Sugerencias didácticas

Transcripción

1 Segundo bimestre 40 4 Estrella y Lucy viven en Tuxtla Gutiérrez, Chiapas. En su escuela organizaron una visita a la central hidroeléctrica de Chicoasén. Ahí les explicaron que el agua mueve las turbinas que generan la electricidad que usamos en nuestras casas (.58). Luego de la visita, ellas pasearon por los alrededores de la presa, miraron el agua y se preguntaron, para qué se almacena tanta agua si sólo el agua en movimiento tiene energía para mover las turbinas?, qué tipo de energía tiene el agua? Explica..59. Cuando se empuja un automóvil y éste se mueve se realiza un trabajo, pues una fuerza mueve un cuerpo cierta distancia. LA ENERGÍA Y EL MOVIMIENTO La relación que existe entre la energía y el movimiento. La razón por la que la energía se puede transformar. La forma como se vincula la energía con la fuerza y la velocidad. La energía y el movimiento Qué conceptos se relacionan con el de energía? Como vimos en el tema anterior el concepto energía se emplea con mucha frecuencia en el lenguaje cotidiano con significados diferentes al que tiene en física. Antes de definir energía desde el punto de vista de la física, debemos entender un concepto relacionado: trabajo, y no nos referimos al trabajo que implica levantarnos por las mañanas para ir a la escuela, ni al que alude a la jornada laboral. En física el trabajo lo realizan las fuerzas que actúan sobre un objeto a lo largo de cierta distancia. De hecho, el trabajo se calcula, por convención, con la fuerza resultante. Si la fuerza resultante está en la misma dirección en la que se mueve un objeto, el trabajo es igual que la fuerza por distancia recorrida. 0 trabajo.58. En las centrales hidroeléctricas el agua es la fuente de energía para mover las turbinas. En la central de Chicoasén se usa el agua del río Grijalva. W = F d fuerza distancia recorrida 7 Lee el texto y realiza lo que se indica. Si un automóvil viaja en una carretera con rapidez constante, sobre el automóvil actúa la fuerza de gravedad mientras recorre una distancia, y con dicha fuerza no se realiza ningún trabajo. Discute con tu profesora o profesor y con tus compañeros cuál es la razón de lo anterior. Busca otros ejemplos similares y anota tus conclusiones en tu cuaderno. 8 5 De acuerdo con los lineamientos del Sistema Internacional de Unidades (SI), las unidades que tienen el nombre de un científico, como el joule o el newton, se escriben con minúsculas y se abrevian en mayúsculas sin punto y sin pluralizar: J o N. La unidad en la que se mide el trabajo es la misma que para la energía y recibe el nombre de joule, se abrevia J, en honor del investigador británico James Prescott Joule (88-899), quien realizó contribuciones fundamentales para entender qué es la energía. El joule es el resultado de multiplicar la unidad en la que se miden las fuerzas, newton, por las usadas en la distancia, metro, así tenemos que: joule = newton m (J = N m). Para calcular el trabajo mecánico que se realiza cuando se aplica una fuerza a un cuerpo y este se desplaza una distancia, debemos sustituir los valores en la ecuación del trabajo (W). Por ejemplo, si quieres conocer el trabajo mecánico que se requiere para levantar una bolsa con masa de 5 kg a una altura de 0.0 m (0 cm), primero debes determinar la fuerza que hay que aplicar, que es cuando menos el peso de la bolsa. Cómo se calcula el peso (P)? Ya sabes como hacerlo. Si tienes dudas, apóyate en la información de la página 0. P = = N Con el dato del peso ya puedes calcular el trabajo mecánico: W = = = J 6.6. Cuando realizas ejercicios para brazos y pecho en el piso (lagartijas), levantas una parte de tu masa con una fuerza contra la gravedad, a lo largo de la distancia de una parte de tus brazos, por lo que se realiza un trabajo..60. Entre más masa tiene un cuerpo, más fuerza se requiere para moverlo una distancia y por tanto el trabajo realizado es mayor. Calcula en tu cuaderno el trabajo que realiza un objeto de 5 kg de masa que recorre una distancia de 0 y 0 cm. Ahora calcula el trabajo que realizan dos objetos con masa de 0 y 5 kg respectivamente y que recorren una distancia de 0 cm. El trabajo que se puede realizar es de dos tipos: El que se hace para oponerse a otra fuerza, como la de gravedad (como cuando se levanta una bolsa), o cuando obligas a que un objeto se mueva contra otra fuerza opuesta, como puede ser la de fricción (.6). La energía y el movimiento 4 NuevoMéxico

