Nombre: Curso: Escuela o Liceo:

Transcripción

1 Nombre: Curso: Escuela o Liceo:

2 El material didáctico Ciencias Naturales 7, para Séptimo Año de Educación Básica, es una obra colectiva, creada y diseñada por el Departamento de Investigaciones Educativas de Editorial Santillana, bajo la dirección general de: MANUEL JOSÉ ROJAS LEIVA COORDINACIÓN DEL PROYECTO: EUGENIA ÁGUILA GARAY COORDINACIÓN ÁREA CIENTÍFICA: MARISOL FLORES PRADO EDICIÓN: KARLA MORALES AEDO SUSANA GUTIÉRREZ FABRES AUTORES TEXTO PARA EL ESTUDIANTE: LUIS FLORES PRADO JOSÉ LÓPEZ VIVAR JOSÉ MUÑOZ REYES ROSA ROLDÁN JIRÓN MARIO TORO FREDERICK REVISIÓN DE ESPECIALISTAS: CRISTIAN TORREALBA MUñOZ LUIS FLORES PRADO CHRISTIÁN FOLCH CANO CORRECCIÓN DE ESTILO: ASTRID FERNÁNDEZ BRAVO ISABEL SPOERER VARELA DOCUMENTACIÓN: PAULINA NOVOA VENTURINO JUAN CARLOS REYES LLANOS La realización gráfica ha sido efectuada bajo la dirección de: VERÓNICA ROJAS LUNA COORDINACIÓN GRÁFICA: CARLOTA GODOY BUSTOS COORDINACIÓN LICITACIÓN: XENIA VENEGAS ZEVALLOS DISEñO Y DIAGRAMACIÓN: TZADDI CABELLO FUICA RAÚL URBANO CORNEJO ILUSTRACIONES: ANTONIO AHUMADA MORA ALFREDO GALDAMES CID RAÚL URBANO CORNEJO CARLOS URQUIZA MORENO FOTOGRAFÍAS: CÉSAR VARGAS ULLOA ARCHIVO SANTILLANA CUBIERTA: XENIA VENEGAS ZEVALLOS PRODUCCIÓN: GERMÁN URRUTIA GARÍN Quedan rigurosamente prohibidas, sin la autorización escrita de los titulares del "Copyright", bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproducción total o parcial de esta obra por cualquier medio o procedimiento, comprendidos la reprografía y el tratamiento informático, y la distribución en ejemplares de ella mediante alquiler o préstamo público. 2009, by Santillana del Pacífico S.A. de Ediciones Dr. Aníbal Ariztía 1444, Providencia, Santiago (Chile) PRINTED IN CHILE Impreso en Chile por World Color Chile S.A. ISBN: Inscripción N

3 LUIS FLORES PRADO PROFESOR DE BIOLOGÍA Y CIENCIAS NATURALES, UNIVERSIDAD METROPOLITANA DE CIENCIAS DE LA EDUCACIÓN DOCTOR EN CIENCIAS, MENCIÓN ECOLOGÍA Y BIOLOGÍA EVOLUTIVA, UNIVERSIDAD DE CHILE JOSÉ LÓPEZ VIVAR QUÍMICO FARMACÉUTICO, DOCTOR EN QUÍMICA, PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CHILE ROSA ROLDÁN JIRÓN PROFESORA DE BIOLOGÍA Y CIENCIAS NATURALES, UNIVERSIDAD METROPOLITANA DE CIENCIAS DE LA EDUCACIÓN JOSÉ MUÑOZ REYES PROFESOR DE BIOLOGÍA Y CIENCIAS NATURALES, UNIVERSIDAD METROPOLITANA DE CIENCIAS DE LA EDUCACIÓN MARIO TORO FREDERICK PROFESOR DE FÍSICA Y CIENCIAS NATURALES, UNIVERSIDAD METROPOLITANA DE CIENCIAS DE LA EDUCACIÓN

4 ORGANIZACIÓN del texto El texto Ciencias Naturales 7º Educación Básica, se organiza en 5 unidades. A continuación te presentamos los tipos de páginas y las secciones que encontrarás en cada unidad. 1 Páginas de inicio de unidad Título de la unidad Navegaremos por Muestra un listado con los grandes temas que aprenderás en la unidad. Conversemos Se incluyen algunos temas relacionados con el contenido de la unidad, para que comentes con tu curso. 2 Páginas introductorias Red de conceptos Muestra un esquema conceptual con los principales conceptos que aprenderás en la unidad. Qué piensas tú? Se propone un tema relacionado con el contenido de la unidad, para que reflexiones y comentes con tu curso. 3 Páginas de desarrollo de contenidos Glosario Entrega definiciones de algunos conceptos desarrollados en las páginas. Hipertexto Actividad complementaria vinculada con el contenido de la página, que encontrarás en internet. Hipertexto Conjunto de actividades multimediales que te servirán para complementar, profundizar, sintetizar o ejercitar distintos contenidos de la unidad. En esta unidad aprenderás a Indica los aprendizajes que podrás lograr a través del estudio de la unidad. Demuestro lo que sé Incluye actividades que te permiten detectar cuánto conoces del tema. Desafío inicial Propone una actividad exploratoria, para que comiences a trabajar con los contenidos de la unidad. Evaluando lo aprendido Aquí podrás realizar una evaluación de proceso, para conocer tu nivel de avance de los contenidos estudiados. Cómo estuvo tu trabajo? Autoevaluación que te permitirá conocer el nivel de logro alcanzado en los distintos temas estudiados. Conéctate Se sugiere una dirección web donde puedes encontrar más información relacionada con el contenido de la página. Interpretando un experimento Se exponen los antecedentes de un problema científico a partir de los cuales podrás realizar el análisis de los resultados. 4 Organización del texto

5 Conociendo más Entrega información de interés para que profundices y complementes el contenido de la página. Haciendo ciencia Se propone una actividad experimental guiada, para que refuerces los procesos científicos. 4 Páginas de ampliación, trabajo científico y síntesis Taller científico Actividad experimental semiguiada que deberás resolver, aplicando las etapas del método científico. Cómo trabajé? Preguntas que te permiten evaluar el desempeño en la actividad experimental realizada. Noticia científica Breve noticia de actualidad relacionada con el contenido de la unidad, que incluye preguntas para que reflexiones junto a tus compañeros y compañeras. Resumiendo Se presenta una síntesis en un organizador gráfico con los contenidos tratados en la unidad. 5 Páginas de evaluación final Bitácora Se incluye nuevamente la sección Demuestro lo que sé, para que detectes cuánto aprendiste. Qué aprendiste? Se proponen dos páginas para evaluar tu aprendizaje al finalizar la unidad. Organización del texto 5

6 ÍNDICE UNIDAD 1 Viviendo la adolescencia 8 Desafío inicial: Qué factores determinan las etapas de desarrollo? Etapas del desarrollo humano Sistema reproductor humano Hormonas sexuales Ciclo menstrual Desarrollo de la vida humana Maternidad y paternidad responsables Métodos anticonceptivos y planificación familiar Enfermedades de transmisión sexual Los riesgos de las drogas 34 Taller científico: Cuánto crecemos? 38 Noticia científica: Alerta: cigarrillos y embarazo! 40 Resumiendo 41 Bitácora 42 Mapa conceptual/ Qué haces tú? 43 Qué aprendiste? 44 UNIDAD 2 Ciclos en la naturaleza 46 Desafío inicial: Cómo aumenta la temperatura del planeta? Materia, energía y vida Los ciclos en la naturaleza Alteraciones en los ciclos naturales 66 Taller científico: Nitrógeno en la naturaleza 70 Noticia científica: Bloque de hielo se desprende en la Antártica 72 Resumiendo 73 Bitácora 74 Mapa conceptual/ Qué haces tú? 75 Qué aprendiste? 76 UNIDAD 3 Transformaciones de la materia 78 Desafío inicial: Qué es lo que no ves? Todo lo que nos rodea es materia Elementos y compuestos químicos Elementos y compuestos de interés Transformaciones de la materia Ley de conservación de la masa 104 Taller científico: Corrosión de metales 106 Noticia científica: Los cometas 108 Resumiendo 109 Bitácora 110 Mapa conceptual/ Qué haces tú? 111 Qué aprendiste? 112 UNIDAD 4 Fuerza y movimiento 114 Desafío inicial: Qué necesita un cuerpo para moverse? Un mundo lleno de fuerzas Tipos de fuerzas en la naturaleza Movimientos que se repiten 136 Taller científico: Oscilación de un péndulo 140 Noticia científica: Simulan colisión de tres agujeros negros 142 Resumiendo 143 Bitácora 144 Mapa conceptual/ Qué haces tú? 145 Qué aprendiste? Indice

7 UNIDAD 5 La Tierra en el Universo 148 Desafío inicial: Las galaxias se mueven El Universo Qué hay en el Universo? Nuestra galaxia, la Vía Láctea Distancias en el Universo 166 Taller científico: La expansión del Universo 170 Noticia científica: La más lejana 172 Resumiendo 173 Bitácora 174 Mapa conceptual/ Qué haces tú? 175 Qué aprendiste? 176 ANEXOS Solucionario 178 Cómo aprendí? 182 Tabla periódica de los elementos químicos 183 Elementos y compuestos de interés 184 Medidas astronómicas 186 Trabajo en el laboratorio 187 Bibliografía 190 Agradecimientos 191 ÍCONOS Junto a las actividades del texto encontrarás íconos que te ayudarán a entender mejor lo que tienes que hacer. Evaluando lo aprendido Analiza Trabaja con la información Hipertexto Indice 7

8 UNIDAD 1 VIVIENDO LA ADOLESCENCIA Navegaremos por... Etapas del desarrollo humano Sistema reproductor humano Hormonas sexuales Ciclo menstrual Desarrollo de la vida humana Maternidad y paternidad responsables Métodos anticonceptivos Enfermedades de transmisión sexual Los riesgos de las drogas CONVERSEMOS La sexualidad en el ser humano es mucho más que un fenómeno biológico; está asociada a una serie de sentimientos y valores que varían entre una cultura y otra, pero que, en cualquier caso, involucra todos los aspectos de la persona. Crees que es importante conocer tu sexualidad?, por qué? 8 Unidad 1

9 En esta unidad aprenderás a Reconocer y valorar la pubertad como una etapa del ciclo de la vida humana y diferenciarla de otras etapas. Conocer, comparar e identificar las funciones de los sistemas reproductores. Explicar los efectos de las hormonas sexuales. Describir las etapas del ciclo menstrual femenino. Reconocer los rasgos biológicos de la concepción y del desarrollo embrionario durante el embarazo. Identificar algunos métodos de control de natalidad humana. Conocer las características de algunas enfermedades de transmisión sexual. Desarrollar una actitud crítica y responsable frente al consumo de drogas. Demuestro lo que sé 1. Observa las siguientes fotografías y responde en tu cuaderno. A C B a. En qué etapa de la vida están las personas de las fotografías? b. Existen diferencias entre las personas? Nombra tres diferencias. c. En qué se parecen? Nombra tres semejanzas. 2. Responde en tu cuaderno las siguientes preguntas. a. En qué etapa de la vida te encuentras? b. Qué está ocurriendo con tu cuerpo? c. En qué se diferencian los hombres y mujeres de tu edad? Señala tres diferencias. Viviendo la adolescencia 9

10 Red de conceptos En esta unidad relacionaremos varios conceptos que nos permitirán iniciar una comprensión de la dimensión social y biológica de la adolescencia. SER HUMANO enfrenta Riesgos manifiesta su Sexualidad como Drogas Enfermedades de transmisión sexual en diferentes Aspectos como el Psicológico Biológico durante las Etapas de la vida como la Niñez Pubertad y adolescencia Social Adultez Qué piensas tú? Continuamente podemos observar, a través de los medios de comunicación o incluso directamente, los efectos causados por las drogas, a nivel nacional y mundial. Nos damos cuenta de que este problema afecta a todas las personas, sin distinguir raza, sexo, edad o clase social. Sin embargo, no nos detenemos a pensar cuán perjudicial es para nosotros y para nuestra sociedad. Además de alteraciones físicas que pueden causar, las drogas crean enormes trastornos en la personalidad de quienes las consumen y también pueden afectar directamente a quienes están en su entorno. Comenta con tu curso: Crees que es importante informarse sobre los daños que provoca la droga?, por qué? Por qué las personas que se drogan no respetan la libertad de quienes los rodean? Por qué crees que las personas de tu edad o un poco mayores comienzan a consumir drogas?, cuál es el riesgo de esto? Qué harías como ciudadano para prevenir esta situación? 10 Unidad 1

11 UNIDAD 1 DESAFÍO inicial QUÉ FACTORES DETERMINAN LAS ETAPAS DE DESARROLLO? Unos investigadores de animales encontraron que en un grupo de ciertas aves juveniles cuyos individuos eran de la misma edad y tamaño, había algunos que tenían las características propias de los individuos de mayor edad: su cresta estaba bien desarrollada y ya estaban cantando como si fueran adultos. Pensaron, entonces, que se trataba de un caso de desarrollo sexual precoz (adelantado) y para comprobarlo decidieron hacer las siguientes actividades: Tomaron muestras de sangre de las aves juveniles que no habían desarrollado los rasgos adultos. Tomaron muestras de sangre de las aves juveniles que sí habían desarrollado los rasgos adultos. Analizaron ambas muestras y determinaron que en la sangre de las aves con desarrollo sexual precoz había mayor concentración de un tipo de sustancia química A. Las actividades anteriores los llevaron a pensar que el desarrollo sexual precoz de las aves se debía a la presencia de la sustancia química A en la sangre. Para comprobar esta idea, los científicos decidieron utilizar pollos y siguieron el siguiente procedimiento experimental: Escogieron dos pollos machos hermanos. Solo a uno de estos pollos le inyectaron una dosis de la sustancia química A. Mantuvieron a ambos pollos durante 15 días en el mismo ambiente y les dieron el mismo tipo y cantidad de alimento y la misma cantidad de agua. La predicción que hicieron los científicos era que uno de los pollos no se desarrollaría y el otro sí. De acuerdo a esta lectura responde en tu cuaderno las siguientes preguntas. 1. Qué efectos tiene la sustancia química A en las aves juveniles? 2. Cómo se transporta esta sustancia en el cuerpo de las aves? 3. Sobre qué órganos actúa esta sustancia química? 4. Cuál es el problema de investigación? 5. Cuál es la hipótesis de trabajo formulada por los científicos? 6. Qué experimento realizaron para comprobar su hipótesis? 7. Cuáles fueron las condiciones que se mantuvieron constantes en el experimento?, cómo se llaman estas variables? 8. Qué condiciones se modificaron en el experimento?, por qué?, cómo se llaman estas variables? 9. De acuerdo al experimento realizado por los científicos, qué resultados deberían obtener? Viviendo la adolescencia 11

12 GLOSARIO Cambios biológicos: cambios físicos; cambian las características del cuerpo. Cambios psicológicos: cambios en la forma de pensar y aprender. Cambios sociales: cambios en la forma de relacionarse con las demás personas. 1. ETAPAS DEL DESARROLLO HUMANO Si miras fotografías de cuando eras más chico o chica, podrás ver que estás cambiando. Ahora tu rostro es diferente, tu cuerpo está experimentando cambios, tienes tu grupo de amigos y amigas con los cuales te identificas y eres capaz de tomar tus propias decisiones. En el transcurso de la vida, los seres humanos pasamos por distintas etapas de desarrollo, que se distinguen por los cambios biológicos, psicológicos y sociales que experimentamos. Es muy difícil establecer cuándo comienza y cuándo termina una etapa, ya que, aunque existen aspectos comunes, cada una tiene su propio ritmo de avance. El desarrollo humano parte desde el momento de la fecundación, etapa denominada desarrollo embrionario. Niñez. Comprende desde el nacimiento hasta los 10 años, aproximadamente. El niño se desarrolla de manera extraordinaria, aprende a caminar de manera coordinada, hasta llegar a correr y saltar; aprende a comunicarse emitiendo sonidos hasta adquirir un lenguaje completo; adquiere conciencia de sí mismo y del mundo que lo rodea. Pubertad y adolescencia. Abarca aproximadamente desde los 12 hasta los 18 años. La adolescencia comienza con la pubertad donde se experimentan cambios físicos, hormonales, sexuales y cambia la manera de relacionarse con los demás. Los adolescentes tienen la capacidad biológica de reproducirse, pero aún no cuentan con la madurez psicológica para tener hijos. Adultez. Esta etapa se inicia alrededor de los 20 años y comprende las subetapas: adulto joven, adulto maduro y adulto mayor. Las personas adultas logran su madurez corporal y psicológica, por lo que alcanzan las condiciones necesarias para tener hijos y formar una familia. También se presentan las responsabilidades laborales. Vejez. Etapa que se inicia sobre los 70 años. Los ancianos pueden ser menos activos físicamente, pero han adquirido muchos conocimientos y experiencias. Ellos, al igual que todas las personas, tienen necesidades que se deben satisfacer para vivir una vida sana y normal; estas son: seguridad, amor, afecto y de una vida con sentido, es decir, sentir que siempre se les necesita. 12 Unidad 1

13 UNIDAD 1 Manifestaciones de la sexualidad Desde que se forma la primera célula de un nuevo ser humano queda definido su sexo, es decir, si el bebé en formación es hombre o mujer. Posteriormente, comienza a desarrollarse la identidad sexual, es decir, las características propias de ser hombre o ser mujer. La sexualidad se relaciona con nuestro sexo y con la identidad sexual, pero es mucho más compleja y se expresa a través de todos los aspectos humanos, cualquiera sea su etapa de desarrollo. Estos aspectos son: Aspecto biológico, incluye las características del cuerpo y su funcionamiento, referido, principalmente, a la anatomía y función del sistema reproductivo. Aspecto psicológico, involucra el pensamiento y las ideas, las capacidades del intelecto y las características de la personalidad. Conéctate Ingresa a la página joven.cl, haz clic en el link Sexualidad, y responde: qué es la identidad sexual?, cuándo se inicia?, qué factores inciden en el desarrollo de la identidad sexual? Aspecto afectivo, abarca sentimientos y emociones que se manifiestan en diferentes contextos de la vida y en la relación con las personas y el ambiente. Aspecto social, tiene que ver con la forma en que aprendemos a iniciar y mantener relaciones con las personas y con nuestro ambiente en general. Aspecto ético, está muy relacionado con los valores que los individuos internalizan con la ayuda de otras personas, generalmente la familia. Aspectos de la sexualidad humana Niñez Adolescencia Adultez Vejez Los aspectos por los que se expresa la sexualidad aún no alcanzan su máximo desarrollo. A los niños y niñas les gusta jugar; son curiosos y están habitualmente aprendiendo cosas nuevas. Despliegan gran actividad física y manifiestan la necesidad de dar y recibir afecto. A qué te gustaba jugar cuando eras niño o niña? Los adolescentes prefieren estar con su grupo de pares, compartir con ellos diversas actividades, y también comienzan a relacionarse sentimentalmente. Biológicamente su sistema reproductor se desarrolla completamente y es apto, solo funcionalmente, para concebir un hijo. Por qué son importantes tus amigas y amigos? Los adultos son capaces de entender cosas más complejas que los niños y adolescentes, porque han desarrollado el aspecto psicológico. Generalmente, los adultos establecen relaciones afectivas más duraderas que los adolescentes y están en condiciones (biológicas y psicológicas) para formar una familia con hijos. Cuántos hijos te gustaría tener cuando seas grande? Las funciones del cuerpo sufren cambios, en el caso de la mujer, ya no es posible concebir hijos, pues se dejan de producir las células sexuales; en el caso de los hombres, comienza un descenso en la secreción de la hormona sexual masculina. Cuando te imaginas viejito o viejita, te gustaría tener pareja? Viviendo la adolescencia 13

14 GLOSARIO Pubertad: momento en que comienza la maduración sexual. Gónadas: órganos del sistema reproductor donde se forman los gametos. Gametos: células sexuales; ovocitos en las mujeres y espermatozoides en los hombres. Pubertad y adolescencia Si comparas la etapa en que eras niño o niña, por ejemplo a los seis años, con como eres ahora, podrás notar una variedad de cambios. En los primeros años de escuela, tu vida giraba, básicamente, en torno al juego: corrías, saltabas y trepabas árboles. Hoy vives de manera diferente, tienes tu grupo de amigos y amigas con los que realizas diferentes actividades y eres capaz de concentrarte por períodos más largos. Tu comportamiento ha cambiado y también has notado lo distinto que te ves físicamente; hoy ya eres un adolescente. La adolescencia es un período de la vida del ser humano que se inicia con la pubertad, e incluye una maduración sexual y también una maduración psicológica y emocional que lo preparan para la vida adulta. Los seres humanos experimentamos cambios durante toda la vida. Desde el momento del nacimiento, el tipo de gónadas presentes en un individuo determinan las características sexuales primarias que permiten distinguir biológicamente al hombre de la mujer. Sin embargo, es durante la pubertad cuando los cambios son más notorios. Hay cambios corporales que ocurren en ambos sexos, como el aumento de la estatura, el crecimiento de los órganos genitales y la aparición de acné. No obstante, es en este período que la sexualidad se expresa por medio de la aparición de las características sexuales secundarias que se definen como cambios corporales que distinguen a hombres y a mujeres. La edad en que se producen estos cambios varía según cada persona, pero, regularmente, ocurren alrededor de los años en niñas y los años en los niños. Conozcamos las principales características sexuales secundarias en la mujer y en el hombre: Mujeres Desarrollo y crecimiento de las glándulas mamarias. Ensanchamiento de las caderas. Crecimiento de vello en las axilas y pubis. Hombres Desarrollo de los músculos. Crecimiento de vello en el cuerpo, especialmente en la cara, pubis y axilas. Cambio en la voz; se hace más grave. 14 Unidad 1

15 UNIDAD 1 Evaluando lo aprendido 1. Copia el siguiente cuadro en tu cuaderno y anota tres características de cada etapa del desarrollo humano: Etapa de la vida Niñez Pubertad y adolescencia Adultez Vejez Características Copia en tu cuaderno 2. Para cada frase, escribe en tu cuaderno si se trata de un aspecto biológico (B), psicológico (P), afectivo (A), social (S) o ético (E). El desarrollo de las mamas en la mujer tiene una función reproductiva. La forma de comportarse y de razonar es una característica propia de cada persona. Demostrar nuestros sentimientos a los demás nos hace mejores personas. Es correcto afirmar que existe respeto entre los miembros de una pareja. Hay personas a las que les cuesta relacionarse con los demás. 3. Clasifica los siguientes cambios que se producen en la pubertad, según corresponda, en masculinos, femeninos o de ambos sexos: a. Desarrollo de vello facial (bigote y barba). b. Aparición de vello púbico. c. Aumento de la estatura. d. Ensanchamiento de las caderas. e. Cambio de la voz (se hace más grave). f. Crecimiento de los órganos genitales. g. Desarrollo de la musculatura. h. Aparición de acné (espinillas). i. Crecimiento de vello axilar. j. Desarrollo de las mamas. k. Distribución de grasa en caderas y muslos. Cómo estuvo tu trabajo? Revisa cada respuesta de las actividades 1, 2 y 3. Si lograste distinguir las características de las etapas del desarrollo humano, en la actividad 1, excelente! De lo contrario, vuelve a leer la página 12. Si identificaste las características de los aspectos en que se desarrolla la sexualidad, en la actividad 2, felicitaciones! Si cometiste algún error, repasa la página 13. Si lograste clasificar los cambios de la pubertad, de la actividad 3, vas muy bien! De lo contrario, vuelve a revisar la página 14. Viviendo la adolescencia 15

16 2. SISTEMA REPRODUCTOR HUMANO Los seres humanos, como el resto de los mamíferos, nos reproducimos sexualmente. Para cumplir con la función reproductiva existen órganos especializados, que en conjunto constituyen el sistema reproductor humano. Sistema reproductor femenino Oviductos Son dos conductos que conectan los ovarios y el útero. El ovocito sale desde los ovarios y es en los oviductos donde ocurrirá la fecundación y ellos conducirán el ovocito fecundado hasta el útero. Ovarios Son las gónadas femeninas; están ubicados a cada lado del útero, tienen el tamaño y forma de una almendra. En ellos se producen las hormonas sexuales femeninas y se forman los gametos femeninos, llamados ovocitos. Vagina Es un conducto muscular y elástico que comunica al útero con el exterior, a través de una abertura llamada orificio vaginal. Recibe el semen durante la relación sexual y a través de ella sale el bebé hacia el exterior durante el parto. Mide aproximadamente 9 cm. Vulva Corresponde a los órganos externos femeninos. Está formada por: el monte de Venus, labios mayores, labios menores, clítoris, meato uretral, orificio vaginal y el himen. Útero Es un órgano interno muscular hueco que se ubica en la pelvis femenina. Presenta tres capas, la interna es el endometrio, la intermedia está formada por músculo liso y la externa por un tejido elástico. Mide 5 cm de ancho y 7 cm de largo. En él se desarrolla el embrión durante todo el embarazo hasta el nacimiento. 16 Unidad 1

17 UNIDAD 1 Sistema reproductor masculino Vesículas seminales Son dos glándulas, ubicadas detrás de la vejiga, que producen y secretan líquido seminal, el cual sirve de alimento y transporte a los espermatozoides. Conductos deferentes Son dos conductos que cumplen la función de transportar los espermatozoides, desde cada testículo hacia la uretra. Próstata Es una glándula que produce una secreción alcalina que permite a los espermatozoides sobrevivir en el ambiente ligeramente ácido de la vagina. GLOSARIO Semen: líquido espeso y blanquecino, formado por los espermatozoides y por las secreciones de las vesículas seminales y la próstata. Pene Es un órgano ubicado fuera de la cavidad abdominal, recubierto por un pliegue de piel llamado prepucio; su extremo final recibe el nombre de glande. Su función es depositar el semen en el interior de la vagina. Epidídimo Es un tubo muy enrollado, situado encima de cada testículo. En él se almacenan y maduran los espermatozoides, adquiriendo movilidad y su estructura definitiva. Testículos Son las gónadas masculinas; se ubican fuera de la cavidad abdominal, protegidos por una bolsa de piel, el escroto. En ellos se produce la hormona sexual masculina y se forman los gametos masculinos, llamados espermatozoides. Uretra Es un conducto que mide entre 15 y 20 cm de largo en el adulto; se extiende a lo largo del pene. Conduce y expulsa el semen y la orina. Viviendo la adolescencia 17

18 GLOSARIO Folículo: vesícula formada por células foliculares; en su interior contiene al ovocito. Gametos femeninos y masculinos Los gametos son células especializadas para la reproducción. En las mujeres se llaman ovocitos y se producen en las gónadas femeninas, los ovarios; en los hombres se llaman espermatozoides y se producen en las gónadas masculinas, los testículos. En qué etapa de la vida se producen los gametos? La formación de ovocitos en las mujeres comienza en la vida intrauterina, es decir, antes de nacer. En los ovarios de una niña recién nacida hay alrededor de un millón de folículos que contienen ovocitos inmaduros. De estos, solo unos 300 a 350 llegarán a ser folículos maduros en la vida adulta de la mujer. En cambio, en los hombres la formación de espermatozoides comienza en la pubertad y se extiende permanentemente hasta la adultez mayor. Comparemos ambos gametos: El ovocito Es una célula de mayor tamaño que el espermatozoide y es inmóvil; se desplaza dentro de los oviductos por la acción de cilios que se encuentran en ellos. Contiene también gran cantidad de sustancias nutritivas. Para qué crees que serán usadas estas sustancias nutritivas? El espermatozoide Es mucho más pequeño que el ovocito, tiene una cabeza pequeña, donde se aloja el núcleo; un cuello, que tiene una estructura productora de energía; y una cola, que le permite una gran movilidad. Para qué le sirve la energía a los espermatozoides? 18 Unidad 1

19 UNIDAD 1 Evaluando lo aprendido 1. Copia y completa el siguiente cuadro en tu cuaderno. Estructura Función Bolsa de piel que rodea y protege los testículos. Estructura femenina o masculina Conducto deferente Fabrican ovocitos y hormonas sexuales. Depositar el semen en la vagina. Estructura masculina. Próstata Testículos Comunican los ovarios con el útero. Útero Vagina Secretan líquido seminal que sirve de alimento y transporte a los espermatozoides. 2. Observa las imágenes y responde las siguientes preguntas en tu cuaderno. A B a. Qué célula observas en la imagen A? Indica sus características. b. Qué células observas en la imagen B? Descríbelas. Cómo estuvo tu trabajo? Revisa cada respuesta a las preguntas de las actividades 1 y 2. Si completaste correctamente el cuadro de la actividad 1, felicitaciones! Si fallaste en alguna, repasa las páginas 16 y 17. Si lograste identificar y describir las imágenes de la actividad 2, excelente! Si tuviste errores, revisa la página 18. Viviendo la adolescencia 19

20 GLOSARIO Glándula endocrina: órgano que contiene células secretoras, que sintetizan y liberan hormonas que se vierten directamente a la sangre. 3. HORMONAS SEXUALES El crecimiento y maduración de los órganos en el cuerpo humano están condicionados por varias hormonas. Las hormonas son sustancias químicas, fabricadas en las glándulas endocrinas, y son transportadas por la sangre a diferentes regiones del cuerpo donde cumplen una función específica. Las hormonas sexuales son las que determinan el desarrollo y la maduración sexual. Son producidas en los testículos y ovarios. Su síntesis y liberación están controladas por la hipófisis. La hipófisis es una glándula que se encuentra en la base del cerebro; está dividida en dos regiones: la región anterior o adenohipófisis y la región posterior o neurohipófisis. Durante la pubertad, la adenohipófisis se activa produciendo la hormona folículo estimulante (FSH) y la hormona luteinizante (LH), las que viajan por la sangre hasta los ovarios o los testículos. Al llegar estas hormonas a los órganos, estimulan la producción de las hormonas sexuales, responsables de los cambios corporales. Estas hormonas son: estrógenos y progesterona en la mujer, y testosterona en el hombre. Acción de las hormonas sexuales femeninas Estrógenos Distintas regiones corporales Características sexuales secundarias Adenohipófisis Hormonas FSH y LH Ovarios Producción de ovocitos y ovulación Progesterona Sistema reproductor Preparación del útero para un posible embarazo o menstruación Acción de las hormonas sexuales masculinas Adenohipófisis Hormonas FSH y LH Testículos Testosterona Distintas regiones corporales Características sexuales secundarias Producción de espermatozoides 20 Unidad 1

21 INTERPRETANDO un experimento UNIDAD 1 HORMONAS Y CRECIMIENTO Observación En el ser humano el crecimiento no se mantiene constante durante toda la vida y tampoco se manifiesta con la misma rapidez. Se ha demostrado que el cuerpo secreta hormonas que posibilitan e influyen en el crecimiento, como ciertas hormonas sexuales y la llamada hormona del crecimiento. Problema científico Qué relación existe entre la velocidad del crecimiento humano y las hormonas relacionadas con el crecimiento? Hipótesis La relación que existe entre la velocidad de crecimiento del ser humano y la producción de hormona del crecimiento y hormonas sexuales son directamente proporcionales a través del tiempo (edad). Método experimental a. Se seleccionó un número representativo de mujeres y hombres de 20 años de edad, para estudiar, a través del registro médico de cada persona, cómo ha variado su estatura desde el nacimiento. b. Se calculó la variación de la estatura por unidad de tiempo, es decir, la velocidad de crecimiento en centímetros por año. c. Se determinó la contribución de la hormona del crecimiento y de algunas hormonas sexuales en el crecimiento de las personas. Resultados Fuente: Fisiología Médica, Ganong, Análisis experimental 1. De acuerdo al gráfico N 1, cuántos períodos de crecimiento rápido se distinguen en ambos sexos? 2. En qué etapa de la vida se produce un mayor crecimiento, en ambos sexos? 3. De acuerdo a los gráficos N 2 y N 3, en qué rango de edad influyen, en el aumento de talla, tanto la hormona del crecimiento como las hormonas sexuales? Viviendo la adolescencia 21

22 GLOSARIO Fecundación: unión del gameto femenino y masculino, lo que da lugar a una nueva célula. Período fértil: período en que el ovocito puede ser fecundado por un espermatozoide y generar un cigoto. 4. CICLO MENSTRUAL En todas las mujeres, desde la pubertad hasta los 45 años, aproximadamente, se producen cambios periódicos en el ovario y en el útero; a este conjunto de cambios se le denomina ciclo menstrual. Durante este proceso se liberan células reproductoras femeninas u ovocitos y se prepara el útero para una posible fecundación y embarazo. Veamos la relación que existe entre los cambios hormonales, en el desarrollo de los folículos y en el endometrio, durante las etapas del ciclo. El ciclo: Dura alrededor de 28 días; sin embargo, en algunas mujeres puede ser más largo o más corto. El día que comienza la menstruación (hemorragia que dura entre 3 y 5 días) corresponde al primer día del ciclo menstrual. La secreción de la hormona FSH provoca la maduración de un folículo y del ovocito en su interior, y la producción de estrógenos en los ovarios, haciendo que aumente el grosor del endometrio, el cual se prepara para recibir al posible ovocito fecundado. Esta etapa se llama preovulatoria. Si la etapa preovulatoria se alarga o se acorta, el ciclo de la mujer será, a su vez, más largo o más corto; es decir, en cada caso, la ovulación ocurriría después o antes del día 14 respectivamente. Hacia la mitad del ciclo, los niveles de estrógenos se elevan hasta alcanzar su máximo; esto provoca una mayor secreción de la hormona LH. Los altos niveles de estrógeno y LH provocan la ovulación, proceso de liberación de un ovocito desde uno de los ovarios hacia el oviducto. En el ovario, el folículo maduro que liberó al ovocito se transforma en el cuerpo lúteo. En cada ciclo menstrual de una mujer, el día en que ocurre la ovulación es el más fértil, es decir, más probabilidades tiene de concebir un hijo. En la etapa postovulatoria los niveles de progesterona aumentan considerablemente, debido a que empieza a ser secretada por el cuerpo lúteo. Esto estimula el desarrollo del endometrio, el cual sigue aumentando de grosor. Si el ovocito no es fecundado, el cuerpo lúteo degenera y disminuyen los niveles de FSH y LH, y se desprende parte del endometrio, aproximadamente catorce días después de la ovulación. La expulsión del endometrio provoca la menstruación, lo cual marca el inicio de un nuevo ciclo. 22 Unidad 1

23 UNIDAD 1 Si el ovocito es fecundado, se produce el embarazo y el ciclo menstrual se detiene hasta que finalice la gestación. La secreción de progesterona se mantiene gracias a que la placenta libera una hormona, la Gonadotrofina Coriónica Humana (HCG), que estimula durante tres meses al cuerpo lúteo. Pasado este período, la placenta produce progesterona que sigue manteniendo al endometrio. Analiza 1. Observa el siguiente calendario y responde las preguntas en tu cuaderno. ABRIL MAYO Si el ciclo menstrual de una mujer se inicia el 10 de abril y su ciclo es de 28 días. a. Qué día ocurrirá la ovulación? b. Sabiendo que el ovocito mantiene su capacidad reproductora durante 24 horas y que el espermatozoide puede vivir unos tres días en el interior del aparato reproductor femenino, cuál será el período fértil de la mujer?, qué días podría quedar embarazada? c. Responde nuevamente las preguntas a y b, pero ahora considerando que el ciclo es de 32 días. Vuelve a responder las preguntas considerando un ciclo de 26 días. 2. Analiza el siguiente esquema y luego responde en tu cuaderno. Adenohipófisis produce FSH actúa sobre LH actúa sobre ovarios testículos ovarios testículos completando la maduración del produciendo produciendo produciendo ovocito espermatozoides ovulación testosterona a. Qué funciones cumplen las hormonas producidas por la adenohipófisis? b. Qué efecto tiene la FSH en los hombres y en mujeres? c. Qué efecto tiene la LH en hombres y en mujeres? d. Qué pasaría en el cuerpo de una niña de 4 años si a esa edad se activara la adenohipófisis? e. Cómo sería el cuerpo de un hombre de 30 años si no se hubiera activado la adenohipófisis? Viviendo la adolescencia 23

