema pequeñez.
Esto se consigue con los molinos, morteros, quebradoras, entre otros instrumentos.
Dilatabilidad
Los cuerpos pueden aumentar su volumen por la acción del calor. Este cambio
proviene de la variación de los espacios que dejan entre sí las moléculas. De la materia
que existe, los gases son los cuerpos más dilatables. Los líquidos son menos dilatables
que los gases y los sólidos lo son menos todavía.
Porosidad
Es la propiedad por la cual las partículas de las que se compone un cuerpo están
separadas unas de otras por espacios llamados poros. Son muy visibles los poros en las
esponjas y en la piedra pómez.
A causa de la porosidad, las esponjas absorben el agua en donde se encuentren; por lo
mismo, el papel secante absorbe la tinta.
Los filtros dejan pasar el agua por la misma razón.
Compresibilidad
Es la propiedad por la cual el volumen de los cuerpos puede ser reducido mediante
un cambio de presión.
Esta propiedad es una consecuencia de la porosidad.
Los gases son muy compresibles, los sólidos lo son menos y los líquidos lo son mucho
menos, es decir, son casi incompresibles.
136 Ciencias Naturales - Octavo Grado
UNIDAD 1
El ser humano puede disfrutar del maravilloso paisaje
submarino gracias a los tanques de oxígeno, donde se
puede almacenar mucho aire porque está comprimido.
Las llantas de los vehículos y bicicletas, así como las
pelotas de hule se inflan con aire comprimido.
Elasticidad
Es la propiedad que tienen los cuerpos de recuperar su
forma y volumen originales, tan pronto como cesa la
fuerza que actuaba sobre ellos.
No todos los cuerpos tienen el mismo grado de
elasticidad. Existen tres tipos de elasticidad: de presión,
de tensión y de torsión. Los gases y los líquidos poseen
elasticidad de presión.
Entre los sólidos hay algunos, como el acero, el marfil y
el caucho que poseen una gran fuerza elástica; otros son
muy poco elásticos, como la madera, el plomo y la cera.
1
Actividad
Investiga:
a) ¿Por qué rebota una pelota de hule y no una bola de
hierro?
b) ¿En qué propiedad se basa esta diferencia?
Líquidos que presionan
La hidrostática es la rama de la física que tiene por objeto
el estudio de los líquidos en estado de equilibrio.
Los líquidos, debido a la gran movilidad de sus
moléculas y a la acción de la gravedad, ejercen presiones
en las paredes de los vasos que los contienen. Estas
presiones son siempre perpendiculares a las superficies
consideradas.
Presiones laterales
Los líquidos ejercen también presión en las paredes
laterales de los recipientes que los contienen. Esta
presión es igual al peso de una columna de líquido
que tenga por base la porción de pared considerada y
por altura, la distancia del centro de dicha porción a la
superficie libre del líquido.
Actividad
2
¡Pobre tonel!
Este experimento, inventado por Blaise Pascal, te dará
una idea exacta de las grandes presiones a las que están
sometidas las paredes de los recipientes llenos de líquido,
cuando su nivel está muy alto.
Para comprobar cómo funciona el tonel de Pascal, realiza la
siguiente actividad. Necesitarás el material que se detalla:
Una botella de plástico
Cinta adhesiva o tirro
Con cuidado abre 2 ó 3 agujeros (a la misma altura) en
la botella de plástico, tápalos provisionalmente con cinta
adhesiva y llena la botella completamente de agua, no le
pongas el tapón a la botella.
Quita la cinta adhesiva para destapar los agujeros.
a) ¿Qué observas?
b) ¿A qué se debe este fenómeno?
Ahora inclina la botella y observa cózmo sale el agua por los
agujeros. Notas la diferencia en la salida del agua?
c) ¿Cómo explicas esto?
d) Escribe tus conclusiones en el cuaderno de ciencias.
