CIENCIAS NATURALES II PARA I Y II CICLOS CAPÍTULO 1. DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS NATURALES Epistemología e inteligencia humana: De acuerdo con Ramírez (2002), el ser humano, mediante la inteligencia, aprende los aspectos de la realidad en un proceso de tres pasos. 1- El ser humano capta los estímulos a través de los sentidos. 2- Luego, los integra mediante la interacción con otras personas. 3- Reactualiza sus conocimientos a través de mecanismos cognitivos como la memoria, la imaginación y el pensamiento. (lograr el saber de las cosas desde lo que son en sí mismas). La inteligencia humana no obtiene el saber de una sola vez, sino que es un proceso, es decir, una línea recta que prolongada se acerca a una curva infinita sin lograrlo conseguir un fin. Con estos tres aspectos se logran interacciones con la realidad y así, se le permite a la persona construir nuevos tipos de saberes, mediante el pensamiento. Saberes: conjunto de conocimientos profundos y amplios que se logran a través del estudio y de la experiencia. Se considera que este proceso o actividad representa la más excelente y compleja que puede realizar la inteligencia humana. Pese a que todos los seres humanos tienden a construir saberes nuevos en forma progresiva mediante el pensamiento, tal búsqueda y adquisición no es un proceso fácil ni seguro. El proceso de buscar y adquirir es complejo por razones como: En el proceso de adquisición del saber pueden existir errores o confusiones. El proceso de construcción de saberes implica acercarse y analizar los objetos de conocimiento, no es algo que se dé al azar. Cuando se adquieren nuevos descubrimientos se deben integrar a los conocimientos previos, o bien, modificarlos. En el proceso de construcción de saberes también se ve implicada la tendencia de privilegiar uno u otro conocimiento, de acuerdo con las características de cada ser humano. Características propias de estos saberes: - Comunicables. - Dinámicos. - Variables. - De diferente naturaleza. El proceso de construcción de saberes que realiza el ser humano, desde que nace hasta que muere, es producido de su relación con la realidad y su capacidad de aprehender gracias a su inteligencia. Esto constituye uno de los grandes logros de la existencia humana. El conocimiento para ser complemento humano, debe ser producido de: La interacción en los sentidos (experiencia CONOCIMMIENTO Sensorial). HUMANO La intelección. El juicio o decisión. El conocimiento depende de los sentidos, pues depende de las características propias de cada persona respecto a cómo capta los estímulos sensoriales. La intelección, se refiere a la acción de entender o conocer la idea de alguna cosa. En la construcción de conocimiento intervienen las creencias y los juicios de valor de las personas, que son propios de cada quien según sus características individuales y sociales. Cuando el ser humano nace se encuentra con un cúmulo de saberes acerca del mundo, del yo de la sociedad y de las posibles causas de la realidad que pone a su disposición la cultura y el sistema educativo. Por ejemplo: los niños y los jóvenes se enfrentan a un cúmulo de saberes en el sistema educativo, lo que en ocasiones los llena de confusión y angustia. El cúmulo de conocimientos que encontramos en el mundo y en la cultura está organizado por DISCIPLINAS. Cada una de las disciplinas es el resultado de la BÚSQUEDA y la INVESTIGACIÓN realizadas a lo largo del tiempo, lo cual se traduce en PROPOSICIONES y ENSAYOS. La totalidad estas proposiciones y ensayos sobre un mismo objeto es lo que se le conoce como una DISCIPLINA, un CAMPO DEL SABER O UNA CIENCIA. El ordenamiento de los saberes dentro de una disciplina responden a: -Razones prácticas, pedagógicas y cronológicas. En las ciencias naturales no se toma en cuenta que el objeto del conocimiento sea el mismo, sino el método para estudiarlo, el cual tiene tres características: 1. Está circunscrito a la experiencia (denominado hechos). 2. Se utiliza el mismo método. 3. Aceptan como verdaderos solo aquellos resultados confirmados por la experiencia. El fenómeno científico evoca connotaciones del siguiente tipo: 1. Objetivo 2. Probado cualquier disciplina que aspire a tener un 3. Con validez universal reconocimiento de la 4. Capaz de predecir acontecimientos futuros. Sociedad, debe tener esto. Se puede afirmar que lo científico puede agruparse en torno a dos aspectos: 1- La ciencia brinda la posibilidad de alcanzar el conocimiento científico: proporciona herramientas para lograr un conocimiento válido y libre de subjetividad. Las afirmaciones científicas no deben ser aceptadas por quien las hace, sino deben ser válidas en sí mismas. 2- La ciencia da la posibilidad de predecir los acontecimientos futuros: permite conocer el futuro de manera precisa y fiable, eliminando la incertidumbre. Por tanto, el conocimiento científico se define como: Un saber fáctico, o sea, que se basa en hechos. Es fruto de un proceso de análisis y reflexión sobre el fenómeno estudiado Es especializado y utiliza un lenguaje claro y preciso cuando se comunica. Puede ser verificado mediante el análisis del proceso metódico mediante el que se ha obtenido, pues, se supone que se rige según principios establecidos, criterios de rigor y de exigencia científicos. Durante el proceso de construcción se vela por el cumplimiento legal, pues se respeta la naturaleza del objeto de estudio y el contexto que lo rodea sin interrumpir su adecuado desarrollo. Es explicativo, pues busca dar explicación a los fenómenos o hechos observables que dan lugar en el medio. Busca predecir acontecimientos futuros de los objetos que estudia. No es cerrado ni hermético, ya que nuevos descubrimientos pueden sustituir a los previos, lo que contribuye con la expansión y con el crecimiento, a fin de tener utilidad para futuros descubrimientos en el ámbito científico y cotidiano. CARACTERÍSTICAS DEL CONOCIMIENTO CIENTÍFICO: -Fáctico -Trasciende los hechos -Analítico -Especializado -Claro y preciso Metódico -Sistemático -General - Legal -Explicativo -Predictivo - Comunicable -Verificable -Abierto -Útil - -Progresivo IMPORTANCIA O IMPLICACIONES DEL ESTUDIO DE LAS CIENCIAS NATURALES: En la actualidad, la ciencia y la tecnología tienen un papel fundamental en la vida cotidiana de las personas. Por tanto, la población necesita tener las capacidades y las competencias para comprender la realidad