2 NuevoMéxico Subtema. La energía y el movimiento Competencia Aprendizajes esperados Conocimientos Habilidades Actitudes y valores Capacidad de aprender Manejo de información Capacidad en el manejo de las matemticas Establece relaciones entre distintos conceptos relacionados con la energía mecánica (el movimiento, la posición, la velocidad y la fuerza). Analiza las transformaciones de energía potencial y cinética en situaciones del entorno. Interpreta esquemas sobre la transformación de la energía cinética y potencial. Utiliza las expresiones algebraicas de la energía potencial y cinética para describir algunos movimientos. Resuelve ejercicios de aplicación relativos al movimiento haciendo uso de las relaciones de transformación de energía mecánica. Identifica la diferencia entre fuerza y energía mecánica. Identificar los conceptos relacionados con la energía mecánica. Describir qué es la energía mecánica, la energía cinética y la potencial. Reconocer que la energía se transforma en otros tipos. Analizar las transformaciones de la energía potencial y cinética de manera cualitativa y cuantitativa. Elaborar e interpretar esquemas de transformación de energía. Describir movimiento mediante el uso de expresiones algebraicas de energía potencial y cinética. Valorar a las matemáticas como un recurso para describir fenómenos de transformación de energía mecánica. Apreciar la forma como los conceptos físicos permiten describir la realidad. Conocimientos previos: tipos de energía, transformación de la energía, uso del concepto de energía. Soluciones Página 0 La energía permite el movimiento de un cuerpo. Porque se conserva. La energía con la fuerza a través del trabajo; con la velocidad porque la fuerza modifica el estado de reposo o de movimiento. Página Dedúcelo Porque la fuerza de gravedad se dirige hacia abajo, mientras que el movimiento se realiza perpendicular a esta fuerza. Además si la velocidad es constante, no hay fuerza que la afecte sobre la horizontal(primera ley de Newton) por lo tanto no puede haber trabajo. Cuando se carga la mochila, la fuerza de gravedad es perpendicular al desplazamiento del adolescente; un jugador de americano cuando lleva el balón tampoco realiza trabajo sobre el balón porque el peso del balón es perpendicular al desplazamiento. Dedúcelo W = (5 kg)(9.8m/s )(0.0 m) = 9.8 J W = (0 kg)(9.8m/s )(0.0 m) = 9.8 J W = (5 kg)(9.8m/s )(0.0 m) = 4.7 J W = (5 kg)(9.8m/s )(0.0 m) = 44. J Sugerencias didácticas. Invítelos a formar equipos de cuatro integrantes para calcular el trabajo que realiza cada uno al levantar una mochila de 4 kg.. Para lo anterior, es preciso que mida la masa de las mochilas y, agregando libros, complete los 4 kg. 4. Propóngales que elaboren una tabla como la que se propone, en la que deberán escribir los datos que obtengan. Alumno Fuerza Altura Trabajo (N) (m) (j) 4. Una vez que hayan realizado la actividad. sugiérales que analicen los resultados y los comparen con los de otros equipos. Invítelos a elaborar un reporte de la actividad en la que incluyan el análisis de los resultados y una conclusión. Bimestre

3 Segundo bimestre 4.6. Entre más se estire una resortera mayor es el trabajo y la energía que se le proporciona. El que se realiza para cambiar la rapidez de un objeto, por ejemplo, un auto, cuando el conductor pisa el acelerador hasta el fondo y el motor gira cada vez más rápido y por tanto las ruedas. Con base en la idea física de trabajo, ahora podemos entender la energía como la capacidad que tiene un objeto para realizar un trabajo. Esta capacidad para realizar trabajo la puede tener un sistema formado por uno o varios objetos. En otras palabras, un sistema con energía tiene la capacidad para realiza un trabajo. Por ejemplo, si tienes una resortera y la estiras con una piedra colocada en la liga, tú realizas trabajo sobre la resortera cuando le aplicas una fuerza a lo largo de la distancia que estiras la liga. Con esto, la resortera adquiere la capacidad de realizar trabajo sobre la piedra. Es decir, la resortera tiene cierta energía que le transferirá a la piedra (.6). Cuando se mueve un objeto en dirección horizontal se realiza trabajo, porque se aplican fuerzas para vencer la fricción, o la que se emplea para frenarlo. Para un cuerpo en movimiento con cierta rapidez y cierta masa, la energía cinética se define como el producto de la mitad de la masa del cuerpo multiplicada por la rapidez elevada al cuadrado. Se expresa de manera algebraica así: masa del cuerpo energía cinética 4 E C = m v rapidez a la que se mueve el cuerpo Por otro lado, como dijimos antes, el trabajo está relacionado con la energía, por lo que la energía cinética de un objeto es igual que el trabajo necesario para