Física y Química 1º Bachillerato

Temario elaborado por los propios docentes de la materia, enfocado a optimizar el aprendizaje y desarrollar la materia de forma práctica y útil para profesores y alumnos.

27,00 €

Cantidad

F01CST

Ficha de datos

Autor Jaime Carrascosa, Salvador Martínez Sala, José Aparicio Sanmartín, Consuelo Domínguez Sales
Nº de páginas 396
Dimensiones 29,7 cm x 21cm
Editorial Efigie Editorial
ISBN 978-84-692-4324-4
Deposito legal V-3006-2009

Más info

1. ¿Qué tienen estos libros de particular?

 

La existencia de materiales de trabajo valorados positivamente por quienes han de usarlos, contribuye a que el proceso de enseñanza y aprendizaje pueda desarrollarse de una manera más eficaz. Ésta ha sido la intención que nos ha guiado al escribir: diseñar unos libros de texto que puedan ser útiles a la mayor parte posible del profesorado y alumnado de Física y Química.

 

Para conseguir el objetivo anterior, hemos partido del convencimiento de que todo co­nocimiento y aprendizaje científico es la respuesta a problemas de interés, lo que nos ha llevado, en general, a plantear los distintos contenidos en base a problemas "estructuran­tes" que justifiquen los mismos y su secuenciación. A modo de ejemplo, se reproducen algunos de los problemas utilizados para justificar una parte de los contenidos de 3º de ESO:

 

... Si analizamos algunos materiales como plásticos, maderas, metales, vidrio, etc., de los que están hechos muchos objetos cotidianos (juguetes, vehículos, muebles, etc.), veremos que tienen propiedades que pueden ser muy distintas y que los diferencian a unos de otros. Lo mismo ocurre con el aire, agua, mármol, yeso, dióxido de carbono, gasolina, amianto, etc. Unos se encuentran habitualmente en estado sólido, otros son líquidos y otros son gases; unos conducen muy bien la corriente eléctrica y otros apenas nada; unos se queman fácilmente y otros no; los hay ligeros, pesados, duros, blandos, más o menos frágiles.... Cabe pues plantearse:  ¿La diversidad de propiedades existente se debe a que las sustancias que forman los diferentes materiales son esencialmente distintas o, por el contrario, por debajo de tanta diversidad, existe una estructura íntima común a todas ellas y capaz de explicar no solo las semejanzas que pueda haber, sino también las diferencias?

 

Si por debajo de tanta diversidad de propiedades existiera una estructura básica común para toda la materia, deberían existir también algunas propiedades comunes a todas las sustancias. Esta idea nos llevará a estudiar propiedades como la masa, el peso, el volumen y la densidad y a comprobar que dichas propiedades afectan a toda la materia ordinaria (incluyendo a los gases). Finalmente nos plantearemos ¿Cómo podría ser la materia por dentro para poder explicar las propiedades observadas? Esta pregunta nos conducirá al establecimiento de un: Modelo corpuscular de la materia.

Una vez elaborado el modelo corpuscular podemos preguntarnos cómo son esas partículas sumamente pequeñas de que están compuestas todas las sustancias. Para ello, en primer lugar, veremos cómo se presenta habitualmente la materia ordinaria (mezclas, sustancias simples, compuestos y disoluciones) y en segundo lugar el comportamiento y propiedades de los gases. Todo ello nos conducirá a la Teoría atómica y molecular de la materia. Estudiaremos en qué consiste dicha teoría y cómo es posible explicar con ella muchos de los problemas planteados.

 

Tras establecer que toda la materia ordinaria está compuesta por átomos, podemos preguntarnos cómo son esos átomos. ¿Qué es lo que diferencia a unos átomos de otros? ¿Se trata de partículas elementales o, por el contrario, tienen alguna estructura interna? Es decir, nos vamos a plantear: ¿Cómo son los átomos por dentro?

 

La comprensión de la estructura de los átomos resulta fundamental para poder entender mejor cómo pueden unirse unos a otros para formar los millones de sustancias distintas existentes, así como la diversidad de sus propiedades (problemas estructurantes iniciales). Todo ello dará lugar al estudio del Enlace químico.

 

La estructura interna de los átomos y la existencia de diferentes tipos de enlace entre ellos nos habrá permitido contestar muchas preguntas, aunque todavía quedan algunas pendientes o pueden surgir otras nuevas: ¿Cómo explicar los cambios en los que, a partir de unas sustancias de partida, se pueden obtener otras sustancias distintas con propiedades que pueden ser muy diferentes a las de las sustancias iniciales? Avanzar en este problema supone elaborar con cierto detalle un modelo de reacción química y ponerlo a prueba analizando si es capaz de explicar toda una serie de hechos experimentales y resolver también nuevos problemas como, por ejemplo: ¿se puede favorecer una reacción química y hacer que transcurra más deprisa?, ¿podemos predecir la cantidad de una cierta sustancia que podremos obtener en una reacción química?, etc. Todo ello conforma el tema de Reacciones químicas...