24 5. DESARROLLO DE LA VIDA HUMANA Nuestra vida comenzó siendo una única célula. Pero cómo llegamos a convertirnos en una persona formada por millones de células? Fecundación Embrión Ovocito Ovario Implantación Útero Oviducto La fecundación corresponde al proceso a través del cual un espermatozoide y un ovocito se fusionan, dando origen al cigoto. La fecundación se lleva a cabo en el interior del sistema reproductor femenino. Cómo es posible la fecundación? Durante el acto sexual o copulación, el pene del hombre se introduce en la vagina de la mujer. Luego ocurre la eyaculación, que es la salida del semen, líquido que contiene los espermatozoides. Los espermatozoides liberados avanzan desde el útero hacia los oviductos. Cuando llegan al tercio final, solo uno de ellos ingresa al ovocito, fecundándolo. A partir de la unión de ambas células se origina una nueva, llamada cigoto, que por medio de múltiples divisiones celulares forma el embrión, que inicia su camino de descenso hacia el útero. Aproximadamente en el séptimo día, ocurrida la fecundación, se produce la implantación, proceso en que el embrión se une a la pared del útero. Una vez en el útero, el nuevo ser debe nutrirse y protegerse de golpes e infecciones. Para esto se desarrollan estructuras especializadas en las funciones de protección llamadas anexos embrionarios. Vasos sanguíneos del feto Vasos sanguíneos de la madre Cordón umbilical Placenta Feto Amnios Dos arterias y una vena del cordón umbilical Pared del útero Placenta Amnios Cordón umbilical Comunica al feto con su madre; permite el intercambio de sustancias nutritivas, desechos y gases; elabora hormonas como la progesterona que mantiene el embarazo. Es un saco que envuelve al feto y está lleno de líquido amniótico, en el cual el feto flota. Esta estructura lo protege de golpes e infecciones. Estructura que comunica la placenta y el feto. Permite el flujo de nutrientes y oxígeno entre el bebé y la placenta. 24 Unidad 1

25 UNIDAD 1 Fases del embarazo El embarazo tiene una duración promedio de 280 días o cuarenta semanas, contadas desde la última menstruación de la madre hasta el nacimiento del bebé. Durante el tiempo comprendido entre la fecundación y el nacimiento, ocurre el desarrollo humano intrauterino, llamado así porque ocurre en el interior del sistema reproductor femenino. Conozcamos los cambios más importantes que ocurren durante el embarazo. Primer trimestre Al final del primer mes el embrión mide alrededor de 1 cm, su corazón late, se comienzan a formar los brazos y las piernas y se desarrollan la mayoría de los órganos. Al finalizar el segundo mes el embrión comienza a llamarse feto y mide unos 3 cm. Terminando el tercer mes, todos los órganos están formados; incluso es posible reconocer el sexo del feto, debido a que su sistema reproductor ya se ha desarrollado. Su tamaño es de unos 11 cm. Segundo trimestre Los sistemas circulatorio y nervioso terminan su maduración. Aumentan los movimientos del feto, los que pueden ser percibidos por la madre. Al final del sexto mes, el feto ya mide alrededor de 35 cm. Tercer trimestre Se produce la maduración del sistema respiratorio. Durante esta etapa el feto crece hasta alcanzar unos 50 cm y aumenta de peso rápidamente, abre los ojos, escucha sonidos, se mueve cada vez más y cambia su postura, preparándose así para nacer. Durante el período de embarazo la madre necesita un ambiente tranquilo, protección y amor. Viviendo la adolescencia 25

26 Parto Al final del embarazo se desencadenan una serie de cambios hormonales en el cuerpo de la madre, que señalan que el período de desarrollo intrauterino ha concluido y que el nuevo ser está en condiciones de abandonar el útero materno y continuar su desarrollo fuera de él. El parto es el proceso por el cual el feto sale del útero materno al exterior. El parto se inicia cuando las paredes del útero comienzan a contraerse y el cuello del útero se dilata. A medida que transcurren las horas, las contracciones aumentan en frecuencia e intensidad. Al nacer un bebé mide aproximadamente 50 cm y pesa alrededor de 3 kg. Como consecuencia de las contracciones, el feto sale hacia el exterior a través de la vagina; este momento corresponde al nacimiento. Las contracciones del útero continúan después del nacimiento, hasta expulsar completamente la placenta, proceso conocido como alumbramiento. Lactancia materna La nutrición del recién nacido constituye un gran desafío y responsabilidad para los padres, pues de ella depende en gran medida el desarrollo sano que permite el crecimiento, una vida saludable y, en definitiva, el bienestar del bebé. La leche materna contiene todos los nutrientes que el bebé requiere en sus primeros meses luego de nacer y anticuerpos que lo defienden de algunas enfermedades. Durante los primeros meses de vida, los mamíferos, como el ser humano, se alimentan de leche producida por la madre. La lactancia materna no solo constituye una forma de alimentación, sino que también una forma de estrechar el vínculo entre el hijo y la madre. Conociendo más El parto y la lactancia materna son dos procesos mediados por acción hormonal. Al final del embarazo el cuerpo de la madre comienza a secretar una hormona importante, la oxitocina. Esta hormona provoca las contracciones uterinas, señal que indica que el bebé está a punto de nacer. Después del nacimiento, la hormona prolactina induce la producción de leche materna en las glándulas mamarias. 26 Unidad 1

27 UNIDAD 1 Evaluando lo aprendido 1. Lee cada afirmación y responde en tu cuaderno con una V si es verdadera o F si es falsa. Justifica aquellas que sean falsas. a. La fecundación humana ocurre externamente. b. El cigoto se forma por la unión de un espermatozoide y un ovocito. c. La unión entre un ovocito y un espermatozoide se lleva a cabo en el útero. d. La implantación del embrión ocurre aproximadamente al séptimo día después de la fecundación. e. Ocurrida la fecundación, se forma una nueva célula llamada embrión. 2. Copia en tu cuaderno los siguientes conceptos y relaciona cada uno de ellos con su función. a. Amnios intercambio de nutrientes y desechos. b. Placenta comunica la placenta y el feto. c. Cordón umbilical saco que protege de golpes. 3. Realiza un esquema que resuma los cambios que ocurren en el feto durante el período de embarazo. 4. Copia en tu cuaderno las siguientes oraciones y completa con las palabras que faltan para darle sentido. a. El es el proceso en que el feto sale del al exterior. b. La señal que indica que va a ocurrir el parto son las, que son provocadas por una hormona, llamada. c. Durante los primeros meses, el bebé se alimenta principalmente de, la cual se produce gracias a la acción de la hormona. Cómo estuvo tu trabajo? Revisa cada respuesta a las preguntas de las actividades 1, 2, 3 y 4. Si identificaste las oraciones verdaderas y falsas de la actividad 1, excelente! Si tuviste errores, revisa la página 24. Si relacionaste cada concepto con su función, felicitaciones! De lo contrario, vuelve a reforzar el contenido de la página 24. Si realizaste correctamente el esquema en la actividad 3, muy bien! De lo contrario, repasa la página 25. Si completaste las oraciones de la actividad 4, felicitaciones! Si fallaste en alguna, repasa la página 26. Viviendo la adolescencia 27

28 6. MATERNIDAD Y PATERNIDAD RESPONSABLES En el proceso de crecimiento y maduración, los seres humanos se relacionan, se comunican y se apoyan para convertir los proyectos personales en proyectos comunes. En el proceso de elección de una pareja definitiva o matrimonio, cada persona elige libremente a otro, basándose en el amor mutuo y en la seguridad de compartir una vida en común. De esta relación se conciben hijos y se engendra la vida. Ser padres es uno de los pasos más importantes en la vida de las personas. Pero la paternidad es difícil y supone una gran responsabilidad. Ser padres es un proceso consciente y responsable, lo que implica velar por el desarrollo integral de los hijos, proporcionarles el cuidado de la salud, formación, educación y afecto, de modo que los hijos se integren a la sociedad como adultos sanos. Durante el embarazo, período que se extiende desde la fecundación hasta el nacimiento, el feto requiere nutrientes y oxígeno que la madre le entrega a través de la placenta, para lo cual la madre necesita alimentarse muy bien. Además, la mujer embarazada requiere vivir su embarazo en un ambiente de tranquilidad, protección y amor. Qué son los roles sexuales? Hombres y mujeres asumen roles sexuales diferentes en los aspectos relacionados con la reproducción, pues estos roles derivan de las diferencias fisiológicas entre ambos sexos. Por ejemplo, la gestación de un bebé y el amamantamiento solo pueden ser roles femeninos. Sin embargo, todas las demás tareas pueden ser asumidas por personas de ambos sexos. Los padres y los hermanos también pueden comprometerse con las labores propias del cuidado del recién nacido y colaborar en las tareas domésticas. Conversemos En sociedades como las europeas cada día hay menos diferencias entre roles femeninos y masculinos. En nuestro país aún persisten, pero paulatinamente se ha ido mejorando en este aspecto: hoy podemos encontrar mujeres bomberos, ejecutivas financieras o conductoras de camiones, y vemos que muchos hombres cuidan de sus hijos y realizan tareas domésticas con la misma dedicación que las mujeres. Cómo cooperas tú con las labores domésticas en tu casa? 28 Unidad 1

29 UNIDAD 1 7. MÉTODOS ANTICONCEPTIVOS Y PLANIFICACIÓN FAMILIAR Preservativos. Desde la pubertad, tanto las niñas como los niños tienen la posibilidad biológica de ser padres. Sin embargo, la madurez psicológica para vivir de buena forma este proceso se alcanza muchos años después. La decisión, por parte de una pareja, de tener un hijo es muy importante, y se debe tomar de una manera responsable. Los métodos anticonceptivos permiten la regulación de la natalidad. Estos métodos son técnicas que sirven para evitar el embarazo y algunos de estos previenen el contagio de enfermedades de transmisión sexual (ETS). Existe una amplia variedad de métodos anticonceptivos. A continuación se indican las características de algunos de ellos. DIU (dispositivo intrauterino). Píldora anticonceptiva. Métodos Descripción Eficacia, ventajas e inconvenientes NATURALES Ritmo calendario Método de Billings ARTIFICIALES Se basan en evitar la relación sexual durante el período fértil. Consiste en calcular el período fértil, considerando la duración del ciclo menstrual. Poco eficaces. Considera las características del moco cervical. No previene el contagio de ETS. Actúan como barrera ante los espermatozoides o alteran el ciclo menstrual. Preservativo o condón DIU (dispositivo intrauterino) Píldora anticonceptiva Delgada funda de látex que se coloca en el pene y recoge el semen. Dispositivo de metal y plástico, con forma de espiral o de T, que se introduce en la pared del útero (debe hacerlo un profesional de la salud) e impide la fecundación. Pastillas de naturaleza hormonal que impiden la ovulación. Usado correctamente tiene una alta eficacia. Ayuda a prevenir las ETS. Eficacia alta. No previene el contagio de ETS. Eficacia muy alta. No previene el contagio de ETS. Viviendo la adolescencia 29

30 8. ENFERMEDADES DE TRANSMISIÓN SEXUAL Las enfermedades de transmisión sexual (ETS) son enfermedades infecciosas provocadas por bacterias, virus, hongos o protozoos, cuya principal vía de contagio son las relaciones sexuales entre una persona enferma y otra sana. Conozcamos algunas de estas enfermedades: Enfermedad de transmisión sexual Organismo que la produce Descripción de la enfermedad Treponema pallidum. Sífilis Bacteria: Treponema pallidum. Aparecen lesiones en los órganos genitales, e inflamación generalizada en la zona. La bacteria puede invadir otros órganos y provocar daño en el sistema nervioso y cardiovascular. Gonorrea Bacteria: Neisseria gonorroheae. Se presenta mucho dolor al orinar e inflamación de los órganos genitales, los cuales secretan pus. En un estado más avanzado provoca esterilidad. Neisseria gonorroheae. Herpes genital Virus del herpes simple tipo 2 (VHS-2). Aparición de ampollas dolorosas, que en hombres brotan en el pene y en las mujeres en la vulva o en la vagina. Verrugas genitales Virus del papiloma humano o papiloma virus (VPH). Aparecen protuberancias blandas, rojizas en los órganos genitales. En las mujeres, el virus puede infectar el cuello del útero, provocando cáncer cervical (cáncer del cuello uterino). Sida (síndrome de inmunodeficiencia adquirida) Virus de la inmunodeficiencia humana (VIH). Afecta al sistema inmunológico (que defiende al organismo contra infecciones), disminuyendo la capacidad de defensa frente a otros agentes infecciosos. Las ETS se pueden prevenir. Debido a que el contacto sexual es la principal vía de transmisión, la mejor forma de prevenir el contagio es la abstinencia sexual o, en caso contrario, mantener una pareja sexual única, y usar correctamente el preservativo. 30 Unidad 1

31 UNIDAD 1 Evaluando lo aprendido 1. Copia en tu cuaderno las siguientes aseveraciones y escribe una V si es verdadera o una F si es falsa. Justifica las falsas. a. La capacidad biológica para reproducirse comienza en la pubertad. b. Todos los métodos anticonceptivos previenen las enfermedades de transmisión sexual. c. Algunos métodos naturales actúan como barrera ante los espermatozoides. d. El método del ritmo calendario está relacionado con el período fértil de la mujer. e. El dispositivo intrauterino es el método anticonceptivo de mayor eficacia. f. Solo el condón previene las enfermedades de transmisión sexual. 2. Escribe en tu cuaderno los conceptos de las columnas A y B. Luego relaciona cada enfermedad con el microorganismo causante. A a. Gonorrea VIH b. Herpes genital Treponema pallidum c. SIDA VPH d. Sífilis Neisseria gonorroheae e. Verrugas genitales VHS-2 3. Completa, en tu cuaderno, los siguientes párrafos con los conceptos que corresponden. a. Los regulan la natalidad y previenen el contagio de. Existen métodos, como por ejemplo, el ritmo calendario y el y también métodos, tales como el DIU, el y la. b. Las ETS son ; algunos ejemplos son el SIDA, y. La forma de prevenir las ETS es a través de la, y. B Cómo estuvo tu trabajo? Revisa cada respuesta a las preguntas de las actividades 1, 2 y 3. Si identificaste correctamente las aseveraciones verdaderas y las falsas de la actividad 1, felicitaciones! Si fallaste en alguna, repasa la página 29. Si relacionaste cada enfermedad con el microorganismo causante, en la actividad 2, muy bien! De lo contrario vuelve a reforzar el contenido de la página 30. Si completaste los párrafos de la actividad 3, excelente! Si tuviste errores, revisa las páginas 29 y 30. Viviendo la adolescencia 31

32 GLOSARIO Linfocitos: células del sistema inmune que reconocen y destruyen agentes patógenos. Síndrome de inmunodeficiencia adquirida: SIDA El SIDA es una enfermedad infecciosa causada por un virus llamado VIH (virus de la inmunodeficiencia humana), del cual existen dos tipos: VIH tipo I y el VIH tipo II, los que atacan el sistema inmune del organismo, es decir, infectan y matan los linfocitos. SIDA S índrome de I nmuno D eficiencia A dquirida Conjunto de síntomas y signos Debilitamiento del sistema inmune Se contrae la enfermedad (no se hereda) Se manifiesta como: Aparición de manchas violáceas de diferentes tamaños generalmente cutáneas. Diarrea crónica que suele acompañarse de pérdida de peso y dolor abdominal. Se alteran los nervios periféricos, provocando intenso dolor. La persona con VIH puede estar muchos años sin manifestar signos y síntomas; en esta etapa se dice que es seropositiva o portadora. Se transmite por tres vías: Sexual: a través del acto sexual con una persona portadora. Sanguínea: al entrar en contacto la sangre de un enfermo con la de una persona sana. Madre a hijo: una mujer puede transmitir el VIH a su hijo durante la gestación, en el parto o durante la lactancia. El SIDA no se propaga por vía aérea o digestiva, ya que es poco resistente a las condiciones ambientales. Se destruye fácilmente con el calor y el uso de cloro y detergentes. Una persona con VIH evita el contagio al: No donar sangre, tejidos, órganos o semen. No compartir utensilios como jeringas, máquinas de afeitar y cepillos dentales. Informar a los médicos, dentistas o a quien pueda estar en contacto con su sangre para que utilicen elementos esterilizados y desechables. Evitar el embarazo, por el riesgo de contagiar al feto. Informar a su pareja para evitar un contagio por vía sexual. La prevención es el único camino eficaz contra la propagación del SIDA, ya que aún no existe cura. Algunas medidas de prevención son: - Tener una pareja estable. - No compartir jeringas o usar utensilios que pudieran haber estado en contacto con sangre infectada de VIH. - Utilizar correctamente el preservativo (condón), ya que es la forma más eficaz para prevenir el SIDA y otras ETS. - Si se va a recibir sangre por medio de una transfusión, debe ser sangre segura, es decir, que haya sido sometida a controles adecuados. 32 Unidad 1

33 HACIENDO ciencia Observación El SIDA es una enfermedad que afecta a mucha gente de manera silenciosa, sin embargo, la información que se conoce es muy variada. Problema científico Quiénes saben más sobre el SIDA, las personas mayores o las menores de 25 años?, quiénes están más informados sobre el SIDA, los hombres o las mujeres? Hipótesis Plantea una hipótesis de trabajo. Escríbela en tu cuaderno. Procedimiento a. Junto a 2 ó 3 compañeros revisen la información de la página 32 y formulen preguntas para elaborar la encuesta. Algunos ejemplos son: - Qué significa la palabra SIDA? - De qué manera se contagia? - Es el SIDA una enfermedad bacteriana o viral? - De qué modo se puede prevenir? b. Luego definan el grupo de personas a quién aplicarán la encuesta. Por ejemplo: - adolescentes entre 13 y 17 años (hombres y mujeres). - personas entre 20 y 30 años (hombres y mujeres). También deben determinar la cantidad de personas que entrevistarán. Bastará con 2 ó 3? Apliquen la encuesta para recolectar datos sobre el conocimiento que tienen las personas sobre el SIDA. Recolección de datos CUÁNTO SABEMOS SOBRE EL SIDA? UNIDAD 1 PROCESOS CIENTÍFICOS Observación Planteamiento del problema Formulación de hipótesis Diseño de investigación Recolección de datos Análisis de resultados y conclusiones Para los resultados, evalúen cada encuesta y clasifiquen el nivel de conocimiento sobre el SIDA que tienen los encuestados en: muy bueno (MB), bueno (B), regular (R) o nulo (N). Pueden utilizar otra escala si lo desean. Análisis de resultados y conclusiones 1. Cómo es el nivel de conocimiento sobre el SIDA del grupo encuestado?, en qué se basan para decirlo? 2. Qué grupo tiene mayor conocimiento, hombres o mujeres? 3. Qué rango de edad maneja más información sobre el SIDA? 4. Suponiendo que en general las personas tienen un grado muy bajo de conocimiento sobre el SIDA, qué se podría hacer para mejorar esta situación? 5. Sería importante aplicar esta encuesta a nivel nacional?, por qué? Viviendo la adolescencia 33

34 Conéctate Ingresa a la página y de acuerdo a lo presentado en el link Prevención, responde: cuál es el objetivo principal del Gobierno para superar el problema de las drogas?, cómo puedes ayudar? 9. LOS RIESGOS DE LAS DROGAS Es común escuchar que las drogas están siendo cada vez más usadas en nuestra sociedad. Pero cómo se reconoce que una sustancia química es una droga?, cuántos tipos de drogas hay?, por qué sus efectos son tan nocivos? Droga es cualquier sustancia natural o sintética que al introducirla al organismo puede alterar el funcionamiento físico y psicológico de quien la consume. Su consumo puede ocasionar tolerancia y dependencia. La tolerancia es la necesidad de consumir dosis cada vez mayores para obtener los efectos deseados. La dependencia se manifiesta cuando se deja de consumir la droga, produciéndose serias alteraciones en la persona, tales como el síndrome de privación. Para clasificar las drogas existen varios criterios, uno es la aprobación legal de su consumo, y otro, el efecto que causa en el organismo. Drogas legales Son drogas cuyo uso no se penaliza. Alcohol etílico (bebidas alcohólicas). Nicotina (tabaco). Benzodiacepinas.* Morfina.* Anfetaminas.* * Drogas para tratar enfermedades. Drogas ilegales Son drogas no permitidas por la ley, por ser altamente dañinas para la salud. Heroína. Cocaína. Marihuana. Inhalantes. LSD Pasta base. En nuestro país, las drogas de mayor consumo son el alcohol, el tabaco, la marihuana, la cocaína y sus derivados. Depresoras Sustancias que producen sedación y relajación. Estimulantes Sustancias que aceleran o activan el organismo. Alucinógenas Sustancias que producen alteraciones transitorias en el funcionamiento psíquico. Drogas Alcohol etílico (bebidas). Benzodiacepinas (pastillas para dormir). Cocaína Anfetaminas LSD Marihuana Efectos en el organismo Produce estado de embriaguez, alterando la coordinación motora y el estado de alerta de la persona. Produce efectos sedantes y anestésicos, produciendo sueño. Produce estados de euforia, mayor estado de alerta e intensificación de los sentidos. Disminuye el sueño y aumenta el estado de alerta; puede inhibir el apetito. Altera la percepción del mundo provocando en la mente visiones irreales (alucinaciones). Acelera el pulso, produce alucinaciones, distorsiona el sentido del tiempo y altera la coordinación motora. 34 Unidad 1

35 UNIDAD 1 Trabaja con la información 1. Las siguientes tablas corresponden a algunos resultados de un estudio realizado por Conace respecto al consumo de drogas en los escolares entre octavo básico y cuarto año medio en zonas urbanas. La muestra fue de estudiantes de ambos sexos y se realizó en el año Observa los resultados y responde en tu cuaderno las preguntas que aparecen a continuación. Tabla N 1: Porcentaje de alumnos por curso que han consumido algún tipo de droga ilícita Sustancia 8 o 1 o medio 2 o medio 3 o medio 4 o medio Total Marihuana 4,8 10,1 16,9 22,4 27,1 15,2 Cocaína 1,7 2,7 3,3 3,2 3,9 2,9 Paste base 1,8 2,6 2,9 2,6 3,2 2,6 Fuente: Sexto estudio nacional de drogas en la población escolar de Chile, Conace, a. Qué ocurre con el consumo de drogas en los escolares en nuestro país? b. Por qué crees que las personas de tu edad o un poco mayores comienzan a probar las drogas?, cuál es el riesgo de esto? c. Cuál es la droga más consumida por los escolares?, qué daños produce esta droga? d. Qué relación existe entre el consumo de drogas y la edad? e. Qué medidas propondrías para prevenir el consumo de drogas en los escolares? 2. Lee la siguiente información, luego responde en tu cuaderno las preguntas y comenta con tus compañeros. Cuando se les pregunta a las personas por qué consumen drogas, dan siempre varias razones, como, por ejemplo, liberar tensiones y angustias, olvidarse de problemas, adquirir mayor seguridad personal, buscar nuevas sensaciones. Todas estas son motivaciones propias de la condición humana, pero que deberían resolverse por otros caminos. a. Crees que las personas logran satisfacer sus carencias afectivas consumiendo drogas?, por qué? b. Qué alternativa propondrías a una persona para que deje el consumo de drogas? Viviendo la adolescencia 35

36 Factores que promueven el consumo de drogas Existen factores que favorecen la decisión de una persona para consumir drogas, estos pueden ser individuales, sociales o incluso macrosociales. Factores de riesgo individual Problemas de personalidad. Dificultad para resistir presiones del grupo. Creencias y actitudes que favorecen el consumo. Experiencias de vida (duelo, separación, crisis). Factores de riesgo familiar, social y comunitario Desintegración familiar. Padres muy permisivos o muy autoritarios. Influencia de pares. Disponibilidad y consumo de drogas en el barrio o comunidad. Factores de riesgo macrosocial Publicidad respecto a algunas drogas (alcohol y tabaco). Disponibilidad económica de drogas (precios bajos). Escasa aplicación de leyes que regulan el expendio. Las drogas más comunes son el tabaco y el alcohol, ya que se consideran drogas legales, aceptadas socialmente. Son drogas depresoras; las sustancias dañinas que contienen se incorporan rápidamente a la sangre, disminuyendo la coordinación motriz y promoviendo los impulsos agresivos. Conozcamos un poco más de estas drogas: El tabaquismo es una enfermedad crónica. Provoca desde una tos constante hasta cáncer pulmonar. El cigarrillo contiene nicotina y alquitrán; al quemarse se produce monóxido de carbono. La nicotina produce adicción, aumenta la presión arterial y los latidos del corazón. Al fumar en la mañana se estimula el intestino grueso, disminuyendo el apetito y reduciendo la circulación de la sangre. El alquitrán es un residuo de la combustión, impide a la sangre captar el oxígeno necesario, es cancerígeno. El monóxido de carbono es un gas altamente tóxico que se encuentra en el humo del cigarrillo. También en el humo del cigarrillo hay más de sustancias, como ácidos, alcoholes y cianuro. El alcoholismo es una enfermedad crónica, donde existe adicción física y psicológica. Deja secuelas importantes, ya que al beber alcohol en exceso, aunque se deje y se rehabilite, el organismo habrá sufrido las consecuencias con el tiempo. Afecta al sistema nervioso central, produciendo la pérdida de la memoria, provoca irritación gastrointestinal y erosión del revestimiento del esófago y el estómago, causando náuseas y vómitos. El consumo prolongado puede provocar deficiencias nutricionales, al no permitir la absorción de vitaminas. En exceso desencadena la hepatitis alcohólica, que puede derivar en cirrosis e incluso aumentar el riesgo de contraer cáncer. 36 Unidad 1

37 UNIDAD 1 Evaluando lo aprendido 1. De las siguientes sustancias, indica cuáles corresponden a drogas y clasifica estas últimas en drogas legales e ilegales. aspirina opio pisco té café tabaco pasta base cocaína neoprén sedantes bebidas cola anfetaminas 2. Escribe y completa en tu cuaderno las siguientes frases. a. Son drogas legales,, y. b. Un ejemplo de droga estimulante es. c. Entre los factores que promueven el consumo de drogas se encuentran,, y. d. Algunos componentes del cigarrillo son:. e. El es una enfermedad que afecta principalmente al sistema nervioso. 3. Lee cada afirmación y responde en tu cuaderno con una V si es verdadera o F si es falsa. Justifica tus respuestas falsas. a. Las drogas son dañinas para la salud. b. El tabaquismo no es perjudicial como otras adicciones. c. Los medicamentos no son drogas. d. La desintegración familiar constituye un factor de riesgo frente al consumo de drogas. e. Consumir drogas de vez en cuando no es perjudicial. Cómo estuvo tu trabajo? Revisa cada respuesta a las preguntas de las actividades 1, 2 y 3. Si identificaste correctamente las drogas en la actividad 1, felicitaciones! Si fallaste en alguna, repasa la página 34. Si completaste correctamente las oraciones de la actividad 2, excelente! Si tuviste errores, revisa las páginas 34 y 36. Si identificaste correctamente las oraciones verdaderas y falsas, felicitaciones! De lo contrario, vuelve a reforzar el contenido de las páginas 34 y 36. Viviendo la adolescencia 37

38 Taller Científico PROCESOS CIENTÍFICOS Hipótesis y diseño de investigación La hipótesis es una posible respuesta a los problemas planteados y debe ser coherente con el tema a investigar. CUÁNTO CRECEMOS? Observación Haciendo el análisis de una investigación, un grupo de alumnos observaron que había diferencias de crecimiento en la niñez y en la pubertad. Problema científico Qué relación hay entre la longitud de la cabeza y el cuerpo, en la niñez y en la pubertad? Hipótesis 1. Aplicando lo que has aprendido en esta unidad, intenta responder el problema científico. 2. Basándote en la respuesta que diste, formula una hipótesis para este fenómeno. Diseño de investigación Formen grupos de 2 ó 3 personas y analicen la figura n 1, con ella podrán idear un diseño de investigación. Longitud de la cabeza Longitud del cuerpo Figura n 1 38 Unidad 1

39 UNIDAD 1 Una vez analizada la figura, diseñen una investigación que les permita resolver el problema científico planteado. Identifiquen las variables dependientes e independientes. Recolección de datos Diseñen tablas o cuadros de registros para ordenar los datos que obtuvieron durante la investigación. Análisis de resultados y conclusiones Para el análisis de los resultados respondan las siguientes preguntas. 1. Qué porcentaje de la longitud total del cuerpo corresponde a la longitud de la cabeza en un niño y una niña de 6 años? 2. Qué porcentaje de la longitud total del cuerpo corresponde a la longitud de la cabeza en un niño y una niña de 12 años? 3. Qué crece más rápido en el período comprendido entre los 6 y 12 años, la cabeza o el cuerpo? 4. Hay diferencias en cuanto al crecimiento de los niños y las niñas?, cuáles son? 5. Qué creen que sucederá con el crecimiento total del cuerpo de los niños desde los 12 hasta los 17 años? Elaboren una hipótesis que pueda ser puesta a prueba en otra investigación. 6. A qué conclusión pueden llegar para responder al problema científico planteado? Cómo trabajé? Copia las siguientes preguntas en tu cuaderno y escribe Sí o No, según corresponda. 1. Logré obtener la información necesaria para realizar la actividad? 2. Registré todos los datos? 3. Fui capaz de hacer los cálculos necesarios para la actividad? 4. Cumplí con las tareas que me correspondían en el grupo? 5. Colaboré con el resto de mis compañeros? 6. Llegué a conclusiones concretas? Revisa las preguntas en que respondiste No y plantea un plan de trabajo para superarlo. Viviendo la adolescencia 39

40 Noticia Científica ALERTA: CIGARRILLOS Y EMBARAZO! Embarazadas que fuman reducen fertilidad del bebé varón, al afectar gen clave El material genético del bebé varón en formación posee un gen, llamado gen DHH, el cual juega un rol fundamental en el desarrollo de los testículos, ya que libera una molécula del mismo nombre que controla el crecimiento de estos órganos. Las mujeres embarazadas que fuman durante el período de gestación reducen la fertilidad de su bebé, si este es varón, ya que con este hábito están afectando al gen DHH. La fertilidad corresponde a la capacidad, de cualquier ser vivo, de producir células sexuales viables para la reproducción. Pese a que hay constancia de que fumar tiene efectos negativos sobre la futura fertilidad de los hijos, los investigadores desconocían aún cuál era el motivo. Un grupo de investigadores de la Universidad de Aberdeen (Escocia) halló en los hijos de madres fumadoras reducciones en los niveles de la molécula DHH que controla el crecimiento normal de los testículos, teniendo esto consecuencias para la fertilidad de los futuros hombres. Los científicos señalan que el estudio es aún preliminar y es necesario realizar muchos más trabajos. Fuente: Fowler, Paul A. y col, Maternal Smoking during Pregnancy Specifically Reduces Human Fetal Desert Hedgehog Gene Expression during Testis Development, J Clin Endocrinol Metab, Febrero 2008, 93(2): Responde en tu cuaderno 1. Cuál es la importancia de mantener una vida saludable durante el embarazo? 2. Cómo podrían afectar los malos hábitos de una mujer embarazada en el desarrollo del feto? 3. Crees que el cigarrillo es perjudicial?, por qué? 4. Qué cuidados debiera tener la mujer embarazada para proteger a su hijo o hija en desarrollo? 40 Unidad 1

41 Resumiendo UNIDAD 1 Manifiesta su sexualidad a través de diferentes dimensiones y de nuestra vida, incluyendo la manera de comportarnos, de sentir, y de hacer. También se relaciona con nuestra capacidad reproductiva. Algunos de los aspectos a través de los que se expresa la sexualidad son: Psicológico: Involucra el pensamiento, las ideas, el intelecto y la personalidad. Biológico: Relacionado con la maduración de los órganos implicados en la reproducción. Social: Tiene que ver con la forma en que mantenemos relaciones con las personas y los grupos que nos rodean. SER HUMANO En el transcurso de la vida se experimentan cambios en las distintas etapas de desarrollo humano: desarrollo embrionario, niñez, pubertad y adolescencia, adultez y vejez. Sistema reproductor femenino. Formado por la vulva, la vagina, el útero, los oviductos y los ovarios, estos últimos son los órganos donde se forman los gametos femeninos. Ovocito Sistema reproductor masculino. Formado por el pene, la uretra, la próstata, los conductos deferentes, las vesículas seminales, el epidídimo y los testículos, estos últimos son las estructuras donde se forman los gametos masculinos. Espermatozoide En su desarrollo está expuesto a amenazas y enfermedades. Las drogas son sustancias naturales o sintéticas que al introducirlas al organismo pueden alterar el funcionamiento físico y psicológico de quien las consume. Las enfermedades de transmisión sexual (ETS) son enfermedades infecciosas cuya principal vía de contagio son las relaciones sexuales. La unión entre ambos gametos se denomina fecundación, originando una nueva célula, llamada cigoto, que se divide y desarrolla un nuevo ser. Un ejemplo de ETS es el SIDA, una enfermedad infecciosa causada por el virus VIH (virus de la inmunodeficiencia humana). Viviendo la adolescencia 41

42 Responde nuevamente la actividad Demuestro lo que sé... de la página 9, para que evalúes lo que has avanzado. 1. Observa las siguientes fotografías y responde en tu cuaderno. a. En qué etapa de la vida están las personas de las fotografías? b. Existen diferencias entre las personas? Nombra algunas. c. En que se parecen? 2. Responde en tu cuaderno las siguientes preguntas. a. En qué etapa de la vida te encuentras? b. Qué está ocurriendo con tu cuerpo? c. En qué se diferencian los hombres y mujeres de tu edad? Compara tus respuestas con las iniciales, han cambiado o se han mantenido igual? Indica cuáles cambiaron y cuáles no. Ahora profundiza tus respuestas 3. Copia en tu cuaderno el siguiente cuadro comparativo y completa, señalando las diferencias en el aspecto biológico de la sexualidad en hombres y mujeres. Características Hombres Mujeres Nombre de las gónadas. Nombre del gameto. Etapa del desarrollo en que comienza la producción de gametos. Hormona(s) que producen las características sexuales secundarias. Copia en tu cuaderno 42 Unidad 1

43 UNIDAD 1 Mapa conceptual Con los siguientes conceptos, elabora un mapa conceptual. Puedes agregar otros términos, si lo requieres. Sexualidad humana Vejez LH Espermatozoides Etapas de la vida Pubertad Ovarios Testosterona Desarrollo embrionario Características sexuales primarias Testículos Fecundación Niñez Sistema reproductor femenino Ovulación Pubertad y adolescencia Sistema reproductor masculino Ovocito Adultez FSH Ciclo menstrual Qué haces tú? Según estudios realizados por el Conace, en Chile la principal droga ilícita consumida por personas entre 12 y 64 años de edad es la marihuana, seguida por la cocaína y la pasta base de cocaína. Según estos datos, se estima que 1 de cada 4 consumidores de marihuana ha desarrollado adicción a esta droga. Asimismo, 1 de cada 3 consumidores de cocaína y la mitad de los consumidores de pasta base sufren de adicción, respectivamente. Evalúa tus actitudes Copia las siguientes preguntas en tu cuaderno y responde Sí o No a cada una. 1. Te parece que la droga es una opción de vida? 2. Todas las drogas pueden alterar tu estado de salud? 3. Consumirías drogas para probar nuevas experiencias? 4. Formarías parte de un grupo de jóvenes que consumiera drogas? 5. Si estuvieras triste o con problemas, recurrirías al consumo de drogas? 6. Conversas con tus padres sobre el tema de las drogas? Comenta tus respuestas con tus compañeros y compañeras y luego planea una forma de trabajo para informarte más sobre los riesgos del consumo de drogas. Viviendo la adolescencia 43

44 Qué aprendiste? I. Lee detenidamente cada afirmación y responde en tu cuaderno cual es la alternativa correcta. 1. La etapa del desarrollo humano que estás viviendo es: A. niñez. B. pubertad y adolescencia. C. adultez. D. vejez. 2. Los espermatozoides son: A. estructuras del sistema reproductor masculino. B. gónadas femeninas. C. gametos masculinos. D. hormonas masculinas. 3. Las hormonas producidas en el ovario tienen la función de: A. producir espermatozoides. B. provocar la expulsión de los espermatozoides. C. preparar el útero ante un posible embarazo. D. producir la fecundación. 4. Cuál es la función de las hormonas sexuales masculinas? A. Producir testosterona. B. Producir la hormona LH. C. Permitir la expresión de las características sexuales secundarias. D. Activar la adenohipófisis, para que produzca FSH. 5. Ser padres implica: A. proporcionar afecto a los hijos. B. cuidar la salud de los hijos. C. facilitarles educación a los hijos. D. todas las anteriores. 6. Cuál de las siguientes asociaciones ETS-origen está incorrecta? A. Sífilis-hongo. B. Gonorrea-bacteria. C. Sida-virus. D. Herpes genital-virus. 7. Cuál de las siguientes es una característica del síndrome de inmunodeficiencia adquirida: A. se propaga por vía digestiva. B. es causado por una bacteria. C. afecta el sistema circulatorio. D. se transmite por vía sanguínea. 8. Son drogas legales todas, excepto: A. nicotina. B. cocaína. C. alcohol etílico. D. barbitúricos. 9. Un ejemplo de droga estimulante es: A. marihuana. B. cocaína. C. inhalantes, como el neoprén. D. LSD. 10. Qué conducta(s) protege(n) a los individuos de la drogadicción? A. Practicar deportes. B. Pertenecer y valorar la familia. C. Tener buenos amigos. D. Todas las anteriores. 44 Unidad 1