proporcionarle determinada rapidez desde la posición de reposo. Por tanto, si un cuerpo tiene más rapidez y más masa, su energía cinética será mayor (.64)..64. A pesar de que el camión y el automóvil llevan la misma velocidad, el primero tiene más energía cinética. Reúnete con los miembros de tu equipo, analicen las preguntas y contéstenlas en el cuaderno. Por qué cuando se desplaza un cuerpo con una gran masa por una distancia larga se realiza un trabajo que requiere mucha energía? Cómo crees que la energía se relacione con el movimiento de los cuerpos y su velocidad? Por qué el Sol y la gasolina son fuentes de energía?, qué trabajo realizan? Explica en tu cuaderno. La razón por la que un objeto en movimiento posee energía. Si es posible que una caja a la que se le aplicó un trabajo para colocarla a m de altura posea energía. Por qué cuando se pedalea una bicicleta se dice que tiene energía de movimiento. Qué es la energía mecánica y cuántos tipos hay? Como se indicó en el tema anterior, la energía mecánica está relacionada con el movimiento y la fuerza de gravedad a la que está sujeta un cuerpo, por lo que puede ser de dos tipos: cinética o potencial. La energía cinética (E C ) se debe al movimiento de un cuerpo, por ejemplo, una moneda que cae, el agua de una cascada o un automóvil que se desplaza por una carretera (.6)..6. La energía cinética del agua se aprovecha desde hace muchos años para mover turbinas o molinos. La energía y el movimiento 5 Para cada situación explica en el cuaderno dónde es mayor la energía cinética con base en su expresión algebraica. Un automóvil viaja con cierta velocidad y luego la aumenta al doble. Un trabajador de un almacén mueve cajas de 50 kg a cierta distancia y luego mueve otras con masa de 50 kg a la misma distancia. Suponemos que siempre las movió con la misma velocidad. Dos trabajadores suben cubetas con cemento que tienen la misma masa a un tercer piso, uno lo hace en la mitad del tiempo que el otro. Explica con dos ejemplos. La relación entre la fuerza y la energía cinética de un cuerpo. La forma como influye la masa de un cuerpo en la energía cinética. Compara tus ejemplos con las de las integrantes de tu grupo. La energía potencial (E P ) de un objeto depende únicamente de su posición con respecto a un nivel de referencia y se debe a la presencia de un campo de fuerzas, que puede ser gravitacional. Con base en lo anterior, decimos que un objeto en la Tierra, por el sólo hecho de encontrarse a cierta altura posee energía potencial. Por ejemplo, un libro colocado en la última repisa de un estante tiene energía potencial. La energía y el movimiento NuevoMéxico

4 NuevoMéxico Soluciones Página Piensa y explica Porque entre más distancia y dada su masa se necesita más fuerza (segunda ley de Newton) por lo tanto se realiza más trabajo. Porque la energía es la capacidad para realizar trabajo y éste se define como la fuerza por el desplazamiento, en este punto se encuentra la relación. La combustión de la gasolina produce energía térmica, el calor que se produce se introduce en una máquina térmica y permite realizar un trabajo. El Sol eleva la temperatura del agua produciendo calor y una máquina térmica lo transforma en trabajo. Porque realiza un trabajo para desplazarse. Aparentemente no. Porque para moverla se tiene que aplicar una fuerza, ocurre un desplazamiento. Página Soluciónalo Cuando aumenta: pues EC = / m (v) = 4 (/ m v ), es decir el cuádruplo del original. Por la masa de 50, ésta es mayor, ya que ½(50)v = 75 kg v > 5v Como v=d/t entonces la velocidad del que lo hace en menor tiempo es por lo tanto su energía cinética. Si una fuerza puede modificar la velocidad, entonces modifica la energía cinética. Pídales que analicen el pie de figura.64 de esta página. Información complementaria La mecánica es la rama de la física que estudia las causas del movimiento y se divide en cinemática, dinámica y estática. Sugerencias didácticas. Solicite que lean el penúltimo párrafo en el que se habla de la definición de energía y expliquen si también se puede aplicar a las máquinas que levantan o transportan otros objetos, como las grúas que se emplean en la construcción de edificios para levantar grandes cantidades de acero.. Invítelos a formar equipos de cuatro integrantes y, con anticipación, solicíteles los siguientes materiales: una tina o recipiente de plástico amplio, arena para acuario o arena tamizada o harina, una pelota de esponja, una canica y un balín, todos del mismo tamaño, una balanza, un cronómetro y un metro o cinta métrica.. Explíqueles que la actividad tiene como propósito conocer y observar que la masa, la energía potencial y la cinética son proporcionales. 