contemporánea, su complejidad y su globalidad, de manera que se adquieran habilidades para desenvolver a plenitud en la vida cotidiana y para relacionarse con su entorno y en sus ámbitos profesionales y laborales. Las ciencias de la naturaleza se han involucrado en la vida social, a fin de comprender mejor la cultura contemporánea y los efectos que tienen la ciencia y la tecnología en la cotidianeidad. Entonces, es necesario que los niños y los adolescentes tomen conciencia de la importancia y del impacto que tienen las ciencias en su vida cotidiana. Por tanto, la enseñanza de las ciencias tiene un valor fundamental en la formación de los niños y jóvenes. Para lograrlo es necesario que la enseñanza de las ciencias naturales estimule los siguientes aspectos: La curiosidad frente a un fenómeno o un problema. El interés por lo relacionado con el medio ambiente y su conservación. El espirito de iniciativa y de tenacidad. La confianza en sí mismos. La necesidad de cuidar su propio cuerpo. La habilidad de criticidad, que evite una actitud pasiva frente a “verdades incuestionables”. El rigor metodológico. La flexibilidad intelectual, el trabajo en equipo. La habilidad para manejar el cambio y para afrontar problemáticas. La habilidad para respetar las opiniones ajenas, al ejecutar argumentos en la discusión de ideas y la adopción de posturas justificadas en un ambiente tolerante y democrático. LA ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS NATURALES EN EL PERIODO INICIAL ¿Por qué se deben enseñar las ciencias naturales en los niveles iniciales de la educación de los niños? Dos razones fundamentales: 1- Tienen una gran importancia formativa: los niños, desde muy temprana edad, se encuentran en contacto con el mundo físico y natural que los rodea. La enseñanza de las ciencias naturales están relacionadas con la vida diaria del alumno. Por tanto, favorece: La comprensión del mundo físico natural que rodea a los niños. El desarrollo paulatino de ideas más válidas, las cuales servirán como base para nuevos aprendizajes. Esto implica, el desarrollo de destrezas y habilidades relacionadas. El desarrollo intelectual y capacidades y destrezas científicas. El desarrollo de actitudes positivas y de interés al aprendizaje de las ciencias. 2- Las ciencias y sus aplicaciones tienen un gran impacto en la sociedad: los niños están en constante contacto con aplicaciones tecnológicas de las ciencias y escuchan hablar, en los medios de comunicación. Por esta razón, la labor como docentes de ciencias naturales implica promover: La adquisición de los conocimientos necesarios para desenvolverse en el mundo actual y actuar en él de forma crítica y razonada. La valoración de diferentes fuentes de información y de actitudes al respecto. El desarrollo de capacidades de análisis y actitudes y comportamientos conservacionistas. DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS NATURALES La didáctica de las ciencias naturales es resultado de diversas investigaciones que han concluido que existe un grupo de conocimientos organizados, algunos provenientes de otras ciencias, que permiten a los docentes comprender y explicar algunos de los problemas que se dan en el proceso de enseñanza y aprendizaje de las ciencias. Al identificar los problemas, este grupo de conocimientos permite establecer objetivos de aprendizaje relacionados con el proceso de enseñanza y aprendizaje de las ciencias. La didáctica de las ciencias es el “cuerpo de conocimientos generados en torno a la investigación sobre los problemas que se plantean en el proceso de enseñanza aprendizaje de las ciencias (Brincones). Por tanto, el docente de ciencias debe tomar en cuenta conocimientos de ciencias de la naturaleza, psicología y pedagogía e integrarlos. Así entonces, la didáctica de las ciencias es esa disciplina encargada de relacionarlos, con el fin de dar respuestas a problemas concretos, que se resumen en: qué, cómo y cuándo enseñar. Esquema de cómo se encuentra relacionadas las ciencias naturales con las áreas del conocimiento: Enseñanza de las ciencias de la naturaleza Requiere tener en cuenta: Psicología (características de los alumnos) Ciencias de la naturaleza (¿qué son? ¿qué estudian?) Pedagogía (¿cómo intervenir en el aula?) Didáctica de las ciencias: Dificultades de aprendizaje ¿Qué ciencias enseñar? ¿Cómo enseñar y evaluar? La ciencia no es neutra, así los estudiantes comprenderán que la ciencia está en continuo proceso de construcción y que se genera en la medida en que los procesos científicos tratan de dar respuesta a los problemas que se plantea la humanidad a lo largo del tiempo. Es responsabilidad de los profesores transformar los conocimientos puramente científicos en escolares, o sea, capaces de ser enseñados y aprendidos por los alumnos. Entran en juego las características de los contenidos, el modelo enseñanza aprendizaje usado por el profesor y las características de los alumnos… Diferencias entre Ciencia escolar y Ciencia de los científicos Ciencia de los científicos Resuelve nuevos problema y construye nuevos Ciencia escolar Reconstruye lo que ya es conocido. conocimientos. Es especializada Utiliza diferentes ámbitos y campos para hacer posible el conocimiento. Es un proceso largo y complejo. Los estudiantes incorporan la ciencia en un tiempo corto. La comunidad científica acepta poco a poco la Los estudiantes reestructuran la ciencia en un proceso cognitivo, sustitución de teorías cuando se logra un personal, que se facilita por las propuestas curriculares de los docentes. consenso. Aportes del modelo CTS a la didáctica de las ciencias naturales: El modelo ciencia, tecnología y sociedad (CTS) se inició a finales de la Segunda Guerra Mundial, producto de un acercamiento crítico a la ciencia, a la tecnología y a sus consecuencias sociales. La preocupación al respecto fue creciendo a medida que aumentaron los problemas ambientales y sociales, asociados con los avances científicos y tecnológicos. En el ámbito educativo comienza a señalarse la necesidad de inducir en los currículos, contenidos científicos escolares que pongan en evidencia las estrechas relaciones entre ciencia, tecnología y sociedad. Aspectos relacionados con las interacciones entre CTS: conectar lo analizado en clase con la realidad, estudiar las ventajas e inconvenientes del desarrollo tecnológico en el medio y relacionar la ciencia con los problemas de la cotidianidad. Las dificultades