45 UNIDAD 1 II. Copia en tu cuaderno las siguientes frases y complétalas con las palabras que faltan. 1. En la etapa del ciclo menstrual comienza la producción de estrógenos, lo cual provoca un aumento en el grosor del. 2. El proceso de liberación de un ovocito se llama, proceso que ocurre en los y es desencadenado por la acción de la hormona. 3. En la etapa el cuerpo lúteo comienza a secretar. 4. El ovocito, una vez expulsado, avanza por los. Si no es fecundado, se producirá la. Si el ovocito es fecundado por un forma una célula llamada. III. Responde: 1. Qué es un método anticonceptivo? 2. Describe la eficacia, ventajas e inconvenientes de los siguientes métodos anticonceptivos: a. Píldora anticonceptiva. b. Preservativo. c. Método de Billings. IV. Las siguientes estructuras corresponden al aparato reproductor humano femenino y masculino. Cópialos en tu cuaderno y realiza las siguientes actividades: 1. Rotula todas las estructuras de los sistemas. 2. Qué diferencias encuentras entre ambos sistemas reproductores? 3. Describe el recorrido de un espermatozoide desde que se forma hasta que fecunda un ovocito. V. Responde las siguientes preguntas en tu cuaderno. 1. Realiza un cuadro comparativo que resuma los cambios que ocurren en el feto durante el período de embarazo. 2. Cómo llega el alimento al feto durante la gestación? 3. En qué anexo embrionario se realiza el intercambio de sustancias entre la madre y el feto? Viviendo la adolescencia 45

46 UNIDAD 2 CICLOS EN LA NATURALEZA Navegaremos por... Materia, energía y vida Los ciclos en la naturaleza Ciclo del carbono y oxígeno Ciclo del agua Ciclo del nitrógeno Alteraciones en los ciclos naturales CONVERSEMOS Fotobanco Algunas actividades humanas pueden afectar a los elementos que forman el medioambiente y deteriorar las condiciones de vida en nuestro planeta. Muchos efectos del desarrollo industrial han favorecido la pérdida de la biodiversidad y algunas consecuencias son irreversibles. Qué importancia tiene el cuidado de la naturaleza?, cómo puedes ayudar a evitar la destrucción del planeta? 46 Unidad 2

47 En esta unidad aprenderás a Comprender que la materia circula por los ecosistemas, a través de los ciclos biogeoquímicos. Describir los procesos básicos de los ciclos del agua, del carbono y del nitrógeno. Conocer la importancia de los organismos productores y descomponedores, dentro de los diferentes ciclos biogeoquímicos. Comprender los principales efectos de la intervención humana en el ambiente y la modificación de los ciclos biogeoquímicos. Demuestro lo que sé 1. Observa las siguientes fotografías y luego responde. A B a. Nombra los componentes del ecosistema que observas en las fotografías. b. Interactúan entre sí los componentes de cada ecosistema?, cómo lo hacen? c. Qué se necesita para mantener la vida en ambos ecosistemas? 2. Completa en tu cuaderno las siguientes oraciones. a. La energía que necesitan los seres vivos proviene del. Esta, es utilizada por las para fabricar sus. b. La energía de un ser vivo a otro a través de las que están constituidas por organismos, y. c. Algunas sustancias vitales para la vida en la Tierra son el, y el, los cuales se reciclan a través de los. Ciclos en la naturaleza 47

48 Red de conceptos En esta unidad relacionaremos varios conceptos que nos permitirán comprender cómo fluye la materia en el ecosistema. EN LA NATURALEZA existen Ciclos de la materia como Ciclo del agua La intervención humana puede provocar un Impacto global sobre el medioambiente Ciclo del carbono Ciclo del nitrógeno Qué piensas tú? En diversas actividades, el ser humano utiliza la energía que proviene de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural). El consumo de combustibles fósiles en industrias, centrales térmicas, calefacción y automóviles, ejerce un efecto nocivo sobre el medio. La emisiones procedentes de estas actividades pueden causar graves daños a la atmósfera, como la lluvia ácida, la destrucción de la capa de ozono y el efecto invernadero. Comenta con tu curso: Cuáles son los efectos nocivos del uso de la energía procedente de fuentes tradicionales como el carbón, el petróleo y el gas natural? Conoces fuentes alternativas de donde obtener energía?, cuáles? Qué ventajas traería utilizar esas fuentes alternativas? 48 Unidad 2

49 UNIDAD 2 DESAFÍO inicial Cómo aumenta la temperatura del planeta? Muchas veces habrás oído hablar sobre el calentamiento global que está experimentando nuestro planeta, seguramente has notado que es un tema que preocupa a las autoridades de muchos países. Conoces en qué consiste el calentamiento de la Tierra?, podrías explicarlo? Junto con 2 ó 3 compañeros o compañeras consigan los siguientes materiales: 2 tazas de tierra, 2 termómetros (de 100 ºC), 2 frascos de vidrio, 1 trozo de plumavit para construir las tapas de los frascos. Rotulen los frascos con las letras A y B. Pongan la tierra en ambos frascos y entierren los termómetros en la tierra. Con el trozo de plumavit, construyan dos tapas para ambos frascos. Cubran el frasco A con la tapa de plumavit, de manera que quede totalmente aislado y antes de colocar la tapa al frasco B, perfórenlo, generando agujeros que permitan la circulación de aire al interior de este. Frasco A Frasco B Pongan los frascos al sol y después de 20 minutos registren las temperaturas que marcan los termómetros y respondan en sus cuadernos: 1. Qué ocurrió con la temperatura de ambos frascos? 2. Por qué creen que la temperatura es diferente? 3. Cuál es el origen del calor dentro del frasco A? 4. Cómo es posible que el calor entre al frasco, pero no salga? 5. Qué efecto se representó con el modelo que fabricaron? Explíquenlo. Ciclos en la naturaleza 49

50 1. MATERIA, ENERGÍA Y VIDA Atmósfera Seres vivos Nuestro planeta reúne una serie de características que hacen posible la vida: una fuente de energía externa, el sol; una atmósfera y la existencia de agua. Los componentes de la Tierra son de gran importancia para la existencia de los seres vivos. En la atmósfera, la hidrosfera y la litosfera se encuentran los mismos elementos químicos que están presentes en los seres vivos; sin embargo la abundancia de cada componente varía en los distintos ambientes. Corteza terrestre Hidrosfera En la atmósfera el gas más abundante es el nitrógeno (78,1%). En la corteza terrestre abunda el oxígeno y diversos minerales. La hidrosfera está formada por agua y sustancias disueltas en ella. En los seres vivos el oxígeno, el carbono, el hidrógeno y el nitrógeno representan más del 95 % de su peso. Los elementos químicos que forman parte del mundo natural son importantes para la existencia y el desarrollo de la vida. El agua, el carbono, el oxígeno y el nitrógeno circulan constantemente entre los seres vivos y el ambiente, estableciendo los ciclos biogeoquímicos. Conociendo más La biosfera es la parte de la Tierra donde se encuentran los seres vivos. Es el espacio de vida en nuestro planeta. Podemos encontrar seres vivos en la hidrosfera, la litosfera y la atmósfera. La biosfera presenta una gran diversidad. Según cómo sean las condiciones del medio, el suelo, la temperatura y las precipitaciones en cada lugar, existen unos u otros seres vivos. 50 Unidad 2

51 UNIDAD 2 Cómo fluye la materia y la energía? Los seres vivos toman la materia y energía disponible en su medioambiente con el fin de utilizarlos para realizar procesos vitales. Esta materia y energía, luego son transferidas a los seres vivos y al ambiente. Materia Productores COMUNIDAD BIOLÓGICA Energía solar (útil) MEDIO FÍSICO GLOSARIO Ecosistema: conjunto formado por una comunidad biológica, las condiciones del lugar donde se ubica y las relaciones que puedan establecerse entre los seres vivos. Descomponedores Energía no utilizada La energía fluye en una sola dirección entre los seres vivos de un ecosistema. La energía solar es aprovechada por organismos productores, como las plantas, y se transfiere a organismos consumidores, como los herbívoros, y luego a otros organismos consumidores, como los carnívoros. Todos los organismos de esta cadena constituyen la comunidad biológica. En cada traspaso de energía, entre los diferentes tipos de organismos hay una liberación de energía al medio, en forma de calor. Por el contrario, la materia fluye cíclicamente, los elementos químicos son transferidos entre los seres vivos y en el propio medio físico de cada ecosistema. Alimentos y agua (materia + energía) Agua CO 2 Calor (energía) Luz (energía) Materia Calor (energía) En los organismos, la materia y la energía fluyen por circuitos abiertos, mientras que en los ecosistemas, la materia se recicla. Excrementos y secreciones (materia + energía) Luz reflejada (energía) Ciclos en la naturaleza 51

52 Analiza 1. Analiza el esquema que se muestra a continuación y luego responde las preguntas en tu cuaderno. ECOSISTEMA Atmósfera Hidrosfera Medio físico Comunidad biológica Litosfera formada por los Seres vivos Productores Consumidores Descomponedores Establecen relaciones a. Qué es un ecosistema? b. Cuáles son los componentes físicos de un ecosistema? c. Cuáles son los componentes biológicos de un ecosistema? d. Indica tres funciones de los componentes abióticos. e. Qué crees que sucedería si la comunidad biológica no interactuara con el medio físico? f. Por qué decimos que la comunidad biológica está en continua interrelación con otros componentes inorgánicos del ecosistema? 2. Indica a partir de la imagen. a. De qué forma está representada la comunidad biológica en la imagen? b. De qué manera está representado el medio físico en la imagen? 52 Unidad 2

53 UNIDAD 2 Los seres vivos se relacionan con su entorno Como hemos visto, la materia se recicla una y otra vez en la naturaleza, gracias a la acción de los organismos que interactúan entre sí. Estos organismos efectúan diversos procesos que permiten, por un lado, incorporar materia y energía. Como también, aprovechar la materia desechada por los seres vivos (cadáveres, excrementos, entre otros). Los organismos que permiten la circulación de materia y energía se pueden agrupar de la siguiente forma: Productores Son organismos autótrofos: que utilizan la energía del sol, el agua y el dióxido de carbono para producir sus propios nutrientes, en el proceso de fotosíntesis. A través de la fotosíntesis se incorporan energía y materia desde el medio físico hacia los seres vivos de un ecositema. Plantas. Consumidores Son los organismos heterótrofos, es decir, que no pueden producir sus propios nutrientes y los obtienen de otros seres vivos, o de partes de ellos. Dentro de este grupo encontramos a los consumidores primarios (principalmente herbívoros), a los consumidores secundarios y terciarios (carnívoros). Vaca, consumidor primario. Descomponedores Organismos que desintegran los restos de otros seres vivos. Como resultado de la actividad metabólica de los descomponedores, los compuestos orgánicos se degradan, liberándose sustancias inorgánicas al suelo o al agua. Desde ahí se vuelven a incorporar algunas sustancias a los productores, reiniciando el ciclo. Bacterias. Ciclos en la naturaleza 53

54 Interacciones en los ecosistemas En los ecosistemas, los seres vivos interactúan entre ellos, esto se da porque comparten el mismo ambiente. Estas interacciones pueden ser para algunos organismos beneficiosas y perjudiciales para otros. Por ejemplo, si un águila se alimenta de un ratón, esta relación será favorable para el águila porque obtendrá alimento pero dañina para el ratón porque muere. Pero no todas las relaciones entre los seres vivos son de esta manera, hay casos en que ambos organismos son beneficiados y otras en que son perjudicados; también es posible que uno sea beneficiado y el otro ni beneficiado ni perjudicado. Revisemos relaciones entre diferentes especies que comparten el ecosistema. Mutualismo y protocooperación. Son dos tipos de interacciones que se caracterizan porque los dos organismos son beneficiados, la diferencia entre ellas es que la primera es obligatoria para ambos organismos, en cambio la segunda no lo es. Un ejemplo de mutualismo son las micorrizas, que es una asociación entre hongos y raíces de plantas. Un ejemplo de protocooperación es la relación entre las flores y las abejas. El liquen es un ejemplo de mutualismo, pues se establece una relación entre un alga y un hongo. Parasitismo. Es una interacción entre dos organismos, en la que uno de ellos se beneficia y otro es perjudicado. Al individuo beneficiado se le llama parásito y al perjudicado, huésped. A diferencia de la depredación, en el parasitismo el organismo perjudicado no necesariamente muere. Un ejemplo es la relación entre piojo y ser humano. La relación entre garrapata y perro es un ejemplo de parasitismo (esta imagen está ampliada). 54 Unidad 2

55 UNIDAD 2 Los árboles compiten por la obtención de la luz solar. Competencia. Se caracteriza porque dos organismos (que pueden ser de la misma o de distinta especie) se perjudican mutuamente al competir por el mismo recurso que es escaso en el ambiente. Un ejemplo es la lucha entre leones y chitas por el alimento. Depredación. En esta interacción hay un organismo que se beneficia, llamado depredador, y otro perjudicado, que es la presa. Por ejemplo, el zorro come roedores. La interacción entre los leones y su presa es un ejemplo de depredación. Las enredaderas son plantas que usan los árboles como soporte para tener más disponibilidad de luz y no dañan al árbol. Comensalismo. En esta interacción, un organismo se beneficia y el otro no, pero tampoco es perjudicado. Por ejemplo, hay una especie de garza (ave) que se alimenta de los insectos que espanta el ganado al caminar por el pasto. El ave se beneficia porque come, pero el ganado no se beneficia ni se perjudica. Aplica 1. Escribe las siguientes situaciones en tu cuaderno e indica a qué tipo de relación entre especies se refieren. a. Hay especies de langostinos que limpian los parásitos de los peces, de esta manera evitan que estos se enfermen y, a su vez, ellos se alimentan. b. Las rémoras son peces que utilizan a los tiburones como transporte para obtener alimento en un área mayor. c. Las gallinas comen lombrices de tierra. d. Las lombrices solitarias pueden vivir en el intestino de los seres humanos, lo que provoca problemas de salud. Ciclos en la naturaleza 55

56 Evaluando lo aprendido 1. Completa en tu cuaderno el siguiente cuadro. Componente de la Tierra Elemento o compuesto abundante Importancia Atmósfera Hidrosfera Litosfera Biosfera Copia en tu cuaderno 2. Utilizando flechas, indica en tu cuaderno cómo fluye la energía y la materia en un ecosistema y en un ser vivo. 3. Completa en tu cuaderno el esquema, utilizando los siguientes conceptos: consumidores terciarios, descomponedores, consumidores primarios, productores y consumidores secundarios. Cómo estuvo tu trabajo? Si completaste correctamente el cuadro de la actividad 1, muy bien! De lo contrario, revisa el contenido de la página 50. Si estableciste correctamente el flujo de materia y energía, felicidades! Si fallaste, vuelve a la página 51 y revisa la información. Si lograste completar el esquema de la actividad 3, excelente! Revisa el contenido de la página 53, si fallaste. 56 Unidad 2

57 UNIDAD 2 2. LOS CICLOS EN LA NATURALEZA Muchas de las sustancias necesarias para los seres vivos, como el agua, el oxígeno, el carbono, el nitrógeno, el fósforo y el azufre, entre otras, se encuentran en cantidades fijas en el planeta y han estado en la Tierra desde sus inicios. Por qué crees que estas sustancias no se agotan? Los elementos y compuestos inorgánicos que forman parte de la materia viva fluyen en el ecosistema a través de los ciclos biogeoquímicos. Estos ciclos incluyen componentes geológicos (atmósfera, litosfera e hidrosfera) y también componentes biológicos (productores, consumidores y descomponedores). Carbono y oxígeno: elementos fundamentales para la vida El carbono (C) y el oxígeno (O) son elementos fundamentales para los seres vivos, ya que forman parte de importantes moléculas orgánicas, como las proteínas, lípidos y carbohidratos, entre otras moléculas que son esenciales para la vida. En la naturaleza, el O 2 y el CO 2 se mantienen en proporciones más o menos constantes, debido a que están renovándose permanentemente a través de ciclos. En estos ciclos, los gases mencionados son incorporados desde el ambiente por seres vivos, y son transformados a través de sus procesos vitales. Luego vuelven al ambiente, pudiendo ser reincorporados por los organismos. El intercambio de carbono y oxígeno entre el medioambiente y los seres vivos se realiza mediante los procesos de fotosíntesis y respiración; ambos constituyen la base de estos ciclos. Dióxido de carbono y agua Oxígeno Glucosa y oxígeno Fotosíntesis Respiración El oxígeno (O 2 ) representa el 21% de los gases atmosféricos y el dióxido de carbono (CO 2 ), el 0,03%. La cantidad de oxígeno que las plantas liberan en la fotosíntesis es mucho mayor que el consumido durante la respiración. Dióxido de carbono y agua Ciclos en la naturaleza 57

58 INTERPRETANDO un experimento Factores ambientales y abundancia de insectos Observación Un grupo de investigadores observó que la abundancia relativa de tres especies de insectos varió significativamente en tres ambientes distintos. Problema científico Las elevadas concentraciones de CO 2 atmosférico pueden influir en la abundancia de insectos de una población? Hipótesis La abundancia de insectos de una población aumenta cuando las concentraciones de CO 2 atmosférico se elevan. Método experimental a. Se crearon 16 parcelas experimentales de 1 m 2 cada una. En ellas se introdujeron poblaciones de una misma especie de insecto. Las 16 parcelas se mantuvieron en las mismas condiciones de luminosidad y humedad. En ocho parcelas, los niveles de CO 2 variaron naturalmente. En las restantes se mantuvo un nivel elevado de CO 2 del aire. b. Se mantuvieron las poblaciones por 9 generaciones, durante 9 meses (se reproducen una vez por mes), y se registró la abundancia de los insectos en las 16 parcelas, una vez al mes, al igual que la abundancia de los hongos que proliferaron naturalmente, en las parcelas. Resultados Análisis experimental 1. Cuál fue la causa de la variación en la cantidad de insectos de las parcelas con altos niveles de CO 2 ambiental? 2. Qué pasó en las poblaciones de las parcelas con niveles normales de CO 2? 3. Qué crees que ocurriría con las poblaciones si el experimento se extendiera en el tiempo por 10 generaciones más? Explica. 4. Los elevados niveles de CO 2 inciden en el medioambiente?, por qué? Fuente: Purves, Sadava, Orlans, Heller; Vida, La ciencia de la Biología; Ed. Médica Panamericana; 6 a ed.; Madrid; Unidad 2

59 UNIDAD 2 Cómo circulan el carbono y el oxígeno en la naturaleza? Los consumidores incorporan el O 2 de la atmósfera y obtienen el carbono a partir del consumo de moléculas orgánicas, como la glucosa, que forma parte de otros seres vivos, para obtener energía mediante el proceso de respiración celular. Producto de estas reacciones se libera CO 2 que es captado por organismos fotosintéticos. Respiración Para realizar el proceso de fotosíntesis, los organismos productores utilizan el carbono, que se encuentra en el ambiente en estado gaseoso, en forma de dióxido de carbono (CO2), para poder construir moléculas orgánicas como la glucosa. Como producto, se libera O2 a la atmósfera. Los productores, al igual que los consumidores, utilizan oxígeno del aire en la respiración celular, liberando también dióxido de carbono. Combustión Fotosíntesis Descomposición Depósitos de combustibles fósiles Plantas y animales muertos, restos de hojas, excrementos y otros desechos orgánicos son consumidos por organismos descomponedores. Durante las reacciones de descomposición, parte del carbono se incorpora al suelo y otra parte es liberada a la atmósfera en forma de CO 2. Bajo la superficie de la tierra se encuentran yacimientos de carbón y petróleo. Estos son utilizados por los humanos en la combustión, liberando CO 2 a la atmósfera. Ciclos en la naturaleza 59

60 El agua: elemento vital El agua es uno de los compuestos más importantes y abundantes en los seres vivos, por lo que su disponibilidad en el ecosistema incide significativamente en sus componentes, tanto abióticos (por ejemplo, variables atmosféricas) como bióticos (organismos de todos los grupos). La mayor parte del agua (95%) está contenida en los océanos y mares. El resto corresponde a agua dulce, que se encuentra en los lagos, ríos y acuíferos subterráneos (2%) y a la gran reserva de agua dulce, en forma de hielo, que contienen los casquetes polares y los glaciares (3%). El agua circula continuamente de los océanos a la atmósfera, luego a la tierra y regresa a los océanos, proporcionando un suministro renovable. Este ciclo, a través del cual se mantiene un equilibrio del agua, se llama ciclo del agua o ciclo hidrológico. Conversemos El ciclo del agua en el ambiente es dinámico y se produce gracias a la energía solar. El calor del sol hace que el agua se evapore desde las masas de agua, tierras húmedas y también desde el cuerpo de los organismos. El sol es el origen de toda la energía, la cual llega a la Tierra en forma de luz y calor. Cuál crees tú que es la importancia del sol para los seres vivos del planeta? 60 Unidad 2

61 UNIDAD 2 Ciclo del agua Cuando desciende la temperatura, asociada a otros factores atmosféricos, el vapor de agua se condensa y se forman las nubes. Los seres vivos, principalmente las plantas, aportan una cantidad considerable de vapor de agua a la atmósfera, mediante la transpiración. Desde las nubes el agua precipita en forma de granizo, nieve o lluvia, reincorporándose a ríos, mares y lagos. El agua que precipita puede infiltrarse en el suelo formando acuíferos subterráneos (aguas subterráneas), o bien fluye formando ríos o arroyos que llegan al mar. En la atmósfera, el agua se encuentra como vapor de agua procedente de la evaporación de aguas superficiales, océanos, lagos y ríos, principalmente. Ciclos en la naturaleza 61

62 HACIENDO ciencia Observación El ciclo del agua es el ciclo más activo de la superficie del planeta: mueve gran cantidad de materia. Problema científico Qué efectos tiene la temperatura sobre el agua? Formulación de hipótesis La temperatura influye en cambios de estado del agua, los cuales son parte del ciclo hidrológico. Experimentación y control de variables Cómo circula el agua por el planeta? PROCESOS CIENTÍFICOS Observación Planteamiento del problema Formulación de hipótesis Experimentación y control de variables Recolección de datos Análisis de resultados y conclusiones a. Junto a 2 ó 3 compañeros o compañeras, consigan los siguientes materiales: un termómetro, vaso de vidrio, frasco de vidrio grande con tapa y varios cubitos de hielo. b. Coloquen los cubitos de hielo en el vaso, introdúzcanlo en el frasco y tápenlo. c. Pongan el frasco en un lugar donde reciba luz solar o bajo luz artificial (pueden utilizar una lámpara con ampolleta incandescente, que genera calor, no sirven las de luz fría) y esperen 20 minutos. Observen lo que ocurre con el hielo y anótenlo en sus cuadernos. Abran el frasco y registren la temperatura, introduciendo un termómetro, durante 30 segundos. Posteriormente, tapen el frasco. d. Transcurridos otros 20 minutos al sol, coloquen el frasco en un lugar más frío y déjenlo por 20 minutos más. Anoten sus observaciones. Recolección de datos Registren en sus cuadernos todas las observaciones; pueden utilizar una tabla como la A los 20 minutos siguiente: A los 40 minutos Observaciones Sensación térmica del frasco Estado del agua Copia en tu cuaderno Análisis de resultados y conclusiones 1. Nombra las variables (dependiente, independiente y controlada) con las que trabajaste en el experimento. 2. Qué sucedió con el hielo al estar expuesto al calor? Explica. 3. Qué ocurrió con el frasco en el lugar frío? 4. Qué relación existe entre los cambios de estado del agua y el ciclo hidrológico? Explica. 5. A qué se debe que existan cambios de estado del agua? 6. Explica cómo ocurren en la naturaleza los cambios que observaste en la experiencia realizada. 62 Unidad 2

63 UNIDAD 2 El nitrógeno en la naturaleza El nitrógeno es un elemento esencial para el desarrollo de la vida en la Tierra. Forma parte de los aminoácidos, que constituyen las proteínas, y de otros compuestos orgánicos. De dónde obtienen el nitrógeno los seres vivos? El nitrógeno molecular (N 2 ) es uno de los elementos más abundantes en la Tierra, constituyendo cerca del 78% de los gases que componen la atmósfera. Sin embargo, la mayoría de los organismos no pueden utilizar el nitrógeno atmosférico en forma directa, sino que dependen del nitrógeno presente en el suelo, el cual debe previamente fijarse, es decir, combinarse con otros elementos. La fijación biológica del nitrógeno la realiza un grupo de bacterias que viven libres en el suelo o asociadas a las raíces de algunas plantas. Además, los relámpagos fijan también una pequeña cantidad de nitrógeno. Al combinarse con otros elementos, el nitrógeno da origen a compuestos diferentes. De esta forma puede ser utilizado por otros organismos del ecosistema. Algunas bacterias que fijan nitrógeno al suelo viven en las raíces de las plantas leguminosas, formando los nódulos que se observan en la fotografía. N 2 NH 3 o NH 4 + Nitrógeno atmosférico Amoníaco Amonio NO 2 Nitrito NO 3 Nitrato Ciclos en la naturaleza 63

64 Etapas del ciclo del nitrógeno Nitrógeno atmosférico (N 2 ) Fijación de nitrógeno por relámpagos Fijación biológica de nitrógeno Desnitrificación Descomposición Nitrificación Amonificación Bacterias que fijan nitrógeno Bacterias nitrificantes Bacterias desnitrificantes Fijación La fijación del nitrógeno puede ocurrir por la acción de los relámpagos o por la actividad de ciertas bacterias, que incorporan el nitrógeno atmosférico a las plantas (fijación biológica del nitrógeno). Las bacterias convierten el nitrógeno gaseoso (N 2 ) en amoníaco (NH 3 ) o nitratos (NO 3 ). Amonificación Algunas bacterias utilizan el nitrógeno de los desechos animales, así como las plantas y animales en descomposición, para fabricar sus propias proteínas, liberando al suelo el nitrógeno que no utilizaron en forma de amoníaco (NH 3 ) o amonio (NH 4 + ). Nitrificación En el suelo, otro grupo de bacterias transforman el amoníaco y el amonio en nitrito (NO 2 ), el que luego es transformado en nitrato (NO 3 ). Asimilación Los vegetales absorben el nitrato del suelo y lo utilizan para fabricar proteínas, las que pasan a los animales a través de la cadena alimentaria. El ciclo se reinicia con los desechos de animales o cuando animales y vegetales mueren. Desnitrificación Parte del nitrato presente en el suelo se pierde en el proceso de desnitrificación, a través del cual algunas bacterias transforman el nitrato en nitrógeno gaseoso y lo liberan a la atmósfera. 64 Unidad 2

65 UNIDAD 2 Evaluando lo aprendido 1. Explica la importancia de los siguientes elementos en la naturaleza. a. Carbono. b. Oxígeno. c. Nitrógeno. d. Agua. 2. Copia el siguiente esquema en tu cuaderno e identifica los procesos que están señalados con las flechas. Luego responde las preguntas planteadas. a. En qué capa o capas de la Tierra se lleva a cabo el ciclo? b. Describe brevemente los procesos que ocurren en el ciclo. c. Dibuja en tu cuaderno los ciclos del carbono y del nitrógeno, y ubica el lugar en el que participan los organismos productores y descomponedores. d. Qué ocurriría en los ciclos si se eliminan de la naturaleza a los organismos productores? Cómo estuvo tu trabajo? Si reconociste la importancia de los elementos químicos en la actividad 1, felicitaciones! De lo contrario repasa el contenido de las páginas 57, 60 y 63. Si identificaste los procesos de los ciclos de la naturaleza, muy bien! Si cometiste alguna equivocación revisa el tema 2 de la unidad. Ciclos en la naturaleza 65

66 GLOSARIO Efecto invernadero: gases (CO 2, N 2 O, entre otros) acumulados en la atmósfera que impiden la salida de parte de la radiación proveniente del sol, que es reflejada por la superficie terrestre. 3. ALTERACIONES EN LOS CICLOS NATURALES En la actualidad, la mayoría de los sectores de la sociedad aceptan que estamos en presencia de un calentamiento global del planeta, el que influiría directamente en un cambio climático, también global. De acuerdo a lo que se conoce, el calentamiento global ha sido consecuencia del enorme aumento de las emisiones de ciertos gases hacia la atmósfera, producto de la actividad humana, a partir de la era industrial. La concentración de dióxido de carbono (CO 2 ) y otros gases, como el óxido nitroso (N 2 O), ha generado un incremento del efecto invernadero natural, aumentando la temperatura del planeta, fenómeno conocido como calentamiento global. El calentamiento global ha provocado, además, cambios en la dinámica de los ciclos biogeoquímicos. Si las concentraciones de carbono y nitrógeno atmosférico están aumentando, qué ocurre con el ciclo natural de estos gases? Factores que alteran los ciclos del carbono y del nitrógeno. Los ciclos del carbono y del nitrógeno se han modificado producto de la utilización de combustibles fósiles, la deforestación y algunos procesos agrícolas e industriales. Esto ha acelerado el flujo de estos gases hacia la atmósfera, provocando un cambio en su composición química. Aumento del efecto invernadero Mayor temperatura en la Tierra Deforestación Emanación de gases por uso de combustibles fósiles Emanaciones de gases: CO 2 y NO Pérdida de la capacidad fotosintética Contaminación del ecosistema acuático por flujo de fertilizantes Cambios en la biodiversidad Cambio en la utilización de la tierra por agotamiento o desgaste de los suelos 66 Unidad 2

67 UNIDAD 2 Analiza 1. Observa el siguiente gráfico y responde en tu cuaderno las preguntas planteadas. a. Por qué las plantas, la tierra y los océanos tienen valores negativos de liberación de CO 2? b. Qué factor libera más CO 2 a la atmósfera? c. Qué representa el valor total en el gráfico? d. Cuál es el valor aproximado de CO 2 liberado a la atmósfera? e. Cuál es el valor aproximado de CO 2 que es capturado de la atmósfera producto da la acción humana? En qué procesos se utiliza? f. Calcula la diferencia entre el CO 2 liberado y el CO 2 captado. Qué representa ese valor?, qué sucede con esa cantidad de CO 2 en la naturaleza? g. Elabora una conclusión con los datos del gráfico, mencionando los efectos que ocasionan en la naturaleza la liberación y utilización de CO 2. h. Imagina que el suministro de combustibles fósiles se agotara en 50 años, qué ocurriría con la actividad humana?, cómo incidiría esto en la naturaleza? Conversemos Los contaminantes de la atmósfera son sustancias que se incorporan al aire, producto de la acción humana. Si bien el CO 2 es un gas natural de la atmósfera, en los procesos de producción de energía, como la calefacción y el transporte, se libera este compuesto a la atmósfera, elevando las concentraciones normales del gas. Cómo crees que se vería afectado el ciclo si las concentraciones de CO 2 son muy elevadas?, qué medidas propondrías para disminuir la contaminación por CO 2? Ciclos en la naturaleza 67

68 Qué ocurre con el agua al elevarse la temperatura del planeta? El aumento de la temperatura del planeta ha acelerado el ciclo hidrológico, es decir, los cambios de estado del agua en la naturaleza ocurren más rápidamente. Las principales consecuencias que podrían producirse debido a la alteración del ciclo hidrológico son las siguientes: En regiones del planeta donde llueve poco, las precipitaciones disminuirían aún más y aumentarían en las zonas donde estas son más intensas. Las variaciones en las precipitaciones provocaría que los suelos retengan menos cantidad de agua, por lo que existirían períodos de sequía muy prolongados. Se produciría el deshielo de grandes glaciares, lo que provocaría un aumento del nivel del mar y una disminución de las fuentes de agua dulce disponibles para el consumo humano en algunos lugares. Conociendo más En los últimos años se ha tomado conciencia a nivel mundial sobre la protección y el cuidado de la naturaleza. Los esfuerzos para evitar la amplificación del efecto invernadero deben concentrarse necesariamente en la reducción de las emisiones de los gases que lo originan y, así también, en detener la deforestación a nivel mundial. 68 Unidad 2

69 UNIDAD 2 Evaluando lo aprendido 1. Copia en tu cuaderno las siguientes oraciones y complétalas con los conceptos correspondientes. a. Producto de la actividad industrial, se emanan gases contaminantes como el, y, los que se acumulan en la aumentando el efecto. b. El aumento del efecto invernadero provoca a su vez un aumento de la del planeta, lo cual puede incidir en el de los casquetes polares, cambios en la intensidad de y períodos prolongados de. 2. Nombra y explica en qué consisten las siguientes actividades humanas y cómo inciden en el ecosistema. a. b. c. 3. Responde las siguientes preguntas en tu cuaderno. a. Qué es el efecto invernadero?, por qué se produce? b. Qué consecuencias trae el aumento de gases como el CO 2 en la atmósfera? c. Qué consecuencias tiene para los seres vivos la alteración de los ciclos biogeoquímicos? Cómo estuvo tu trabajo? Si respondiste correctamente las actividades, muy bien! Si tuviste algún error; revisa nuevamente el contenido de las páginas 66 y 68 y vuelve a realizar las actividades. Ciclos en la naturaleza 69

70 Taller Científico PROCESOS CIENTÍFICOS Experimentación y control de variables Al realizar una investigación, los científicos buscan poner a prueba la hipótesis. Para ello se deben diseñar experimentos que consideren los factores o variables involucrados en la hipótesis. NITRÓGENO EN LA NATURALEZA Observación La fijación industrial del nitrógeno se realiza para obtener amoníaco, que es la materia prima para la elaboración de fertilizantes que se usan en la agricultura. Problema científico Qué efectos provocan los compuestos nitrogenados en las plantas? Hipótesis Formen grupos de 3 ó 4 personas y, aplicando lo que han aprendido en la unidad, respondan las siguientes preguntas en el cuaderno. a. Qué compuestos nitrogenados conoces? b. Cómo utilizan el nitrógeno los productores y descomponedores? c. Formulen una hipóstesis que te permita responder el problema planteado. Experimentación y control de variables Consigan los siguientes materiales: - 2 vasos plásticos transparentes semillas de porotos. - algodón. - amonio o nitrato (se compra en una ferretería, florería o jardín de venta de plantas). 70 Unidad 2

71 UNIDAD 2 Diseño experimental Con los materiales reunidos, elaboren un experimento que les permita descubrir qué efectos provoca el nitrógeno en las plantas. Tengan presente que deben incluir un patrón control que les permita comparar la variables dependiente con el tratamiento experimental. Por esta razón, se les piden dos vasos. Identifiquen y describan las variables de este experimento. Recolección de datos Observen diariamente los cambios que experimentan las semillas de porotos y anótenlos en sus cuadernos. Una vez que aparezca el tallo comiencen a medirlo y a registrarlo. Elaboren una tabla para registrar los datos y las observaciones. Análisis de resultados y conclusiones 1. Qué cambios experimentaron las semillas de porotos? 2. Hubo diferencias en el crecimiento de las plantas? Explica. 3. Qué variables estaban siendo manipuladas? Nómbralas. 4. De qué manera incidió el nitrógeno en el desarrollo de las plantas? Fundamenta tu respuesta, utilizando tus resultados. 5. Qué ocurriría si los fertilizantes, como el amonio, se utilizaran en exceso? Propón un diseño experimental para comprobar lo que ocurriría con el uso abusivo de fertilizantes. Cómo trabajé? Copia las siguientes preguntas en tu cuaderno y responde Sí o No, según corresponda. 1. Logré establecer una hipótesis de trabajo acorde con el problema planteado? 2. Diseñé un experimento que me ayudó a resolver el problema inicial? 3. En el laboratorio, trabajé de manera ordenada y limpia? 4. Escuché y respeté las opiniones de mis compañeros y compañeras de trabajo? 5. Logré ordenar y analizar correctamente los resultados del experimento? Ciclos en la naturaleza 71

72 Noticia Científica BLOQUE DE HIELO SE DESPRENDE EN LA ANTÁRTICA La masa de hielo tiene un tamaño tres veces mayor a la Isla de Pascua. Una de las zonas del planeta más afectadas por el calentamiento global es la Antártica. Durante los últimos 50 años, 6 placas de hielo del continente se han desintegrado. En febrero de 2008, científicos confirmaron el desprendimiento de una de las plataformas más grandes que aún se conservan en la Antártica, la plataforma Wilkins. El trozo de hielo que se desintegra equivale a tres veces el tamaño de la Isla de Pascua. Los científicos señalan el calentamiento global como responsable de lo que ocurre en este continente, es en esta zona del planeta donde los efectos climáticos se han dejado sentir con mayor fuerza. El aumento de la temperatura en la Antártica es de 0,5 ºC por década, durante los últimos 50 años. Informes de la ONU señalan que el derretimiento de hielo en los polos ha provocado un aumento en el nivel del mar de 1,8 milímetros por año. Sin embargo, los expertos no creen que este desprendimiento en particular altere el nivel del mar, ya que corresponde a hielos flotantes. Fuente: La Tercera, sección Tendencias, 26 de marzo de 2008, pág. 33. Adaptación. Responde en tu cuaderno 1. Por qué crees tú que los científicos se preocupan de los efectos del calentamiento global en lugares tan alejados del mundo? 2. Cómo afecta a los seres vivos el desprendimiento de los hielos de la Antártica? 3. Qué debemos hacer los humanos para prevenir desastres ecológicos como el derretimiento de los glaciares o el derretimiento de hielo en los polos? 72 Unidad 2