4. Para ello, pídales que realicen el siguiente procedimiento: a. Coloquen la arena en el recipiente, extendida uniformemente, sin bordes y a más de cm del borde del recipiente. b. Midan la masa de la canica, la pelota de esponja y la del balín, y anótenlas en sus cuadernos. c. Marquen en una pared.5 m de altura, de la cual dejarán caer la canica, la pelota y el balín. d. Con los datos de masa y altura, pídales que calculen la energía potencial de los objetos que se deja- rán caer hacia la arena. Una vez que obtuvieron la energía potencial, pídales que dejen caer uno por uno y observen lo que sucede. e. Explíqueles que el objeto que más se hunda será aquel que tenga mayor masa y energía potencial. Sugiera que respondan: Qué sucedería si aumenta la altura? Cuál será la energía cinética con la que llegaron a la arena? Qué variables están involucradas en el cálculo de la energía cinética y la potencial? 5. Pídales que lean el tema para apoyar sus discusiones y las respuestas anteriores. 4 Bimestre

5 Segundo bimestre Los libros ubicados en la parte de arriba del librero poseen más energía potencial que los que se encuentran abajo, aunque tengan la misma masa. energía potencial aceleración de la gravedad La energía potencial es la que un cuerpo almacena y que en determinado momento puede generar movimiento (.65). Por ejemplo, el libro puede caer del librero y por tanto moverse hacia el piso. La energía potencial es aquella que un cuerpo posee por el lugar donde se encuentra, y que en determinado momento este puede desarrollar para moverse. También la energía química de los alimentos, las pilas y los combustibles es energía potencial que está disponible cuando ocurre un cambio a otras formas de energía. Como la energía potencial de un cuerpo depende de la fuerza de gravedad, la altura a la que se encuentra ubicado y, por supuesto, de su masa, la expresión algebraica con la que se relacionan estas magnitudes es la siguiente: E P = m g h masa del cuerpo altura sobre la superficie o nivel de referencia.66. Cuando una persona realiza ejercicio transforma la energía potencial de los alimentos en energía cinética y calorífica. Por qué se dice que la energía se conserva? Como sabes, la energía cambia de una forma a otra; por ejemplo: la energía cinética de un río se puede transformar en eléctrica. En tu vida diaria se presentan muchas transformaciones de energía potencial a energía cinética; veamos un ejemplo. Cuando estás acostado durmiendo tienes energía potencial, que sería la misma si en lugar de tu cuerpo estuviera un bloque de piedra con tu misma masa. En la mañana te puedes levantar porque tu cuerpo tiene la capacidad de realizar un trabajo físico gracias a las transformaciones de energía que ocurren en tu cuerpo. Para que ocurran esas transformaciones son necesarios la respiración y los alimentos que consumes. Cuando te sientas a desayunar, de nuevo tienes energía potencial y la aumentas con los alimentos que ingieres. Para mover la mano y comer, mueves tu brazo, en ese momento realizas trabajo pues aplicas una fuerza para vencer la de gravedad y la mano recorre una distancia; así, también has empleado algo de energía cinética (.66). Después caminas rumbo a la escuela y una parte de la energía que tienes se convierte en cinética, que aumenta cuando corres porque te das cuenta de que es tarde. Llegas a tu salón sudando, pues parte de tu energía cinética se transformó en calor. Finalmente, te sientas y nuevamente tienes energía potencial, la misma que tendría una caja de libros con igual masa. Observa la imagen a la derecha y contesta en el cuaderno con base en la expresión de la energía potencial. Cuál es el objeto que posee más energía potencial?, por qué? Por qué el balón de futbol americano tiene más energía potencial que el de futbol? Qué magnitud debes determinar para conocer la diferencia de energía potencial entre la muñeca y el libro ubicados en el librero? Por qué el televisor puede tener más energía potencial que el balón ubicado en la repisa más alta? Si se cayeran la caja y el balón, cuál tendría mayor energía cinética? Explica con base en la ilustración los conceptos de energía cinética y potencial. Por qué se realiza más trabajo para colocar los objetos en las repisas más altas? La forma como se relaciona la energía potencial con el trabajo para subir un objeto. Cómo se puede transformar el trabajo aplicado para colocar cada objeto a cierta altura en el librero en energía cinética? Cuál es la relación entre la energía potencial y la cinética? 