Presiones sobre el fondo
La presión ejercida por un líquido sobre el fondo de un
vaso es igual al peso de una columna de dicho líquido
que tenga por base el fondo del recipiente y por altura
la del líquido que contiene. La presión no depende de
la forma y capacidad del vaso, sino de la superficie del
fondo y de la altura del líquido.
Octavo Grado - Ciencias Naturales 137
UNIDAD 1
Punto de apoyo
Blaise Pascal
Fue un matemático, físico y filósofo francés que nació
en 1623.
A los 16 años escribió un "Tratado de las secciones cónicas"
y dos años después inventó una máquina de calcular y
anticipó el cálculo infinitesimal.
Aplicaciones del principio de Pascal
La prensa hidráulica es una aplicación del principio de
Pascal y se utiliza para ejercer grandes presiones.
Consiste de dos cuerpos de bomba de diámetro diferente,
con dos émbolos macizos y unidos por medio de un tubo.
El émbolo pequeño aspira el agua de un depósito y la
envía al cuerpo de la bomba mayor. Los dos cuerpos de
bomba están cerrados por sus émbolos, que penetran en el
agua. Al ejercer en el émbolo pequeño una presión, ésta se
transmite al otro por medio del agua proporcionalmente a
las superficies respectivas.
Los cuerpos que se quiere prensar se colocan entre una
plataforma móvil y otra fija.
La prensa hidráulica se utiliza en la extracción de aceites, de
zumos y de ácidos grasos. También se utiliza en el embalaje
del algodón y otras sustancias voluminosas y de poco peso;
para conservar los gases bajo fuerte presión y para mover
grandes grúas, entre otros.
Actividad
3
El principio de Pascal puede comprobarse realizando esta
actividad. Consigue los siguientes materiales:
Una pelota de plástico pequeña perforada en diferentes
lugares. Uno de los agujeros debe tener mayor diámetro
Una jeringa mediana sin la aguja. Solamente necesitarás
el émbolo
Cinta adhesiva
Agua
Coloca la cinta adhesiva a todos los agujeros que hiciste a
la pelota, luego llénala con agua por el agujero de mayor
diámetro. Ajusta el émbolo en el agujero más grande.
Entre dos estudiantes quiten la cinta adhesiva a los agujeros al
mismo tiempo que presionan por el émbolo.
a) ¿Sale el agua de igual forma por cada agujero de la
pelota?
b) ¿Cómo explicas esto?
c) Dibuja y escribe tus conclusiones y entrega un reporte
escrito al tutor.
Propiedades de los gases
Los gases tienen 3 propiedades características: (1) son
fáciles de comprimir, (2) se expanden hasta llenar el
contenedor, y (3) ocupan más espacio que los sólidos o
líquidos.
Compresibilidad
La combustión interna de un motor provee un buen
ejemplo de la facilidad con la cual los gases pueden
ser comprimidos. En un motor de cuatro pistones, el
138 Ciencias Naturales - Octavo Grado
UNIDAD 1
pistón es primero halado por el cilindro para crear un
vacío parcial. Luego es empujado dentro del cilindro,
comprimiendo la mezcla de gasolina/aire a una fracción
de su volumen original.
Expansibilidad
Cualquiera que haya visitado una cocina, ha
experimentado el hecho de que los gases se expanden
hasta llenar su contenedor.cuando el aroma del pan llena
la cocina, entre otros.
De igual forma sucede cuando alguien rompe un
huevo podrido y el olor característico rápidamente se
esparce por la habitación. Eso sucede porque los gases
se expanden para llenar su contenedor. Por lo cual es
posible asumir que el volumen de un gas es igual al
volumen de su contenedor.
Volumen del gas vs. volumen del sólido
La diferencia entre el volumen de un gas y el volumen
de un líquido o sólido que lo forma puede ser ilustrada
con el siguiente ejemplo. Un gramo de oxígeno líquido
en su punto de ebullición (-183oC) tiene un volumen
de 0.894 ml. La misma cantidad de O2 gas a 0oC tiene
un volumen de 700 ml, el cual es casi 800 veces más
grande. Resultados similares son obtenidos cuando los
vólumenes de los sólidos y de los gases son comparados.