que se dan en el aprendizaje de las ciencias y el desinterés de los estudiantes por los estudios científicos han permitido el surgimiento de un modelo de investigación en la enseñanza de las ciencias, llamado ciencia, tecnología y sociedad (CTS), a fin de motivar a los discentes y a facilitar su capacidad de comprensión. El problema de investigación CTS promueve que los problemas científicos que están presentes en el aula se relaciones con las necesidades sociales y con la realidad inmediata del alumno y con los avances técnicos. Es necesario promover la evaluación y el control social de la actividad tecnocientífica: todo el conocimiento científico debe analizarse por la sociedad, para estudiar las ventajas e inconvenientes del desarrollo tecnológico en el medio ambiente, en los recursos científicos, en los problemas de la naturaleza y la vida cotidiana, para saber así, qué problemas se resuelven o se generan. Propósito de la enseñanza de las ciencias en niveles iniciales: El objetivo que debe tener un docente es “formar personas responsables, reflexivas, conscientes, críticas, comprometidas, capaces de participar activa y creativamente en el seno de su comunidad”. Propósitos de la enseñanza de las ciencias en el nivel inicial: 1. Invitar a los niños a ver el mundo de diferentes formas. Dar oportunidades para explorar y pensar el mundo con herramientas de la ciencia. 2. Propiciar el conocimiento de realidades cercanas a la cotidianidad y también de otras realidades lejanas. 3. Desarrollar habilidades cognitivas relacionadas con el lenguaje: promover situaciones que incentiven la comunicación oral y el usar lenguaje científico 4. Facilitar la adquisición de estrategias para la resolución de problemas: promover la formulación de preguntas, buscar información a partir de diferentes fuentes, elaborar hipótesis, ejecutar actividades o experimentos para verificar la hipótesis, recoger datos, analizar la información y comunicar las conclusiones. 5. Propiciar el intercambio de puntos de vista sobre sucesos del entorno que llamen la atención de los estudiantes. 6. Promover actitudes relacionadas con el cuidado del propio cuerpo, de los seres vivos y del ambiente. 7. Introducir a los niños en el valor funcional de la ciencia: cómo esta sirve para explicar fenómenos naturales cotidianos. 8. Iniciar la construcción de esquemas conceptuales: comprender de mejor manera los elementos y fenómenos del entorno. Invitar a los docentes de ciencias a: -Profundizar la huella que desde el nivel inicial imprime en la vida de sus alumnos. -Transitar un comienzo de reflexión sobre su propia práctica. -Plantear incertidumbres que actúan como estímulos para la búsqueda de soluciones. Construir una actualizada concepción de las ciencias, contribuyendo a su relación con la tecnología y la sociedad. Se adopta un concepto de ciencia moderna/integral que establece que la ciencia está presente en nuestra vida cotidiana y forma parte importante de la cultura. Conocimiento integral Desde la perspectiva económica, social y cultural no es posible separar los conocimientos en áreas, sino que las personas deben concebir el área del saber de forma integral y relacionada. De esta manera, los estudiantes que se formen con esta visión tendrán capacidad de desenvolverse en diversos campos profesionales y así, mejorar su vida y la de la comunidad en la que viven. Es necesario la organización y la transmisión del conocimiento de forma holística y sistemática, para facilitar la comprensión del mundo. El conocimiento integral, hace énfasis en el carácter multidimensional del ser humano (biológico, psicológico, social, afectivo, y racional), y de la sociedad en la que interactúan diferentes dimensiones como la social, la económica, la política, la antropológica y la religiosa. Todas estas dimensiones se encuentran en una realidad diversa, cambiante y sobre todo, compleja. El enfoque integrador, también llamado globalizador, se asocia con el sincretismo, es decir, con la forma natural de percibir las cosas de una forma global. Esto se relaciona con lo educativo pues es necesario orientar los procesos de aprendizaje a comprender profundamente la realidad mediante la observación, la asociación, la comparación, el análisis y el pensamiento reflexivo. Ventajas de concebir el conocimiento integrador o globalizado: - La apertura al aprender a aprender. - La capacidad de discriminar los conocimientos más relevantes. - El desarrollo de la capacidad de aprendizaje de los niños mediante la cooperación. - La superación del modelo memorístico. - El enfoque en la evaluación de procesos y no de resultados. El contraste de diferentes puntos de vista facilita la comprensión de diferentes contenidos escolares y de la realidad. La integración del conocimiento es un concepto genérico, a veces considerado demasiado amplio y confuso, que conlleva a diferentes grados de integración: - Multidisciplinaridad: grado inferior. - Interdisciplinaridad: grado intermedio, es la interacción entre dos o más disciplinas. - Transdisciplinaridad: grado superior de integración en la que no hay una disciplina predominante, sino que se da el pensamiento complejo. Conversación cultural: El conocimiento es una conversación con la cultura y con la vida que enriquece a las personas en construcción, en el sentido de que los estudiantes deben a aprender a aprender y a ligar los contenidos con la realidad y el entorno. Así, el conocimiento integral pretende abrirse a diferentes campos del saber, a nuevos modelos de relaciones para comprender las dimensiones que se presentan en la vida cotidiana. Información y conocimiento: La información se convierte en conocimiento cuando se establecen conexiones, se contextualiza, se identifican diferencias, similitudes, se organiza y se interpreta. Por tanto, los procesos de enseñanza deben orientarse a la indagación de los estudiantes de los objetos de conocimiento y no simplemente a la repetición de información. CAPÍTULO 2: FUNDAMENTOS DE AMBIENTE (ECOLOGIA) ECOSISTEMA: Como un sistema básico en la ecología, que rige la jerarquía de sistemas básicos desde el universo hasta el átomo y que toma en cuenta los organismos y el ambiente físico. AMBIENTE: En la década de los 70, el ambiente se concebía desde una perspectiva físico biológica. La ecología se enseñaba como la ciencia que estudiaba las relaciones entre los seres vivos y con el ambiente, pero enfatizaba