4 La energía y el movimiento Discutan estos puntos en equipo y anoten las conclusiones en sus cuadernos. Cómo se relaciona el trabajo con la energía cinética y potencial? Cuáles son las diferencias entre energía mecánica y fuerza? La forma como se puede transformar la energía cinética de un objeto en potencial. Si es posible que la energía cinética o potencial de un objeto se conserve. 4 5 Procesa información Elabora en tu cuaderno un esquema de tres acciones que realizas en el día, por ejemplo, caminar. Indica para cada una lo siguiente: Si la energía que posee tu cuerpo en ese momento es cinética o potencial. Las fuerzas que aplicas, por ejemplo, para caminar o levantar tu mochila. Las situaciones donde realizas un trabajo. Analiza las situaciones y explica por qué se puede decir que la energía no desaparece, sino que sólo se transforma. De la información anterior se puede concluir que la energía no se pierde, sólo se transforma. Por ejemplo, la de los alimentos se convierte en movimiento, calor y desechos. Con base en este hecho y en otras observaciones se sabe que la energía total que hay en el Universo siempre es la misma, no aumenta ni disminuye, siempre se conserva (.67). Lo anterior se postula como el principio de conservación de la energía que dice la energía puede cambiar de unas a otras formas de energía, sin que jamás se pueda crear o destruir; la cantidad total de energía permanece constante Desde que existe el Universo, la cantidad de energía que posee es la misma. 5 La energía y el movimiento 6 NuevoMéxico

6 NuevoMéxico Soluciones Página 4 Piensa y explica La caja que está junto al balón de americano por tener masa más grande y por estar a mayor altura. Por la altura a la que se encuentra. La masa. Porque su masa es mayor. La caja. Por la altura. En que ambas dependen de la fuerza y de la altura. Dejándolo caer. Al caer la energía potencial se transforma en cinética, pues su velocidad es modificada por la fuerza de gravedad, que es la que vencimos para subirla. En que el trabajo es igual a la suma de la energía cinética más la potencial. En que la fuerza no necesita recorrer una distancia para manifestarse. Al elevar un objeto con cierta velocidad, éste tiene energía cinética; al colocarlo en su nueva posición, tiene energía potencial. Sí, porque la energía potencial se transforma en energía cinética y viceversa. Página 5 Procesa información Si camino es energía cinética, si coloco el cuaderno sobre el escritorio éste tiene energía potencial, si subo al segundo piso tengo energía cinética y al llegar tengo energía potencial. Al caminar, la fuerza para moverme la ejercen los músculos. Subir el cuaderno es una fuerza que va contra la gravedad. Si subo al segundo piso necesito una fuerza para vencer la gravedad. Al subir al segundo piso, al subir el cuaderno. Porque al subir el cuaderno la energía cinética va a ser igual a la energía potencial. Lo mismo pasa cuando subo al segundo piso. Si caigo toda esa energía potencial se transformará en cinética. Información complementaria El mecanismo de algunos juegos mecánicos como la montaña rusa es un ejemplo del principio de la conservación de la energía. Cuando el carrito se coloca en la parte más alta del juego, adquiere energía potencial para realizar el recorrido. Las piruetas del recorrido son muestra de cambios constantes en las formas de energía (siempre va de potencial a cinética y viceversa) que adquiere el carrito. Sugerencias didácticas. Invítelos a analizar sus datos y a elaborar un experimento que involucre no solo la energía potencial y la cinética, sino también la velocidad de la caída libre, la altura desde donde se deja caer el objeto y el tiempo que tardaría en llegar al suelo, con el propósito de complementar los temas anteriores.. Finalmente, solicite que mencionen en qué situaciones de la vida cotidiana se pueden emplear estos conocimientos.. Retome la actividad anterior y solicíteles que se organicen en equipos de cuatro integrantes y abran sus cuadernos en la actividad de la canica, la pelota de esponja y el balín. 4. Pídales que lean el tema correspondiente al principio de conservación de la energía en el libro de texto. 5. Invítelos a calcular la energía cinética de cada uno de los objetos que dejaron caer y que la comparen con su energía potencial. Que calculen la energía total para cada objeto. 6. Pídales que respondan: Son iguales o diferentes los valores de la energía cinética y potencial? Por qué ocurre así? Si se suman ambos datos, qué se obtiene? 7. Invítelos a elaborar una conclusión en función del principio de conservación de la energía. 45 Bimestre