73 Resumiendo UNIDAD 2 Ciclo del agua Es la circulación del agua a través de los océanos, la atmósfera y la Tierra. Las etapas del ciclo del agua están relacionadas con los cambios de estado que esta experimenta en la naturaleza. La materia Importantes elementos y compuestos circulan estableciendo los ciclos en la naturaleza en los que participan los componentes bióticos y abióticos de un ecosistema. Ciclos biogeoquímicos Representan los cambios que experimentan ciertos elementos y compuestos químicos al ser transferidos desde los seres vivos al ambiente, o viceversa. Algunos ciclos son: el ciclo del agua, del carbono y del nitrógeno. Ciclo del carbono y del oxígeno Comprende el intercambio de oxígeno y carbono entre los seres vivos y el ambiente, el cual se realiza mediante procesos importantes, como la fotosíntesis, la respiración, la descomposición y la combustión. Alteraciones en el ecosistema Diversas actividades industriales han provocado que en la atmósfera se acumulen gases que han aumentado el efecto invernadero, lo cual ha generado cambios en la temperatura global del planeta. Ciclo del nitrógeno La circulación del nitrógeno en el ambiente requiere que este gas reaccione con otros elementos para formar compuestos que sean utilizables por los seres vivos. Ciclos en la naturaleza 73

74 Responde nuevamente la sección Demuestro lo que sé, de la página 47, y luego evalúa cuánto has avanzado. 1. Observa las siguientes fotografías y luego responde. A B a. Nombra los componentes del ecosistema que observas en las fotografías. b. Interactúan entre sí los componentes de cada ecosistema?, cómo lo hacen? c. Qué se necesita para mantener la vida en ambos ecosistemas? 2. Completa en tu cuaderno las siguientes oraciones. a. La energía que necesitan los seres vivos proviene del. Esta es utilizada por las para fabricar sus propios. b. La energía de un ser vivo a otro a través de una cadena que está constituida por organismos, y. c. Algunos elementos vitales para la vida en la Tierra son el, y el los cuales se reciclan a través de los. Compara tus respuestas con las iniciales, han cambiado o se han mantenido igual? Indica cuáles cambiaron y cuáles no. Ahora profundiza tus respuestas 3. Completa la siguiente tabla con los elementos o compuestos correspondientes a cada descripción (agua, dióxido de carbono, oxígeno y/o nitrógeno). Característica Sustancia Se encuentra en la atmósfera. Se requiere para el proceso de respiración. No es utilizable directamente por los seres vivos. Es absorbido por las plantas para realizar la fotosíntesis. Es liberado en la respiración. Copia en tu cuaderno Se libera como producto de la fotosíntesis. 74 Unidad 2

75 UNIDAD 2 Mapa conceptual Utilizando los siguientes términos, construye un mapa conceptual. Puedes agregar otros términos si lo requieres. Materia Energía Naturaleza Ecosistemas Ciclos biogeoquímicos Sol Ciclo del carbono Ciclo del nitrógeno Ciclo del agua Productores Consumidores Descomponedores Contaminación Calentamiento global Qué haces tú? El agua es un recurso natural renovable muy abundante en el planeta. Sin embargo, la mínima parte de ella es realmente útil para el consumo o uso por parte del ser humano. A pesar de esto, la actividad humana ha descuidado la protección y el mantenimiento de este vital recurso, arrojando toneladas de suciedad al agua, contaminándola con detergentes, arrojando basura química, entre otros. Evalúa tus actitudes Copia las siguientes preguntas en tu cuaderno y responde Sí o No a cada una. 1. Crees que es importante cuidar el agua?, por qué? 2. Elabora un listado del uso que haces del agua en un día y analiza qué aspectos podrías mejorar para su cuidado. 3. Si bien hay muchos factores que influyen en la contaminación del agua, qué medidas propondrías a nivel industrial, doméstico y personal para cuidar este recurso? Comparte tus respuestas con tu curso y en conjunto propongan medidas concretas para promover el cuidado del agua en el colegio. Ciclos en la naturaleza 75

76 Qué aprendiste? I. Lee las preguntas y selecciona la alternativa correcta en tu cuaderno. 1. Qué factor(es) es(son) imprescindible(s) para los seres vivos? A. La energía. B. La materia inorgánica. C. La materia orgánica. D. La materia y la energía. 2. En qué capas se desarrolla la vida en nuestro planeta? A. Litosfera. B. Atmósfera e hidrosfera. C. Hidrosfera y litosfera. D. Atmósfera, litosfera e hidrosfera. 3. Cómo circulan la materia y la energía en la naturaleza? A. La energía circula a través de los seres vivos. B. La energía y la materia circulan a través de los ciclos biogeoquímicos. C. La energía fluye en una sola dirección, la materia fluye cíclicamente. D. Circulan entre la atmósfera y la litosfera. 4. Qué procesos permiten que los seres vivos incorporen carbono? A. Respiración y alimentación. B. Fotosíntesis y respiración. C. Alimentación y fotosíntesis. D. Respiración, alimentación y fotosíntesis. 5. Cuál de las siguientes aseveraciones, respecto al ciclo del carbono, es incorrecta? A. Los heterótrofos incorporan carbono del ambiente a través de la fotosíntesis. B. La descomposición de materia orgánica, libera CO 2 a la atmósfera. C. Los animales obtienen carbono al alimentarse de plantas. D. El uso de combustibles fósiles, libera carbono hacia la atmósfera. 6. Cuál de las siguientes afirmaciones relacionadas con el ciclo del nitrógeno es correcta? A. Como producto de la desnitrificación se forma NO 3. B. Las plantas absorben nitrógeno en forma de nitrito y amonio. C. En el proceso de asimilación, el nitrógeno gaseoso es devuelto a la atmósfera. D. La fijación de nitrógeno puede ocurrir por medio de la acción bacteriana. 7. El efecto invernadero es uno de los principales problemas ambientales de la actualidad. Al respecto cuál de las siguientes situaciones no es causa de este fenómeno? A. El uso de combustibles fósiles. B. El fenómeno de calentamiento global. C. La deforestación. D. Emanaciones de gases como el CO Unidad 2

77 UNIDAD 2 II. Copia y completa en tu cuaderno la siguiente tabla. Ciclo biogeoquímico Elementos o compuestos que circulan Organismos que participan Principales fenómenos o procesos Ciclo del carbono Ciclo del nitrógeno Copia en tu cuaderno Ciclo del agua III. Copia y responde brevemente las siguientes preguntas en tu cuaderno. a. Menciona cuatro lugares a los que llega el agua después de caer como precipitación. b. En qué formas se puede encontrar el agua en la Tierra? c. Qué ocurriría si el agua de la Tierra dejara de evaporarse? d. Qué papel desempeñan los animales en el ciclo del carbono? e. Qué sucedería si todas las bacterias de la Tierra desaparecieran? Ciclos en la naturaleza 77

78 UNIDAD 3 TRANSFORMACIONES DE LA MATERIA Navegaremos por... Todo lo que nos rodea es materia Elementos y compuestos químicos Elementos y compuestos de interés Transformaciones de la materia Ley de conservación de la masa CONVERSEMOS Fotobanco Muchas veces habrás notado cómo la nieve de la cordillera se derrite cuando hace calor o cómo se evapora el agua después de un día de lluvia; sin embargo, te has preguntado por qué sucede?, qué permite que la materia se transforme? 78 Unidad 3

79 En esta unidad aprenderás a Conocer la estructura y las características de la materia. Distinguir entre elemento y compuesto. Identificar elementos químicos más comunes en la naturaleza. Comprender que la materia se transforma constantemente a través de reacciones químicas. Interpretar reacciones químicas en términos de la conservación de la masa. Demuestro lo que sé 1. De las siguientes palabras, cuáles representan materia? Escríbelas en tu cuaderno. Vaso Alegría Agua Nieve Niño Nube Tristeza Humo 2. Observa las siguientes fotografías y luego responde en tu cuaderno. A B El hielo se derrite. Un papel se quema al encenderlo. C D La greda se moldea de varias formas. Una llave de hierro se oxida. a. En cuál(es) de las situaciones ocurre un cambio reversible? b. En cuál(es) de las situaciones ocurre un cambio irreversible? Transformaciones de la materia 79

80 Red de conceptos En esta unidad revisaremos los conceptos clave que te permitirán comprender la composición y las transformaciones que sufre la materia. LA MATERIA Composición de la materia Las transformaciones de la materia Átomo Molécula Cambios físicos Cambios químicos Reacciones químicas Elementos Compuestos Velocidad de las reacciones Reacciones químicas de la vida cotidiana Ley de conservación de la masa Qué piensas tú? A lo largo del desarrollo de la cultura humana se ha ido avanzando constantemente en el conocimiento de la naturaleza, en gran parte, gracias al trabajo de los científicos. Este mayor conocimiento ha permitido transformar la naturaleza e incluso intervenir en procesos propios de los seres vivos, todo en beneficio del ser humano. Comenta con tu curso: De qué forma los científicos intervienen en el medioambiente? De qué manera estas intervenciones benefician nuestro ambiente? Son beneficiosas todas las transformaciones artificiales de la materia? Explica. 80 Unidad 3

81 UNIDAD 3 DESAFÍO inicial QUÉ ES LO QUE NO VES? Cuando tenemos un objeto que podemos ver y tocar es fácil decir qué características tiene. Podemos decir de un clavo, por ejemplo, que es sólido y duro, que brilla y es suave al tacto; que es más liviano que una manzana y que es más corto que un lápiz. Pero cómo podrías decir las características de un objeto que no puedes ver ni tocar? Tendrías que inferir información a partir de lo que observas. Con tu grupo de trabajo reúne los siguientes materiales: una caja cerrada que contenga objetos secretos (pídesela a tu profesor o profesora), regla, balanza de cocina y un imán. Junto a tus compañeros y compañeras, observen la caja cerrada y conversen cómo pueden obtener información que les permita descubrir qué contiene. Con la regla, midan las dimensiones de la caja y usen la balanza para obtener la masa de la caja; anoten estos valores. Muevan y agiten la caja cuidadosamente y respondan: 1. Cuántos objetos creen que contiene? 2. Son grandes o pequeños? 3. Anoten sus inferencias y las razones. Deslicen ahora el imán por la superficie de la caja a través de distintos puntos. 4. Pueden asegurar que el imán atrae a algunos de los objetos que están dentro de la caja?, por qué? 5. Anoten los objetos que pueden inferir que hay en la caja. Basen sus inferencias en las mediciones y observaciones. Finalmente, abran la caja. 6. Qué objetos hay en la caja? 7. Comparen sus inferencias con la realidad. Importante Los científicos, cuando trabajan, primero infieren las características de las cosas que no pueden observar directamente. Por ejemplo, para saber cómo es la materia por dentro, el punto de partida es la inferencia. Transformaciones de la materia 81

82 1. TODO LO QUE NOS RODEA ES MATERIA De qué crees que estamos formados? Qué tienen en común el agua, las nubes y las rocas? Todo lo que se encuentra en nuestro entorno es materia: tu cuerpo, la mesa, la silla, el piso, el aire y todo lo que nos rodea. Materia es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. Cómo es la materia en su interior? La materia está formada por partículas pequeñísimas e indivisibles mediante procesos químicos, llamadas átomos. Las propiedades de la materia se explican a través de un modelo científico, llamado modelo corpuscular de la materia, que es una representación de cómo está formada. Representación corpuscular de la materia. Los principios del modelo corpuscular de la materia son: La materia está formada por partículas. Puedes imaginarlas como pequeñas esferas de distintos tamaños. Las partículas están en continuo movimiento. Siempre están en movimiento, ya sea vibrando, desplazándose y rotando. Entre las partículas hay vacío. Entre ellas no existe ningún otro tipo de materia. Entre las partículas hay fuerzas de atracción. Estas determinan que las partículas se encuentren unidas o separadas. Conociendo más Todo modelo científico es una representación de la realidad cuyas características no podemos observar directamente. Por ejemplo, un buen modelo científico de la estructura interna de la materia nos ayuda a conocer sus características y a predecir su comportamiento. Pero no es una foto real de la materia por dentro ni de las partículas que la conforman. El modelo científico de la materia ha cambiado muchas veces desde la primera idea de átomo hasta hoy, según van haciéndose nuevas observaciones. 82 Unidad 3

83 UNIDAD 3 Descubrimiento del átomo El estudio del átomo comienza en Grecia, unos 400 años a. C., cuando Leucipo y su discípulo Demócrito de Abdera se hicieron las siguientes preguntas: cómo es la estructura de la materia?, de qué está formada? Ante el desconcierto de sus discípulos, Demócrito propuso que la materia se formaba de pequeñísimas partículas indivisibles. Contemos un cuento... GLOSARIO Átomo: unidad estructural básica de la materia. Significa: a=sin; tomo=división. Leucipo propuso descansar. Demócrito, en cambio, quería ir al ágora, en donde se reunían todos los intelectuales de Atenas. En medio del ágora comenzó a hablar: Demócrito: Ese alto edificio si se divide en sus partes, las partes se separan y se dividen nuevamente. Cada vez se empequeñece más lo existente y lo último que queda es lo indivisible, lo uniforme y lo más pequeño. Los átomos se mueven en el vacío, por acercamiento construyen primero la forma de las cosas; por separación crean la variación y la cualidad. Ciudadano 1: Locura! Locura! Es un loco! Demócrito: Medité claramente y hasta el final. Puedo dividir para llegar al fin; es esto acaso una fantasía? La menor cantidad puede siempre dividirse y esto es razonable! Ciudadano 1: Y dónde está el fin? Demócrito: El fin es el átomo, aquello que es indivisible. Ciudadanos: Es una locura que jamás podrás demostrar, jamás! Demócrito: Acaso no puede un sentimiento puro ser superior a una demostración lógica? Todos rieron... Demócrito ve su pensamiento cada vez más claro, y extiende sus brazos abiertos y triunfantes respondiendo. Salud, se ríen de mí!. * * * Fuente: Archivo editorial. Demócrito pensaba que los átomos eran indestructibles, que no podían dividirse y que eran la porción más pequeña posible de materia. No tenía cómo probar experimentalmente que él estaba en lo cierto... fue necesario esperar más de 20 siglos para encontrar la respuesta definitiva. Transformaciones de la materia 83

84 electrón neutrón protón Representación de las partículas del átomo. Estructura del átomo Cómo te imaginas un átomo? Los átomos son partículas formadas por protones, neutrones y electrones. Los electrones giran alrededor del núcleo, lugar donde se encuentran los protones y neutrones. Cómo podemos representar un átomo? Se puede hacer a través de un diagrama atómico, que es una representación sencilla de un átomo. Hasta ahora se ha logrado identificar 114 tipos de átomos diferentes, de los cuales 92 se encuentran en forma natural y los restantes han sido producidos en forma artificial en un laboratorio. Hidrógeno-1 1 protón 1 electrón Un conjunto de átomos del mismo tipo forman un elemento químico, estos se representan con un símbolo formado por una o dos letras que abrevian su nombre, llamado símbolo químico. Los elementos químicos se pueden observar en la tabla periódica, que es un cuadro organizado en columnas y filas que muestran todos los elementos químicos conocidos ordenados. Puedes encontrar la tabla periódica en la página 183 de tu texto. Hidrógeno-2 1 protón 1 electrón 1 neutrón Los átomos se diferencian entre sí por su cantidad de protones. Veamos un ejemplo, el hidrógeno tiene solo un protón. Cuando los átomos son neutros, el número de protones debe ser igual al número de electrones, entonces, el hidrógeno tiene un protón y un electrón. Todos los átomos de un elemento químico tienen el mismo número de protones, pero se pueden diferenciar en el número de neutrones. Por ejemplo, el hidrógeno puede no tener neutrones o poseer uno o dos neutrones, tal como muestran los diagramas atómicos a la izquierda. Hidrógeno-3 1 protón 1 electrón 2 neutrones Conversemos Cuando observas las cosas a tu alrededor, con colores, formas y olores diferentes, parece lógico pensar que existe algo que las forma: los átomos. Pero, cómo habría cambiado la historia si en el ágora griega hubieran tomado en cuenta las ideas de Demócrito?, crees que es importante valorar las ideas de los demás?, crees que es importante expresar tus opiniones en los temas que se abordan en los trabajos? 84 Unidad 3

85 UNIDAD 3 Evaluando lo aprendido 1. Observa las fotografías y responde en tu cuaderno. Chinita Gota de agua Humo de incienso a. Qué tienen en común la chinita, la gota de agua y el humo del incienso? b. Si pudieras mirarlos por dentro con una potente lupa, qué observarías? c. Cómo serán las fuerzas de atracción entre las partículas en cada caso? 2. Dibuja en tu cuaderno los siguientes diagramas y completa. a. Indica en el diagrama dónde se ubican los electrones, los protones y los neutrones. b. Completa los núcleos de los diagramas atómicos, que representan los átomos de: carbono, nitrógeno y neón. Puedes ayudarte con la tabla periódica de la página 183. Diagrama atómico del carbono. Diagrama atómico del nitrógeno. Diagrama atómico del neón. c. Escribe, en tu cuaderno, los símbolos químicos, el número de electrones, protones y neutrones para cada átomo. Cómo estuvo tu trabajo? Revisa cada respuesta a las preguntas de las actividades 1 y 2. Si respondiste correctamente todas las preguntas de la actividad 1, felicitaciones! Si fallaste en alguna, repasa la página 82 y 83. Si completaste correctamente los diagramas de la actividad 2, excelente! Revisa la página 84 si tuviste errores. Transformaciones de la materia 85

86 2. ELEMENTOS Y COMPUESTOS QUÍMICOS Hidrógeno Oxígeno Carbono Nitrógeno Distintos átomos. Sabemos que los átomos son las unidades básicas que forman la materia y que todas las cosas que nos rodean, sean sólidas, líquidas o gaseosas, son el resultado de la combinación de átomos. Las fuerzas de atracción que existen entre los átomos les permiten mantenerse unidos, y así formar agrupaciones permanentes. A estas uniones entre átomos se les llama enlaces químicos. Cuando los átomos se unen mediante enlaces químicos, se agrupan formando moléculas. Una molécula es una agrupación que se forma cuando dos o más átomos iguales o diferentes se unen. Contiene una cantidad fija de átomos. Cada átomo tiene una capacidad propia para unirse a otro átomo y así construir moléculas. Hay algunos que se agrupan estableciendo no más de una o dos uniones, mientras otros lo hacen a través de muchas uniones o enlaces. Para representar las moléculas se utilizan los modelos moleculares, en los que cada esfera de color simboliza un átomo en particular. Veamos algunos ejemplos de moléculas y sus modelos moleculares: El agua (H 2 O), como la de un río, se forma de moléculas en las que se unen dos átomos de hidrógeno a uno de oxígeno (átomos diferentes). En algunos hogares se ocupa gas natural, que está compuesto por metano (CH 4 ) que, a su vez, está formado por un átomo de carbono y cuatro átomos de hidrógeno (átomos diferentes). El oxígeno (O 2 ) que respiramos se forma por la unión de dos átomos de oxígeno (átomos iguales). 86 Unidad 3

87 UNIDAD 3 Composición química y propiedades En qué crees se diferencia el azúcar de la sal? Cada tipo de materia se caracteriza por su composición química, la cual se refiere a la identificación y a la cantidad de las diferentes sustancias que la componen. Las sustancias que no pueden descomponerse en otros componentes más simples se llaman elementos químicos. El oro es un elemento químico. Si apartaras un átomo de una pepita de oro, ese átomo seguiría siendo oro. En la naturaleza los elementos están unidos con otros formando compuestos. Un compuesto químico es una sustancia que sí puede separarse en componentes más simples. Cada elemento y compuesto presenta propiedades que lo caracterizan. Estas pueden observarse usando los sentidos o con la ayuda de algún instrumento. Por ejemplo, el cobre es un elemento sólido, color rojizo, suave al tacto, que se puede moldear en láminas o alambres; además se oxida. Cuando el sodio y el cloro se combinan para formar la sal común pierden sus nocivas propiedades a tal punto que usamos la sal para cocinar y no nos envenenamos. Cuando dos o más elementos se combinan para formar un compuesto, pierden las propiedades que lo caracterizan. La sal común (NaCl) es un compuesto formado por los elementos sodio (Na) y cloro (Cl). Por separado, el sodio es un metal que arde espontáneamente y el cloro es un gas venenoso. Diferencias entre elementos y compuestos químicos Elementos químicos Están formados siempre por átomos del mismo tipo, con igual número de protones y de electrones. Por esta razón habrá tantos tipos de elementos químicos como tipos de átomos existan. No pueden ser descompuestos en otras sustancias más simples. Se representan con los símbolos químicos. Cada uno de los elementos presenta propiedades físicas y químicas específicas. La mayoría son sólidos, 11 son gases y solo 2 son líquidos a temperatura ambiente. Se ordenan en la tabla periódica de los elementos químicos. Compuestos químicos Resultan de la unión de dos o más elementos químicos, combinados en cantidades exactas y fijas. Se pueden separar en sus componentes por diferentes procedimientos. Se representan por fórmulas que son dos o más símbolos de los elementos que los componen, indicando la proporción en que están combinados. Por ejemplo, la fórmula del agua, H 2 O, nos dice que tiene 2 átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Presentan propiedades muy diferentes a las de cada elemento que lo constituye. El número de compuestos químicos conocidos sobrepasa con facilidad los 10 millones y cada día se elaboran miles de nuevos compuestos. Transformaciones de la materia 87

88 INTERPRETANDO un experimento Observación Se conoce que una molécula es una agrupación de átomos que pueden pertenecer al mismo elemento o a varios diferentes. Problema científico En qué proporción deben mezclarse los elementos para formar el compuesto que se desea? Hipótesis Los compuestos se forman de los átomos que los constituyen, en diversas proporciones. Método experimental FORMACIÓN DE UN COMPUESTO Supongamos que podemos ver y contar los átomos que participan en una reacción química. a. Se hacen reaccionar distintas cantidades de átomos de los dos elementos constituyentes del compuesto. b. Una vez finalizada cada reacción, se cuentan las moléculas de producto formadas y la cantidad de átomos sobrantes, que no se utilizaron. Resultados Tabla N 1: Cantidad de átomos en una combinación química N o de átomos iniciales N de N de átomos N o de átomos N o de átomos moléculas de (A) elemento (A) elemento (B) formadas que sobran N de átomos de (B) que sobran D C C : D 1 : 2 D Análisis experimental Responde en tu cuaderno. 1. En qué proporción se combinan los átomos en cada caso? 2. En cada caso, en qué proporción se deben mezclar los átomos A y B para que no sobre ninguno? 3. Representa mediante modelos de plasticina la transformación que ocurre. 4. Si la masa de cada átomo A y B fuera 12 y 5 unidades de masa, respectivamente, cuántas unidades de masa de las moléculas se obtendrían, si mezclas 10 átomos de A y 30 de B? 5. Se acepta o se rechaza la hipótesis? Justifica con los resultados obtenidos. 88 Unidad 3

89 UNIDAD 3 Evaluando lo aprendido 1.Observa las siguientes estructuras y clasifícalas en elementos o compuestos. Registra las respuestas en tu cuaderno. Oxígeno O 2 Hidrógeno H 2 Nitrógeno N 2 Agua H 2 O Dióxido de carbono CO 2 Metano CH 4 Alcohol C 2 H 5 OH Amoníaco NH 3 Etileno CH 2 = CH 2 2. Responde V si es verdadero y F si es falso. Registra las respuestas en tu cuaderno. a. Para representar las moléculas se usan modelos donde cada esfera es siempre un átomo diferente. b. Los átomos de igual naturaleza constituyen un elemento. c. Los compuestos no se pueden descomponer en otros estructuras más simples. d. Los compuestos son limitados siempre se forman los mismos. e. Dos elementos al formar un compuesto pierden sus propiedades. f. A la unión entre los átomos se le llama enlace químico. Cómo estuvo tu trabajo? Si tus respuestas son las correctas, felicitaciones! Si hay errores en tus respuestas, vuelve a trabajar en las páginas 86 y 87 y corrígelos. Transformaciones de la materia 89

90 3. ELEMENTOS Y COMPUESTOS DE INTERÉS Varios elementos químicos tienen gran importancia para los seres vivos. Por ejemplo, el oxígeno (O) es un elemento gaseoso que constituye el 20% del aire que respiramos, posibilitando la vida en nuestro planeta; el calcio (Ca) se encarga de dar solidez y resistencia a nuestros huesos; el carbono (C) está presente en todos los tejidos de nuestro cuerpo y en toda la materia viva. Como hemos visto en la tabla periódica, se conocen más de 100 elementos químicos. Pero no todos se distribuyen por igual, algunos son muy abundantes en la corteza terrestre, pero apenas aparecen en los seres vivos; otros, ni siquiera se encuentran en la naturaleza y solo se pueden obtener en experiencias de laboratorio. A continuación se representa la proporción de los elementos químicos más abundantes en el Universo, en la corteza terrestre y en los seres vivos. Seres vivos Oxígeno (O) Carbono (C) Hidrógeno (H) Nitrógeno (N) Calcio (Ca) Fósforo (P) Potasio (K) % 65,0 18,5 9,5 3,3 1,5 1 0,2 Corteza terrestre Oxígeno (O) Silicio (Si) Aluminio (Al) Hierro (Fe) Calcio (Ca) Sodio (Na) Potasio (K) % 49,5 25,7 7,5 4,7 3,4 2,6 2,4 El hidrógeno es el elemento químico más abundante en el Universo. En nuestro planeta se encuentra, principalmente, asociado a otros elementos, formando sustancias vitales, como el agua. Universo Hidrógeno (H) Helio (He) Oxígeno (O) Carbono (C) Hierro (Fe) Neón (Ne) Nitrógeno (N) % 73,9 23,9 1,07 0,46 0,19 0,18 0,11 Fuente: Archivo editorial. 90 Unidad 3

91 UNIDAD 3 Los elementos químicos que hoy conocemos se fueron descubriendo poco a poco a lo largo de la historia. La mayoría se descubrieron durante el siglo XIX; la lista se completó a lo largo del siglo XX y en el año 2007 se encontraban 114 elementos identificados. De los elementos químicos que existen en la naturaleza, solo 8 son los que conforman el 98% de la corteza terrestre y muy pocos se encuentran en su estado elemental; gran parte de ellos se encuentran formando parte de compuestos los cuales se pueden combinar con otros compuestos o elementos y dar origen a la gran variedad de minerales que existen. En Chile contamos con una gran riqueza minera gracias a los compuestos químicos que hay en los suelos, como se muestra en la siguiente tabla. GLOSARIO Minerales: sustancias en estado sólido, conformadas por un elemento o compuesto químico, que se han formado a través de un proceso natural. Resumen de la producción de minerales en Chile, por regiones (2008). Región Arica y Parinacota (15) Cu (tmf)* Mo (tmf) Au (Kg) Ag (Kg) Fe (tmf) Fe (mineral tm)** Mn (tmf) Pb (tmf) Zn (tmf) Tarapacá (01) Antofagasta (02) Atacama (03) Coquimbo (04) Valparaíso (05) Metropolitana (13) Lib. Gral.B. O Higgins (06) Maule (07) Biobío (08) Araucanía (09) Los Lagos (10) Los Ríos (14) Aisén (11) Magallanes y Ant. Chilena (12) Total Fuente: SERNAGEOMIN, Anuario de la Minería de Chile *tmf: toneladas métricas finas. **tm: toneladas métricas. Transformaciones de la materia 91

92 Obtención de elementos a partir de minerales El cobre, es el mineral más importante que se produce en Chile, es duro y de color rojizo, extraordinariamente dúctil y maleable. Después de la plata, el cobre es el mejor conductor de electricidad y de calor. En la naturaleza, el cobre se puede encontrar combinado con oxígeno o azufre, los minerales oxidados y sulfurados, respectivamente. Para obtener el cobre puro, se realiza un proceso que depende del origen del mineral. A continuación se muestran las principales etapas de la producción de cobre, a partir de mineral sulfurado. Etapa 1: Chancado Mineral de cobre sulfurado Etapa 4: Fundición Salida de gases Trituradora Etapa 3: Flotación T = ºC Convertidor Cobre Blister 96% de pureza Etapa 2: Molienda Se concentra el mineral Salida de escoria Etapa 5: Electrorefinación Producción del cobre. Convertidor electrolítico Cobre puro Cobre Raf 99,7% de pureza El hierro es otro elemento muy usado en la construcción de edificios, puentes y todas las obras públicas. Se obtiene a través de un proceso, en el cual el mineral de hierro, previamente triturado, se funde en un horno a una temperatura muy elevada. Conociendo más El carbón mineral es una sustancia fósil, que resulta de la descomposición lenta de la materia leñosa. En la naturaleza, aparece asociado al petróleo crudo. Es el único combustible fósil del cual Chile posee reservas importantes, aproximadamente unos millones de toneladas, de las cuales unas 210 son explotables mediante minería a rajo abierto. 92 Unidad 3

93 UNIDAD 3 Evaluando lo aprendido 1. Copia en tu cuaderno las siguientes aseveraciones y escribe V si es verdadera o una F si es falsa. Justifica las falsas. a. Los elementos más abundantes de la corteza terrestre son el oxígeno y el potasio. b. En los seres vivos el carbono se encuentra en los tejidos del cuerpo. c. El hidrógeno se encuentra en la misma proporción en la Tierra y en el Universo. d. El oxígeno constituye el 20% del aire atmosférico. e. 114 elementos químicos, forman parte de la corteza terrestre. f. Los yacimientos de carbón, se encuentran principalmente en el sur de Chile. 2. Escribe en tu cuaderno los conceptos de las columnas A y B. Luego relaciona el concepto, con la descripción. A a. Carbono b. Sustancia fósil c. Hierro d. Mineral e. Hidrógeno B Elemento abundante en el Universo. Sustancia sólida conformada por un elemento o compuesto. Elemento abundante en el cuerpo humano. Carbón mineral. Elemento utilizado en construcciones. 3. Copia y completa en tu cuaderno, el siguiente esquema de la obtención de cobre. Mineral de cobre sulfurado Flotación se obtiene Cobre puro Cobre Raf (99,7 % de pureza) Cómo estuvo tu trabajo? Si identificaste correctamente las aseveraciones verdaderas y las falsas de la actividad 1, felicitaciones! Si fallaste en alguna revisa las páginas 90 y 91. Si relacionaste correctamente cada concepto con su descripción, muy bien!, de los contrario vuelve a revisar el contenido 3. Si completaste correctamente el esquema con las etapas faltantes, excelente! Si tuviste errores, revisa la página 92. Transformaciones de la materia 93

94 4. TRANSFORMACIONES DE LA MATERIA El mercurio, usado en los termómetros, es un metal líquido que aumenta de volumen con el calor de tu cuerpo. Qué tipo de cambio es? Si miras a tu alrededor y observas con atención, te darás cuenta de que la materia está constantemente cambiando. El agua hierve cuando la calentamos en la tetera o se congela cuando la ponemos en una cubeta en el refrigerador. Algunos alimentos, como la leche, se pueden descomponer, adquiriendo un sabor agrio y desagradable. Metales como el fierro se oxidan cuando están al aire libre y vemos que se cubren de un polvo rojizo que los va desintegrando. Cómo podríamos caracterizar estos y otros cambios de la materia? La materia puede experimentar dos principales tipos de cambios: cambios físicos y cambios químicos. Cambios físicos: Son aquellos en los que cambia el estado o la forma de las sustancias, pero no su composición química. La mayoría de los cambios físicos son reversibles. Por ejemplo, si colocas un recipiente con agua en el congelador, el agua se transforma en hielo. Sin embargo, el hielo puede volver a transformarse en agua líquida si lo expones al calor. En este caso, la composición química del agua no cambió. Los cambios de estado, de tamaño y de forma son ejemplos de cambios físicos. Agua sólida Agua líquida Agua gaseosa (en las burbujas) Los cambios de estado del agua constituyen un ejemplo de cambios físicos, ya que la composición química del agua no se altera. 94 Unidad 3

95 UNIDAD 3 Cambios químicos: Son aquellos en los que ocurre una transformación de la composición química de la materia, es decir, se forman nuevas sustancias con propiedades diferentes a las sustancias originales. La mayoría de los cambios químicos son irreversibles, ya que las sustancias iniciales no se pueden recuperar. Por ejemplo, cuando un trozo de papel se quema, se observa el desprendimiento de humo y calor, y al final solo quedan cenizas, y el papel no puede recuperarse. GLOSARIO Energía: capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo. Cuando un papel se quema, ocurre un cambio químico llamado combustión. Qué nuevas sustancias se generan en este cambio? Todos los cambios descritos no son espontáneos, sino que dependen de la energía. Podemos decir, entonces, que la energía es el motor de las transformaciones de la materia. Analiza 1. Observa las imágenes y luego responde en tu cuaderno. A Globo B Matraz a. Qué ocurrió con el globo al encender el mechero?, cómo explicarías lo sucedido? b. Qué tipo de cambio es? c. Qué ocurriría si, después de calentar el matraz, lo colocaras dentro de un vaso con hielo? Fundamenta tu respuesta. Transformaciones de la materia 95

96 Las reacciones químicas Cuando la madera se quema o un metal se oxida, ocurre un cambio químico, ya que se forman nuevas sustancias. Estos cambios son posibles porque se han producido reacciones químicas. Una reacción química es una transformación de la materia, es decir, una o varias sustancias se transforman en otras sustancias diferentes, debido a que su composición y propiedades se modifican. Entonces, en una reacción química una o más sustancias, llamadas reactantes, se transforman bajo determinadas condiciones en nuevas sustancias llamadas productos. Un incendio forestal es una reacción química en la que troncos, ramas y hojas de los árboles se queman. Qué productos se forman en esta reacción química? Las principales características que permiten saber que estamos en presencia de una reacción química son: liberación de gases, formación de un sólido, cambio de color y liberación de calor. Las ecuaciones químicas son una manera de representar las reacciones químicas: A + B Reactantes C + D Productos La foto muestra la reacción entre el metal cinc y el ácido clorhídrico. Cuáles son los reactantes y los productos en esta reacción? Qué características aprecias en la fotografía que nos indica que estamos en presencia de una reacción química? En una ecuación química se utilizan fórmulas y símbolos químicos. Los reactantes se escriben a la izquierda y los productos a la derecha, separados por una flecha, cuyo sentido indica el transcurso de la reacción. Por ejemplo, cuando el cinc (Zn) reacciona con ácido clorhídrico (HCl) se forman cloruro de cinc (ZnCl 2 ) e hidrógeno (H 2 ), reacción que se representa mediante la siguiente ecuación química: Zn + 2 HCl ZnCl 2 + H 2 Reactantes Productos 96 Unidad 3

97 UNIDAD 3 Evaluando lo aprendido Analiza las reacciones químicas representadas a continuación, mediante modelos moleculares. Luego responde en tu cuaderno. 1. Reaccción de formación de agua. + oxígeno hidrógeno 2 H 2 O 2 2 H 2 O a. Cuáles son los reactantes? b. Cuáles son los productos? c. Cuántas moléculas de reactantes participan en la reacción? d. Cuántas moléculas se forman? 2. Reaccción de formación de ácido clorhídrico. + Cl 2 H 2 cloro hidrógeno a. Cuáles son los reactantes? b. Cuáles son los productos? c. Cuántas moléculas reaccionan? d. Cuántas moléculas se forman? 2 HCl Cómo estuvo tu trabajo? Revisa cada respuesta a las preguntas de las actividades 1 y 2. Si reconociste los reactantes y productos de la actividad 1 y 2, felicitaciones! Si cometiste errores, vuelve a reforzar el contenido en la página 96. Transformaciones de la materia 97