Un gramo de CO2 sólido tiene un volumen de 0.641
ml a 0oC y a la presión atmosférica de 556 ml, tiene un
volumen 850 veces más grande. Como regla general, el
volumen de un líquido o sólido se incrementa por un
factor de 800 veces cuando se convierte en gas.
La consecuencia de este enorme cambio en volumen
es frecuentemente usado para hacer trabajos. El motor
a vapor está basado en el hecho de que el agua hierve
para formar gas (vapor) que tiene un mayor volumen.
El gas entonces escapa de la caldera en la cual fue
generado y el gas que se escapa es usado para hacer un
trabajo. El mismo principio se pone a prueba cuando se
utilizan dinamita para romper rocas. En 1867, Alfredo
Nobel descubrió que el explosivo líquido tan peligroso
conocido como nitroglicerina puede ser absorbido
en barro o aserrín para producir un sólido que era
mucho más estable. Cuando la dinamita es detonada, la
nitroglicerina se descompone para producir una mezcla
de gases de CO2, H2O, N2, y O2 .
Principio de Arquímedes
Los líquidos ejercen presiones no sólo en las paredes de
los recipientes que los contienen, sino también en los
cuerpos sumergidos en ellos. Este principio descubierto
por Arquímedes puede enunciarse así:
“Todo cuerpo sumergido en un líquido experimenta un
empuje vertical de abajo hacia arriba igual al peso del
líquido desalojado”.
También se aplica a los gases.
Actividad
4
¿Comprobamos el principio de Arquímedes?
Materiales a utilizar:
Una balanza
Un objeto de volumen conocido
Pesas de varios tamaños y masas
Un recipiente con agua de longitud:
a) 8,8 metros a centímetros
b) 2,540 centímetros a pulgadas
c) 90 millas a kilómetros
De masa:
a) 3.5 kg a gramos (1 kg = 1,000 gr.)
b) 48 kg a libras (1 kg = 2,2 lbs)
c) 64 onzas a libras (1 libra = 16 onzas)
Procedimiento:
Cuelga en uno de los platillos de la balanza un cuerpo de
volumen conocido, equilibra con pesas y sumerge dicho
cuerpo en agua.
La balanza se inclinará del lado de las pesas.
Agrega del lado del cuerpo
otras pesas para restablecer
el equilibrio y notarás que
hay que añadir tantos
gramos como centímetros
cúbicos tiene el cuerpo,
lo cual comprueba el
Octavo Grado - Ciencias Naturales 139
UNIDAD 1
principio, ya que un centímetro cúbi co de agua pesa un
gramo.
¿Qué produce el principio de Arquímedes?
Según este principio, un cuerpo sumergido en un líquido
está sujeto a un empuje que obra en sentido inverso al de la
gravedad. Este empuje puede ser superior, igual o inferior al
peso del cuerpo. De aquí resulta que pueden producirse tres
fenómenos diferentes:
a) Cuando el empuje es inferior al peso del cuerpo, éste cae
al fondo del líquido.
b) Si es igual, permanece
en equilibrio en su
seno.
c) Cuando es mayor,
sube a la superficie
del líquido, es decir,
flota.
Punto de apoyo
Arquímedes
Matemático y físico griego. Se cree que nació en el año
287 a.C.
Le debemos numerosos descubrimientos, como el área
del círculo.
Enunció la ley de equilibrio de los cuerpos flotantes, conocida
con el nombre de Principio de Arquímedes.
Arquímedes concebía la ciencia como un proceso deductivo.
En cierta ocasión expresó: “Dadme un punto de apoyo y
moveré el mundo”, en referencia a la palanca, otra de sus
invenciones.
¿Para qué sirve el principio de Arquímedes?
Las aplicaciones más sobresalientes son: la navegación,
la natación y los areómetros.
Navegación
Un barco flota porque desaloja un gran volumen de
agua, cuyo empuje contrarresta el peso del barco.