7 Segundo bimestre 46 En el movimiento de los cuerpos, además de la energía mecánica casi siempre interviene el calor o energía calorífica, debido a que existe generación de calor a causa de la fricción. Si consideramos una situación ideal en que la energía del movimiento de los cuerpos sólo es mecánica, estará formada por dos tipos de energía: cinética y potencial. De manera que si aplicamos el principio de conservación de energía, tendremos que la energía mecánica total (E T ), es decir, la suma de la cinética y potencial, se mantiene constante. Lo anterior se puede expresar matemáticamente así: energía cinética energía total E T = E C + E P = constante Junto con los integrantes de tu equipo examina los diagramas de movimiento de diferentes cuerpos. Interpreten cómo es la transformación de energía cinética o potencial, y viceversa, en cada parte del movimiento. Anoten en cada diagrama si la energía es cinética o potencial o una suma de ambas. Explica en tu cuaderno cómo se transforma la energía en cada caso. Cómo se calculan la energía cinética y la potencial? energía potencial Imagina que llegas a tu casa con una manzana, que supongamos tiene una masa de 0. kg, que compraste en el mercado y se te cae al piso. Cuando la levantas con la mano, digamos que hasta una altura de 0.70 m, ocurren varias transformaciones de energía: E T = E P + E C E T = E P + 0 E T = 0 + E C (antes de caer la manzana) (cuando llega al suelo) Así que: E T = E P = E C = m g h = ½ mv = 0.68 J = ½ mv Es decir: 0.68 J = ½ (0. kg) v 0.68 J = (0.05 kg) v por tanto: v = J =.7 =. 704 m/s 0.05 Así, cuando la manzana está en tu mano, toda la energía es potencial (0.686 J). Cuando cae, esta disminuye poco a poco hasta que, al llegar al suelo, toda la energía de la manzana es cinética. Como observas en los resultados, el resultado es la velocidad final con la que la manzana llegó al suelo. Resuelve las situaciones con base en lo aprendido. Si vivieras en un sexto piso a 5 m del suelo, cambiarían los resultados del problema?, cuál es tu nivel de referencia para calcular la energía potencial de la manzana? Determina la energía potencial y la cinética de la manzana. Cuando la manzana está a mitad del camino entre la mesa y el suelo, cuál será el valor de su energía potencial y cuál el de la cinética?, por qué? Realiza el cálculo. Si lanzaras una pelota de 0.5 kg hasta 5 m de altura, cuándo tendría energía cinética y cuándo potencial? cómo calcularías los valores? Contesta en el cuaderno. Por qué se almacena agua en las presas hidroeléctricas? Qué tipo de energía tiene el agua? Primero realizaste un trabajo por medio de la aplicación de una fuerza que ejerce tu mano sobre la manzana para sostenerla a 0.70 m de altura. En ese momento toda la energía de la manzana es potencial (.68) y se calcula así: E P = m g h = 0. kg 9.8 m/s 0.70 m = kg m m = N m = J s.68. El trabajo que se realiza para levantar la manzana se convierte en energía potencial que luego se transforma en cinética cuando cae. En el momento en que la manzana se te cae, la energía potencial se transforma en energía cinética hasta que llega al suelo, donde toda su energía es cinética porque está a una altura igual que cero (h = 0). En este caso la energía cinética se calcula así: E C = m v La energía total (E T ) del sistema es la suma de la energía potencial y de la cinética. Por el principio de conservación, la energía total se mantiene constante antes de caer la manzana y cuando esta llega al suelo. Lo anterior se expresa Luego de estudiar este subtema, determina si lo que se presenta lo dominas, estás en proceso de alcanzarlo o aún no lo logras. Anota tus resultados en tu cuaderno. Estableces relaciones entre distintos conceptos relacionados con la energía mecánica (el movimiento, la posición, la velocidad y la fuerza). Analizas las transformaciones de energía potencial y cinética en situaciones del entorno. Interpretas esquemas sobre la transformación de la energía cinética y potencial. Utilizas las expresiones algebraicas de la energía potencial y cinética para describir algunos movimientos. Resuelves ejercicios de aplicación relativos al movimiento haciendo uso de las relaciones de transformación de energía mecánica. Identificas la diferencia entre fuerza y energía mecánica. Tonda, Juan. El oro solar y otras fuentes de energía, FCE, México, 998. (La ciencia para todos, núm. 9.) Tonda, Juan y Francisco Noreña. La energía, Santillana/SEP, México, 00. (Biblioteca Juvenil Ilustrada.) fisicanet.com.ar/fisica/fi trabajo.php otrasenergias.com La energía y el movimiento 6 7 La energía y el movimiento NuevoMéxico