98 Velocidad de las reacciones químicas La velocidad de una reacción es una medida de la rapidez con la que ocurre. Las reacciones químicas tienen distintas velocidades; algunas ocurren en forma casi instantánea, como cuando enciendes el gas de la cocina; otras, en cambio, se producen lentamente, como la oxidación de un material de hierro. De qué depende la velocidad de una reacción? En general, se conocen cuatro factores que afectan la velocidad de las reacciones, estos son: La temperatura es un factor que afecta la velocidad de las reacciones químicas. Por qué crees que se deben congelar algunos alimentos para conservarlos? Temperatura. Al aumentar la temperatura, aumenta la velocidad de la reacción, ya que las partículas de los reactantes se mueven más rápido, chocan con mayor frecuencia y se transforman más rápido en productos. Concentración. Al aumentar la concentración de los reactantes se acelera la velocidad de la reacción, ya que al aumentar la cantidad de partículas por unidad de volumen, se produce una mayor cantidad de colisiones entre las partículas reaccionantes. Por eso, al soplar una fogata esta se enciende más, ya que aumenta la cantidad de oxígeno disponible. Cuando dividimos la tira de cobre, la reacción se produce más rápidamente, qué factor está afectando la velocidad de esta reacción? Superficie de contacto. Al aumentar la superficie de contacto entre los reactantes, se incrementa la velocidad de la reacción, ya que aumenta la probabilidad de choques entre sus partículas. Por ejemplo, un sólido finamente dividido reacciona más rápido que un trozo entero. Catalizadores. Los catalizadores son sustancias químicas que aumentan la velocidad de las reacciones químicas, ya que su presencia hace que se necesite menos energía para comenzar la reacción y, por lo tanto, esta ocurrirá con mayor rapidez. Por ejemplo, la descomposición del agua oxigenada en agua y oxígeno se acelera si se añade una pequeña cantidad de dióxido de manganeso a la reacción, el que actúa como catalizador, pero no interviene directamente en la reacción. 98 Unidad 3

99 HACIENDO ciencia UNIDAD 3 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN Problema científico Cómo influye la superficie de contacto y la temperatura, en la velocidad de una reacción química? Hipótesis Formula una hipótesis que te permita responder el problema científico planteado. Escríbela en tu cuaderno. Experimentación y control de variables Junto a un compañero o compañera reúnan los siguientes materiales: agua, dos tabletas efervescentes, cuatro vasos de precipitado de 200 ml, y un cronómetro o reloj con segundero. PROCESOS CIENTÍFICOS Observación Planteamiento del problema Formulación de hipótesis Experimentación y control de variables Recolección de datos Análisis de resultados y conclusiones Procedimiento A: llenen hasta la mitad dos vasos de precipitado con agua a temperatura ambiente. Muelan la mitad de una tableta efervescente sobre un papel, y conserven entera la otra mitad. Agreguen la tableta molida en uno de los vasos y, al mismo tiempo, la tableta entera en el otro vaso. Midan el tiempo que tarda en reaccionar totalmente la tableta en cada uno de los vasos y registren los datos en una tabla. Consigan los resultados de otros 5 grupos, para luego establecer un promedio. Procedimiento B: llenen hasta la mitad dos vasos de precipitado con agua; uno con agua a temperatura ambiente, y el otro con agua caliente. Partan por la mitad la otra tableta efervescente, y, al mismo tiempo, agreguen a cada uno de los vasos la mitad de la tableta. Midan el tiempo de reacción y registren los datos en la tabla. Consigan los resultados de otros 5 grupos, para luego establecer un promedio. Recolección de datos Para ordenar tus datos, copia en tu cuaderno las tablas que te entregará tu profesor(a) sobre el tiempo de reacción (en segundos) de los procedimientos A y B, en los distintos grupos de trabajo. Análisis de resultados y conclusiones 1. En el procedimiento A, en qué caso fue más rápida la reacción? 2. En el procedimiento B, en qué caso fue más rápida la reacción? 3. Qué variable está influyendo en la velocidad de reacción, en el procedimiento A? 4. Qué variable está influyendo en la velocidad de reacción, en el procedimiento B? 5. Qué variables se mantienen constantes en cada procedimiento? 6. Cómo se explican los resultados obtenidos en cada procedimiento? Fundamenten. Reacción entre la tableta efervescente y agua. Transformaciones de la materia 99

100 GLOSARIO Energía química: forma de energía almacenada en la materia debido a su composición química. Reacciones químicas a nuestro alrededor Aunque no lo notes, en todo momento están ocurriendo reacciones químicas a nuestro alrededor. Hay ciertas reacciones químicas que se producen en la naturaleza sin las cuales la vida no sería posible, por ejemplo, la fotosíntesis y la respiración celular. Fotosíntesis: En presencia de la luz, las plantas transforman el dióxido de carbono que toman del aire y el agua que absorben del suelo en glucosa, un carbohidrato rico en energía química. La fotosíntesis puede resumirse en la siguiente ecuación: Energía (luz) 6 CO H 2 O C 6 H 12 O O 2 Dióxido Agua Glucosa Oxígeno de carbono Las plantas a través de la fotosíntesis producen glucosa que le proporciona la energía necesaria para llevar a cabo sus funciones vitales, como crecer y reproducirse. Energía luminosa Agua Dióxido de carbono Glucosa Oxígeno La fotosíntesis es imprescindible para mantener la vida, ya que la energía que las plantas captan del sol es almacenada en los vegetales como compuestos energéticos, que son utilizados por el resto de los organismos a través de las tramas alimentarias. Por otra parte, el oxígeno producido durante la fotosíntesis es utilizado por la gran mayoría de los seres vivos para realizar la respiración celular. Respiración celular: Este proceso consiste en una serie de reacciones químicas que ocurren al interior de las células de los seres vivos. Durante la respiración celular, los nutrientes que ingresan a la célula son procesados para extraer de ellos la energía almacenada en sus enlaces químicos. En este proceso, la glucosa es combinada con el oxígeno, para producir dióxido de carbono, vapor de agua y liberar energía. La ecuación química que representa este proceso es la siguiente: C 6 H 12 O O 2 6 CO H 2 O + Energía Glucosa Oxígeno Dióxido Agua de carbono 100 Unidad 3

101 UNIDAD 3 Otras reacciones muy frecuentes de observar a nuestro alrededor son la combustión, la corrosión y la putrefacción. Combustión: Es una reacción química que se produce cuando un combustible se combina con un comburente (el oxígeno), produciéndose dióxido de carbono (CO 2 ), vapor de agua (H 2 O) y energía en forma de luz y calor. Los combustibles son sustancias que contienen energía química almacenada en los enlaces químicos entre los átomos que componen el combustible. Esta energía se libera en forma de luz y calor cuando los átomos del combustible se recombinan para formar dióxido de carbono y agua. Existe una enorme variedad de combustibles, como la madera, el carbón, el petróleo, el alcohol y la gasolina. GLOSARIO Comburente: sustancia que reacciona con el combustible, generando la combustión. Combustible: sustancia o mezcla que en presencia de oxígeno es capaz de arder. La combustión del gas natural, combustible compuesto principalmente por metano (CH 4 ), se puede representar mediante la siguiente ecuación: CH O 2 CO H 2 O + calor Cuando no hay suficiente oxígeno presente al ocurrir la combustión, se produce monóxido de carbono (CO), un gas muy tóxico, que al ser inhalado puede provocar envenenamiento temporal e incluso la muerte. A esta reacción se le denomina combustión incompleta, y se representa mediante la siguiente ecuación química: 2 CH O 2 2 CO + 4 H 2 O + calor Al encender la cocina, el gas reacciona de inmediato con el oxígeno presente en el aire. Conociendo más El monóxido de carbono es un gas mortal, es decir, al inspirarlo provoca la muerte. Por qué ocurre esto? En los glóbulos rojos de la sangre existe una molécula llamada hemoglobina, que se encarga de transportar el oxígeno hacia todas las células de nuestro organismo, para que ellas puedan obtener energía a través de la respiración celular. Sin embargo, cuando existe CO en el aire que inspiras, la hemoglobina se une a este gas en lugar de unirse al oxígeno, produciendo la muerte. El gas CO no posee color ni olor, por lo que no podemos verlo ni olerlo, es decir, no podemos detectarlo con facilidad. Sin embargo, podemos prevenir la intoxicación con este gas, manteniendo en buen estado de funcionamiento nuestros aparatos domésticos que funcionan a gas, como son las estufas y los hornos y por supuesto, no usarlos en lugares poco ventilados ni muchos menos mantenerlos encendidos mientras dormimos. Transformaciones de la materia 101

102 Corrosión de metales. La corrosión es la oxidación de los metales que ocurre en presencia de aire y humedad. Es muy probable que en más de una ocasión hayas visto los efectos de esta reacción química, en el deterioro que sufren los metales cuando quedan a la intemperie, como maquinarias, herramientas, automóviles y estructuras metálicas, en general. La herrumbre es el polvillo rojizo que observamos en un metal oxidado. Los microorganismos que se alimentan de los restos orgánicos, son muy importantes en los ecosistemas, pues permiten devolver la materia al ambiente. El hierro es un metal que se oxida fácilmente por acción combinada del oxígeno del aire y de la humedad, formando un óxido de color rojizo llamado herrumbre. Putrefacción de la materia orgánica. Seguramente has observado un trozo de carne, pan, o fruta en estado de descomposición, y comprobado que su aspecto y olor son muy desagradables. La putrefacción es una reacción química de degradación de materia orgánica producida por microorganismos, como bacterias y hongos. Cuando estos microorganismos encuentran las condiciones apropiadas, realizan reacciones químicas que desintegran las proteínas vegetales y animales. Los productos de estas reacciones se incorporan nuevamente al ambiente y por lo general presentan un olor desagradable. Dependiendo de lo avanzado que esté el proceso de putrefacción y de las condiciones ambientales, pueden encontrarse distintas sustancias como productos. Conversemos El tétano es una grave enfermedad producida por una bacteria que habita preferentemente en los metales oxidados. Cuando una persona se hiere con un metal oxidado, por ejemplo, un clavo, corre el riesgo de padecer esta enfermedad, la cual se caracteriza por una rigidez de los músculos, lo que puede llevar a la incapacidad para respirar. Cómo se puede prevenir esta enfermedad? Comenta en tu curso. 102 Unidad 3

103 UNIDAD 3 Evaluando lo aprendido 1. Dibuja el siguiente esquema en tu cuaderno y completa con el nombre de las sustancias que participan en la fotosíntesis. Fotosíntesis 2. Escribe en tu cuaderno los conceptos de la columna A y B. Relaciona cada uno de ellos. A a. Corrosión b. Combustión c. Putrefacción d. Fotosíntesis Reacción química que se produce en las células vegetales. B Reacción química que ocurre en los metales por acción del aire y la humedad. Reacción química en la que se libera energía en forma de luz y calor. Reacción química de degradación de materia orgánica. Cómo estuvo tu trabajo? Revisa cada respuesta a las preguntas de las actividades 1 y 2. Si reconociste las sustancias que participan en la fotosíntesis en la actividad 1, felicitaciones! De lo contrario, vuelve a reforzar el contenido de la página 100. Si relacionaste correctamente los conceptos en la actividad 2, excelente! Revisa el contenido de las páginas 100, 101 y 102 si tuviste errores. Transformaciones de la materia 103

104 5. LEY DE CONSERVACIÓN DE LA MASA Observa la secuencia de la siguiente experiencia: GLOSARIO Masa: cantidad de materia que posee un cuerpo o una sustancia. Si observas atentamente el proceso, verás que al quemar papel, este se transforma en cenizas y humo, y libera energía en forma de calor y luz, por lo que puedes concluir que es una reacción química. Será igual la masa del papel antes de quemarlo y después de quemarlo? Si midieras la masa del papel antes de quemarlo y luego la masa de las cenizas, esta no sería igual, por lo que podríamos pensar que la masa cambió. Sin embargo, esto no es correcto. Lo que sucede es que al quemar un papel este reacciona con el oxígeno del aire, formando no solo cenizas, sino que también humo. Entonces si sumáramos la masa de las cenizas más la del humo, el resultado sería igual a la masa inicial del trozo de papel y el oxígeno. Esta propiedad se cumple en todas las reacciones químicas, como lo estableció en el siglo XVIII, el químico francés Antoine Lavoisier, a través de la ley de conservación de la masa, según la cual: en toda reacción química la masa de los reactantes es igual a la masa de los productos. papel + oxígeno masa total de los reactantes = cenizas + humo masa total de los productos + El número de átomos de hidrógeno y oxígeno es igual en los reactantes y en los productos. La conservación de la masa en las reacciones químicas debe representarse también en las ecuaciones químicas. Una ecuación química equilibrada es aquella en la que el número de átomos de cada elemento es igual en los reactantes y en los productos. Para equilibrar una ecuación química, se colocan números enteros delante de las fórmulas o los símbolos químicos de las sustancias que intervienen. Estos números se denominan coeficientes estequiométricos. Por ejemplo, la formación de agua se representaría mediante la siguiente ecuación química: 2 H 2 + O 2 2 H 2 O Dos moléculas Una molécula Dos moléculas de hidrógeno de oxígeno de agua 104 Unidad 3

105 UNIDAD 3 Evaluando lo aprendido 1. La siguiente reacción química representa la combustión del gas natural. + + Metano Oxígeno Dióxido de carbono Agua hidrógeno oxígeno carbono a. Completa la siguiente tabla en tu cuaderno, indicando el número de átomos de cada elemento que participa en la reacción. N o de átomos Elemento Reactantes Productos Carbono (C) Oxígeno (O) Hidrógeno (H) Total Copia en tu cuaderno b. Escribe la ecuación química equilibrada. c. Explica por qué en esta reacción se cumple la ley de conservación de la masa. 2. Señala tres razones que expliquen por qué la combustión del metano es un cambio químico y no físico. Cómo estuvo tu trabajo? Revisa cada respuesta a las preguntas de la actividad. Si completaste la tabla con el número de átomos correcto para cada par de reactantes y productos, muy bien! Repasa las páginas 96 y 104 si tuviste algún error. Si diste las tres razones para responder la actividad 2, excelente! Puedes continuar con el Taller científico. Transformaciones de la materia 105

106 Taller Científico PROCESO CIENTÍFICO Experimentación y control de variables Las variables son aquellos factores que el investigador desea medir para ver cómo afectan en la investigación. CORROSIÓN DE METALES Observación Muchos metales con el paso del tiempo van cambiando de color. Algunos se oscurecen, otros se tornan de colores verdosos o anaranjados. El oro es llamado metal noble porque no se oxida. En cambio, muchos otros metales experimentan la oxidación. Oro Lata Problema científico Qué factores ambientales favorecen la corrosión de los metales? Hipótesis Aplicando lo que has aprendido en esta unidad, responde las siguientes preguntas en tu cuaderno. 1. Por qué crees que el ambiente afecta a los metales? 2. Basándote en las explicaciones que diste, formula una hipótesis para este fenómeno. Experimentación y control de variables Junto a un compañero o compañera reúnan los siguientes materiales: - una gradilla - 5 tubos de ensayo - 2 tapones de algodón - 5 clavos de fierro - agua destilada - sal 106 Unidad 3

107 UNIDAD 3 Diseño experimental Con los materiales que consiguieron, diseñen un experimento que les permita identificar las diferentes condiciones que pueden tener efecto sobre los metales. Recuerden incluir un patrón de comparación. Identifiquen las variables que tendrán que controlar. Recolección de datos Construyan una tabla que les permita registrar ordenadamente los datos obtenidos. Análisis de resultados y conclusiones Inicien el análisis de los resultados, observando la tabla de datos. Pueden guiarse por las siguientes preguntas: 1. Observen los clavos y describan los cambios que ocurrieron. 2. En qué condiciones los clavos experimentan cambios? 3. De qué tipo es el cambio: reversible o irreversible; químico o físico? Fundamenten su respuesta. 4. Podrían afirmar que el cambio que ocurrió es corrosión?, por qué? 5. Qué factores ambientales favorecen la corrosión de los clavos? 6. A partir de los resultados obtenidos, pueden validar su hipótesis?, por qué? Cómo trabajé? Copia las siguientes conductas en tu cuaderno y escribe Sí o No, según corresponda. 1. Logré establecer una hipótesis para el problema? 2. Recolecté con anticipación los materiales que necesitaba? 3. Fui capaz de diseñar un experimento junto con mis compañeros? 4. Escuché y respeté las opiniones de mis compañeros de grupo? 5. Realicé el análisis del experimento? 6. Llegué a conclusiones coherentes sobre los factores de la corrosión? Lee los aspectos en que respondiste No y plantea una forma de trabajo que te permita lograrlos. Transformaciones de la materia 107

108 Noticia Científica LOS COMETAS Intensa luminosidad de cometa intriga a astrónomos chilenos De ser visible solo con telescopios poderosos a tener una luminosidad poco menor a la de Júpiter en una semana, fue el cambio experimentado por el cometa P17/ Holmes, que atrajo la atención de todo el mundo. Los cometas son uno de los cuerpos más antiguos e inalterados del sistema solar. Se dice que son los testigos del nacimiento de nuestra galaxia, es por esto que su estudio puede dar a conocer información valiosa sobre las condiciones físicas y químicas bajo las cuales los planetas se formaron. Un cometa se forma de un núcleo, que corresponde a la cabeza, y por lo general de una cola o cabellera. El núcleo es una especie de gran iceberg celeste formado por agua en estado sólido, mezclada con hielo carbónico (CO y CO 2 ). Los núcleos de los cometas son muy oscuros, casi negros, sin embargo, se ven brillantes por efecto de la nieve y el hielo que constituyen su cabeza, los que reflejan más del 95% de la luz solar. La composición química de los cometas comprende además de hielo, polvos de silicato y compuestos orgánicos derivados de elementos químicos como el carbono, el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno y el azufre. Si los cometas pasan muy cercanos al Sol comienzan a sublimar, dado que los hielos de agua y carbono pasan directamente del estado sólido al gaseoso. Cuando esto ocurre, unos géiseres de vapor revientan su corteza de hielo, la presión de las partículas del viento solar sopla, formándose la cabellera o cola del cometa, que se dibuja en dirección opuesta al Sol. El cometa P17/Holmes pasa cada siete años, fue descubierto hace un siglo y su órbita alrededor del Sol se desplaza entre las de Marte y Júpiter. Su apariencia física es una gran esfera con un brillante núcleo en su centro Es todo un espectáculo en el cielo! Fuente: La Tercera, sección Tendencias, 31 de octubre de 2007, pág. 42. Adaptación. Responde en tu cuaderno 1. Qué es un cometa y cómo está constituido? 2. De dónde proviene la luz que desprenden los cometas? 3. Qué tipo de cambios experimenta la materia de un cometa: físicos o químicos? Fundamenta. 4. Qué llama la atención del cometa P17/Holmes? 108 Unidad 3

109 Resumiendo UNIDAD 3 Átomos Unidades básicas que constituyen la materia Composición de la materia La materia Es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. Transformaciones de la materia Moléculas Agrupación de dos o más átomos iguales o diferentes. Cambios físicos - Transformaciones que sufre la materia sin que se altere su composición. - La mayoría son reversibles. Cambios químicos - Transformaciones en las que se altera la composición de la materia. - Suelen ser procesos irreversibles. Elementos - No pueden descomponerse en sustancias más simples. - Se representan mediante símbolos químicos. - Existen elementos que tienen gran importancia para nuestra vida. Los elementos más abundantes en la corteza terrestre son el oxígeno y el silicio y en el cuerpo humano, el oxígeno y el carbono. Reacciones químicas Son procesos en que sustancias iniciales o reactantes se transforman, bajo determinadas condiciones, en productos. Compuestos - Pueden descomponerse en sustancias más simples. - Constituidos por dos o más elementos diferentes, con composición definida (fórmula química). - Se producen en un cambio químico. - Entre los compuestos más importantes para la vida están el agua y el dióxido de carbono. Reacciones de la vida cotidiana En la naturaleza ocurre una gran diversidad de reacciones químicas, como la fotosíntesis, la respiración celular, la combustión, corrosión y descomposición. Ley de conservación de la masa En toda reacción química la masa de los reactantes es igual a la masa de los productos. Transformaciones de la materia 109

110 Responde nuevamente la actividad Demuestro lo que sé..., de la página 79 para que evalúes lo que has avanzado. 1. De las siguientes palabras, cuáles representan materia? Escríbelas en tu cuaderno. Vaso Alegría Agua Nieve Niño Nube Tristeza Humo 2. Observa las siguientes fotografías y luego responde en tu cuaderno. A B C D El hielo se derrite. Un papel se quema al encenderlo. La greda se moldea de varias formas. Una llave de hierro se oxida. a. En cuál(es) de las situaciones ocurre un cambio reversible? b. En cuál(es) de las situaciones ocurre un cambio irreversible? Compara tus respuestas con las iniciales, han cambiado o se han mantenido igual? Indica cuáles cambiaron y cuáles no. Ahora profundiza tus respuestas. 3. Explica por qué la evaporación del agua es un cambio físico. Cambia la composición del agua líquida al pasar a vapor? 4. Explica por qué la oxidación del hierro, del que está hecha la llave, es un cambio químico. Se producen sustancias nuevas?, cuáles? 5. Completa en tu cuaderno el siguiente cuadro: Sustancias iniciales (reactantes) Sustancias finales (productos) Combustión del papel Oxidación del hierro (clavo) Papel+oxígeno Óxido de hierro Copia en tu cuaderno 110 Unidad 3

111 UNIDAD 3 Mapa conceptual Anota los siguientes conceptos en tu cuaderno y realiza con ellos un mapa conceptual. Puedes agregar otros, si lo requieres. Materia Átomos Tabla periódica Moléculas Elementos Compuestos Macromoléculas Cambios químicos Cambios físicos Reacciones químicas Fotosíntesis Combustión Corrosión Putrefacción Ley de conservación de la masa Qué haces tú? Una de las cualidades que distinguen a un buen científico es su perseverancia en la búsqueda de explicaciones a los fenómenos que ocurren en la naturaleza. Todos los avances científicos y tecnológicos actuales han sido producto de un largo camino de esfuerzo, dedicación y trabajo en equipo, de muchos hombres y mujeres a lo largo de la historia. Depende de la disposición de los investigadores de hoy y del futuro que el conocimiento científico siga avanzando. Evalúa tus actitudes Copia las siguientes preguntas en tu cuaderno para que evalúes si tienes o no una actitud positiva frente al trabajo científico. Responde Sí o No a cada pregunta. 1. Siento curiosidad por entender los fenómenos naturales? 2. Busco explicaciones a los fenómenos que observo? 3. Me gusta comprobar las explicaciones que se me ocurren? 4. Sigo una secuencia de pasos para investigar algo desconocido? 5. Reconsidero mis ideas si alguien me demuestra lo contrario? 6. Leo artículos de temas científicos? Lee los aspectos en que respondiste No y plantea una forma de trabajo para informarte más sobre investigaciones científicas. Transformaciones de la materia 111

112 Qué aprendiste? I. Lee detenidamente cada pregunta y responde en tu cuaderno cuál es la alternativa correcta. 1. Cuál es la unidad estructural básica de la materia? A. Elemento. B. Átomo. C. Molécula. D. Compuesto. 2. El sodio (Na) es un metal tóxico y reactivo, el cloro (Cl) es un gas verde y venenoso, sin embargo, la unión de ambos átomos permite obtener un producto comestible que es la sal común (NaCl). Qué se puede concluir con esta información? A. Las propiedades de un compuesto son distintas a las propiedades de sus elementos constituyentes. B. La combinación de sodio y cloro es un cambio físico. C. Se forma un nuevo tipo de átomo, por ello, la sal es comestible. D. Siempre que se unen átomos peligrosos, se obtienen átomos no peligrosos. 3. Cuál de las siguientes situaciones correspondería a un cambio químico? A. Un metal es golpeado hasta quedar como una delgada lámina. B. Un trozo de manteca es calentado hasta pasar al estado líquido. C. Una porción de tiza es molida hasta quedar un polvo muy fino. D. Una astilla se quema hasta quedar en cenizas. 4. La siguiente tabla muestra la corrosión (signo +) observada en diferentes metales. Qué se puede deducir de esta información? Día Metal A Metal B Metal C A. El metal A se corroe más rápido. B. El metal B se corroe más rápido. C. Todos los metales se corroen a igual ritmo. D. Todas las anteriores son correctas. 5. Si se aplica la ley de conservación de la masa a las reacciones químicas, se puede deducir: A. la cantidad de masa que se necesita para una reacción química. B. la masa total de los reactantes, conociendo la masa total de los productos. C. la rapidez con la que reaccionan los reactantes. D. la masa de uno de los productos de la reacción química. 6. Cuál de los siguientes cambios es físico? A. Quemar un papel. B. Encender alcohol. C. Verter jugo de limón sobre leche. D. Calentar esperma de vela. 112 Unidad 3

113 UNIDAD 3 II. Dibuja la imagen en tu cuaderno y relaciónala con los conceptos. A B C D Moléculas Átomos Elemento III.Observa las tablas de la página 90 y responde en tu cuaderno. Compuesto 1. Son los mismos elementos químicos los más abundantes en la Tierra y en el cuerpo humano? Explica por qué. 2. En qué compuestos se encuentran principalmente los elementos Si, Al y O: en minerales o en proteínas? 3. En qué compuestos se encuentran principalmente los elementos C, H y O: en minerales o en proteínas? IV. Analiza la siguiente situación y responde en tu cuaderno. 1 2 Azufre (S) Hierro (Fe) La mezcla de Fe-S se puede separar mediante un imán. 1. Qué tipo de materia son el azufre y el hierro: elementos o compuestos químicos?; por qué? 2. Señala tres características de cada uno de estos sólidos. 3. Ocurre un cambio químico en la situación 1?, por qué?; en qué te fijas para responder sí o no? 4. Ocurre un cambio físico en la situación 2?, por qué?; en qué te fijas para responder sí o no? 5. Si acercaras un imán al sólido gris formado en la situación 2, podrías separar el hierro? Explica el porqué. V. Lee la siguiente información y responde las preguntas en tu cuaderno. Tres estudiantes hacen un experimento para demostrar la ley de conservación de la masa: agregan una masa conocida de bicarbonato a un vaso con agua, también de masa conocida; durante la reacción observan un burbujeo; finalizada la reacción, comparan la masa de los reactantes con la de los productos, advirtiendo que la masa de los productos es menor que la de los reactantes. 1. Explica por qué pudo haberse producido este resultado. 2. En este experimento se cumple la ley de conservación de la masa? Explica. Si la mezcla Fe-S se calienta, se obtiene un sólido gris. Transformaciones de la materia 113

114 UNIDAD 4 FUERZA Y MOVIMIENTO Navegaremos por... Un mundo lleno de fuerzas Tipos de fuerzas en la naturaleza Movimientos que se repiten CONVERSEMOS Fotobanco El básquetbol es un deporte en que los jugadores botean y lanzan la pelota de uno a otro para finalmente encestarla en el aro y anotar puntos para su equipo. Al lanzar la pelota, los jugadores, tienen que ejercer fuerza con su cuerpo. De qué manera actúa esta fuerza sobre la pelota? 114 Unidad 4

115 En esta unidad aprenderás a Distinguir diferentes tipos de fuerzas. Comprender que sobre un cuerpo pueden actuar diferentes fuerzas simultáneamente. Describir los efectos de la fuerza gravitatoria sobre cuerpos en la superficie de la Tierra y sobre los movimientos de satélites y planetas. Conocer y describir las características de los movimientos periódicos. Demuestro lo que sé 1. Observa las siguientes fotografías y luego responde en tu cuaderno. El agua cae en una cascada. La bola se desliza por el suelo hasta derribar los palitroques. Un imán atrae los clips. La pelota llega al arco. a. Qué fuerzas identificas en cada situación? b. En qué situaciones se ejerce fuerza por contacto? c. En qué situaciones se ejerce fuerza a distancia? Fuerza y movimiento 115

116 Red de conceptos En esta unidad estudiarás conceptos relacionados con las fuerzas que te ayudarán a comprender fenómenos naturales que ocurren constantemente a nuestro alrededor. FUERZAS se actúan aplican su efecto se aplican provoca Fuerza de roce Por contacto como Fuerza normal Acción muscular A distancia un ejemplo es Fuerza de gravedad Deformación Por contacto Cambios en el movimiento un tipo de movimiento puede ser Periódico el cual posee Qué piensas tú? Período Frecuencia Amplitud Desde hace más de 50 años el ser humano ha implementado y perfeccionado el uso de satélites artificiales que orbitan alrededor de nuestro planeta. Para que estos instrumentos salgan de la atmósfera y lleguen al espacio deben vencer la fuerza de gravedad ejercida por la Tierra, para lo que deben alcanzar una gran rapidez. Los satélites han permitido obtener diversa información de nuestro planeta, como geológica, geográfica, climática, entre otras, y también han contribuido al avance tecnológico, desarrollando redes de comunicación, como internet, permitiendo incluso viajar virtualmente por el mundo entero y conocer exactamente la ubicación de una persona, a través del uso de GPS. Comenta con tu curso: Por qué es importante disponer de la información que entregan los satélites? De qué manera la incorporación de los satélites ha beneficiado la comunicación entre las personas? Qué te parece que hoy en día sea posible ubicar, desde tu computador, la posición exacta de una persona en cualquier lugar del mundo con el uso de un GPS? 116 Unidad 4

117 UNIDAD 4 DESAFÍO inicial Qué necesita un cuerpo para empezar a moverse? En todas las actividades que realizas están involucradas fuerzas. Por ejemplo, lo que ocurre al lanzar un objeto que luego recorre una cierta distancia y termina por detenerse. Antes de comenzar el estudio de las fuerzas, te invitamos a que realices la siguiente experiencia. Junto con 2 ó 3 compañeros o compañeras consigan los siguientes materiales: un elástico común, un autito de juguete, una regla, un trozo de cartón de caja grande y pinchos o chinches. Estiren el elástico 20 centímetros y fíjenlo desde sus extremos al cartón, usando los chinches. Pongan el autito de juguete al centro del elástico y sujetándolo con la mano empújenlo en contra de este, de modo que el centro del elástico se deforme 1 centímetro. Luego suéltenlo. 1. Qué necesitó el autito de juguete para comenzar a deslizarse? 2. Aplicaste alguna fuerza para que el autito se moviera? Explica. 3. Qué distancia recorrió el autito? Anoten el valor medido en sus cuadernos. 4. Qué ocurriría si estiran el elástico más de 1 cm? Expliquen. 5. Comprueben sus predicciones ensayando para diferentes deformaciones centrales del elástico mayores a 1 cm. Registren los valores obtenidos para cada nueva deformación central del elástico. 6. Qué sucedería si se repitiera la misma experiencia sobre tierra o pasto? Expliquen. 7. Comprueben sus predicciones soltando el autito sobre las diversas superficies elegidas por ustedes. Registren los valores obtenidos en cada caso. 8. De qué factores depende la distancia que recorre el autito de juguete? Fuerza y movimiento 117

118 GLOSARIO Cuerpo: cualquier objeto en estado sólido. Newton: el newton se define como la fuerza necesaria para proporcionar una aceleración de 1 m/s 2 a un objeto cuya masa es de 1 kg. En la Tierra 1 kg de masa es atraído por el planeta con una fuerza de 9,81 N. 1. UN MUNDO LLENO DE FUERZAS Observa las siguientes imágenes: Qué hace que el paracaidista caiga hasta alcanzar la tierra?, por qué la bola se mueve por la mesa de billar? Todos los cuerpos, y en general toda la materia que te rodea, interactúan entre sí mediante acciones denominadas fuerzas. Una fuerza es la acción que ejerce un cuerpo sobre otro. Por ejemplo, al empujar o levantar un objeto e incluso al mantener un cuerpo en reposo actúan fuerzas. Las fuerzas se miden mediante un instrumento llamado dinamómetro y el valor de su intensidad se expresa en una unidad denominada newton (N). Todas las fuerzas existentes tienen algunas características comunes: Son interacciones entre dos o más cuerpos. Siempre actúan en pares; por ejemplo, si empujas una muralla con tu mano le aplicas una fuerza, pero al mismo tiempo la muralla ejerce una fuerza sobre tu mano. Producen efectos sobre los cuerpos. Las fuerzas son responsables que un cuerpo comience a moverse, deje de moverse, vaya más rápido o más lento, cambie de dirección o se deforme. Entregan o extraen energía de un cuerpo. Por ejemplo, para desplazar una caja detenida sobre el suelo es necesario entregarle energía, para ello se le debe empujar aplicándole una fuerza. 118 Unidad 4

119 UNIDAD 4 Características de las fuerzas Si quisieras cambiar de posición una mesa, cómo sería la fuerza que tienes que aplicar?, hacia dónde tendrías que aplicar la fuerza?, cuál sería el sentido de la fuerza? El efecto que una fuerza produce sobre un objeto depende de la intensidad, dirección y sentido en que se aplique. Intensidad o tamaño Dirección Sentido Las fuerzas se representan gráficamente mediante flechas llamadas vectores. Para denotar una fuerza se usa el símbolo F y siempre se le dibuja desde el centro del cuerpo que recibe su acción. Intensidad de una fuerza: Corresponde a la magnitud de la fuerza. Gráficamente, se representa por la longitud de la flecha. Dirección de una fuerza: Indica la orientación o posición del vector respecto a un eje. Sentido de una fuerza: Indica hacia dónde se aplica la fuerza, está representado por la flecha o punta del vector. F 1 = 5 N F 2 = 10 N F 1 = 10 N F 2 = 10 N F 1 = 10 N F 2 = 10 N F 1 F 2 Qué vector representa una fuerza más intensa? F 1 F 2 Qué vector representa una dirección vertical? F 1 F 2 Qué vector representa un sentido ascendente? Dos fuerzas son iguales si tienen la misma intensidad, dirección y sentido. Estas son representadas por dos vectores iguales. Dos fuerzas son diferentes si cualquiera de estas tres características es distinta. F 1 = 10 N F 2 = 10 N F 1 = F 2 Fuerza y movimiento 119

120 Sumando fuerzas Constantemente, todos los cuerpos están sometidos a los efectos de las fuerzas, aunque no se perciba. Con frecuencia actúan dos o más fuerzas sobre un mismo objeto en forma simultánea. Cómo crees tú que se puede determinar el efecto total de las fuerzas que actúan sobre un objeto? Si colocas 30 cm 3 de agua en una probeta vacía y luego le agregas otros 40 cm 3, en tu probeta habrá 70 cm 3 de agua. Sin embargo, en el caso de las fuerzas, puede que 30 N más 40 N no sean 70 N. Esto sucede porque la fuerza es un vector, es decir, no solo posee intensidad sino que además tiene una dirección y un sentido. La suma de dos o más fuerzas es también una fuerza y se llama fuerza resultante (F R ). Fuerzas con igual dirección e igual sentido. F 1 = 30 N F 2 = 40 N = F R = 70 N Si ambas fuerzas tienen la misma dirección y sentido, sus efectos se suman. La fuerza resultante tendrá la misma dirección y sentido. Su intensidad será la suma de la intensidad de ambas fuerzas. Igual dirección y el mismo sentido. Fuerzas con igual dirección y sentidos contrarios. F 1 = 30 N F 2 = 40 N = F R = 10 N Si las fuerzas tienen sentidos opuestos, sus efectos se restan. La fuerza resultante tendrá la misma dirección de ambas fuerzas y su sentido será el de la fuerza de mayor intensidad. Su intensidad será igual a la resta de la intensidad de ambas fuerzas. Igual dirección y sentidos contrarios. 120 Unidad 4

121 UNIDAD 4 Comprende 1. Observa los siguientes vectores. Escribe y completa en tu cuaderno las frases. A B C D a. Los vectores A y B representan fuerzas con igual magnitud y, pero diferente. b. Los vectores A y D representan fuerzas con igual, pero diferente sentido, y. c. Los vectores A y C representan fuerzas con igual y dirección, pero diferente. 2. Dibuja en tu cuaderno los vectores que representen la situación descrita. a. Dos fuerzas con el mismo sentido y dirección, pero en una de ellas la magnitud mide 10 N y en la otra 40 N. 3. Para ampliar lo que ya sabes sobre el dinamómetro, lee la siguiente información, luego observa la imagen y responde. El dinamómetro es un instrumento que permite medir la magnitud de una fuerza (corresponde a la intensidad de una fuerza). La mayoría funciona gracias a un resorte o espiral que tiene en el interior, el que puede alargarse cuando se aplica una fuerza sobre él. Una aguja o indicador muestra la fuerza que se realiza. Su unidad de medida es el newton, que se abrevia N y debe su nombre al gran físico Isaac Newton. Resorte del dinamómetro a. Qué fuerza se está aplicando sobre el dinamómetro? b. Crees que se podría sustituir el resorte de un dinamómetro por una banda de goma? Explica. c. Qué ocurriría si se sustituyera el cuerpo de la fotografía, por otro de mayor masa? d. Qué ocurriría si se sustituyera el cuerpo de la fotografía, por otro de menor masa? e. Cuál es la dirección, el sentido y la magnitud de la fuerza que se está midiendo? Lectura del dinamómetro Cuerpo Fuerza y movimiento 121