en los elementos físicos, como el suelo, el agua, el aire, la luz solar, la precipitación y la temperatura y su relación con los seres vivos, en especial con los animales y las plantas. El ser humano, se concebía como un usuario de los recursos del entorno, dándole una visión de “dueño” de estos recursos. ECOLOGÍA: Se analizan los factores que influyen directamente en la vida de un ser vivo, como las relaciones biológicas entre las especies. Estudia los fenómenos inherentes a la radiación solar, las asociaciones vegetales y su relación con el ambiente, la evaporación, la lluvia, la vida animal en el ambiente terrestre y marino, la composición del suelo, las luchas, la reproducción y la adaptación estructural de los animales del medio ECOLOGÍSMO: Movimiento social de reacción frente a la destrucción ambiental, en contra de la destrucción de las especies y los ecosistemas, fundamentado en la relación del ser humano con el ambiente. Es una ciencia social que moviliza masas y que se fundamenta en la ecología y otras disciplinas. LA BIOSFERA Y EL AMBIENTE: La biosfera se conoce como el conjunto de seres vivos que habitan en el planeta y al espacio en el que se desarrolla la vida, incluyendo las características del espacio como el océano, la corteza terrestre, el clima, que hacen posible la vida y permiten su evolución y continuidad. La importancia de la biosfera radica en que en ella se llevan a cabo los procesos fundamentales de la vida humana como la alimentación, la respiración, el transporte y la recreación, entre otros. EL AMBIENTE: Conjunto complejo de condiciones físicas, geográficas, biológicas, sociales, culturales y políticas que rodean a un individuo y determinan la naturaleza de su supervivencia. El concepto de ambiente enfatiza en un lugar y un momento histórico, lo cual implica que se toman en cuenta las costumbres y las formas de producción (aspectos sociales y culturales). La realidad está formada por estructuras constituidas por cúmulos de materia y energía, es decir, sistemas integrados a su vez por subsistemas los cuales poseen relaciones entre sí. ECOSISTEMAS Y AMBIENTE BIOTA O COMUNIDAD BIÓTICA: Agrupamiento de plantas, animales, insectos, microorganismos que se encuentran en bosques, pastizales, charcos, arrecifes de coral. Abarca todos los seres vivos, desde los más pequeños hasta los más grandes. FACTORES ABIÓTICOS: Se conforman por lo elementos químicos o físicos inertes como el agua, la humedad, la temperatura, la salinidad y la clase de suelo. Determinan la comunidad biótica que está presente en un área, ya que la sostienen o la limitan. ESPECIES: Son las diferentes clases de vegetales, animales y microorganismos. Cada especie incluye organismos con apariencia muy similar y q se diferencian de otras especies. Las semejanzas físicas y externas entre los miembros de una especia, representan una relación genética. POBLACIÓN: Cuando en una comunidad se clasifican las diferentes especies, cada una está representada por cierta población, o sea, por un número de individuos que componen el grupo de apareamiento y reproducción. LA POBLACIÓN SE REFIERE A LOS INDIVIDUOS QUE VIVEN EN UN ÁREA DETERMINADA Y LA ESPECIE SE REFIERE A TODOS LOS MIEMBROS DE SU CLASE, AUNQUE SE ENCUENTREN EN POBLACIONES DIFERENTES, EN ÁREAS SEPARADAS. ECOSISTEMA: Se compone de la comunidad biótica y las condiciones abióticas en las que viven sus elementos. Incluye las formas en q las poblaciones se relacionan entre sí y con el ambiente abiótico para reproducirse. Es el grupo de las poblaciones de plantas, animales y microorganismos relacionados entre ellos y con el medio que los rodea, de forma que puedan reproducirse. COMUNIDAD: Es el conjunto de poblaciones de organismos vivientes en un determinado lugar. BIOTOPO: Es el lugar físico en cual habitan. BIOTOPO+COMUNIDAD= ECOSISTEMA. Los ecosistemas se superponen de forma gradual en una región de transición conocida como ecotono, que comparten muchas de las especies y características de los ecosistemas. Las poblaciones de las diferentes especies cambian de acuerdo con el ambiente. En el ambiente, la realidad es un complejo sistema de aspectos naturales y físicos que interactúan entre sí, y que, están condicionados por otros elementos sociales y económicos. Los ecosistemas similares o con relaciones entre sí se agrupan en clasificaciones mayores llamadas biomas, por ejemplo los bosques tropicales y los desiertos. Los biomas son más extensos y complejos que los ecosistemas y son una comunidad biótica sostenida y limitada por los factores abióticos. Biomasa: es la cantidad de la materia orgánica presente en un determinado lugar de la tierra, en un momento y en un área específico. Incluye a todos los organismos que están presentes en la superficie terrestre y en el espacio subterráneo. Se expresa en gramos de peso por metro cuadrado. Productividad primaria neta: es la cantidad de materia orgánica que produce una planta después de cierto tiempo de crecimiento. Es la tasa de energía capturada de energía solar en energía química por medio de la fotosíntesis, que produce la materia orgánica. BIOSFERA: Enorme ecosistema en el que se incluyen las especies de la tierra y sus especies. Los ecosistemas locales son unidad de sostenibilidad, pero con sus relaciones globales, forman la biosfera, la cual implica la suma de todos los diferentes ecosistemas (terrestres, acuáticos y aéreos). La biosfera abarca: La superficie de los continentes. Los océanos en toda su extensión y profundidad. Las grutas y demás cavidades de la tierra. La atmosfera que llega hasta 10 000 metros sobre el nivel del mar y puede abarcar esporas, bacterias y virus. La BIOSFERA representa a la tierra como un conjunto y un gran ECOSISTEMA. ESTRUCTURA DE LOS ECOSISTEMAS La comunidad biótica y los factores abióticos. ESTRUCTURA BIÓTICA: Los ecosistemas tienen una estructura biótica similar que se basa en las relaciones de alimentación. Presenta las mismas tres categorías básicas de microorganismos: - PRODUCTORES: Son principalmente plantas verdes, las cuales utilizan la energía luminosa del sol para convertir el agua y el dióxido de carbono en glucosa y para liberar oxigeno, proceso denominado fotosíntesis. Los vegetales elaboran a partir de la glucosa obtenida por la fotosíntesis y minerales cm el nitrato, el fosfato y el potasio que se absorben por el suelo, moléculas complejas, como proteínas y carbohidratos. La