8 NuevoMéxico Soluciones Página 6 Piensa y explica El balón de americano: energía cinética más energía potencial. El balón de básquetbol: energía cinética más energía potencial. El ladrillo en el resorte: energía cinética más potencial. La Tierra: energía cinética. El trompo: energía cinética. Página 7 Piensa y explica No, se consideraría el piso del departamento como punto de llegada. La energía potencial = 0.686J y la energía cinética (al caer) es 0.686J. La mitad de cada uno, por conservación de la energía. Ep = (0.kg)(9.8m/s )(0.5m) = 0.4 J, pero la energía total la tendría en la parte más alta, es decir J, así llegamos a que ET Ep = Ec por lo que la diferencia es 0.64J En la parte más alta la energía cinética es 0, porque de lo contrario se seguiría moviendo. La energía potencial con la ecuación ya conocida es: EP = (0.5 kg)(9.8 m/s )(5 m) = 4.5J. Para que ésta pueda mover generadores de electricidad. Es potencial. Si recordamos lo anterior y lo relacionamos con lo que ya sabemos de física, podemos darnos cuenta que de manera constante tenemos energía cinética o potencial. Sugerencias didácticas. Solicíteles que lean el tema y encuentren la relación con la actividad de dejar caer la canica, la pelota de esponja y el balín.. Pídales que diseñen una tabla en la que escriban el resultado de calcular la energía potencial que tienen cuando están en reposo en su salón y la energía cinética que tienen cuando corren cierta distancia (que ellos pueden determinar) en el patio.. Sugiérales que elaboren una conclusión sobre el cálculo de estas energías y su utilidad en la vida diaria. Información complementaria La energía cinética y la potencial están presentes en muchas actividades cotidianas, como dejarse caer por una resbaladilla, balancearse en un columpio, montarse en un sube y baja y girar en las tazas. 47 Bimestre

9 Segundo bimestre 48 cuatro Tema Las interacciones eléctrica y magnética Cómo son las interacciones eléctricas y magnéticas? COMO POR ACTO DE MAGIA? LOS EFECTOS DE LAS CARGAS ELÉCTRICAS Luego de terminar la escuela, Lorenzo estuvo en la oficina de su mamá. Pasó mucho tiempo jugando en el piso alfombrado. Pronto se aburrió y comenzó a recortar hojas de papel. Antes de irse, Lorenzo se dio cuenta de que llevaba varios de los papelitos que había recortado pegados en su suéter, además de pedazos de hilo. Intrigado se preguntó por qué se le pegaron los papelitos? (.69), qué los mantenía unidos a su suéter? Contesta. Qué es la electricidad?.69. Los fenómenos eléctricos son manifestación de una fuerza a distancia. Primero, debemos considerar que cualquier material que conozcas está formado, a escala microscópica, por átomos, los cuales están constituidos por un núcleo que tiene protones, con carga positiva; alrededor del núcleo giran los electrones, que poseen carga negativa (.7). Un átomo de cualquier elemento tiene el mismo número de electrones y de protones, por lo que la cantidad de cargas positivas y negativas es igual y así por tanto el átomo es neutro; es decir, no tiene carga, y se encuentra en equilibrio. Cuando un átomo de un material tiene una carga positiva, quiere decir que tiene menos electrones en el exterior. En cambio, si tiene más electrones tendrá una carga negativa. Procesa información Busca en libros y enciclopedias de tu biblioteca de aula información sobre los fenómenos electrostáticos y elabora una ficha de trabajo en tu cuaderno. Reúnete con los integrantes de tu equipo y lean sus fichas. Comenten sus dudas sobre estos fenómenos y escríbanlas en forma de pregunta en el cuaderno. Luego de estudiar este tema revisen sus preguntas y, bajo la dirección de su profesora o profesor, contéstenlas. Así tenemos que la carga del electrón es la unidad de carga fundamental que es negativa y el protón tiene la misma carga que el electrón pero positiva. Las cargas eléctricas constituyen una propiedad de la materia relacionada, a nivel microscópico, con la forma en que se atraen los átomos o las moléculas, pero esto lo verás con mayor detalle en el siguiente bloque. Por ahora te diremos que la unidad de carga eléctrica es la carga que posee un electrón (e): e = C (coulomb).7. Modelo de un átomo en el que se indica la carga de los protones y electrones. glosario protón carga positiva Elemento. Sustancia que contiene un solo tipo de átomos. No se puede descomponer en otras sustancias más simples. electrón carga negativa.70. Los fenómenos eléctricos como los rayos se explican por