Todos los cuerpos, cualquiera que sea su densidad
140 Ciencias Naturales - Octavo Grado
¿Quieres comprobar lo anterior?
Materiales a utilizar:
Tres vasos anchos Tres huevos
Agua
Sal
Procedimiento
1. Echa agua en el primer vaso hasta un poco más de la
mitad.
2. En el segundo recipiente con agua deposita dos
cucharadas de sal.
3. El tercer vaso debe recibir agua saturada con una taza de
sal.
4. Coloca un huevo en cada recipiente.
5. ¿Qué sucede en cada vaso? ¿Cuál es tu conclusión?
pueden flotar en el agua
si se les da una forma
conveniente. El hierro
macizo no puede flotar,
porque no desaloja un
volumen suficiente
de líquido para que el
empuje anule su peso,
pero flotará si se reduce
a láminas y con ellas
se construye un barco
grande para que el agua
desalojada pese más que
el hierro.
¿Lo sabías?
Un barco contiene muchos espacios que están llenos
de aire.
El aire dentro del barco lo hace menos denso que
el agua.
¿Por qué flotan algunas cosas?
Un pedazo de corcho flota en el agua, pero un pedazo
de hierro del mismo peso se hunde. Ellos desplazan la
misma cantidad de agua porque tienen el mismo peso.
UNIDAD 1
El corcho flota porque tiene espacios microscópicos
llenos de aire , cosa que no sucede con el hierro. Siempre
que algo es menos denso que el agua, flota.
entonces su peso aparente en el líquido es de 50N
Condiciones para la flotación:
Si el peso del objeto es mayor que el empuje recibido, el
objeto se hunde.
Si el peso es igual al empuje, el objeto flota en equilibrio
con el líquido.
Los submarinos pueden cambiar su densidad. Cuando
llenan sus tanques con aire flotan. Cuando llenan sus
tanques con agua, se hunden. Este es el secreto de
los submarinos.
Si el peso es menor que el empuje recibido, el cuerpo
flota.
Actividad
5
Flotación de los cuerpos
Materiales a utilizar:
Peso aparente y empuje
La flotación de los barcos se basa en el descubrimiento
de Arquímedes.
Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una
fuerza de empuje vertical y hacia arriba igual al peso del
fluido desalojado.
Dos trozos rectangulares iguales de papel de aluminio
Un huacal con agua
Procedimiento:
Con un trozo de papel construir un barquito
de aluminio.
Con el otro hacer una pelota muy compactada.
Introducir el barquito y la pelota en agua y observar lo
que sucede.
Resumen
¿Existe ese empuje?
Se puede comprobar de la manera siguiente:
1.
Se pesa el cuerpo en el aire y el dinamómetro señala
un valor determinado (P = mg), debido a la fuerza
de atracción gravitatoria.
2.
Al introducir el cuerpo en el agua, aparece el empuje
de Arquímedes (E), dirigido en sentido contrario al
peso y el dinamómetro señala un valor menor.
El peso aparente se calcula así:
Peso aparente = Peso real – empuje.
Por ejemplo: si al pesar un objeto se tiene que pesa 55 N
y al sumergirlo en un líquido recibe un empuje de 5N,
Las principales propiedades de los cuerpos son el
volumen, la impenetrabilidad, la divisibilidad, la
dilatabilidad, la porosidad, la compresibilidad, la
elasticidad y la inercia.
La presión hidrostática es la que ejercen los líquidos
sobre las paredes laterales de los recipientes que los
contienen.
El principio de Pascal establece que la presión ejercida
en un punto de un líquido encerrado se distribuye por
igual en todos los puntos del líquido.
El principio de Arquímides establece que todo cuerpo
sumergido en un líquido experimenta una fuerza
ascendente llamada empuje.
Octavo Grado - Ciencias Naturales 141
UNIDAD 1
1
Es la propiedad por la cual el volumen de los
cuerpos puede ser reducido:
a) elasticidad.
b) porosidad.
c) compresibilidad.
d) dureza.