122 Fuerzas en equilibrio En el caso de dos fuerzas con igual dirección y sentidos contrarios, qué sucede si los valores de F 1 y F 2 son iguales? F R = F 1 F 2 = 0 Cuando sumamos dos fuerzas con la misma dirección, igual intensidad y distintos sentidos, la fuerza resultante es nula. Las fuerzas que ambos equipos ejercen entre sí se encuentran equilibradas, por lo que ambos permanecen quietos, sin moverse. Qué sucede con la fuerza resultante cuando un equipo comienza a arrastrar al otro? F 1 F 2 Las fuerzas también pueden equilibrarse cuando un cuerpo se encuentra en movimiento. Por ejemplo, tú puedes andar en bicicleta por una calle recta sin cambiar la velocidad, debido a que la fuerza resultante actuando sobre tu bicicleta es cero. Es por ello que puedes mantener el mismo movimiento de tu bicicleta sin cambiarlo. Si las fuerzas actuando sobre un cuerpo están equilibradas, entonces el cuerpo puede estar en reposo o moviéndose a velocidad constante. Conociendo más En 1687 Isaac Newton planteó tres principios o leyes referentes al movimiento de los cuerpos. La primera ley o Ley de inercia dice que en la ausencia de fuerzas exteriores, todo cuerpo continúa en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme (si el cuerpo se encontraba en movimiento), entonces: si el cuerpo se encuentra en reposo, continuará en reposo; si este se mueve, continuará moviéndose con rapidez constante y en línea recta. 122 Unidad 4

123 UNIDAD 4 Fuerzas no equilibradas El libro que se encuentra sobre una mesa está en un estado de reposo, ya que las fuerzas que se ejercen se encuentran en equilibrio. Para poder levantar este libro de la mesa debes aplicar con tu mano una fuerza que rompa el equilibrio existente. Cuando las fuerzas no están equilibradas, producen diferentes efectos en los cuerpos sobre los que actúan. Uno de ellos es el cambio de forma. Otro efecto es cambiar el estado de movimiento de los cuerpos, esto puede manifestarse en un cambio de rapidez (ir más rápido, más lento, detenerse o empezar a moverse) o en un cambio de dirección, tal como sucede cuando un conductor aplica los frenos de su vehículo en movimiento o gira el manubrio para dar una vuelta. Tabla N 1: Efectos de una fuerza sobre cuerpos en reposo. Fuerzas sobre un objeto en reposo Efecto El objeto permanece detenido. El objeto se pone en movimiento hacia la derecha. Cuando un futbolista golpea un balón detenido, produce un desequilibrio en las fuerzas que actúan sobre él colocándolo en movimiento. Cuando el arquero atrapa la pelota también desequilibra las fuerzas al detenerla. El objeto se pone en movimiento hacia la izquierda. Fuente: Archivo Editorial. Fuerza y movimiento 123

124 INTERPRETANDO un experimento EFECTOS EN UN CUERPO SOMETIDO A UNA FUERZA Observación Las fuerzas pueden producir dos clases de efectos en los cuerpos y sobre los que actúan: cambios en su movimiento y deformaciones, a veces perceptibles, otras veces no, porque pueden ser muy pequeñas. Problema científico Qué relación existe entre la fuerza aplicada a un cuerpo y la deformación que este experimenta? Hipótesis Algunos cuerpos se deforman de manera proporcional a la fuerza aplicada. Método experimental a. Se colgó verticalmente un resorte, sujetándolo desde su extremo superior. La longitud natural del resorte es de 100 mm. b. En el extremo inferior del resorte se coloca un cuerpo de masa conocida, el cual ejerce una fuerza sobre el resorte que hace que este se estire. Se mide la nueva longitud que adquiere el resorte. c. Se aplica más fuerza al resorte, agregándole sucesivamente más cuerpos, midiendo, para cada masa agregada, la nueva longitud del resorte. Resultados Masa (kg) 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 Fuerza aplicada (N) Longitud del resorte (mm) Deformación del resorte (mm) Análisis experimental 1. Con los datos de la tabla, qué crees que sucedió con el resorte a medida que se aplicó fuerza sobre él? 2. Construye un gráfico representando la fuerza aplicada en el eje horizontal y la deformación producida por ella en el eje vertical. 3. Qué deformación experimentará el resorte si se le aplica una fuerza de 38 N? 4. Qué fuerza debería aplicarse al resorte para que se deformara 22 mm? 5. Justifica esta afirmación: La deformación de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza aplicada sobre él. 124 Unidad 4

125 UNIDAD 4 Evaluando lo aprendido 1. Observa el vector fuerza representado a continuación y luego responde: (N) (N) a. Indica cuál es su dirección, sentido e intensidad. b. Para la dirección de la fuerza representada, cuántos sentidos podrían darse? c. Dibuja una fuerza de 3 N, horizontal y con sentido hacia la izquierda y otra de 4 N con la misma dirección y sentido hacia la derecha. 2. Copia las siguientes figuras y luego responde en tu cuaderno. A. 100 N 80 N B. 72 N C. 78 N 4 N 4 N 4 N 9 N a. En qué situación(es) las fuerzas se encuentran equilibradas? Explica. b. En qué situación(es) las fuerzas no están equilibradas? Explica. c. Indica en qué situación(es) el cuerpo se encuentra en movimiento y señala la dirección que tendría este. d. A partir de las figuras, se puede determinar el sentido del movimiento? Explica. Cómo estuvo tu trabajo? Si desarrollaste correctamente la actividad 1, muy bien! Si cometiste algún error, revisa nuevamente el contenido de las páginas 118 y 119. Si lograste calcular y dibujar las fuerzas resultantes de la actividad 2, excelente! De lo contrario, repasa las páginas y 123. Fuerza y movimiento 125

126 2. TIPOS DE FUERZAS EN LA NATURALEZA Cualquiera sea la naturaleza de la fuerza que actúe sobre un cuerpo, esta puede ser clasificada de acuerdo a la forma en que es aplicada sobre otro cuerpo. Según esto, las fuerzas se clasifican en dos tipos: por contacto y a distancia. Observa las fotografías: qué tipo de fuerzas crees que se está ejerciendo en cada caso? Cada vez que dos cuerpos interactúan de modo que parte de sus superficies están juntas, se dice que se ejercen fuerzas por contacto. Por ejemplo, cuando aplicas una fuerza con tu mano para poder abrir una puerta. La fuerza magnética con que un imán atrae a un conjunto de clavos corresponde a una fuerza a distancia, ya que cada clavo es atraído por el imán a pesar de no existir contacto entre ellos. Si tomas una moneda con tu mano y la sueltas, esta caerá en línea recta verticalmente hacia el suelo. Pero por qué cae si no hay ningún cuerpo en contacto directo sobre ella que la empuje hacia el suelo? La moneda caerá, es decir, cambiará su estado de reposo al de movimiento, debido a la acción de una fuerza denominada fuerza de gravedad. Esta fuerza, al igual que la fuerza magnética y la fuerza eléctrica, pertenece a otro tipo de fuerzas denominadas fuerzas a distancia. Las fuerzas a distancia se producen cuando dos cuerpos interactúan el uno sobre el otro sin que exista ningún contacto entre ellos. Conociendo más En la actualidad, las interacciones o fuerzas existentes en la naturaleza se clasifican en cuatro: interacciones fuertes (al interior del núcleo de los átomos), interacciones débiles (entre otros fenómenos son responsables de la radiactividad), interacciones electromagnéticas (afectan a los cuerpos eléctricamente cargados) e interacciones gravitacionales (atracción que una masa ejerce sobre otra, y afecta a todos los cuerpos). Las menos intensas de ellas y a la vez las de mayor alcance son las fuerzas gravitacionales, mientras que las interacciones nucleares fuertes son las de menor alcance pero las más intensas. 126 Unidad 4

127 UNIDAD 4 La fuerza peso Cuando lanzas con tus manos una pelota hacia arriba, esta siempre vuelve a caer, sin importar cuán fuerte la lances. A qué se debe esto? Qué es lo que produce la caída de la pelota? Como sabemos, una fuerza tiene como efecto cambiar el estado de movimiento de un cuerpo, por lo que la caída de la pelota se debe a una fuerza. Pero cuál es el cuerpo que ejerce la fuerza? En este caso, el cuerpo que ejerce la fuerza sobre la pelota haciéndola caer, es la Tierra. Ocurrirá lo mismo con otros cuerpos al ser lanzados hacia arriba? Nuestro planeta ejerce una fuerza sobre todos los cuerpos que están en su superficie, atrayéndolos. Esta fuerza se conoce con el nombre de fuerza de gravedad o peso. El peso, al igual que todas las fuerzas, puede ser representado mediante un vector. Este vector tiene una dirección vertical al lugar donde se encuentra el cuerpo, y su sentido apunta siempre hacia el centro de la Tierra. El peso está dirigido hacia el centro de la Tierra. Peso Qué ocurriría con la pelota que el niño lanza hacia arriba, si no existiera la fuerza de gravedad? Conversemos Todos los días cargas un gran peso trasladando tu mochila y, en ocasiones, lo haces usando un solo hombro, transformándose en una costumbre. De esta forma, sin darte cuenta, estás perjudicando los huesos y músculos de tu espalda, llegando incluso a deformar tu columna vertebral. Qué acciones podrías realizar para mejorar este hábito?, qué otras acciones podrías realizar para cuidar los músculos y huesos de tu espalda, por ejemplo, al estar sentado en clases? Fuerza y movimiento 127

128 GLOSARIO Masa: es la cantidad de materia que tiene un cuerpo y se mide con una balanza. De qué depende el peso de un cuerpo? Qué crees que resulta más fácil, levantar una pelota de fútbol o una pelotita de plumavit? Ciertamente es más fácil levantar una pelotita de plumavit, debido a que el peso de esta es menor que el peso de la pelota de fútbol. Esto quiere decir que la fuerza con que la Tierra atrae a la pelota de fútbol, es mayor que la fuerza con que atrae a la de plumavit. Cuál es la diferencia entre peso y masa? Si bien masa y peso son conceptos muy diferentes, se encuentran relacionados entre sí. El peso depende simultáneamente de la masa que posea el cuerpo y del lugar del universo en el que este se encuentre. De esta manera, masa y peso se vinculan a través de la relación: Peso (N) = masa (kg) x aceleración de gravedad (N/kg) La masa de un cuerpo no cambiará aunque este sea llevado a otros lugares del universo. El peso, en cambio, corresponde a la fuerza con que la Tierra atrae a dicho cuerpo hacia su centro. Por ejemplo, si la masa de un cuaderno aquí en la Tierra es de 1 kilogramo; su peso es de unos 10 N. Esto se debe a que la aceleración de gravedad en la superficie de la Tierra es aproximadamente 10 N/kg. Cómo será la masa y el peso del mismo cuaderno en la Luna? Analiza 1. Observa el siguiente esquema y luego responde, dibujando la opción correcta en tu cuaderno. a. Si la persona situada en 1 se traslada al punto 2 y se mantiene de pie, cuál es la forma correcta de representar su nueva posición? 1 a) b) c) 2 b. Si la masa de la persona es 58 kg, cuál es su peso en la Tierra?, qué representa este valor? 128 Unidad 4

129 UNIDAD 4 Fuerza de gravedad En 1687, Isaac Newton enunció la ley de gravitación universal, que explica el movimiento de los astros en el universo y muchos otros fenómenos. Newton comprobó que la fuerza que atraía a una manzana hacia el suelo era la misma que mantenía a la Luna orbitando en torno a la Tierra. Según esta ley, todos los cuerpos con masa en el universo se atraen unos a otros mediante la fuerza de gravedad. La intensidad de esta fuerza depende de dos factores: la masa de los objetos y la distancia entre ellos. La ley de gravitación universal se expresa a través de la siguiente fórmula matemática: F = G m 1 m d 2 G es la constante de gravitación universal, es un valor que no cambia en ninguna parte del Universo. Por lo tanto, la fuerza de gravedad (F) es mayor cuando el producto de las masas de los cuerpos que interactúan aumenta y disminuye cuando la distancia que separa ambos cuerpos es mayor. 2 Para poder iniciar su viaje al espacio exterior, los motores de los cohetes deben proporcionar una fuerza que permita vencer la acción de la fuerza de gravedad ejercida por la Tierra. F F m 1 m 2 d La masa de dos cuerpos cualesquiera del Universo se atraen con una fuerza que disminuye con la distancia. Mientras mayor sea la masa de los cuerpos y más cerca se encuentren el uno del otro, más intensa será la fuerza gravitacional entre ellos. F En el caso de nuestro paneta, la fuerza de gravedad apunta hacia el centro de la Tierra, por lo cual atrae los cuerpos hacia la superficie terrestre y actúa a distancia; por esta razón, es experimentada no solo en cualquier lugar de nuestro planeta, sino que también lejos de él. F Fuerza y movimiento 129

130 Conéctate Ingresa a la página gov/headlines, busca en el archivo de títulos 2001(en las publicaciones de agosto), el artículo La gravedad duele, pero hace bien, lee la información y haz un resumen. Gravedad en el espacio Las millones de estrellas contenidas en nuestra galaxia interactúan entre sí mediante fuerzas gravitacionales. Si bien las estrellas y galaxias se encuentran muy alejadas unas de otras, la fuerza de gravedad que se ejerce es grande ya que sus masas también lo son. La fuerza de gravedad es responsable de los movimientos que se observan en el universo, como el movimiento de los planetas alrededor del Sol y la órbita de la Luna alrededor de la Tierra. También permite que cientos de satélites artificiales estén, en este mismo momento, orbitando nuestro planeta. La Luna gira alrededor de nuestro planeta empleando aproximadamente 28 días en cada vuelta. Si atas una pelota a una cuerda y comienzas a hacerla girar circularmente sobre tu cabeza, lo que sucederá es que la pelota se ve sometida a una fuerza dirigida hacia el centro del círculo y es la que le permite cambiar de dirección en cada instante. Sobre la mano se experimenta una fuerza de igual magnitud pero de sentido opuesto a la de la pelota. Si imaginas que tu mano es la Tierra y la pelota es la Luna, la tensión que ejerce el hilo sería como la fuerza de gravedad que determina la órbita lunar. Conociendo más La fuerza de gravedad tiene gran influencia en la formación de estrellas a partir de las nubes interestelares y también es responsable de los agujeros negros. Estos son cuerpos pequeños pero dotados de una masa extraordinariamente grande, por lo que ejercen una fuerza de gravedad muy intensa sobre cualquier objeto colocado en su vecindad, atrayéndolo hacia sí e impidiendo que este pueda escapar. De la gravedad de un agujero negro no puede escapar ni siquiera la luz. 130 Unidad 4

131 UNIDAD 4 Trabaja con la información 1. Observa y analiza la siguiente tabla de datos relativos a los planetas de nuestro sistema solar. Luego, responde en tu cuaderno las preguntas planteadas (los valores son aproximaciones a sus valores reales). Planeta Masa del planeta (kg) Aceleración de gravedad (g) en la superficie del planeta (N/kg) Mercurio 3 x Venus 49 x Tierra 60 x Marte 6 x Júpiter x Saturno x Urano 870 x Neptuno x Fuente: Archivo Editorial. a. En un papel milimetrado, construye un gráfico de barras que permita comparar la aceleración de gravedad (g) en los planetas, luego pégalo en tu cuaderno. b. Cuál de los planetas es el más similar a la Tierra en masa y aceleración de gravedad (g)? Justifica. c. En cuál de los planetas el peso de 1 kg de harina será el mismo que en la Tierra? 2. Observa el siguiente esquema, que es una representación a escala de cuerpos en el espacio. Luego responde en tu cuaderno. B C A m 1 m 2 m 3 m 1 = kg 3m 1 = m 2 = m m 50 m Considerando los valores de masa y distancia entre los cuerpos: a. Entre qué cuerpos existe mayor fuerza gravitacional? Explica. b. Entre qué cuerpos existe menor fuerza gravitacional? Explica. Fuerza y movimiento 131

132 La fuerza de roce Observa la siguiente fotografía. Por qué crees que es necesario hacer un esfuerzo para mover las cajas? En las zonas de contacto entre la caja y el suelo, aparece una fuerza que se opone al movimiento, por eso se debe hacer un esfuerzo para vencerla. Esa fuerza se llama fuerza de roce o fricción. La fuerza de roce es responsable de que los cuerpos reduzcan la rapidez con que se mueven y lleguen incluso a detenerse. Fuerza de roce deslizante Este tipo de roce se presenta cuando dos superficies sólidas se deslizan una sobre la otra. Depende de las sustancias de las que están hechos los objetos que se ponen en contacto; mientras más rugosas sean las superficies, mayor será la intensidad de la fuerza de roce. Fuerza de roce rodante Esta fuerza de roce se presenta cuando un cuerpo, como la rueda de un auto o de una bicicleta, gira sobre el suelo sin resbalar. En general, esta fuerza es menor que la de roce deslizante. Fuerza de roce viscoso Esta es la fuerza de roce existente cuando un cuerpo sólido se mueve dentro de un fluido, como el agua o el aire. La fuerza de roce viscoso aumenta al crecer la velocidad del movimiento del cuerpo. Para mover un baúl, es necesario superar la resistencia de la fuerza de roce que se genera entre el mueble y el suelo. Muchos muebles tienen ruedas en su base para facilitar su desplazamiento. Cuando un paracaidista cae al saltar desde su avión, actúa la fuerza de roce viscoso que ejerce el aire en contra de su movimiento de caída. 132 Unidad 4

133 HACIENDO ciencia Observación Felipe y Benjamín, mientras jugaban con sus autitos, notaron que al lanzarlos por un piso de cerámica, estos se desplazaban más lejos que en el cemento. Problema científico Cuál es el efecto de las superficies sobre la fuerza de roce? Formulación de hipótesis Mientras más lisa es la superficie por la cual se desliza un objeto, menor será la fuerza de roce, y se desplazará a una mayor distancia aplicando la misma fuerza inicial. Experimentación Junto a tres compañeros o compañeras, consigan: un autito de juguete, un pliego de papel mantequilla, una caja de zapatos, un trozo de cartón, un trozo de alfombra o una bajada de cama, un bloc de dibujo y una huincha de medir. UNIDAD 4 a. Pongan la caja de zapatos en el suelo y apoyen uno de los extremos del bloc en la caja y el otro en el suelo con el cartón hacia arriba, formando un plano inclinado. b. En el suelo y a continuación del bloc, extiendan el papel de mantequilla. En la parte superior del plano inclinado ubiquen el autito y déjenlo caer. Marquen el lugar hasta donde llegó el auto y usando la huincha, midan la distancia alcanzada y registren este valor. c. Repitan este procedimiento remplazando el papel mantequilla por el trozo de alfombra y luego por el trozo de cartón. Recuerden medir y registrar la distancia alcanzada por el auto, en cada caso. Recolección de datos - Hagan una tabla para registrar los valores obtenidos. - Consigan una hoja de papel milimetrado y grafiquen los resultados. Análisis de resultados y conclusiones La fuerza de roce y las superficies PROCESOS CIENTÍFICOS Observación Planteamiento del problema Formulación de hipótesis Experimentación Recolección de datos Análisis de resultados y conclusiones a. Cuál es la mayor distancia recorrida por el autito?, a qué superficie corresponde? b. Cuál es la menor distancia recorrida por el autito?, a qué superficie corresponde? c. Cómo crees que fue el roce que actuó en cada caso? d. Qué relación existe entre la fuerza de roce y la distancia recorrida en el método experimental utilizado? Fuerza y movimiento 133

134 La fuerza normal Cuando te encuentras de pie, tu peso es una fuerza que se ejerce sobre el suelo, pero, por qué no te mueves en la dirección de esta fuerza? Esto se debe a que tu peso se encuentra en equilibrio con otra fuerza de igual magnitud y dirección, pero de sentido contrario, esta se llama fuerza normal. Esta fuerza aparece cada vez que un cuerpo se apoya sobre una superficie. Por ejemplo, un televisor apoyado sobre una mesa o un esquiador que desciende por la ladera de una montaña experimentan la acción de la fuerza normal. La intensidad de la fuerza normal alcanza su máximo valor cuando la superficie de apoyo es horizontal y disminuye a medida que la superficie se inclina, como en el caso de la ladera de un cerro. La fuerza normal es cero si el cuerpo no se encuentra apoyado sobre la superficie. En una superficie horizontal (figura A) la fuerza normal alcanza su mayor intensidad, en cambio la intensidad de la fuerza normal disminuye a medida que la superficie es más inclinada (figura B) debido a que ya no tiene la misma dirección del peso. Fuerza normal A Peso Fuerza normal B Peso Acción muscular Una de las principales características de los animales es su capacidad de moverse y desplazarse. Pero qué es lo que permite el movimiento? El desplazamiento de los seres vivos es posible debido a la presencia de estructuras que les permiten caminar, saltar, correr y aplicar fuerzas sobre otros cuerpos. En nuestro cuerpo, el sistema locomotor el que permite que podamos movernos. Los músculos que forman parte del sistema locomotor, al contraerse y relajarse son capaces de producir una fuerza, lo que se traduce en movimiento o en la deformación de algún cuerpo. Nuestro cuerpo actúa como una verdadera máquina transformadora de fuerzas. 134 Unidad 4

135 UNIDAD 4 Evaluando lo aprendido 1. Para cada caso identifica distintas interacciones y clasifícalas en: a distancia o por contacto, según corresponda. a. Una lámpara cuelga desde el techo de una habitación. b. Una barra plástica frotada atrae a una esfera de plumavit. c. Una bandera flamea por acción del viento. 2. Resuelve los siguientes ejercicios en tu cuaderno. Se sabe que la aceleración de gravedad en la Tierra es de 10 N/kg, en Marte de 4 N/kg y en Urano de 8 N/kg. a. Calcula el peso de un cuerpo de 200 gramos en la superficie de Urano. b. Calcula la masa de un cuerpo si su peso en la superficie de Marte es de 320 N. c. Calcula la masa de un cuerpo al colocarlo en la superficie de Marte si en la Tierra pesa 500 N. 3. Copia en tu cuaderno los siguientes esquemas y responde. 20 km/h 80 km/h a. Para cada esquema dibuja los vectores de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo. (Peso, roce, normal y fuerza del motor). b. Identifica qué provoca cada fuerza. c. Si la velocidad de los automóviles es constante, en qué situación es mayor la fuerza de roce? Explica. Cómo estuvo tu trabajo? Si identificaste correctamente las fuerzas de la actividad 1, felicitaciones! De lo contrario, repasa el contenido de la página 126. Si lograste realizar los cálculos en la actividad 2, muy bien! Si no obtuviste los resultados, lee el contenido de las páginas Si realizaste bien la actividad 3, excelente! Puedes continuar con el siguiente contenido. Fuerza y movimiento 135

136 3. MOVIMIENTOS QUE SE REPITEN Observa las siguientes fotografías. Crees que el movimiento del columpio y el vuelo de la abeja son parecidos? Vivimos en un mundo lleno de movimientos, pero no todos ocurren de la misma forma. Por ejemplo, el movimiento regular de vaivén realizado por un columpio es muy diferente al movimiento zigzagueante e irregular de una abeja en vuelo. Todos los movimientos que se repiten de manera regular una y otra vez de la misma forma, se denominan movimientos cíclicos. Esto ocurre, por ejemplo, con el movimiento del columpio. En todo movimiento cíclico algo se repite de manera regular, pero no en el mismo tiempo. A esto que se repite con regularidad se le llama ciclo. Si miras con atención el movimiento cíclico efectuado por la rueda de una bicicleta que se mueve con velocidad constante, todos los ciclos de la rueda tendrán la misma duración, ya que esta tardará el mismo tiempo en completar cada vuelta. A todos los movimientos cíclicos que se repiten en intervalos iguales de tiempo se les denomina movimientos periódicos. Pero qué sucede con el ciclo de la rueda de la bicicleta, si esta aumenta su velocidad? 136 Unidad 4

137 UNIDAD 4 Período, frecuencia y amplitud Los movimientos periódicos pueden describirse mediante los conceptos de amplitud, período y frecuencia. Amplitud Se denomina amplitud del movimiento al desplazamiento máximo efectuado por el cuerpo con respecto a la posición en que se encontraba antes de moverse. La amplitud de un movimiento periódico se mide en metros y puede disminuir por efecto de la fuerza de roce. Período En un movimiento periódico la duración de cada ciclo es constante y puede ser medida con un cronómetro. Se llama período del movimiento al tiempo empleado por un cuerpo en completar un ciclo. El período puede expresarse en diferentes unidades de tiempo, como segundos, horas, días o años. Amplitud El famoso cometa Halley describe un movimiento periódico en torno al Sol por acción de la fuerza de gravedad. Su período es de 76 años. Frecuencia Se llama frecuencia del movimiento a la cantidad de ciclos que el cuerpo efectúa en un intervalo de tiempo de 1 segundo. Para calcular la frecuencia de un movimiento periódico, se puede contar cuántos ciclos ocurren en un determinado tiempo. Luego la cantidad de ciclos se divide por el tiempo transcurrido. La frecuencia se expresa en una unidad llamada hertz (Hz). Si un cuerpo tiene una frecuencia de 5 Hz significa que realiza 5 ciclos en un segundo. 1 Hz = 1 s El período y la frecuencia de un movimiento periódico están relacionados de manera inversa. Es decir, si el período del movimiento se duplica, entonces su frecuencia se reducirá a la mitad; en cambio, si la frecuencia aumenta al triple entonces el período disminuirá a la tercera parte. Al pulsar las cuerdas de una guitarra se produce un movimiento periódico. Cuál será el período de dicho movimiento si su frecuencia es de 250 Hz? Esto se puede expresar matemáticamente: Período (s) = 1 frecuencia (Hz) Fuerza y movimiento 137

138 Los movimientos periódicos en el espacio Como hemos visto los movimientos de todos los planetas y satélites son consecuencia de la acción de la fuerza de gravedad. Todos los planetas de nuestro sistema solar presentan movimientos periódicos de traslación en torno al Sol, los que quedan determinados por la fuerza de gravedad entre cada planeta y el Sol. Nuestro planeta Tierra se traslada alrededor del Sol con un movimiento periódico, cuya duración es de 365 días y 6 horas aproximadamente. Estas horas se suman y cada cuatro años se agrega un día a febrero. Además de la traslación, la Tierra rota en torno a su eje con un movimiento periódico, cuyo ciclo se repite siempre cada 24 horas, provocando el día y la noche. La Luna presenta movimientos periódicos de rotación y traslación en torno a la Tierra. Ambos movimientos tienen el mismo período, que dura, aproximadamente, 28 días. Por esta razón, desde la Tierra, siempre vemos la misma cara de la Luna. Algunos satélites se mueven periódicamente orbitando alrededor de la Tierra, por acción de la fuerza de gravedad, en un período de 24 horas. Por esta razón, desde la Tierra se tiene la impresión de que estos satélites permanecen fijos en el espacio. 138 Unidad 4

139 UNIDAD 4 Evaluando lo aprendido 1. Observa cada una de las siguientes fotografías y responde en tu cuaderno. a. Qué tienen en común los movimientos de las situaciones ilustradas en las fotografías? b. Cuál o cuáles de ellos corresponden a movimientos cíclicos? c. Cuál o cuáles de ellos y bajo qué circunstancias podrían considerarse movimientos periódicos? 2. Lee y analiza cada una de las siguientes situaciones. Luego responde en tu cuaderno: a. Qué sucede con el período de un movimiento si su frecuencia se reduce a la mitad? b. Qué le ocurre a la frecuencia de un movimiento si su período aumenta 4 veces? c. Un atleta da una vuelta completa a una pista circular en 60 segundos. Cuál es su frecuencia? d. Un timbre vibra con una frecuencia de 50 hertz. Cuál es el período de cada oscilación? e. Un motor trabaja realizando revoluciones (vueltas) en 1 minuto. Cuál es su frecuencia, expresada en hertz? Cuál es su período, expresado en segundos? Cómo estuvo tu trabajo? Si respondiste correctamente todas las preguntas de la actividad 1, felicitaciones! Si fallaste en alguna, repasa el contenido 3. Si desarrollaste sin problemas la actividad 3, excelente! Si cometiste algún error, repasa el contenido del tema 3. Fuerza y movimiento 139

140 Taller Científico PROCESOS CIENTÍFICOS Recolección de datos En toda investigación es necesario recolectar datos para poner a prueba las hipótesis. Los datos son los resultados que se obtienen de la investigación. OSCILACIÓN DE UN PÉNDULO Observación Un grupo de estudiantes, observando dos relojes de péndulo, percibieron que uno de ellos oscilaba más rápido que el otro y decidieron indagar acerca de qué variable cambiaba el período de oscilación. Problema científico El péndulo de este reloj realiza un movimiento periódico. Qué sucederá con el período de oscilación de un péndulo si la longitud del hilo aumenta y su amplitud permanece constante? Hipótesis Responde las siguientes preguntas en tu cuaderno. a. De qué factores depende el período de oscilación de un péndulo? b. Cómo se relaciona el período de oscilación con la amplitud y con la longitud del péndulo? c. Basándote en la respuesta que diste a la pregunta anterior, plantea una hipótesis para el problema. Experimentación y control de variables Formen grupos de 2 ó 3 integrantes y reúnan los siguientes materiales: - Un soporte universal. - Una pinza para soporte con nuez. - Hilo. - Una plomada. - Una regla o huincha métrica. - Un transportador. - Un cronómetro. Soporte universal Pinza para soporte con nuez Plomada 140 Unidad 4

141 UNIDAD 4 Diseño experimental Con los materiales que consiguieron, diseñen un experimento que les permita identificar los factores que influyen en el período de oscilación de un péndulo. Recuerden identificar las variables que deberán mantener constantes y las que tendrán que controlar. Recolección de datos Construyan una tabla que les permita registrar de manera ordenada los datos obtenidos. Para visualizar mejor los resultados obtenidos, construyan un gráfico de período vs. longitud, a partir de los datos contenidos en su tabla. Análisis de resultados y conclusiones Inicien el análisis de los resultados, observando el gráfico que construyeron. 1. Qué forma tiene la curva obtenida al unir los puntos? 2. Qué sucede con el período del péndulo al cambiar la longitud del hilo? 3. De qué factor depende el período de oscilación del péndulo? 4. Qué posibles fuentes de error experimental pudieron haber afectado los resultados obtenidos? Explica para cada una de ellas, la forma en que pudo haber afectado y señala de qué manera se pueden corregir. 5. A partir de los resultados obtenidos, pueden aceptar su hipótesis?, por qué? Cómo trabajé? Copia las siguientes conductas en tu cuaderno y escribe Sí o No, según corresponda. 1. Logré establecer una hipótesis para el problema? 2. Recolecté los materiales necesarios antes de comenzar la actividad? 3. Fui capaz de diseñar un experimento junto a mis compañeros? 4. Realicé aportes y fui capaz de escuchar con respeto las opiniones de mis compañeros y compañeras? 5. Logré recolectar los datos y registrarlos de manera organizada? 6. Realicé un análisis ordenado del experimento? 7. Llegué a una conclusión final coherente? Fuerza y movimiento 141

142 Noticia Científica EN EL NEOYORQUINO INSTITUTO TECNOLÓGICO ROCHESTER SIMULAN LA COLISIÓN DE TRES AGUJEROS NEGROS Un equipo estadounidense de astrofísicos acaba de completar la primera simulación informática de una colisión de tres agujeros negros, un evento que podría darse en la realidad en algún lugar del cosmos, con catastróficas consecuencias para su entorno. demuestra que la programación informática empleada es lo bastante versátil como para enfrentarse a semejante reto y, de paso, recrea uno de los acontecimientos cósmicos más extremos que cabe imaginar, aunque podría llegar a producirse. Manuela Campanelli y su equipo del Instituto Tecnológico Rochester (RIT), en Nueva York, han llevado a cabo esta simulación para poner a prueba un método que desarrollaron en 2005 y que ya entonces recreó la colisión de dos agujeros negros siguiendo las ecuaciones de la relatividad general de Einstein. Fuente: 11 de abril de Todos los derechos reservados. Los contenidos de esta publicación no podrán ser reproducidos, distribuidos ni comunicados públicamente en forma alguna sin la previa autorización por escrito de la sociedad editora. Un agujero negro es un objeto tremendamente compacto, generalmente creado tras la muerte y posterior colapso de una estrella, cuya gravedad es tan fuerte que devora cuanto encuentra a su paso y ni siquiera deja escapar la luz. La nueva simulación recrea a varios agujeros negros evolucionando, orbitando y, eventualmente, colisionando. El trabajo Responde en tu cuaderno 1. Cómo se forman los agujeros negros? 2. Qué sucede con la fuerza de gravedad en los agujeros negros? 3. Por qué crees que es importante realizar este tipo de estudios? 142 Unidad 4

143 Resumiendo UNIDAD 4 Por contacto La fuerza actúa solo si las superficies de los cuerpos se están tocando. Fuerza de roce Fuerza por contacto que siempre se opone al movimiento de los cuerpos. Existe roce deslizante, rodante y viscoso. Fuerza normal Fuerza por contacto entre dos objetos sólidos cuya dirección es perpendicular a la superficie de los cuerpos involucrados. Acción muscular Fuerza ejercida por el sistema locomotor de un organismo, principalmente los músculos que al activarse permiten el movimiento. Fuerza Es cualquier interacción entre dos o más cuerpos que se expresa en una unidad de medida llamada newton. Puede actuar por contacto o a distancia. A distancia La fuerza actúa aun cuando las superficies de los cuerpos no se toquen. Deformación Cambio de forma experimentada por un objeto cuando se aplica una o más fuerzas sobre él. Fuerza de gravedad Fuerza a distancia con que la Tierra o cualquier objeto con masa atrae a otro cuerpo hacia su centro. También se le conoce como peso. Cambio del estado de movimiento Modificación en el estado de movimiento que se encuentra un objeto debido a la aplicación de una fuerza resultante distinta de cero sobre él. Movimiento periódico Movimientos cíclicos que siempre emplean el mismo tiempo en producirse, poseen frecuencia, amplitud y período. Fuerza y movimiento 143

144 Responde nuevamente la actividad Demuestro lo que sé de la página 115 para que evalúes lo que has avanzado. 1. Observa las siguientes fotografías y luego responde en tu cuaderno. El agua cae en una cascada. La bola derriba los palitroques. Un imán atrae los clips. La pelota llega al arco. a. Qué fuerzas identificas en cada situación? b. En qué situaciones se ejerce fuerza por contacto? c. En qué situaciones se ejerce fuerza a distancia? Compara tus respuestas con las iniciales, han cambiado o se han mantenido igual? Indica cuáles cambiaron y cuáles no. Ahora profundiza tus respuestas. 2. Explica por qué un cuerpo, sea grande o pequeño, no tiene fuerza. 3. Indica cuáles son las fuerzas que actúan sobre un colibrí que vuela sobre una flor. Señala, además, qué cuerpo las ejerce y explica por qué razón esta ave puede permanecer suspendida en el aire. 4. Realiza un esquema de un péndulo e indica su período, frecuencia y amplitud. 144 Unidad 4

145 UNIDAD 4 Mapa conceptual Con los siguientes conceptos, realiza en tu cuaderno un mapa conceptual. Puedes agregar otros, si lo deseas. Fuerza Contacto Roce Distancia Fuerza de gravedad Fuerza resultante Fuerza normal Movimiento periódico Período Amplitud Frecuencia Qué haces tú? Cada día son más las personas que a lo largo y ancho de todo el mundo utilizan la tecnología satelital de internet para informarse y comunicarse entre sí. Con el tiempo, el uso de esta tecnología se fue masificando y convirtiéndose en una posibilidad real al alcance de muchos. En la actualidad, nuestro país es considerado como uno de los que más emplea internet a nivel latinoamericano. El número de personas que realizan sus trámites bancarios, pagos de cuentas y efectúan compras a través de este medio es cada vez mayor. Evalúa tus actitudes Copia las siguientes preguntas en tu cuaderno y responde Sí o No a cada una. Así estarás evaluando tu actitud frente al uso del internet. 1. Siento curiosidad por aprender más acerca del uso de Internet? 2. Selecciono previamente los sitios virtuales que visito? 3. Evito el mal uso de internet, es decir, no lo uso para hacer bromas o visitar sitios que no me benefician? 4. Utilizo internet dentro de un horario y durante un tiempo apropiado según mi edad? Fuerza y movimiento 145