CLOROFILA es el pigmento verde que se utiliza para absorber la energía luminosa para que se efectúe la fotosíntesis, por tanto las plantas que la llevan a cabo se distinguen por su tono verde. El término ORGÁNICO se refiere a los materiales que forman los organismos: proteína, grasas, carbohidratos y ácidos nucleicos. Se refiere a los productos de los seres vivos como las hojas muertas, azúcar, madera y cuero. El término INORGÁNICO se refiere a los materiales y químicos del aire, agua, rocas y minerales que no participan de la actividad de los organismos vivos. La diferencia es que los primeros están formados en buena parte por átomos de carbono e hidrógeno, estructura que no aparece en los materiales inorgánicos. Los organismos de la biosfera pueden dividirse en dos categorías: Los ORGANISMOS AUTÓTROFOS: Son aquellos que tienen la capacidad de elaborar su propia materia orgánica a partir de los compuestos orgánicos del medio, usando una fuente externa de energía. Las PLANTAS VERDES son los organismos autótrofos más importantes y las BACTERIAS. Los ORGANISMOS HETERÓTROFOS: Deben consumir la materia orgánica para conseguir energía y nutrientes. Se dividen en 2 categorías principales. - Los CONSUMIDORES - LOS SAPRÓFITOS O DESCOMPONEDORES. - CONSUMIDORES: Son aquellos que se alimentan de presas vivas, comprende una gran variedad de organismos: desde bacterias microscópicas hasta las ballenas azules e incluyen grupos diferentes cm los protozoarios, los gusanos, los peces, los moluscos, los insectos, los reptiles, las aves, los anfibios y los mamíferos (aquí se incluye el ser humano). Los consumidores se clasifican en diferentes grupos, según sea su fuente de alimento. LOS CONSUMIDORES PRIMARIOS O HERBÍVOROS: Son aquellos q se alimentan de productores. Por ejemplo, los ácaros y los elefantes q se alimentan de plantas. LOS CONSUMIDORES SECUNDARIOS: Son aquellos animales que se alimentan de consumidores primarios. Por ejemplo, un venado se alimenta de plantas y por tanto, es un consumidor primario. Pero un león, que se alimenta de los venados, es un consumidor secundario. Un animal puede encontrarse en más de una categoría: el ser humano cuando consume vegetales es un consumidor primario, pero en el momento en q come carne de res, es un consumidor secundario. Los consumidores secundarios se denominan: - Carnívoros: aquellos q se alimentan de animales. - Omnívoros: aquellos que se alimentan de animales y plantas. DEPREDADOR: Animal que ataca, mata y se come a otro, que tiene el nombre de PRESA. La relación sostenida entre ellos se conoce como relación de DEPREDADOR-PRESA. Otro grupo importante de consumidores son los PARÁSITOS: Son organismos vegetales o animales, que se vincula de forma fuerte a su presa y se alimentan de ella por un largo tiempo, sin matarla. En ocasiones debilitan a su presa y la vuelven propensa a que la maten otros depredadores. Por ejemplo: algunas lombrices son parásitos de animales, en este caso, el animal en el q habita la lombriz se llama HUÉSPED. Aquí existe una relación de HUÉSPED-PARÁSITO. SAPROFITOS Y DESCOMPONEDORES DE DETRITOS DETRITOS: Como la materiales vegetales muertos, cm hojas, ramas. Troncos caídos, hierba seca y los desechos fecales de animales y en ocasiones, sus cadáveres. Muchos organismos se han especializado en alimentarse de los detritos y se les da el nombre de saprofitos o detritos. Por ejemplo: las lombrices de tierra, los cangrejos de río, las termitas, las hormigas y los escarabajos. En este grupo se identifican: - SAPROFITOS PRIMARIOS: q se alimentan directamente de detritos. - SAPROFITOS SECUNDARIOS: q se alimentan de los primarios. Un grupo importante que se encuentra en los devoradores primarios de detritos es el de DESCOMPONEDORES DE DETRITOS, o sea, hongos y bacterias de putrefacción. Muchos de los detritos del ecosistema, por ejemplo, hojas secas y madera, no se consumen, sino que simplemente se pudren. Este proceso de PUTREFACCIÓN es producto de la acción metabólica de hongos y bacterias que secretan enzimas digestivas que descomponen los materiales en sustancias, por ejemplo, azúcares simples, q se absorben como nutrientes. ASOCIACIONES ALIMENTARIAS: CADENAS Y REDES O TRAMAS ALIMENTARIAS Y NIVELES TRÓFICOS CADENA ALIMENTARIA: Cuando en un ecosistema es posible identificar diferentes secuencias en las q un organismo es comido por otro y este, a su vez, por otro más. Estas cadenas no son aisladas ni lineales. En consecuencia, todas las cadenas están entretejidas y forman una red o una trama de relaciones de alimentación, esto se llama TRAMA O RED ALIMENTARIA para definir las complejas mallas de cadenas alimentarias entrelazadas. Todas las cadenas avanzan por una serie de niveles, de los productores a los consumidores primarios, secundarios y así, sucesivamente. A cada uno de estos pasos se les llama NIVEL TRÓFICO. Todos los productores pertenecen al primer nivel trófico, todos los herbívoros están en el segundo nivel trófico y los que se alimentan de estos, están en el tercer nivel. RELACIONES DE ENERGÍA EN UN ECOSISTEMA En la cadena alimentaria se da una trayectoria de energía en forma de materiales alimenticios a través del ecosistema. La cadena alimentaria está formada por diferentes niveles y cada uno de ellos es la base del nivel superior. El paso de energía de un nivel a otro tiene forma piramidal, el % de energía suministrada disminuye, los consumidores de cada nivel obtienen menos cantidad de energía capturada por el productor. Consumidores terciarios Consumidores secundarios Consumidores primarios Productores primarios RELACIONES NO ALIMENTARIAS: ASOCIACIONES DE SUSTENTO MUTUO: MUTUALISMO: Asociaciones q favorecen a ambas partes. Ejemplo: asociación entre flores e insectos: los insectos toman el néctar de las flores y de paso, son polinizadas. SIMBIOSIS: Al hecho de vivir juntos y la definición no incluye beneficio alguno, por tanto, las relaciones simbióticas comprenden a las relaciones parasitarias y a las mutualistas. ASOCIACIONES DE COMPETENCIA: Ocurren porque cada especie tiende a especializarse y adaptarse a su propio hábitat o nicho. EL HÁBITAD: Clase de lugar (comunidad vegetal y el entorno físico) al que la especie está adaptada biológicamente para vivir. PRICIPALES CAMBIOS ATMOSFÉRICOS Tres fenómenos relacionados con los cambios atmosféricos: 1- La deposición o lluvia ácida. 2- El calentamiento global. 