3
Es una aplicación del principio de
Arquímedes:
a) la navegación.
b) la máquina de cálculo.
c) los satélites.
d) la computadora.
2
Es una aplicación del principio de Pascal:
a) cálculo infinitesimal.
b) la prensa hidráulica.
c) el émbolo.
d) la natación.
4
Al destapar un recipiente con perfume, el
aroma alcanza un espacio determinado.
Esto demuestra una propiedad de los gases
llamada:
a) compresibilidad.
b) volumen.
c) expansibilidad.
d) elasticidad.
2) b.
3) a.
1) c.
Soluciones
Autocomprobación
4) c.
¡EUREKA!
nvo. derrotero
142 Ciencias Naturales - Octavo Grado
Se cuenta que Arquímedes descubrió el principio que
lleva su nombre cuando el rey de Siracusa le ordenó
descubrir si una corona que había encargado estaba
realmente hecha de oro macizo, sin romperla ni
destruirla. Preocupado por el problema, Arquímedes
se sumergió con ella en el baño, y cuando notó que
el agua de la bañera rebalsaba, se le ocurrió la idea
y corrió desnudo por las calles de Siracusa, mientras
gritaba: ¡Eureka! (lo encontré). Arquímedes fue de los
primeros en aplicar los conocimientos científicos a la
solución de problemas prácticos.
Solucionario
Lección 1
Actividad 4
¿Qué le pasa a una mosca cuando hace frío?
Preguntas como la anterior se hacen los zoólogos antes de iniciar sus experimentos y observaciones con el fin de
investigar el mundo de los animales.
Luego del experimento, ¿qué observas? ¿cómo está la mosca?
Después de que han pasado varios minutos, ¿qué cambios notas en el comportamiento de la mosca?
¿Cuál es tu conclusión?
Al hacer correctamente el experimento, notas que la actividad habitual de la mosca se reduce notablemente al
estar expuesta a la temperatura baja.
Cuando la extraes de la hielera y la dejas unos minutos a la temperatura ambiente, la mosca vuelve a sus rápidos
movimientos característicos.
¿Conclusión?
La temperatura influye en el metabolismo del organismo de la mosca. A menor temperatura, la mosca reduce el
gasto energético (de sus movimientos, por ejemplo) para concentrarse en resistir la baja temperatura.
Cuando se restablece la temperatura ambiente, el insecto vuelve a su actividad normal.
Lección 3
Actividad 1
¿Cuál detiene más?
La pelotita recorre diferentes distancias según el material sobre el que rueda. No es lo mismo desplazarse sobre
una hoja de papel arrugado, una hoja de papel liso, una hoja de papel de lija o de papel de toalla. La hoja lisa
presenta menos fricción a la pelota, por lo tanto rueda más sobre ella. Las otras superficies con mayor fricción
frenan el avance de la pelota.
Actividad 3
Conversiones entre las unidades de fuerza.
Con ayuda de la tabla resuelve los siguientes ejercicios.
Octavo Grado - Ciencias Naturales 143
Solucionario
La clave radica en hacer un buen planteamiento, así:
c)
1250 N a kilogramos fuerza
400 dinas a Newton
1 dina
0.00001 N (esta relación te la da
la tabla que encuentras en la lección 3)
400 dinas
X
X = 400 dinas × 0,00001 N = 0.004 N
1 dina
1 kgf
X
Las dinas se eliminan y solo quedan los Newton.
Solucionario:
Para efectuar las conversiones debes utilizar las
equivalencias que se muestran en las tablas.
9.8 N
1,250 N
1,250 N × 1 kgf
9.8 N
X = 127.55 kgf
R/ 127.55 kgf
X=
Lección 4
Actividad 1
a)
Para encontrar el valor de trabajo T
T= F × d
400 dinas a Newton
1N
100,000 dinas
T= 10 N × 2 m
X
400 dinas
X= 400 dinas × 1 N
T = 20 J
100,000 dinas
X= 0.004 N
b)
Para encontrar la potencia mecánica
P=
R/ 0.004 N
b)
640 libras a kilogramos
P = 200 Joules 8 s
1 kg
2.2 lb
X
640 lb
X = 1 kg × 640 lb
2.2 lb
X = 290. 9 kg
R/ 290.9 kg
P = 25 Watts
a)
144 Ciencias Naturales - Octavo Grado
T
t
Proyecto
¡Comienza hoy!