medio de la física. Qué fuerzas están presentes en las interacciones eléctricas? Qué son los fenómenos electrostáticos y qué experiencias tenemos con estos? En la naturaleza se presentan algunos fenómenos inexplicables, aparentemente, como un relámpago o el toque que le producimos a otra persona cuando la tocamos. Estos fenómenos están relacionados con la electricidad (.70). Antes de iniciar el estudio de los fenómenos relacionados con la electricidad es conveniente revisar algunos conceptos. Las primeras experiencias con fenómenos electrostáticos ocurrieron en la época de los griegos. El filósofo Tales de Mileto ( a. de n. e.) observó que si frotaba un trozo de ámbar (resina vegetal fosilizada) con su túnica, esta tenía la propiedad de atraer pedazos pequeños de paja y otros materiales (.7). En la actualidad puedes repetir esta experiencia frotando tu cabello con una regla de plástico y acercándola a unos trocitos de papel. Haz el experimento! Verdad que se atraen? En el siglo XVII, el médico inglés William Gilbert (544-60) también se dio cuenta de este fenómeno, pero descubrió que cuando frotaba con un paño o una piel de animal ciertos materiales se observa no sólo el fenómeno de atracción, sino también el de repulsión, es decir, que cuando se acercan dos materiales con carga eléctrica igual, se rechazan debido a una fuerza de repulsión. Gilbert añadió a la lista de materiales que podían cargarse fácilmente mediante frotamiento el vidrio, el azufre y algunas piedras preciosas. Cabe mencionar que fue el primero que utilizó las palabras electricidad y eléctrico..7. Cuando se frota una regla de plástico ocurre lo mismo que con el ámbar. Las interacciones eléctricas 8 9 Las interacciones eléctricas NuevoMéxico

10 NuevoMéxico Tema 4. Las interacciones eléctrica y magnética Subtema 4. Cómo por acto de magia? Los efectos de las cargas eléctricas Competencia Aprendizajes esperados Conocimientos Habilidades Actitudes y valores Capacidad de aprender Manejo de información Capacidad para la solución de problemas Cultura tecnológica Identifica las interacciones entre cargas eléctricas y las relaciona con la idea de fuerza a partir de experimentos. Relaciona el relámpago con la acumulación de carga eléctrica y la aplicación de este fenómeno en el funcionamiento de los pararrayos. Compara y explica formas distintas de cargar eléctricamente objetos. Relaciona las fuerzas de repulsión de cargas eléctricas con los dos tipos de carga existentes. Aplica las leyes de Newton para describir el resultado de la interacción de cargas eléctricas. Diseña y construye algún instrumento sencillo para detectar la carga eléctrica y explica su funcionamiento. Analiza las transformaciones de energía eléctrica en un dispositivo sencillo y las utiliza para explicar su funcionamiento. Identifica la diferencia entre fuerza y energía eléctrica. Conocer qué es una carga electrostática y los dos tipos que existen. Determinar el comportamiento de las cargas eléctricas cuando interactúan. Describir el resultado de las cargas eléctricas mediante las leyes de Newton. Reconocer las diferencias entre fuerza y energía eléctrica. Observar e identificar las interacciones entre cargas eléctricas. Describir cómo se forma un relámpago. Describir los procedimientos para cargar eléctricamente un cuerpo. Construir un electroscopio para detectar cargas eléctricas. Analizar las transformaciones de energía eléctrica en un circuito eléctrico sencillo. Apreciar las explicaciones científicas sobre los fenómenos eléctricos. Advertir que se pueden formular explicaciones científicas de fenómenos cotidianos como el relámpago. Conocimientos previos: energía eléctrica, transformaciones de la electricidad, usos de la electricidad. Soluciones Página 8 Es el estudio de las fuerzas eléctricas. Fuerzas a distancia. Página 9 Procesa información Invítelos a visitar la página org/wiki/electrost%c%atica Información complementaria Cuando nos quitamos un suéter, a veces escuchamos crujidos o vemos chispas. Este fenómeno es el resultado del movimiento de las cargas eléctricas de un cuerpo a otro. La rama de la física que estudia estos fenómenos es la electrostática. Sugerencias didácticas. Solicíteles que, con los materiales de los que dispongan y en equipo, elaboren un modelo atómico similar al de la página. Asegúrese que cada equipo eligió un elemento diferente.. Pídales que quiten electrones e infieran cuál será la carga del átomo y por qué. Invítelos a que realicen lo mismo, pero quitando protones.. Invítelos a redactar una pequeña conclusión de la actividad anterior. 49 Bimestre