3- Deterioro de la capa de ozono. En Costa Rica la contaminación del aire ha crecido debido a: - El uso de fósiles - La producción de cemento - El uso de combustibles - El cambio en el uso de la tierra. Deposición o lluvia ácida: se refiere a lluvia, niebla o nieve con mayor acidez q en condiciones normales. También hay partículas secas en la atmósfera, por lo que a la combinación de esta deposición y las partículas se les llama precipitación ácida. La acidez se relaciona con el pH de las sustancias (concentración de iones de hidrógeno, átomos de hidrógeno cargados eléctricamente). También tienen otra propiedad denominada pOH q se refiere a la presencia de iones de hidróxido Cuando hay ausencia de contaminación la lluvia es ligeramente ácida, pues tiene un pH de 5.6. La precipitación ácida se define químicamente como cualquier precipitación que tenga un pH de 5.5 o menos. FUENTES DE LA DEPOSICIÓN ÁCIDA: Las fuentes naturales contribuyen con cantidades importantes de contaminantes como azufre y óxidos de nitrógeno a través de fenómenos como los volcanes, la espuma del mar, los procesos microbianos, de los relámpagos y la quema de biomasa. EFECTOS DE LA DEPOSICIÓN ÁCIDA: Ha sido un problema que ha existido por más de un siglo en los centros industriales. Se aumentó la acidez de los mares y los lagos y también de las precipitaciones. Desde ese momento se inició con el estudio de los daños ecológicos producidos por la deposición ácida. Efectos en los ecosistemas acuáticos El pH del ambiente afecta el funcionamiento de las enzimas, las hormonas y otras proteínas de los organismos que lo habitan. Los seres vivos regulan su pH interno, pero si el pH del ambiente cambia abruptamente, la capacidad regulatoria propia se ve afectada. Efectos del bosque: se produce debido principalmente a reacciones químicas con el suelo: en un inicio, la precipitación añade nitrógeno y azufre que estimula el crecimiento de los arboles; luego, estas sustancias arrastran por lixiviación los neutralizantes, generalmente sales de calcio y magnesio. EFECTOS EN LOS SERES HUMANOS Y EN SUS OBRAS El ser humano y los ecosistemas se ven dañados. Pero de los efectos más visibles están el deterioro de piezas de adorno hechas con piedra caliza y mármol, materiales que son utilizados en monumentos y fachadas de edificios, este deterioro se da por la reacción entre los ácidos de la deposición acida y las piedras produciendo una erosión, lo que resulta en daños y deterioro. CALENTAMIENTO GLOBAL O DEL PLANETA White (93), “Si la tierra viniera con un instructivo, el capítulo sobre el clima empezaría con una advertencia de que el sistema fue ajustado de fábrica para mayor comodidad y que no hay que tocar los botones”, White afirma que tocamos esos botones cuando se liberan gases de invernadero en la atmosfera y se pone el planeta en peligro. Un invernadero es aquel que es más cálido en su interior, de modo que se protegen las plantas que crecen ahí. El dióxido de carbono, el vapor del agua y algunos otros gases se conocen como gases de invernadero. La energía luminosa pasa por la atmosfera, se absorbe por la Tierra y se convierte en calor. Esta energía calórica infrarroja, por radiación se devuelve a la atmosfera y el espacio, los gases de invernadero que se encuentran en la atmosfera de forma natural, tienen la capacidad de absorber por radiación y devolverla a la superficie. Los gases de invernadero actúan como un protector que retrasa la radiación infrarroja escape al espacio; sin esa capa las temperaturas serían de un promedio de 33°C y la vida no sería posible como la conocemos. El Clima mundial depende de los gases invernadero y de su concentración. Dos de los grandes cambios climáticos en la tierra son; la glaciación y los calentamientos interglaciares. Los factores de enfriamiento también afectan la atmosfera terrestre. Ejm: las nubes, 50% de la superficie terrestre y reflejan al espacio aproximadamente el 21% de la radiación solar. Al fenómeno de la reflexión de la luz del sol por las nubes se le conoce como albedo que contribuye al enfriamiento general y previene el calentamiento. Pero los contaminantes del suelo cancelan el calentamiento de los gases de invernadero. El dióxido de azufre de fuentes industriales va a la atmósfera y reacciona con los compuestos ahí presentes para formar una especie de niebla de sulfatos que refleja y dispersa un poco la luz solar y forma albedos y el aumento en las temperaturas atmosféricas. Los gases contaminantes más los gases naturales de invernadero conducen al calentamiento del planeta. Otros gases de invernadero Además del dióxido de carbono, existen otros gases que absorben la radiación infrarroja y se suman al efecto del dióxido de carbono, conduciendo al calentamiento global. Vapor del agua: tiene la capacidad de absorber la energía infrarroja, su concentración varía según sean la evaporación y las precipitaciones. Metano (NH4): gas que se forma en el proceso digestivo de los rumiantes, minas de carbón, tuberías de gas y en los pozos petroleros. Su concentración se dio desde la revolución industrial y el efecto su concentración en los glaciares. Óxido Nitroso (N2O): sus fuentes son la quema de biomasa y quemas y en menor cantidad de los combustibles fósiles, queda estancado en la atmosfera, contribuye al calentamiento global y destruye el ozono. Halocarburos: su origen es antropogénico y sus concentraciones aumentan más que los gases invernadero, influyen en el calentamiento g y en la destrucción de la capa de ozono. Se utilizan como: refrigerantes y solventes y retardadores de fuego. Efectos del Calentamiento Global: El aumento de las temperaturas mundiales se da por: los cambios climáticos regionales y un ascenso en el nivel del mar. Afectará a las lluvias y la agricultura. El cambio climático aumentará las temperaturas de los polos y las zonas ecuatoriales por lo que se verá afectada la circulación atmosférica y la distribución de las lluvias, habrá cambios en la circulación oceánica, afectando las corrientes marinas y las temperaturas de los continentes. Afectará más las zonas polares derritiendo hielos y aumentando el nivel del mar por lo que la zona Antártica será la más afectada. Deterioro de la capa de Ozono La luz visible del sol emite radiación ultravioleta (UV) no captada por el ojo humano, la radiación UV al entrar en contacto con la piel destruye proteínas y el ADN exterior de los seres vivos. La radiación UV es la causante de