Propósito
La verdadera finalidad del estudio es el bienestar del ser humano, un bienestar físico y mental. En esta
unidad, que casi termina, has adquirido conocimientos que te permiten comprender de una manera mejor
muchas situaciones de la vida cotidiana. También has aprendido que saber, en muchas ocasiones, significa
ahorro y bienestar. Por ejemplo, en lo que se refiere al consumo de la energía eléctrica, el derroche de energía
muchas veces por desconocimiento puede llevar a preocupaciones financieras a la hora de pagar su consumo
y, además, este derroche repercute causando más daño al medio ambiente. El proyecto de esta unidad te
permitirá ayudarte y ayudar a los demás en este rubro.
Centro teórico
El conocimiento de la física, en general, te prepara para comprender mejor lo que se refiere al consumo
eléctrico y su uso adecuado. Las siguientes indicaciones son necesarias para hacer una evaluación de la
energía en tu casa: Asegúrate de que tus aparatos electrodomésticos tengan buen mantenimiento. Es
conveniente consultar los respectivos manuales. Analiza las necesidades y patrones de alumbrado que utilizan
en tu hogar y fíjate muy bien en lugares como la sala, la cocina y el exterior. Sustituye los focos (también
llamados incandescentes) y accesorios tradicionales, por lámparas fluorescentes.
Desarrollo
Con ayuda de los pasos del método científico prepara un plan de eficiencia energética que te permitirá
aumentar la eficiencia y ahorrar. Las siguientes preguntas te servirán para establecer los pasos a seguir en
tu investigación:
¿Cuánto dinero gastas en energía?
¿Cuántos aparatos eléctricos posees?
¿Dónde hay más desperdicio?
¿En cuánto tiempo recuperarás el dinero invertido en un plan de eficiencia energética con el ahorro de
energía?
¿Qué beneficios adicionales te traerán las medidas que pongas en marcha?
¿Harás solo tú el trabajo o tendrás ayuda?
¿Cuál es tu presupuesto?
Una vez que asignes las prioridades según las necesidades energéticas, puedes formular un plan de eficiencia
energética para toda tu casa. Tu plan te dará una estrategia para realizar compras inteligentes y hacer mejoras
en el hogar que te permitan aumentar la eficiencia energética y ahorrar mucho dinero.
Cierre del proyecto
Este proyecto es solo el principio para ayudarte y cuidar tu ambiente.
¿Y por qué no compartirlo y extenderlo a tus compañeros y familiares? El beneficio sería mayor.
Octavo Grado - Ciencias Naturales 145
Recursos
Lección 1
Monografía.com: El Método Científico
http://www.monografias.com/trabajos21/metodo-cientifico/metodo-cientifico.shtml 2005
Lección 2
Universidad del país Vasco: Cinemática
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cinematica/cinematica.htm
Lección 3
Enciclopedia libre Wikipedia: Fuerza
http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza 2009
Mora, Gonzalo: Las fuerzas y sus efectos
http://www.terra.es/personal2/gonzaloylola/segundo-tema-2/tema2.htm
2008
Lección 4
Sociedad de Andaluza de Educación en Matemática: Leyes de Newton
http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd98/Fisica/02/leyes.html
2006
Lección 5
Profesor en línea: Propiedades de los gases
http://www.profesorenlinea.cl/fisica/GasesPropiedades.htm 2005
El principio de pascal y sus aplicaciones
http://html.rincondelvago.com/principio-de-pascal.html
Enciclopedia libre Wikipedia: Principio de Arquímedes
http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Arqu%C3%ADmedes
2009
146 Ciencias Naturales - Octavo Grado