146 Qué aprendiste? I. Lee detenidamente cada pregunta y anota en tu cuaderno cuál es la alternativa correcta. 1. Cuál de las siguientes afirmaciones es correcta en relación a las fuerzas? A. Son una propiedad de cada cuerpo. B. Se expresan en kilogramos. C. Tienen dirección, intensidad y sentido. D. Sus efectos se miden con una balanza. 2. Cuál de las siguientes situaciones corresponde a una fuerza aplicada a distancia? A. Una niña empuja su silla al finalizar la clase. B. Un niño abrocha los cordones de sus zapatillas. C. Una grúa levanta una pesada carga. D. Una gaviota en vuelo suelta su presa. 3. Un jugador de fútbol patea una pelota. Cuál de los siguientes diagramas muestra la(s) fuerzas(s) que actúan sobre la pelota durante su trayecto por el aire? A. C. B. D. 4. Con respecto a una fuerza aplicada sobre un objeto, es correcto afirmar que: A. siempre produce movimiento sobre él. B. puede producir deformación sobre él. C. mantiene al objeto en el estado en que estaba antes de ser aplicada la fuerza. D. solo lo hará cambiar de posición. 5. Al lanzar una piedra con la mano hacia arriba, esta vuelve a caer porque: A. existe roce entre la piedra y el aire. B. la fuerza de gravedad actúa entre la piedra y la Tierra. C. la rapidez con que se lanza la piedra es muy pequeña. D. el peso de la piedra es muy grande. 6. Cuál de los siguientes movimientos no representa un movimiento periódico? A. El recorrido de las manecillas de un reloj. B. El desplazamiento de las nubes. C. La oscilación de una cuerda de guitarra. D. El batir de las alas de un colibrí. 7. Un péndulo realiza 40 oscilaciones en 10 s, cuál es su período en segundos y su frecuencia en hertz, respectivamente? A. 4 y 1. B. 1 y 40. C. 0,25 y 4 D. 4 y 0, Una llave semiabierta deja caer 30 gotas en 15 segundos, cuál es el período con que caen las gotas? A. 3 s B. 2 s C. 0,5 s D. 5 s 146 Unidad 4

147 UNIDAD 4 II. Responde las siguientes preguntas en tu cuaderno. 1. Dada la siguiente fuerza F: F = 10 N Dibuja en tu cuaderno una fuerza de la misma intensidad y dirección que F pero de sentido contrario. Y una fuerza del doble de intensidad que F y dirección perpendicular. 2. La figura muestra un satélite artificial, el cual demora 24 horas en dar una vuelta alrededor de la Tierra. A B a. Qué tipo de movimiento realiza el satélite? Justifica. b. Qué nombre recibe la fuerza que permite que el satélite pueda mantenerse en órbita? Dibuja dicha fuerza en las posiciones A y B de la figura. c. Cuál es la frecuencia del satélite, expresada en hertz? 3. La figura muestra las fuerzas que actúan sobre un vehículo en movimiento N P 400 N N F a. Cuáles son todas las fuerzas que están actuando sobre el vehículo? b. Qué representa la fuerza de 400 N? c. En qué sentido se mueve el vehículo? d. Quién ejerce la fuerza P sobre el vehículo? Fuerza y movimiento 147

148 UNIDAD 5 LA TIERRA EN EL UNIVERSO Navegaremos por... Las concepciones del Universo a través de la historia. Las estructuras cósmicas La Vía Láctea El Sistema Solar Las distancias espaciales y métodos para estimarlas CONVERSEMOS Durante mucho tiempo el ser humano se ha maravillado con el espectáculo que ofrece el cielo nocturno. Las estrellas, el paso de cometas y los eclipses, entre otros, son sucesos que ya observaba el hombre primitivo. Las personas constantemente intentamos explicar el porqué de lo que ocurre a nuestro alrededor. En la antigüedad, los fenómenos cosmológicos eran atribuidos a la intervención de divinidades o simplemente a la magia, pero el paso del tiempo dio lugar a otro tipo de explicaciones. Cuál es el aporte de las ciencias en este sentido?, qué importancia tienen los descubrimientos científicos? 148 Unidad 5

149 En esta unidad aprenderás a Comprender las concepciones del Universo y su origen, surgidas a través del tiempo. Describir las principales estructuras cósmicas y sus características. Identificar los diferentes tipos de galaxias, y cómo estas van distanciándose. Conocer las principales unidades de medida espaciales y cómo se relacionan. Comprender métodos usados para estimar distancias espaciales y el tamaño de cuerpos celestes. Demuestro lo que sé 1. Observa las siguientes imágenes. Luego, responde las preguntas planteadas en tu cuaderno. A B C D E F a. Qué observas en cada una de las imágenes? b. En qué se diferencian las imágenes E y F de las demás?, para qué sirve cada uno de estos objetos tecnológicos? c. En qué se diferencian las estructuras cósmicas de las imágenes A y C? d. A qué se debe la luz que emite la estructura cósmica de la imagen D? La Tierra en el Universo 149

150 Red de conceptos En esta unidad revisaremos los conceptos claves que te permitirán caracterizar las principales estructuras cósmicas que existen en el Universo, y los métodos que se emplean para estimar las distancias que las separan y sus tamaños. UNIVERSO Estructuras cósmicas Astronomía Estrellas Nebulosas Galaxias Telescopios Satélites artificiales Sondas espaciales Planetas Vía Láctea Sistema Solar Satélites naturales Sol Qué piensas tú? La Tierra se encuentra en el Sistema Solar, y este a su vez está en una galaxia llamada Vía Láctea. De los planetas que forman parte del Sistema Solar, hasta ahora se sabe que el nuestro es el único que presenta condiciones aptas para la vida. Una de estas condiciones es la presencia de agua, compuesto clave en el surgimiento de la vida en la Tierra y en su mantención. Comenta con tu curso: Consideras que es posible la existencia de sistemas solares, similares al nuestro, en otras galaxias?, por qué? Si existieran otros sistemas solares, qué condiciones, además de la presencia de agua, favorecerían la existencia de vida en alguno de los planetas que los conforman? Explica. 150 Unidad 5

151 UNIDAD 5 DESAFÍO inicial Las galaxias se mueven El astrónomo Edwin Hubble ( ), a partir de una serie de observaciones, planteó una teoría según la cual las galaxias presentes en el Universo se están distanciando entre sí. Según Hubble, el alejamiento de las galaxias entre sí es una evidencia de que el Universo se encuentra en expansión. Cómo podrías representar el planteamiento de Hubble? Te invitamos a hacerlo a través de un modelo. Junto con un compañero o compañera, consigan un globo de un solo color, una regla y cuatro plumones de colores diferentes. Luego, realicen la siguiente actividad: Sobre la superficie del globo desinflado marquen una X con uno de los plumones (ver fotografía), la cual va a representar nuestra galaxia. Con otro plumón, marquen un punto en el globo, a una distancia de 1 cm de la X. Repitan el paso anterior con los otros plumones, marcando dos nuevos puntos a 2 y 3 cm del primero, respectivamente. Inflen un poco el globo y midan la distancia desde la X hasta los tres puntos. Registren estos datos en sus cuadernos. Repitan el paso anterior hasta inflar el globo a su máxima capacidad. No olviden anotar los datos cada vez. A partir de los resultados obtenidos en la actividad anterior, respondan las siguientes preguntas en sus cuadernos. 1. Se separaron todos los puntos la misma distancia? 2. Si el globo representa el Universo, y la X y los puntos galaxias presentes en él, qué ocurrió con las galaxias al expandirse el Universo? Expliquen. 3. Cómo se relaciona la actividad que acaban de realizar con la teoría de Hubble? 4. Si la teoría de Hubble se diera en sentido contrario, qué sucedería? 5. Qué importancia tiene el uso de modelos en ciencias? Expliquen. La Tierra en el Universo 151

152 GLOSARIO Estrella: esfera de plasma que emite luz propia. Astrónomo: científico encargado del estudio del Universo. 1. EL UNIVERSO Qué entiendes por Universo?, cómo podrías definirlo?, cuánto crees que se conoce del Universo actualmente?, que importancia tiene su estudio? El Universo corresponde a toda la materia, energía y espacio existentes. Desde tiempos prehistóricos el ser humano ha contemplado el cielo, planteándose un sinnúmero de interrogantes. Incluso, ha utilizado las estrellas como sistema de referencia. Con el paso del tiempo, muchas de las civilizaciones antiguas comenzaron a preocuparse por el estudio del Universo, dejando de lado, en parte, las ideas mitológicas que explicaban los fenómenos naturales y astronómicos. Para los babilonios, por ejemplo, el Universo era una gran sala en la que el firmamento correspondía al techo, y la Tierra, al piso. Ideas similares tuvieron los egipcios, pero ubicaban a Egipto en el centro del piso y cuatro columnas sostenían el techo, cuyas lámparas eran las estrellas. Posteriormente, muchos filósofos y astrónomos postularon teorías más elaboradas acerca de la estructura del Universo y la ubicación de la Tierra en él. Estos modelos se conocen como teoría geocéntrica y heliocéntrica. Teoría geocéntrica Uno de los precursores de las ideas geocentristas fue Aristóteles ( a. C.), filósofo y científico griego, que postuló que todos los astros giran en torno a la Tierra, en esferas concéntricas a ella. Posteriormente, y basado en las ideas de Aristóteles y otros astrónomos, Claudio Ptolomeo ( d. C.) publicó un libro conocido como Almagesto, en el que planteó la idea de que la Tierra está en reposo en el centro del Universo, y que la Luna, el Sol, los planetas conocidos entonces, y todas las estrellas, giran alrededor de ella describiendo órbitas circulares, al interior de esferas (ver imagen). Representación de la teoría geocéntrica de Aristóteles, que establece que la Tierra es el centro del Universo. Conociendo más Los pueblos de la antigüedad asociaban los cambios de posición del Sol con la sucesión de las estaciones, y crearon diferentes calendarios: el babilónico, de 354 días; el egipcio, de 365 días; y el romano, de 365,25 días. Cuál de estos calendarios utilizamos actualmente? 152 Unidad 5

153 UNIDAD 5 Teoría heliocéntrica El primero en proponer un modelo heliocéntrico del Universo, realizando deducciones a través de métodos matemáticos, fue Aristarco de Samos ( a. C.), pero sus ideas no prevalecieron. Más tarde, durante el Renacimiento, época de auge de las artes y la ciencia, el astrónomo polaco Nicolás Copérnico ( ) planteó la idea de que el Sol se encuentra inmóvil en el centro del Universo, y que la Tierra y demás cuerpos celestes giran a su alrededor, lo que explicaba el movimiento irregular de los planetas en el firmamento. Si bien esta teoría fue desarrollada en los primeros años del siglo XVI, fue divulgada años más tarde, debido a que Copérnico dudó en publicar sus ideas por temor a la comunidad científica y religiosa, que castigaba cualquier postulado que no coincidiera con el pensamiento religioso de la época. Conociendo más En el norte de Chile, gracias a las excelentes condiciones de visibilidad del cielo nocturno, se han instalado una serie de observatorios astronómicos. Recuerdas el nombre de algunos de ellos? Con el paso de los años y la evolución del pensamiento del ser humano, se fueron creando nuevas tecnologías que permitieron investigar y dar respuesta a las interrogantes acerca del Universo. Es así como nació la astronomía, ciencia que se ocupa del estudio de las estructuras cósmicas o cuerpos celestes (estrellas, planetas y satélites naturales, entre otros), sus movimientos, los fenómenos ligados a ellos, su registro y su origen. Al comienzo, esta ciencia se basaba solo en la percepción visual. Uno de los inventos que amplió la capacidad de observación del Universo fue el telescopio, instrumento creado por Hans Lippershey en 1608 y utilizado por Galileo Galilei en 1609, quien gracias a su uso observó por primera vez cuatro satélites naturales de Júpiter. Actualmente, y gracias a la evolución de los telescopios, se dispone de tecnologías mucho más avanzadas, como los radiotelescopios, las sondas espaciales, los satélites artificiales y los transbordadores espaciales, entre otros, lo que ha permitido obtener mayor información del Universo (su origen, detección de planetas, investigación de agujeros negros, estudiar nuestro Sol, etc.). Conéctate Qué importancia tuvo Galileo Galilei en la defensa de la teoría heliocéntrica? Busca información en las páginas web: También puedes consultar otras fuentes de información. La teoría heliocéntrica establece que el Sol es el centro del Universo. La Tierra en el Universo 153

154 GLOSARIO Plasma: Es el cuarto estado de la materia, el más abundante del Universo y en el cual los electrones están desligados de los respectivos núcleos (los núcleos no poseen electrones girando alrededor y los electrones no giran alrededor de ningún núcleo). Cuásares: cuerpos celestes considerados los más lejanos del Universo, que emiten grandes cantidades de energía. Cómo se originó el Universo? En 1927, y basándose en los aportes de Einstein y Hubble al estudio del Universo, el astrónomo Georges Lemaitre planteó la idea de que si el Universo se encuentra en expansión, en el pasado tuvo que haber sido más pequeño. Esto lo llevó a formular la teoría de la gran explosión, que postula que el Universo se originó a partir de la explosión de un átomo primigenio. George Gamow apoyó la teoría de Lemaitre, pero al átomo primigenio lo llamó singularidad. Esta teoría se conoce como Big Bang, nombre que irónicamente le dio el astrónomo Fred Hoyle, quien no estaba de acuerdo con ella. La teoría del Big Bang establece que, al comienzo, todo lo que sería el Universo se encontraba concentrado en una zona, infinitamente pequeña, en la que no existía espacio ni tiempo. Se estima que hace aproximadamente millones de años, esta zona extraordinariamente pequeña explotó, originando un evento cósmico de magnitudes inimaginables, en el que las temperaturas generadas y la velocidad de expansión escapan a toda escala de medición, y donde todo el Universo experimentó transformaciones a medida que transcurría el tiempo: se hizo menos denso y cambió de composición. De acuerdo a esta teoría, breves momentos después de la explosión se formaron partículas de materia. Se estima que la temperatura del Universo era tan alta, que la materia se encontraba en estado de plasma, constituida principalmente por núcleos atómicos, formados mayoritariamente por protones; y donde los electrones se encuentran separados de los núcleos. Durante la expansión del Universo, la temperatura fue descendiendo; se generaron los primeros elementos, luego la formación de estrellas, cuásares, galaxias y, hace unos millones de años, nuestro Sistema Solar. Pintura que retrata el Universo en sus inicios. Conversemos En 1932, Lemaitre, el padre de la teoría del Big Bang, dio una conferencia a la que asistieron Einstein y Hubble. Después de la exposición, Einstein comentó: Es esta la más bella y satisfactoria explicación de la creación que haya oído nunca. Estos tres científicos hicieron distintos aportes al conocimiento sobre el Universo y su origen, gracias a que otros científicos y ellos mismos compartieron sus descubrimientos. Qué opinas acerca de compartir los conocimientos?, compartes lo que sabes con tus compañeros y compañeras?, por qué? 154 Unidad 5

155 UNIDAD 5 Evaluando lo aprendido 1. Lee atentamente las siguientes afirmaciones, y escribe en tu cuaderno si son verdaderas o falsas. Justifica las que consideres falsas. a. El Universo corresponde a toda la materia, energía y espacio existentes. b. Para los babilonios, el Universo era una gran sala, con el firmamento como techo y la Tierra como piso. c. La teoría geocéntrica fue propuesta por Nicolás Copérnico. d. El primero en plantear la teoría heliocéntrica fue Aristarco de Samos. e. Gracias a la invención del telescopio, Claudio Ptolomeo descubrió que Júpiter poseía cuatro satélites naturales. 2. Observa las siguientes imágenes. Luego, explica en tu cuaderno si corresponden a la teoría geocéntrica o heliocéntrica, y describe cada una de ellas. A B 3. Explica en qué consiste la teoría del Big Bang, y cómo se relacionan los siguientes científicos con ella. George Gamow Georges Lemaitre Fred Hoyle Cómo estuvo tu trabajo? Revisa tus respuestas a las actividades 1, 2 y 3. Si identificaste correctamente las aseveraciones verdaderas y falsas de la actividad 1, y estas últimas las justificaste correctamente, felicitaciones! Si cometiste algún error, repasa las páginas 152 y 153, y responde nuevamente. Si relacionaste cada imagen de la actividad 2 con la teoría correspondiente, y estas las describiste de manera correcta, excelente! De lo contrario, repasa las páginas 152 y 153, y vuelve a contestar. Si para la actividad 3 explicaste acertadamente en qué consiste el Big Bang, y relacionaste a cada científico con esta teoría de manera correcta, muy bien! En caso contrario, repasa la página 154 y contesta nuevamente. La Tierra en el Universo 155

156 2. QUÉ HAY EN EL UNIVERSO? Al hablar de Universo, probablemente piensas en el Sol, la Luna, las estrellas, en otros planetas y galaxias. Pero qué otras estructuras cósmicas hay en el Universo? A continuación describiremos las principales estructuras cósmicas, cuyas características conocemos gracias a la astronomía y a los instrumentos que han permitido su estudio. Estrellas: Son masas de plasma, compuestas principalmente por hidrógeno y helio. En su interior continuamente se producen reacciones que liberan gran cantidad de energía, la que emiten al exterior en forma de luz y calor. La mayoría de las estrellas las vemos durante la noche como puntos luminosos parpadeantes, debido a que se encuentran a enormes distancias de nuestro planeta. Una excepción es el Sol, al que vemos durante el día. Las principales propiedades de las estrellas son: Brillo: es la cantidad de luz que recibimos desde la Tierra. Esta característica depende de la luminosidad y de la distancia a la que se encuentra la estrella de nuestro planeta. Color: esta característica se relaciona, principalmente, con la temperatura de la estrella, la que puede oscilar entre los y los ºC. En orden descendente de temperatura, las estrellas pueden ser azules, blancas, amarillas, anaranjadas y rojas. El Sol es una estrella amarilla. Tamaño: según esta característica, y en comparación con el tamaño del Sol (diámetro = km, aproximadamente), las estrellas se clasifican en: Tipo de estrella Tamaño (en relación al diámetro del Sol) Nebulosa del Águila. Supergigantes Gigantes 130 a 400 veces mayor 16 a 60 veces mayor Medianas Prácticamente el mismo Enanas Menor Nebulosas: Son gigantescas agrupaciones de polvo y gas, que no emiten luz propia. Las nebulosas absorben y reflejan la luz emitida por las estrellas que se encuentran próximas a ellas. Algunas nebulosas se formaron por la explosión de estrellas brillantes, llamadas novas, y otras corresponden a restos del material que dio origen a las estrellas. 156 Unidad 5

157 UNIDAD 5 Galaxias: Son enormes agrupaciones de estrellas, polvo, gases, agujeros negros, nebulosas, planetas, asteroides, cometas, etc. que se encuentran agrupados por la fuerza gravitacional. En 1926, el norteamericano Edwin Hubble, basándose en la forma y composición de las galaxias, las clasificó como se muestra a continuación: Galaxias elípticas: son aquellas que no poseen brazos y tienen formas globulares alargadas. Galaxias espirales: son como discos achatados con brazos de tamaño variable. La Vía Lactea es un ejemplo. Galaxias irregulares: son las que no tienen una estructura ni una simetría bien definidas. Al realizar la actividad de la página 151 (Desafío inicial) representaste la teoría de Hubble, que plantea que las galaxias se van distanciando unas de otras, lo que apoya la concepción actual del Universo, es decir, que este se encuentra expandiéndose en todas direcciones. Según Hubble, mientras más lejana está una galaxia de la Tierra, vemos que esta se aleja con mayor velocidad. Esta relación se conoce como ley de Hubble, que establece que las galaxias se alejan de nuestro planeta con una velocidad proporcional a la distancia a la que se encuentran de él. Conociendo más Las galaxias tienden a formar grupos. Varios grupos forman un cúmulo, y la agrupación de cúmulos constituyen un supercúmulo. La Tierra en el Universo 157

158 Planetas: Son cuerpos celestes que no emiten luz propia y giran alrededor de una estrella en un movimiento que, como ya sabes, se denomina traslación. Seguramente también recuerdas que mientras más alejado se encuentra un planeta de la estrella, más tiempo demora en dar una vuelta completa a su alrededor. Satélites naturales: Son cuerpos celestes que no emiten luz propia. Los satélites naturales giran alrededor de un planeta de mayor masa, acompañándolo en su movimiento de traslación. La Tierra y su único satélite natural, la Luna. Se estima que el cometa Halley, cuyo último avistamiento fue en 1986, se verá nuevamente desde la Tierra en el año Entonces, cuánto tiempo demora, aproximadamente, en dar una vuelta alrededor de su estrella, el Sol? Cometas: Son pequeños astros rocosos que describen órbitas elípticas, muy alargadas, alrededor de una estrella. Generalmente, están formados por un núcleo central, en torno al cual hay una esfera gaseosa que corresponde a la cabellera o corona, y una larga prolongación de esta, denominada cola. Diversos estudios científicos han demostrado que el núcleo de los cometas está formado por una mezcla de metano, hielo y amoníaco, la que se evapora cuando el cometa se acerca a la estrella, formando la cola de este. Así, mientras más cerca esté el cometa de la estrella, más larga será su cola. El tiempo que demoran los cometas en dar una vuelta alrededor de una estrella se denomina período, el que puede oscilar entre unos pocos y hasta miles de años. Asteroides: Son astros rocosos, más pequeños que los planetas, que también giran alrededor de una estrella. Presentan diversas formas; algunos son esféricos y otros son irregulares. Meteoritos: Son fragmentos de materia sólida, mucho más pequeños que los asteroides, y también giran alrededor de una estrella. Por efecto de la atracción gravitatoria de los planetas, pueden caer sobre su superficie. En el caso de los que caen en la Tierra, al atravesar la atmósfera muchos se desintegran originando el fenómeno que nosotros llamamos estrellas fugaces. 158 Unidad 5

159 UNIDAD 5 Evaluando lo aprendido 1. Copia la siguiente tabla en tu cuaderno y complétala. Estructura cósmica Estrella Nebulosa Planeta Satélite natural Cometa Asteroide Meteorito Descripción Copia en tu cuaderno 2. Completa en tu cuaderno las siguientes oraciones. a. El brillo de una estrella depende de y de la distancia. b. Las estrellas presentan colores diferentes, lo que depende de. c. Según su tamaño, en orden descendente, las estrellas se clasifican en:,, y. 3. Completa el siguiente esquema en tu cuaderno. Galaxias Espirales Descripción: Dibujo: Elípticas Descripción: Dibujo: Irregulares Descripción: Dibujo: Cómo estuvo tu trabajo? Revisa tus respuestas a las actividades 1, 2 y 3. Si describiste correctamente cada estructura cósmica de la actividad 1, excelente! Si cometiste algún error, repasa las páginas 156 a 158, y vuelve a responder. Si completaste de manera correcta las oraciones de la actividad 2, felicitaciones! En caso contrario, repasa la página 156 y contesta nuevamente. Si en el esquema de la actividad 3 describiste y dibujaste correctamente cada tipo de galaxia, muy bien! De lo contrario, repasa la página 157 y vuelve a contestar. La Tierra en el Universo 159

160 Conociendo más La teoría más aceptada en la actualidad sobre el origen del Sistema Solar, postula que el Sol y los planetas se formaron al mismo tiempo, a partir de una única nube de gas y polvo. A esta explicación se le conoce como hipótesis nebular, y se basa en las ideas del filósofo alemán Immanuel Kant, y de Laplace. 3. NUESTRA GALAXIA, LA VÍA LÁCTEA Por qué nuestra galaxia se llama Vía Láctea?, a qué tipo corresponde? La Vía Láctea recibe ese nombre, porque se asemeja a una mancha luminosa de aspecto lechoso. Está formada por alrededor de millones de estrellas, una de las cuales es el Sol. Tras una serie de estudios con telescopios ópticos y radiotelescopios, se determinó que la Vía Láctea es de tipo espiral. En su centro se agrupa la mayoría de las estrellas, formando un núcleo casi esférico, a partir del cual emergen brazos conformados por estrellas. Nuestro Sistema Solar se encuentra en uno de estos brazos, denominado Brazo de Orión, cerca de la zona exterior de la galaxia (ver imagen, punto rojo). El Sistema Solar Nuestro Sistema Solar corresponde a un conjunto de cuerpos celestes que se extienden, en todas direcciones, hasta unos seis mil millones de kilómetros desde el Sol. Está formado por una estrella, ocho planetas conocidos, planetas enanos, satélites naturales, asteroides, cometas y meteoritos; además de gas y polvo cósmico en grandes cantidades. Representación del Sistema Solar. Conéctate En las páginas y podrás averiguar por qué Plutón ya no se considera un planeta del Sistema Solar, sino que un planeta enano. 160 Unidad 5

161 UNIDAD 5 El Sol Es una estrella constituida por plasma. La energía que produce el Sol es enorme, y es la fuente de luz y calor para nuestro planeta. Qué importacia tiene este hecho? El Sol, que se habría formado hace unos millones de años, contiene más del 99% de la materia constituyente del Sistema Solar, ejerciendo una fuerte atracción gravitatoria sobre los planetas, la que los hace girar a su alrededor. Durante varios siglos, el Sol fue considerado un astro inmóvil. Sin embargo, gracias a los avances tecnológicos que han permitido su estudio, actualmente sabemos que presenta movimientos de rotación (rota sobre sí mismo) y de traslación (se mueve alrededor del centro de la galaxia). La imagen muestra una protuberancia solar, que es una enorme llamarada de plasma, expulsada desde la superficie del Sol. Planetas del Sistema Solar El Sistema Solar está constituido por ocho planetas conocidos que, desde el más cercano al más lejano al Sol, son: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Según su tamaño y composición, se clasifican en planetas interiores y planetas exteriores. Planetas interiores: Son pequeños y rocosos. Los planetas interiores son: Mercurio: Es el planeta más pequeño y el que se encuentra más cerca del Sol. No posee atmósfera y su superficie presenta numerosos cráteres, producto del impacto de meteoritos. Venus: Posee una atmósfera ácida, compuesta por dióxido de carbono y dióxido de azufre. Presenta ríos de lava que atraviesan extensas llanuras, la cual proviene de los numerosos volcanes que presenta. En su superficie también hay cráteres producidos por el choque de grandes meteoritos. A Venus se le conoce como lucero del alba o del atardecer. Averigua por qué. La Tierra en el Universo 161

162 Tierra: Posee una atmósfera rica en oxígeno, gas fundamental para la sobrevivencia de la mayoría de los seres vivos que lo habitan. Se le llama el planeta azul, debido a su color, y las fotos captadas desde el espacio lo demuestran. Los responsables de estas tonalidades son los océanos y los gases de la atmósfera. De los planetas conocidos, se sabe que la Tierra es el único que posee las condiciones óptimas para el desarrollo y mantenimiento de la vida. A Marte se le conoce como el planeta rojo. Averigua por qué. A Marte: Presenta una tenue atmósfera, compuesta principalmente de dióxido de carbono, y pequeños casquetes de hielo en sus polos. Recientes estudios suponen que en este planeta existió agua líquida. Planetas exteriores: Son de mayor tamaño que los planetas interiores, y están formados por gas. Los planetas exteriores son: Júpiter: Es un planeta gaseoso y el más grande del Sistema Solar. Presenta una atmósfera en bandas, compuesta por hidrógeno, helio, amoníaco y metano, entre otras sustancias. Presenta tenues anillos a su alrededor, los que están formados por partículas de polvo que son lanzadas al espacio cuando los meteoritos chocan con sus satélites naturales. Saturno: Este planeta gaseoso es el segundo más grande del Sistema Solar, y se caracteriza por los anillos que lo rodean. Posee una atmósfera compuesta de hidrógeno, helio y metano. Urano: Es un planeta gaseoso y, al igual que Júpiter, presenta tenues anillos a su alrededor. Su atmósfera está compuesta de helio, hidrógeno, metano y otros hidrocarburos. El metano absorbe la luz roja, haciendo que Urano se vea de tonos verdes y azules. Neptuno: Es el planeta más distante del Sol. Su atmósfera, que está compuesta de metano, amoníaco, hidrógeno y helio, alcanza temperaturas cercanas a los 260 ºC bajo cero, por lo que presenta nubes de metano congelado. Neptuno también está rodeado por tenues anillos. B C D En las imágenes, que no están a escala, se muestran los planetas exteriores: Júpiter (A), Saturno (B), Urano (C) y Neptuno (D). 162 Unidad 5

163 INTERPRETANDO un experimento UNIDAD 5 EL MOVIMIENTO DE TRASLACIÓN Observación Un grupo de estudiantes leyó en un texto de Física que existe una relación entre la velocidad orbital y el período de traslación de los planetas. Entonces, decidieron averiguar cuál es esta relación. Problema científico Qué relación existe entre la velocidad orbital y el período de traslación de un planeta? Hipótesis El período de traslación es inversamente proporcional a la velocidad orbital. Método experimental a. Los estudiantes seleccionaron seis planetas del Sistema Solar para realizar el estudio: Mercurio, Venus, Marte, Júpiter, Saturno y Urano. b. Luego, estimaron la velocidad orbital de cada uno de los planetas, es decir, los kilómetros que recorren en un segundo, al dar una vuelta alrededor del Sol. c. Finalmente, midieron el período de traslación, es decir, la cantidad de días y/o años que demora cada planeta en dar una vuelta alrededor del Sol. Resultados Los resultados obtenidos se presentan en la siguiente tabla: Tabla N 1: Velocidad orbital y período de traslación de algunos planetas del Sistema Solar. Planeta Mercurio Venus Marte Júpiter Saturno Urano Velocidad orbital (km/s) Análisis experimental 47, , ,64 6,8 Período de 87,96 días 224,7 días 686,98 días traslación Fuente: archivo editorial. Responde las siguientes preguntas en tu cuaderno. 11 años y 4,83 días 29 años y 167 días 84 años y 7,45 días 1. Qué planeta gira con mayor velocidad alrededor del Sol?, cuál lo hace más lentamente? 2. Ordena los planetas de la tabla, considerando su velocidad orbital, en orden descendente. 3. Cuál de los planetas demora más tiempo en dar una vuelta alrededor del Sol?, qué planeta demora menos? 4. Ordena los planetas según su período de traslación, en orden ascendente. 5. Qué relación existe entre la velocidad orbital y el período de traslación? 6. Cuánto tiempo demora la Tierra en dar una vuelta alrededor del Sol?, entre qué planetas se ubicaría?, a cuál de los planetas se acercaría más el valor de su velocidad orbital? La Tierra en el Universo 163

164 Satélites naturales en el Sistema Solar Los planetas del Sistema Solar presentan un número variable de satélites naturales; también hay algunos que carecen de ellos, como muestra la tabla de esta página. Tabla N 2: Satélites naturales del Sistema Solar. Planeta Cantidad de satélites naturales Mercurio 0 Venus 0 Tierra 1 (la Luna) Marte 2 Júpiter Saturno Urano Neptuno 63 conocidos 60 conocidos 27 conocidos 13 conocidos En: (consultada en marzo de 2008, adaptación). La Luna: nuestro satélite natural La Luna, que gira alrededor de la Tierra, es su único satélite natural. Al igual que todos los satélites naturales, es un astro opaco. Entonces, de dónde proviene la luz que refleja? La Luna refleja la luz proveniente del Sol. Sin embargo, esta iluminación no es siempre la misma, lo que se debe al movimiento de traslación de la Luna alrededor de nuestro planeta. Las fases de la luna corresponden a las diferentes iluminaciones que presenta nuestro satélite natural durante un mes, aproximadamente, y son: luna nueva, cuarto creciente, luna llena y cuarto menguante. Averigua cómo se origina cada una de ellas y dibújalas en tu cuaderno. Analiza Observa las fotografías y relaciona la letra de cada una de ellas con el número del esquema que le corresponde. Luego, compara tus respuestas con un compañero o compañera. A 1 2 B 164 Unidad 5

165 UNIDAD 5 HACIENDO ciencia FASES DE LA LUNA Observación Rodrigo, un joven al que le gusta observar el cielo nocturno, se dio cuenta de que las fases de la luna se repiten con cierta regularidad, y quiso descubrirla. Problema científico Cuánto tiempo transcurre entre una fase lunar y otra? Formulación de hipótesis Plantea una hipótesis para responder el problema científico planteado. Escríbela en tu cuaderno. PROCESOS CIENTÍFICOS Observación Problema científico Formulación de hipótesis Experimentación y control de variables Recolección de datos Análisis de resultados y conclusiones Experimentación y control de variables Durante un mes, observa la Luna durante la noche, y dibuja la parte iluminada que ves. Para ello, debes comenzar cuando haya luna nueva, y pintar de color negro la zona que no ves, como se ejemplifica a continuación: Recolección de datos Para la recolección de datos, copia en tu cuaderno cuatro tablas como la siguiente y complétalas con tus observaciones. Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes Sábado Domingo Mes de observación: Análisis de resultados y conclusiones 1. Cuánto tiempo transcurre entre la luna nueva y el cuarto creciente?, y entre la luna llena y el cuarto menguante? 2. Qué puedes concluir en relación al tiempo que transcurre entre una fase de la luna y otra? 3. Según tu respuesta anterior, estima cuándo habrá luna llena nuevamente. 4. De qué otra manera podrías haber registrado tus datos? La Tierra en el Universo 165

166 4. DISTANCIAS EN EL UNIVERSO En la vida diaria, tenemos una idea aproximada del tamaño y distancia a la que se encuentran los objetos que nos rodean. Por ejemplo, podemos estimar si un objeto mide centímetros, metros o kilómetros. Pero cómo podemos determinar a qué distancia se encuentra el Sol de la Tierra? o qué distancia nos separa de la Luna? Para medir distancias en el Universo, los científicos han establecido otras unidades de medida, como el año luz y la unidad astronómica, entre otras. El año luz Corresponde a la distancia que recorre la luz en un año, a una velocidad de km/s. Para que entiendas cómo se obtiene el valor de un año luz, te invitamos a analizar los siguientes cálculos: Primero, se calcula la cantidad total de segundos que hay en un año: 365 x 24 x Días de un año Horas de un día Segundos de una hora Esto da como resultado: segundos en un año. Luego, para saber a cuánto equivale un año luz, se multiplica el resultado anterior por el valor de la velocidad de la luz: Qué planetas observas en la imagen? Se aprecia la distancia que los separa en la imagen?, por qué? 1 año luz = s x km/s Entonces, 1 año luz equivale a, aproximadamente: km. La unidad astronómica (UA) Esta unidad de medida corresponde a la distancia media que describe la Tierra en su movimiento de traslación en torno al Sol, es decir, a la distancia que existe entre estas dos estructuras cósmicas. Su valor aproximado es de km. La unidad astronómica se utiliza, principalmente, para señalar distancias entre los componentes del Sistema Solar. Conociendo más El parsec es otra unidad de medida astronómica. Un parsec equivale a 30,86 billones de kilómetros, a 3,26 años luz, y a unidades astronómicas. 166 Unidad 5

167 UNIDAD 5 Notación científica Al analizar cómo se obtiene el valor de un año luz, seguramente notaste que las cifras resultantes son enormes. Para expresar de manera abreviada estos valores, se utiliza la notación científica. La notación científica expresa un valor, muy grande o muy pequeño, como el producto de un número entre 1 y 10, multiplicado por una potencia de base 10. Por ejemplo: Dato numérico Velocidad de la luz = km/s Distancia Mercurio al Sol = km Un año luz = km Expresado en notación científica 3 x 10 5 km/s 5,4 x 10 7 km 9,46 x km Cómo se determinan las distancias espaciales? En la Tierra, para medir distancias podemos usar instrumentos como la regla o el metro. Pero cómo se miden las distancias espaciales?, qué instrumentos se utilizan para estimarlas?, qué cálculos se realizan? Los astrónomos y astrónomas, a través de diversos estudios, llegaron a la conclusión de que los rayos de luz son el mejor instrumento para medir distancias, y su ventaja radica en que tienen una velocidad constante. La luz se mueve con una velocidad constante que corresponde a kilómetros por segundo. Para calcular una distancia astronómica, se debe medir el tiempo que demora un rayo de luz en llegar a un punto determinado desde la estructura cósmica en estudio, lo que se estima mediante cálculos físicos y matemáticos. Para entender este procedimiento, analiza el siguiente ejemplo: Un astrónomo quería determinar la distancia entre la Tierra y el Sol. Para ello, averiguó el tiempo que un rayo de luz demora en llegar desde el Sol a la Tierra, el cual corresponde a 8 minutos y 19 segundos. Esto corresponde a 499 segundos y multiplicado por la velocidad de la luz obtuvo el siguiente resultado: Si la distancia entre la Tierra y la Luna es de km, cuánto demora un rayo de luz en ir y volver desde nuestro planeta hasta ella? 499 s x km/s = km (distancia Tierra-Sol) Es importante señalar que la luz tarda menos tiempo en llegar a las estructuras cósmicas que están más cerca de la Tierra, en relación a las que están más lejos. La Tierra en el Universo 167