quemaduras y de cáncer cutáneo, destruye siembras y otras formas de vida. Estos efectos son atenuados por la capa de ozono que se encuentra en la atmosfera, que absorbe toda esa radiación. El ozono es la molécula de oxigeno con formula O3. Formación y Descomposición de la capa de Ozono Se forma a partir de la acción de la radiación UV y las moléculas del oxígeno. La cantidad de O 3 en la atmósfera es dinámica y cambia de acuerdo a su formación y destrucción. La presencia de otras sustancias químicas en la atmosfera trastornan el equilibrio del ozono y favorecen reacciones insoportables. Entre ellas están los halógenos como los clorofluorocarbonos (CFC) usados en: Refrigeradores, acondicionadores de aire y en bombas térmicas. Fabricación de espumas plásticas. En la industria de la computación cuando se limpian computadoras. Se utiliza como presurizador en latas de aerosoles. En todos estos casos se libera CFC a la atmosfera, los cuales afectan la capa de ozono y favorecen la aparición del agujero de ozono (adelgazamiento de la capa de ozono descubierto en 1985 por científicos en la Antártida). CAPITULO 3: FISICA Aportes de científicos de costarricenses en el ámbito nacional e internacional Jorge Marino Protti Quesada Geólogo, sismólogo, científico de la Tierra y geofísico. Director del Observatorio Vulcanológico y Sismológico de Costa Rica (OVSICORI). Investigación para medir las velocidades de las placas tectónicas del Coco, Caribe, Nazca y del bloque de Panamá Álvaro Chavarría Doctor en astrofísica. Experimento Borexino (Gran Laboratorio Nacional Sasso de Italia). Por qué que el Sol tiene ese brillo. Núcleo: reacciones de fusión nuclear Jeannette Benavides Gamboa Doctora en Fisicoquímica. Fue directora de investigación del centro espacial Goddard de la NASA. Investigaciones en nanotecnología y biosensores. Materiales que protejan contra las radiaciones a las que se exponen los astronautas. Comportamiento de la vida en condiciones extremas y en otros planetas. Miembro del Consejo Asesor Científico Internacional del Centro Nacional de Alta Tecnología CENAT y del Laboratorio de Nanotecnología, Microsensores y Materiales Avanzados (LANOTEC). Sandra Cauffman: Ingeniera eléctrica. Monitoreo de la Tierra a través de satélites (NASA). Subdirectora de la División de Ciencias Terrestres de la NASA. Estuvo a cargo del envío de la sonda MAVEN al planeta Marte. REPASO DE TEMAS CLAVE RAMAS Mecánica clásica Relatividad Magnitud física Símbolo de la magnitud Rapidez Energía Densidad Electromagnetismo Unidad Definición Distancia recorrida de un cuerpo por unidad de tiempo. Su fórmula es v = d/t Metro por segundo m/s E Julio J ρ Kilogramo por metro cúbico kg/m Newton F Volumen V N Metro cúbico Mecánica cuántica Símbolo de la unidad v Fuerza Termodinámica m3 Capacidad de realizar un trabajo. J=Nxm 3 La cantidad de sustancia por unidad de volumen. Es el cociente de la masa entre el volumen (ρ = m/V) Agente capaz de modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo o su forma. Lugar que ocupa un cuerpo en el espacio. Magnitud física Símbolo de la magnitud Unidad Símbolo de la unidad Longitud L metro m Distancia entre dos puntos. Se definió en función a la velocidad de la luz. kg Cantidad de materia que tiene un cuerpo. Se define de acuerdo con la masa de un cilindro patrón, que pesa 1 kg y que se encuentra custodiado en Francia. s Periodo de duración en el que se desarrolla un acontecimiento. También, se define como el lapso transcurrido entre dos eventos. Se define en función de las características de los átomos. Masa Tiempo Intensidad de corriente eléctrica Temperatura M T I T kilogramo segundo amperio kelvin A Definición Flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material. Se define a partir del campo eléctrico. K Medida del grado de calor de un cuerpo, es decir, del movimiento de sus partículas. Se define a partir de la temperatura termodinámica del punto triple del agua. Cantidad de sustancia N mol mol Cantidad de entidades elementales, ya sea átomos, moléculas, iones, electrones moléculas, iones u otras partículas, presentes en una sustancia. Se define con base en la masa del carbono. Intensidad luminosa J candela cd Cantidad de flujo luminoso que irradia una fuente por unidad de ángulo sólido. 10n Prefijo Símbolo Significado 109 giga G Mil millones de veces Equivalencia 1 000 000 000 106 mega M Un millón de veces 1 000 000 103 kilo k Mil veces 1 000 102 hecto h Cien veces 100 101 deca da Diez veces 10 deci d Décima parte 0,1 10−2 centi c Centésima parte 0,01 10−3 mili m Milésima parte 0,001 10−6 micro µ Millonésima parte 10−9 nano n Mil millonésima parte 10−1 0,000001 0,000000001 MATERIA Y ENERGIA. Concepto y características de materia. Griegos Aristóteles Finales del siglo XVIII • La materia podría dividirse infinitamente. • Concepto de átomo. • Cuatro elementos (tierra, aire, • Agua estaba compuesta de agua y fuego). • 2000 años Finales del siglo XX Para 1905 •Materia compuesta de (Albert Einstein ) átomos. •Átomo tiene un núcleo rodeado por electrones. • Establece una forma para medir las masas de los átomos. oxígeno e hidrógeno. • Concepto de molécula Siglo XIX (John Dalton) • Remota el concepto de átomo Materia Para 1932 Hoy en día • Núcleo está compuesto • 88átomos en la naturaleza de protones y neutrones. • Tabla periódica de los elementos. Antimateria Núcleos negativos. Antiprotones. Materia oscura Incógnita Predomina en el universo. Se puede ver. Estados de agregación de la materia. Temperatura y presión. La velocidad con la cual se mueven los átomos. La distancia entre las moléculas. Elementos Átomos DEFINICION DE ENERGIA. Concepto y características. La materia está compuesta por átomos, y esos átomos se mantienen en movimiento gracias a la energía. Lo que significa que todo a nuestro alrededor tiene energía. Transferencia de energía: calor, formas de trasmitir el calor Conducción ➢Sólidos y líquido estático. ➢De una zona de mayor a otra con inferior temperatura Isótropos Cuerpos con capacidad de conducir el calor en cualquier dirección. Por ejemplo, los líquidos. Anisótropos Cuerpos que presentan mayor capacidad de conducir el calor en el algún lado específico. Por ejemplo la fibra de vidrio y la madera. Convección Fluidos. Corrientes de convección Radiación No requiere contacto entre los cuerpos. Ondas electromagnéticas (absorbidas, reflejas y transmitidas). Fuentes de energías NO renovables: Energías no renovables Características. Nuclear Energía que actúa o se libera en las interacciones nucleares a nivel de átomos; por tanto se podría decir que esta almacenada en los átomos. Son procesos en los que se libera gran cantidad de energía. Química Energía manifestada en las reacciones químicas, ya sea la energía necesaria para que se realice una reacción química así como la energía liberada después de una reacción química. Hidráulica Es aquella que se obtiene del aprovechamiento de la energía de las corrientes de agua, saltos de agua o mareas. Además, es una energía limpia que no produce sustancias tóxicas. Fuentes de energía RENOVABLES Energías renovables Características Solar Se extrae a partir de paneles solares, a través de los cuales se aprovecha la energía que llega a la tierra mediante rayos. Dichos rayos son captados, y transformados en electricidad de corriente continua. Biomasa Su fuente primaria son los desechos tanto biológicos como naturales tales como hojas, heces de animales, frutas, entre otras. Eólica Energía obtenida a partir del viento, captada mediante grandes molinos que ponen a trabajar turbinas las cuales convierten dicha energía en energía eléctrica. Geotérmica Utiliza el calor natural que emana la corteza terrestre, y la convierte energía. Fuentes de energía renovables y NO renovables. No Renovable • Se agotan rápidamente • Son poco amigables con el ambiente Renovables • Son mas aprovechables • Tiempo de vida mas largo • Alcance de todos Diferencia de energía y trabajo TRABAJO: Producto de la fuerza por el camino que recorre su punto de aplicación y por el coseso del ángulo que forma la una con el otro. ENERGIA: Capacidad para realizar un trabajo. Clases de energía: cinética y potencial Energia potencial: Reposo Energia cinetica: Movimiento El símbolo significa “cambio”, por tanto el trabajo corresponde al cambio en la energía cinética. Ejemplo 1: en la siguiente figura se representa un tobogán por el cual se desliza una bola, cuya masa es 4 Kg, la cual parte del reposo en la posición A, y está a 20 m sobre el nivel del suelo, pasa por la posición B, a 3 m sobre el nivel del suelo, hasta llegar a la posición C, a nivel del suelo, a los 0 m. cuando se encuentra en el punto más alto posee una energía potencial de 175 J Determine la energía cinética en el punto B. Leyes de la termodinámica La termodinámica es una rama de la física encargada de estudiar la energía y sus transformaciones, pero en ciertas circunstancias que se rigen en un sistema. I Ley de la termodinámica: “La energía se conserva, no se crea ni se destruye, solo se transforma”. Cuando el calor fluye hacia o desde el sistema, el sistema gana o pierde una cantidad de energía igual a la cantidad de calor transferido. II Ley de la termodinámica: “En los procesos naturales, la energía de alta calidad tiende a transformarse en energía de menor calidad” Exergónico: La energía sale. Endergónico: La energía entra. El calor obtenido de un sistema no puede ser utilizado para realizar un trabajo se pierde energía. Electrostática y electricidad. Electrostática: Estado de reposo que tienen todos los objetos eléctricamente cargados. Que sucede cuando se frota un globo contra el cabello? Globo cargado negativamente Cabello cargado positivamente Se atraen Fuerza eléctrica Fuerza eléctrica/campo eléctrico: Ley de Coulomb Fuerza eléctrica: Relación que existe entre dos cargas, que se atraen o se repelan, de forma tal que la fuerza es directamente proporcional a las cargas e inversamente proporcionalmente a la distancia que separa las cargas. Campo eléctrico: toda la región del espacio donde una carga eléctrica se encuentra sometida a una fuerza eléctrica. Potencial eléctrico/voltaje: Energía potencial eléctrica Todo objeto es materia Mezcla de átomos. Partículas con una carga. La energía de la carga depende de su ubicación en el campo eléctrico. Diferencial de potencial eléctrico o Voltaje. Presión que se ejerce sobre los electrones, para que se muevan y así se produzca la corriente eléctrica. Potencia eléctrica es igual que el voltaje. Trabajo que tiene que efectuar un electrón al desplazarse, por unidad de carga. La unidad es el volt. Circuitos: Corriente eléctrica (I) Flujo de electrones, que van de un lado a otro, transportando por lo tanto, energía. Ampere (A). I=q/t Donde: I= Corriente eléctrica en Ampere q= carga eléctrica en Coulomb t= tiempo en segundos A partir de esa fórmula se puede relacionar el potencial eléctrico con la corriente, y así poder calcular la potencia de algún dispositivo electrónico. P= VI Clasificación de los materiales según la conducción eléctrica. Conductividad • Facilidad con que las cargas pueden moverse a través de un material. Resistividad • Resistencia que presentan los electrones a fluir a través de un material. CLASIFICACION DE LOS MATERIALES SEGÚN LA CONDUCCION ELECTRICA Tipo Conductor Dieléctricos Semiconductores Superconductores Características. Son materiales con poca resistencia y por tanto, con la más alta capacidad de conducción. Ejemplo: los elementos metálicos. Se consideran como materiales aislantes, con una alta resistencia a la conducción eléctrica, y por tanto, los que tienen la más baja conductividad. Ejemplos: plásticos, materiales cerámicos, hules y la madera. Tienen unas impurezas que limitan la conductividad. Ejemplo: son muy empleados en los dispositivos electrónicos, tales como el elemento germanio y el silicio. Su principal característica se relaciona directamente con la temperatura, de forma tal que surge en los materiales que al llegar a temperaturas denominadas temperaturas críticas, muy bajas, la resistencia que tenía el material desaparece totalmente. Se ha determinado que la resistividad del mercurio desaparece después de someterlo a temperaturas por debajo de los 4.2 Kelvin. Ejemplo: algunos óxidos metálicos y ciertas aleaciones. FISICA CUANTICA ATOMO Núcleo o Protones y neutrones Nube electrónica o Electrones: Se mueven alrededor del núcleo en niveles de energía. Schrödinger Ecuación o Calcular dónde es probable que este el electrón. Niveles, subniveles, orbitales y espines. Los electrones como toda onda pueden superponerse. Existe un lugar probable donde se puede encontrar el electrón pero no se sabe con exactitud. Por comportarse como onda, es posible que un electrón esté en dos lugares al mismo tiempo. El electrón se comporta como una partícula y como una onda.