168 Trabaja con la información 1. Analiza la siguiente tabla, que muestra diferentes distancias astronómicas. Luego, desarrolla en tu cuaderno las actividades planteadas. Tabla N 3: Distancias astronómicas, en años luz. Distancia entre la Tierra y la estrella más cercana. Distancia desde nuestro planeta a Sirio, la estrella más brillante. Distancia desde la Tierra al centro de la Vía Láctea. Ancho de la Vía Láctea. Diámetro de la Vía Láctea. Distancia desde la Tierra a la galaxia más cercana (una de las nubes magallánicas). Distancia entre nuestro planeta y el cuerpo celeste más lejano, visible a simple vista o con binoculares (galaxia de Andrómeda). Estructura cósmica a mayor distancia que se ha podido ver desde la Tierra, a través de un telescopio. 4,2 años luz 8,7 años luz años luz años luz años luz años luz años luz Más de años luz Fuente: Programa de Estudio NB6. Estudio y Comprensión de la Naturaleza, 8º Básico. Mineduc (adaptación). a. Expresa, en notación científica, las distancias desde la tercera fila (distancia desde la Tierra al centro de la Vía Láctea) hasta la última. b. Calcula, en kilómetros: la distancia entre la Tierra y la estrella más cercana, y la distancia desde nuestro planeta a Sirio (para hacerlo, multiplica cada distancia por la velocidad de la luz). Expresa los resultados en notación científica. c. Cuánto tiempo demoraría un viaje desde la Tierra a la galaxia más cercana, viajando a la velocidad de la luz? Sería posible realizar este viaje?, por qué? Conociendo más En el siglo XVI, Copérnico calculó matemáticamente las distancias relativas entre los planetas conocidos entonces y el Sol. La tabla muestra esas distancias en comparación con las actuales. Las distancias están en Unidades Astronómicas (fracción de la distancia de la Tierra al Sol). Qué puedes concluir a partir de la tabla? Tabla N 4: Distancia al Sol según cálculos de Copérnico y actuales. Planeta Copérnico Actuales (UA) Mercurio 0,386 0,387 Venus 0,719 0,723 Marte 1,520 1,524 Júpiter 5,219 5,203 Saturno 9,174 9,555 En: (consultada en abril de 2008). Adaptación. 168 Unidad 5

169 UNIDAD 5 Evaluando lo aprendido 1. Completa en tu cuaderno el siguiente cuadro con la información de la Vía Láctea que se solicita. A qué se debe su nombre? Tipo de galaxia al que corresponde Lugar donde se encuentra el Sistema Solar Copia en tu cuaderno Dibujo 2. Completa las siguientes oraciones en tu cuaderno. a. Los planetas interiores del Sistema Solar son:,, y. b. Los planetas exteriores del Sistema Solar son:,, y. c. El Sol presenta movimientos de y. d. Las fases de la luna son:,, y. e. Los planetas que no poseen satélites naturales son: y. 3. A partir del anexo de la página 186, que muestra los valores de algunas medidas astronómicas, realiza las actividades propuestas. a. Expresa las medidas astronómicas de la tabla en notación científica. b. Elige tres de las medidas astronómicas de la tabla y exprésalas en años luz. Para ello, usando una calculadora, divide la medida elegida por un año luz expresado en kilómetros. Por ejemplo: Distancia Tierra-Sol = = 0, años luz c. A qué planeta del Sistema Solar demora más en ir y volver la luz desde el Sol? d. A cuál demora menos en ir y volver la luz del Sol? Cómo estuvo tu trabajo? Revisa tus respuestas a las actividades 1, 2 y 3. Si completaste correctamente el cuadro de la actividad 1, excelente! De lo contrario, repasa la página 160 y vuelve a responder. Si las oraciones de la actividad 2 las completaste con los términos correctos, muy bien! Si cometiste algún error, repasa las páginas 160 a 164 y contesta nuevamente. Si respondiste correctamente la actividad 3, felicitaciones! En caso contrario, repasa las páginas 166 y 167 y responde nuevamente. La Tierra en el Universo 169

170 Taller Científico PROCESOS CIENTÍFICOS Análisis de resultados y conclusiones Para analizar los resultados de la tabla, es importante hacer una lectura comprensiva de sus filas y columnas. Además, la interpretación de los resultados influye en las conclusiones, permitiendo argumentar la aceptación o rechazo de la hipótesis. LA EXPANSIÓN DEL UNIVERSO Observación Hubble estableció que las galaxias se van distanciando unas de otras, razón por la cual planteó la teoría del Universo en expansión. Problema científico Qué relación existe entre la velocidad con que las galaxias se alejan de la Tierra y la distancia a la que se encuentran de nuestro planeta? Formulación de hipótesis Aplicando lo aprendido en esta unidad, responde las siguientes preguntas en tu cuaderno: a. Qué planteamiento(s) propone esta teoría respecto a la velocidad con que se mueven las galaxias? b. Por qué el movimiento de las galaxias podría explicar que el Universo está en expansión? c. Basándote en las respuestas que diste a las preguntas anteriores, formula una hipótesis para el problema planteado. Experimentación y control de variables Reúnete con dos compañeros o compañeras, y consigan estos materiales: - regla. - calculadora. - papel milimetrado. Diseño experimental 1. Observen los esquemas que aparecen a continuación, los que representan un Universo unidimensional en su origen (I), y la expansión del Universo unidimensional observada al cabo de 10 segundos (II). I (tiempo = 0): II (tiempo = 10 s): 170 Unidad 5

171 UNIDAD 5 2. Seleccionen un punto del esquema I como centro de observación y, a partir de él, midan las distancias a los demás puntos. Registren los valores en la tabla que les mostrará su profesora o profesor, considerando todos los puntos, excepto su centro de observación. 3. Repitan el paso anterior con el esquema II, tomando el mismo centro de observación del esquema I. Registren los datos en la tabla. 4. Determinen el aumento de la distancia y anoten sus resultados en la tabla. Cómo lo harán? Coméntenlo con su profesora o profesor. 5. Determinen cómo calcular la velocidad con que cada punto se aleja del centro de observación. Anoten sus resultados en la tabla. 6. Consigan papel milimetrado para graficar sus resultados: ubiquen la distancia inicial en el eje horizontal o eje x, y la velocidad de alejamiento, en el eje vertical o eje y. Recolección de datos Copia en tu cuaderno la tabla que te indicará tu profesora o profesor. Análisis de resultados y conclusiones A partir del análisis de la tabla y del gráfico, respondan en sus cuadernos: 1. Se puede afirmar que la velocidad con la que los puntos se alejan del centro de observación es proporcional a la distancia que los separa de dicho centro?, es esto válido para cualquier centro de observación? Comparen sus resultados con los de otros grupos. 2. Qué piensan que ocurriría en un tiempo de 20 segundos? Expliquen. 3. Cómo se relaciona la actividad realizada con la teoría de la expansión del Universo? 4. A partir de los resultados, validan su hipótesis?, por qué? Cómo trabajé? Copia las siguientes conductas en tu cuaderno y escribe Sí o No, según corresponda. 1. Pude establecer una hipótesis para el problema? 2. Traje los materiales que necesitaba? 3. Cumplí con las tareas que me correspondía? 4. Registré todos los datos en la tabla, de manera correcta? 5. Escuché y respeté las opiniones de mis compañeros y compañeras? 6. Llegué a conclusiones concretas en relación a la teoría de Hubble? La Tierra en el Universo 171

172 Noticia Científica LA MÁS LEJANA Chilenos forman parte del equipo que descubre la galaxia más lejana La luz de aquella galaxia cruzó el Universo hasta llegar a la Tierra. Lo que vemos ahora es el pasado, y sucedió hace más de 12 mil millones de años. Son cifras tan altas, que no nos dicen nada, explica el profesor de la Universidad Católica, Leopoldo Infante. La galaxia fue llamada A1689-ZD1 y es la más lejana que se ha descubierto. Se encuentra a más de 24 mil millones de años luz. El doctor Larry Bradley, de la Universidad John Hopkins, lideró el equipo en el que incluyó a Leopoldo Infante y a la doctora Verónica Motta, de la Universidad de Valparaíso. El año 2000 recibimos una invitación para colaborar con el equipo del profesor Holland Ford. Ellos construyeron la cámara ACS (Advanced Camera for Surveys), instalada en el telescopio espacial Hubble. Nuestra misión era estudiar los mismos objetos que ellos observaban desde el Hubble, pero con los instrumentos que teníamos en Chile. El interés se suscitó porque los telescopios del norte hacen observaciones infrarrojas, esenciales para este tipo de estudio. Las primeras galaxias emiten una luz extremadamente débil, ya que son pequeñas y están lejos. Estamos observando los primeros objetos del Universo, dice Infante, muchos de los cuales es probable que no existan. En cifras: 24 mil millones de años luz hay entre la Tierra y A1689-ZD1 y 12,6 mil millones de años desde que la luz de esa galaxia fue emitida. Con esto concluyeron que solo el 5% de la edad del Universo había transcurrido cuando la galaxia emitió la luz que ahora observamos. Fuente: El Mercurio, sección Ciencia y Tecnología, 24 de enero de Adaptación. Responde en tu cuaderno 1. Cuál es la importancia de este descubrimiento? 2. Por qué los investigadores chilenos fueron partícipes de este descubrimiento? 3. Es posible que en la actualidad esta galaxia esté presente en el Universo? 172 Unidad 5

173 Resumiendo UNIDAD 5 Teorías Geocéntrica La Tierra es el centro del Universo. Heliocéntrica El Sol es el centro del Universo. Big Bang El Universo se formó a partir de una gran explosión. Ley de Hubble Mientras más lejana está una galaxia de la Tierra, esta se aleja con mayor velocidad. El Universo Toda la materia, energía y espacio existentes. Estructuras cósmicas Cuerpos opacos Planetas, meteoritos, asteroides, nebulosas, satélites naturales. Cuerpos luminosos Estrellas. Galaxias Agrupaciones de estrellas, polvo, gases, agujeros negros, nebulosas, planetas, asteroides, cometas, etc. Se clasifican en espirales, elípticas e irregulares. Medidas astronómicas Año luz Distancia que recorre la luz en un año, a una velocidad de km/s (9,46 x km). Unidad astronómica Distancia que existe entre la Tierra y el Sol. Su valor aproximado es de km. Vía Láctea Galaxia de forma espiral en la que se encuentra nuestro planeta. Sistema Solar Formado por una estrella (el Sol), ocho planetas, planetas enanos, satélites naturales, asteroides, cometas y meteoritos. La Tierra en el Universo 173

174 Responde nuevamente la actividad Demuestro lo que sé, de la página 149, para que evalúes cuánto has avanzado. 1. Observa las siguientes imágenes. Luego, responde las preguntas planteadas en tu cuaderno. A B C D E F a. Qué observas en cada una de las imágenes? b. En qué se diferencian las imágenes E y F de las demás?, para qué sirve cada uno de estos objetos tecnológicos? c. En qué se diferencian las estructuras cósmicas de las imágenes A y C? d. A qué se debe la luz que emite la estructura cósmica de la imagen D? Compara tus respuestas con las que diste la primera vez. Cambiaron o son iguales?, a qué se debe esto? Ahora profundiza tus respuestas e. Describe en tu cuaderno las siguientes estructuras cósmicas: cometa, asteroide, satélite natural, nebulosa y galaxia. f. Nombra los planetas que forman parte del Sistema Solar, desde el más cercano al más lejano al Sol. g. Explica cómo se determinan las distancias a las que se encuentran los astros. h. Qué es un año luz?, y una unidad astronómica? 174 Unidad 5

175 UNIDAD 5 Mapa conceptual Anota los siguientes conceptos en tu cuaderno y realiza con ellos un mapa conceptual. Puedes agregar otros, si lo requieres. Vía Láctea Unidad astronómica Año luz Galaxias Distancias espaciales Meteoritos Universo Observatorios astronómicos Satélites naturales Planetas Estrellas Sistema Solar Cometas Asteroides Sol Qué haces tú? La Tierra está envuelta por la atmósfera, capa gaseosa que ayuda a generar condiciones óptimas para la vida, pues favorece el calentamiento de la superficie terrestre, evitando la pérdida excesiva de calor al actuar como un invernadero. Parte del calor de la superficie terrestre se transmite al espacio y otra parte se mantiene en la Tierra debido a la acción que ejerce el dióxido de carbono. No obstante, en las últimas décadas, el aumento considerable de emanaciones de dióxido de carbono, agente contaminante generado en la combustión, ha intensificado el efecto invernadero, generando un aumento en la temperatura del planeta, fenómeno conocido como calentamiento global. Evalúa tus actitudes Responde, en tu cuaderno, las siguientes preguntas relacionadas con la actitud frente al cuidado de la atmósfera. 1. Quiénes son los principales responsables del aumento de dióxido de carbono? 2. Cómo se podría disminuir la cantidad de dióxido de carbono emanado hacia la atmósfera? Explica. 3. Averigua sobre el calentamiento global y sus efectos; por ejemplo, en el aumento de la temperatura del planeta, los deshielos de los casquetes polares y el aumento de las zonas desérticas. 4. Qué puedes hacer tú para contribuir a la disminución del calentamiento global de nuestro planeta? La Tierra en el Universo 175

176 Qué aprendiste? I. Lee detenidamente cada pregunta y escribe en tu cuaderno la alternativa correcta. 1. La Tierra es el centro del Universo. A qué teoría corresponde este enunciado? A. Big Bang. B. Geocéntrica. C. Heliocéntrica. D. Ley de Hubble. 2. Cuál de los siguientes científicos formuló la teoría heliocéntrica? A. Edwin Hubble. B. George Gamow. C. Claudio Ptolomeo. D. Nicolás Copérnico. 3. Qué es una nebulosa? A. Una acumulación de estrellas, gas y polvo interestelar. B. Un grupo de estrellas en un período tardío de evolución. C. Una estructura compuesta de gas y polvo interestelar, que no emite luz. D. Es una masa de gases, como el hidrógeno y el helio, que emite luz propia. 4. Cuál de las siguientes es una característica de las galaxias espirales? A. Su forma es globular y alargada. B. Tienen forma de un disco achatado. C. No tienen estructura ni simetría bien definidas. D. Poseen pocas estrellas jóvenes y gran cantidad de estrellas viejas. 5. Cuál de las siguientes no es una característica de la Vía Láctea? A. En su centro se encuentra el Sistema Solar. B. Posee unos millones de estrellas. C. Una de sus estrellas es el Sol. D. Es grande y de tipo espiral. 6. Cuál de las siguientes características presenta el Sol? A. Posee una atmósfera rica en oxígeno. B. Presenta temperaturas muy altas. C. Es un astro inmóvil. D. Está compuesto principalmente por hidrógeno y helio. 7. Cuál de las siguientes afirmaciones es correcta? A. La Vía Láctea es una galaxia elíptica. B. Los meteoritos giran alrededor de una estrella. C. Los planetas son astros que emiten luz propia. D. Actualmente, el Sistema Solar presenta nueve planetas. 8. Cuáles de los siguientes planetas son interiores? A. Marte y Urano. B. Venus y Marte. C. Venus y Saturno. D. Mercurio y Urano. 176 Unidad 5

177 UNIDAD 5 II. Observa las estructuras cósmicas de las siguientes imágenes y descríbelas en tu cuaderno. III.Completa la siguiente tabla en tu cuaderno. Unidad de medida astronómica Descripción Medida en km Año luz Unidad astronómica Copia en tu cuaderno IV. Responde las siguientes preguntas en tu cuaderno: 1. Qué postula la ley de Hubble? 2. Qué teoría explica el origen del Universo? Descríbela. 3. Cómo se miden las distancias astronómicas en el Universo? Explica. La Tierra en el Universo 177

178 Solucionario A continuación se entregan las respuestas a los ítems propuestos en la sección Qué aprendiste? de las unidades del libro. UNIDAD 1: Viviendo la adolescencia (páginas 44 y 45). Ítem I 1. B 2. C 3. C 4. C 5. D 6. A 7. D 8. B 9. B 10. D Ítem II 1. preovulatoria - endometrio. 2. ovulación - ovarios - LH. 3. postovulatoria - progesterona. 4. oviductos - menstruación - espermatozoide - cigoto. Ítem III 1. Una técnica que sirve para evitar el embarazo, algunos previenen el contagio de ETS. 2. a. Píldora anticonceptiva: tiene una alta eficacia, pero no previene el contagio de ETS. b. Preservativo: es muy eficaz si se utiliza correctamente, previene el contagio de ETS. c. Método de Billings: poco eficaz y no previene el contagio de ETS. Ítem IV 1. Sistema reproductor femenino: ovarios, oviductos, útero, vagina, vulva. Sistema reproductor masculino: testículos, epidídimo, conductos deferentes, vesículas seminales, próstata, uretra, pene. 2. La principal diferencia es que el sistema reproductor femenino está capacitado para albergar al embrión durante el período de gestación. 3. Testículos, epidídimo, conductos deferentes, uretra, pene, vagina, útero, oviducto. Ítem V 1. 1 er trimestre: se forman brazos, piernas y la mayoría de los órganos, el corazón comienza a latir, es posible reconocer el sexo, al finalizar el trimestre mide 11 cm aproximadamente. 2 do trimestre: termina de madurar el sistema circulatorio y nervioso, aumenta los movimientos, mide 30 cm aproximadamente. 3 er trimestre: el feto crece rápidamente, madura el sistema respiratorio, crece hasta alcanzar unos 50 cm. 178 Anexos

179 2. Desde la placenta, a través del cordón umbilical. 3. En la placenta. UNIDAD 2: Ciclos en la naturaleza (páginas 76 y 77). Ítem I 1. D 2. D 3. C 4. C 5. A 6. C 7. B Ítem II Ciclo del carbono: Elementos que circulan: CO 2, O 2, C 6 H 12 O 6 (glucosa). Organismos que participan: productores: plantas, árboles; consumidores: herbívoros, carnívoros; descomponedores: hongos y bacterias. Principales fenómenos: fotosíntesis, respiración, combustión, descomposición. Ciclo del nitrógeno: Elementos que circulan: N 2, NH 3, NH 4 +, NO 2, NO3. Organismos que participan: descomponedores (bacterias fijadoras de nitrógeno, bacterias nitrificantes, bacterias desnitrificantes), productores, consumidores. Principales fenómenos: fijación de nitrógeno, amonificación, nitrificación, asimilación, desnitrificación. Ciclo del agua: Elementos que circulan: H 2 O. Organismos que participan: a través de la transpiración participan organismos productores (plantas) y consumidores (animales herbívoros y carnívoros). Principales fenómenos: evaporación, condensación, precipitación y transpiración. Ítem III a. Ríos, lagos, suelos y océanos. b. En los tres estados de la materia (sólido, líquido y gaseoso). c. Si el agua de la Tierra dejara de evaporarse, el agua no podría reciclarse a través del ciclo hidrológico. d. Los organismos productores utilizan el CO 2 de la atmósfera y liberan O 2, el cual es utilizado por los consumidores para realizar el proceso de respiración. A su vez, los consumidores utilizan el carbono para fabricar moléculas. Los descomponedores liberan CO 2 a la atmósfera producto de la degradación de materia orgánica. e. La materia de los desechos de los seres vivos, así como la de sus cadáveres no retornaría al ambiente, por tanto no habría una circulación de la materia. Solucionario 179

180 UNIDAD 3: Transformaciones de la materia (páginas 112 y 113). Ítem I 1. B 2. A 3. D 4. B 5. B 6. D Ítem II A: elemento; B: moléculas; C: átomos; D: compuesto. Ítem III 1. Tierra: oxígeno y silicio; en el cuerpo humano: oxígeno, carbono e hidrógeno. Coinciden solo en el oxígeno. 2. Principalmente en minerales. 3. Principalmente en proteínas. Ítem IV 1. Elementos químicos; están formados por una sola clase de átomos. 2. S: sólido, de color amarillo, elemento no metálico, suave al tacto. Fe: sólido, de color gris oscuro, elemento metálico duro y pesado. 3. Situación 1: ocurre un cambio físico. Los elementos al mezclarse no pierden sus propiedades. 4. Situación 2: ocurre un cambio químico. Al calentar la mezcla se forma un producto nuevo. 5. No es posible separar el hierro. Ítem V 1. El gas que se produce, producto de la reacción, escapa al ambiente. 2. En este experimento se cumple la ley de la conservación de la masa, lo que pasa es que el gas se escapó. UNIDAD 4: Fuerza y movimiento (páginas 146 y 147). Ítem I 1. C 2. D 3. D 4. B 5. B 6. B 7. C 8. B 180 Anexos

181 Ítem II a. Periódico, pues el tiempo en dar una vuelta es siempre el mismo. b. Fuerza de gravedad. c. 1,2 x a. El peso, la fuerza del motor, la fuerza de roce y la fuerza normal. b. La fuerza del motor del auto. c. Hacia la derecha. d. El suelo. UNIDAD 5: La Tierra en el Universo (páginas ). Ítem I 1. B 2. D 3. C 4. B 5. A 6. D 7. A 8. B Ítem II Galaxia: agrupaciones de estrellas, polvo, gases, planetas, asteroides, cometas, etcétera. Sol: estrella del Sistema Solar, constituida por plasma. Planetas: cuerpos celestes que no emiten luz propia y giran alrededor del Sol. Luna: satélite natural que gira alrededor de la Tierra. Cometa: pequeños astros rocosos que describen órbitas elípticas, alrededor de una estrella. Meteorito: fragmento de materia sólida, giran alrededor de una estrella. Ítem III Año luz: corresponde a la distancia que recorre la luz en un año. 9 x km. Unidad astronómica: distancia media que describe la Tierra en su movimiento de traslación en torno al Sol km. Ítem IV 1. La ley de Hubble establece que las galaxias se alejan de la Tierra con una velocidad proporcional a la distancia a la que se encuentran de él. 2. La teoría del Big Bang, que establece que al comienzo no había nada más que un átomo primordial muy pequeño, que contenía todo lo que sería el Universo. Este átomo explotó, originando todo el Universo. 3. Para calcular una distancia astronómica en el Universo se mide el tiempo que demora un rayo de luz en llegar a un punto determinado desde la estructura del Universo en estudio. Solucionario 181

182 C ómo aprendí? Luego de revisar lo que has logrado con tu aprendizaje, descubre qué estrategias usaste para aprender en cada unidad. Esto te servirá, ya que si tu rendimiento no fue el que esperabas, podrías cambiar algunas estrategias. 1. Copia en tu cuaderno la siguiente tabla y complétala respondiendo Sí o No. U1 U2 U3 U4 U5 a. Leí la unidad. b. Hice un listado con los conceptos principales y sus definiciones. c. Hice resúmenes de la unidad. d. Construí mapas conceptuales y esquemas. e. Hice un listado de preguntas sobre el tema de la unidad. f. Podría explicar lo aprendido a un compañero o compañera. g. Puedo dar un ejemplo que demuestre lo que aprendí. Copia en tu cuaderno h. Busqué información adicional en internet o enciclopedias. i. Al terminar la unidad y responder la sección Bitácora, tuve más respuestas correctas? 2. Qué aspectos crees que puedes mejorar para lograr un mejor rendimiento el próximo año? Plantea una estrategia de trabajo que te ayude a lograrlo. Para esto, revisa los pasos que seguiste en aquellas unidades donde tu rendimiento fue muy bueno. 182 Anexos

183 183 Anexos 1,0 1 H Hidrógeno 40,1 20 Ca Calcio 140,1 58 Ce Cerio 140,9 59 Pr Praseodimio 144,2 60 Nd Neodimio (147) 61 Pm Prometio 150,3 62 Sm Samario 151,9 63 Eu Europio 157,2 64 Gd Gadolinio 158,9 65 Tb Terbio 162,5 66 Dy Disprosio 164,9 67 Ho Holmio 167,3 68 Er Erbio 168,9 69 Tm Tulio 173,0 70 Yb Iterbio 174,9 71 Lu Lutecio Masa atómica Símbolo (en azul: sólido; en verde: líquido; en naranja: gas; en negro: elemento preparado sintéticamente). Nombre Número atómico PERÍODO GRUPO 1 I A LANTÁNIDOS ACTÍNIDOS 1 6,9 3 Li Litio 9,0 4 Be Berilio 2 22,9 11 Na Sodio 24,3 12 Mg Magnesio 27,0 13 Al Aluminio 28,0 14 Si Silicio 31,0 15 P Fósforo 32,0 16 S Azufre 35,5 17 Cl Cloro 39,9 18 Ar Argón 10,8 5 B Boro 12,0 6 C Carbono 14,0 7 N Nitrógeno 16,0 8 O Oxígeno 19,0 9 F Flúor 20,1 10 Ne Neón 4,0 2 He Helio 3 39,1 19 K Potasio 40,1 20 Ca Calcio 44,9 21 Sc Escandio 47,9 22 Ti Titanio 50,0 23 V Vanadio 52,0 24 Cr Cromo 55,0 25 Mn Manganeso 55,8 26 Fe Hierro 58,9 27 Co Cobalto 58,7 28 Ni Níquel 63,5 29 Cu Cobre 65,4 30 Zn Cinc 69,7 31 Ga Galio 72,6 32 Ge Germanio 74,9 33 As Arsénico 78,9 34 Se Selenio 79,9 35 Br Bromo 83,8 36 Kr Criptón 4 85,5 37 Rb Rubidio 87,6 38 Sr Estroncio 88,9 39 Y Itrio 91,2 40 Zr Circonio 92,9 41 Nb Niobio 95,9 42 Mo Molibdeno Tc Tecnecio 101,1 44 Ru Rutenio 102,9 45 Rh Rodio 106,4 46 Pd Paladio 107,9 47 Ag Plata 112,4 48 Cd Cadmio 114,8 49 In Indio 118,7 50 Sn Estaño 121,7 51 Sb Antimonio 127,6 52 Te Teluro 126,9 53 I Yodo 131,3 54 Xe Xenón 5 132,9 55 Cs Cesio 137,3 56 Ba Bario 138,9 57 La Lantano 178,5 72 Hf Hafnio 180,9 73 Ta Tantalio 183,8 74 W Volframio 186,2 75 Re Renio 190,2 76 Os Osmio 192,2 77 Ir Iridio 195,1 78 Pt Platino 196,9 79 Au Oro 200,5 80 Hg Mercurio 204,3 81 Tl Talio 207,2 82 Pb Plomo (285) 114 Uuq Ununquadio 208,9 83 Bi Bismuto (210) 84 Po Polonio (289) 116 Uuh Ununhexio (210) 85 At Astato (222) 86 Rn Radón 6 (223) 87 Fr Francio (226) 88 Ra Radio (227) 89 Ac Actinio (261) 104 Rf Rutherfordio (262) 105 Db Dubnio (263) 106 Sg Seaborgio (262) 107 Bh Bohrio (265) 108 Hs Hassio (266) 109 Mt Meitnerio (269) 110 Uun Ununnilio (272) 111 Uuu Unununio (277) 112 Uub Ununbio 7 232,0 90 Th Torio (231) 91 Pa Protactinio 238,0 92 U Uranio (237) 93 Np Neptunio (242) 94 Pu Plutonio (243) 95 Am Americio (247) 96 Cm Curio (247) 97 Bk Berkelio Cf Californio (254) 99 Es Einstenio (253) 100 Fm Fermio (256) 101 Md Mendelevio (254) 102 No Nobelio (257) 103 Lr Laurencio No metales Metales Gases nobles 2 II A 13 III A 14 IV A 15 V A 16 VI A 17 VII A 18 VIII A 3 III B 4 IV B 5 V B 6 VI B 7 VII B 11 I B 12 II B VII B 6 7 TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS Tabla periódica

184 E lementos y compuestos de interés ELEMENTOS QUÍMICOS ESENCIALES PARA LA VIDA Elemento Sirve para Su falta produce Se encuentra en Ca El correcto desarrollo de los huesos y los dientes. También interviene en el funcionamiento de los músculos y en la coagulación de la sangre. Junto con la carencia de vitamina D, produce raquitismo. Leche, queso, pan y verduras. P Forma parte de los huesos, de las membranas de las células y de los ácidos nucleicos. Debilidad general. Leche, aves, pescado, carne, legumbres y frutos secos. Mg Activa los procesos que producen energía en los seres vivos. Regula el funcionamiento de los músculos y los nervios. Debilidad. Se paraliza el crecimiento. Leche, carne, verduras, legumbres y nueces. S Forma parte de las proteínas que se encuentran en el pelo y en las uñas. No produce trastornos de importancia. Alimentos proteínicos, como carne, pescado y huevos. Na y K Forman parte de los líquidos corporales. Influyen en la presión sanguínea y en la transmisión del impulso nervioso. Calambres musculares, pérdida de apetito y debilidad. Sal común. El potasio se encuentra en la mayoría de los alimentos: leche, chocolate, fruta, verduras, cereales. Cl Forma parte del jugo gástrico y de los líquidos corporales. Calambres musculares y pérdida de apetito. Sal común. Fe Interviene en la producción de la hemoglobina. Anemia y poca resistencia a las infecciones. Hígado, legumbres, carne, yema de huevo. Zn Favorece el desarrollo y la reproducción celular. Facilita la cicatrización de las heridas. Enanismo y problemas con la piel. Carne, cereales integrales, legumbres. Mn Activa los procesos que producen energía en los seres vivos. Ayuda a formar huesos. Ruidos en los oídos, falta de memoria. Té, arroz integral, frutos secos, legumbres. F Mantiene los dientes sanos y sin caries. Mayor incidencia de caries. Té, pescado y agua fluorada. 184 Anexos

185 COMPUESTOS QUÍMICOS ORGÁNICOS E INORGÁNICOS Compuestos orgánicos comunes Fórmula Nombre Características CH 4 Metano Forma parte del gas natural. C 3 H 8 Propano Combustible doméstico. C 2 H 6 O C 6 H 8 O 6 C 9 H 8 O 4 C 6 H 12 O 6 C 27 H 46 O Muy compleja (CH 2 ) n (CH 2 -CHCl) n Alcohol etílico Vitamina C (ácido ascórbico) Ácido acetilsalicílico Glucosa Colesterol ADN (ácido desoxirribonucleico) Polietileno PVC (policloruro de vinilo) Compuestos inorgánicos comunes Es el alcohol que contienen las bebidas (cerveza, vino, licores). También se utiliza como desinfectante. Sustancia presente en muchas frutas. Fármaco que se utiliza como analgésico (contra el dolor), antitérmico (contra la fiebre) y antiinflamatorio. Es un azúcar simple. La mayoría de los hidratos de carbono que consumimos (en los azúcares, pan, pastas, arroz y papas) se transforman en glucosa en nuestro organismo. Se encuentra en algunos tejidos y en la sangre. Cuando su concentración en la sangre es elevada, puede provocar problemas cardiovasculares. Contiene el código genético que guía la formación de las distintas proteínas de un organismo. Son plásticos que se utilizan para fabricar bolsas, material de embalaje, juguetes y diversas estructuras. Fórmula Nombre Características H 2 O Es el líquido más importante para los seres vivos. Debido a su estructura Agua interna, es el disolvente universal; por eso es tan importante. NH Es un gas de olor característico. Forma parte de muchos productos de 3 Amoníaco limpieza. También se utiliza para fabricar abonos. CO Dióxido de Es un gas que se produce en la respiración y en las combustiones. Es 2 carbono contaminante, pero no tóxico. Responsable del efecto invernadero. CO Monóxido de Es tóxico: puede producir la muerte por asfixia. Se produce en las carbono combustiones cuando hay poco oxígeno. HCl Ácido clorhídrico Lo producimos en el estómago para hacer la digestión. En el comercio se expende como ácido muriático. NaCl Cloruro de sodio (sal común) Es el compuesto conocido como sal común. Se emplea para cocinar. NaHCO Bicarbonato de 3 sodio Se utiliza para combatir la acidez estomacal. Anexos 185

186 Mledidas astronómicas Medidas astronómicas Diámetro de la Luna km Diámetro de Marte km Diámetro de la Tierra km Diámetro de Júpiter km Diámetro del Sol km Distancia Mercurio-Sol km Distancia Venus-Sol km Distancia Tierra-Sol km Distancia Marte-Sol km Distancia Júpiter-Sol km Distancia Saturno-Sol km Distancia Urano-Sol km Distancia Neptuno-Sol km Distancia Tierra-Luna km Fuente: MINEDUC, Programa Estudio y Comprensión de la Naturaleza NB6, Santiago de Chile, Adaptación. 186 Anexos

187 Trabajo en el laboratorio MEDIDAS DE SEGURIDAD EN EL LABORATORIO El trabajo en el laboratorio es muy interesante y motivador, sin embargo, debes conocer algunas normas básicas para que el trabajo que realices sea en forma segura. 1. Símbolos que advierten la peligrosidad de las sustancias químicas. Algunas de las sustancias químicas que se utilizan en el laboratorio pueden ser peligrosas. En los recipientes que contienen estas sustancias, aparecen símbolos que indican su peligrosidad. Es importante que los conozcas y comprendas su significado, para evitar accidentes cuando trabajes con ellas. Símbolo Peligro Precauciones Nocivo (Xn) Tóxico (T) Irritante (Xi) Corrosivo (C) Pueden producir graves daños por inhalación, ingestión o penetración a través de la piel. Pueden producir envenenamiento, e incluso la muerte, por inhalación, ingestión o penetración por la piel. Pueden originar inflamaciones, si están en contacto prolongado con la piel y las mucosas. Sustancias y preparados que tienen una acción corrosiva sobre la piel. Evita la inhalación de sus vapores y todo contacto con tu cuerpo. Evita todo contacto de tu cuerpo con estas sustancias. No respires sus vapores y evita el contacto con tu piel y tus ojos. No respires sus vapores y evita el contacto con tu piel y tus ojos. Comburente (O) Inflamable (F) Sustancias que reaccionan al estar en contacto con otros productos, especialmente aquellos que son inflamables, desprendiendo calor. Sustancias que pueden inflamarse fácilmente, mediante una chispa, llama, o por el aumento de la temperatura. Evita cualquier contacto de estas sustancias con otras que sean inflamables o combustibles. Mantén estos productos alejados de llamas, chispas o de cualquier fuente de calor. Explosivo (E) Sustancias y preparados que pueden explotar al acercarles una llama o por choques. Al trabajar con estos productos, evita los choques, la fricción, las chispas y el contacto con fuego. Anexos 187

188 MATERIAL DE LABORATORIO A continuación, te presentamos algunos de los materiales de laboratorio de uso más común. Gotario: sirve para tomar una pequeña cantidad de líquido de un recipiente y vaciarla en otro, gota a gota. Mechero: fuente de calor que se utiliza para aumentar la temperatura de las sustancias. Pinzas: instrumento de metal o madera, que se usa para sostener tubos y otros materiales que se exponen al calor. Vaso de precipitado: material de vidrio que se usa para medir volúmenes de líquidos y como recipiente para preparar, disolver o calentar sustancias. Probeta: material de vidrio que se usa para medir volúmenes de líquidos. Rejilla: se ubica sobre el trípode, para proteger del fuego directo el material de vidrio que se va a calentar en el mechero. Soporte universal: Instrumento que se usa como base para el montaje de diversos aparatos. Trípode: soporte de metal utilizado para apoyar materiales que se van a calentar. Tubo de ensayo: tubo de vidrio utilizado para disolver o calentar pequeñas cantidades de sustancias. 188 Anexos

189 NORMAS GENERALES PARA EL TRABAJO EN EL LABORATORIO Antes de realizar un experimento, lee atentamente las instrucciones de la guía de trabajo y escucha aquellas que te dará tu profesor o profesora, además de cada uno de los pasos del procedimiento a seguir. Si tienes dudas, pregúntale a tu profesor o profesora. No realices ninguna experiencia que no te haya señalado tu profesor o profesora. Experimentar por tu cuenta puede ser muy peligroso, especialmente si trabajas con sustancias químicas. En el laboratorio, evita los juegos y las bromas, ya que, además de ser peligroso, interrumpes el trabajo de tus compañeros o compañeras. Utiliza los elementos de protección personal, con los que cuenta el laboratorio (tales como: delantal, guantes, gafas de seguridad), según te indique tu profesor o profesora. Presta atención a las medidas de seguridad que te indique tu profesor o profesora, y a aquellas que se indican en este anexo. No comas ni bebas en el laboratorio, ya que es posible que los alimentos o bebidas se contaminen. Mientras manipulas sustancias químicas, no te frotes los ojos ni te lleves material de laboratorio a la boca. Lávate siempre las manos después de realizar algún experimento y antes de salir del laboratorio. Si tienes el pelo largo recógelo antes de iniciar el trabajo en el laboratorio, especialmente si vas a trabajar con fuego. Avísale inmediatamente a tu profesor o profesora, si ocurre algún accidente, o si detectas un procedimiento erróneo. Cerciórate de que en el laboratorio haya un botiquín de primeros auxilios y un extintor apropiado para extinguir el fuego producido por sustancias químicas. Nunca uses equipos o aparatos cuyo funcionamiento desconozcas. Si los necesitas, y no sabes cómo utilizarlos, pregúntale a tu profesor o profesora. Tu lugar de trabajo debe estar siempre limpio y ordenado. No coloques sobre la mesa de trabajo libros, ropa, mochilas u otras cosas que no necesites. Es importante que previo a iniciar las actividades en laboratorio, leas las indicaciones y sugerencias de la actividad que realizarás. Sin embrago, qué otras medidas de seguridad deben practicar los estudiantes de la fotografía? Anexos 189