 

Por otra parte, las abundantes situaciones problemáticas que se plantean en los libros, se hacen con el propósito explícito de que alumnos y alumnas desarrollen unos conoci­mientos científicos, entendiendo ese saber en sentido amplio: no sólo conceptos, leyes, principios fundamentales, etc., sino también contenidos de tipo metodológico (cómo se hace ciencia) y axiológico (qué interés tiene).  Hemos tratado de presentar todos ellos integrados y de forma funcional; las actividades prácticas, por ejemplo, no se plantean separadas, como simple ilustración de la teoría vista anteriormente, sino en el momento en que surge un problema que puede dar lugar a una investigación experimental que interese realizarla. A modo de ejemplo, se reproduce una de las prácticas propuestas en 1º de bachillerato (sobre el tiro horizontal):

 

... En el estudio anterior analizamos el  movimiento de caída de “graves” considerando úni­camente una trayectoria vertical. sin embargo, existen otros movimientos más complejos, como el de proyectiles, cuya naturaleza podemos investigar. El propio Gali­leo en el siglo XVII se planteó el estudio de este tipo de movimientos, llegando a obtener algunos re­sultados de carácter general. El tema presentaba un indudable interés práctico debido funda­mentalmente a la importan­cia crecien­te de la artillería en aquella época. En la actualidad, los conocimientos sobre este tipo de movimientos, siguen utilizándose en el lanzamiento de pro­yectiles, puesta en órbita de satélites, suministro de víveres desde aviones, etc.

 

 

 

Para hacer el problema del tiro horizontal más abordable, no tendremos en cuenta la fricción con el aire y supondremos que tanto el alcance máximo como la altura de lanzamiento son lo suficientemente pequeños como para  despreciar la curvatura terrestre y considerar la acelera­ción de la gravedad como un vector constante (módulo, dirección y sentido), durante todo el trayecto.

 

Proponed algún ejemplo de movimiento que pueda considerar­se como "tiro horizontal".

 

Existen numerosos ejemplos de tiro horizontal en la vida diaria, como el de un chorro de agua que sale horizontalmente por una manguera, la caída de una bola que rueda por la superficie de una mesa, un disparo de cañón desde lo alto de una torre, el movimiento de un objeto que se deja caer desde un avión en pleno vuelo (que también sería visto como un tiro horizon­tal por las personas situadas en tierra), etc.

 

Proceded a realizar un tiro horizontal lanzando un objeto pequeño y emitir hipótesis acerca del tipo de movimiento implicado con el fin de explicar la trayectoria descrita.

 

Al realizar la experiencia vemos que el objeto lanzado avanza al mismo tiempo que cae. Este hecho lo interpretó Galileo como la superposición de dos movimientos, uno horizontal debido a la velocidad inicial con que se lanzó y otro vertical debido al peso del cuerpo. (Si no hubiese gravedad el objeto seguiría moviéndose en línea recta según la horizontal).

 

¿Qué cabe esperar que ocurra con la velocidad del objeto según la horizontal?, ¿irá disminuyendo conforme el objeto avance o se mantendrá constante?

 

Galileo contestó a la pregunta anterior afirmando que la velocidad según la horizontal no se vería afectada (recordemos que estamos suponiendo el rozamiento con el aire despreciable). Para él intervenían dos movimientos simples, uno según la horizontal: el movimiento rectilíneo y uniforme (MRU) que tendría el proyectil si no pesara, y el otro según la vertical: el movimiento rectilíneo y uniformemente acelerado (MRUA) que tendría el proyectil si se hubiera dejado caer desde lo alto de la torre. De acuerdo con Galileo, ambos movimientos se superponían sin interferirse el uno al otro. Con ello no hizo sino "analizar" un problema complejo con el fin de hacer posible su estudio.

 

Si la hipótesis anterior fuese correcta ¿qué pasaría con el tiempo empleado por el proyectil en llegar al suelo cuando se lanza horizontalmente y cuando, en lugar de ello, se deja caer desde el mismo punto? ¿Serían distintos o iguales?

 

Si efectivamente el tiro horizontal pudiera considerarse como la superposición de dos movimientos simples (rectilíneo y uniforme de avance y rectilíneo uniformemente acelerado de caída) sin que se interfieran entre ellos, dichos tiempos tendrían que coincidir, independientemente de la velocidad con que se hubiera lanzado horizontalmente el proyectil. En palabras del propio Galileo:

 

“... Si desde lo alto de una torre disparásemos con un cañón horizontalmente contra un blanco, según fuera la carga de pólvora, el proyectil caería a tierra unas veces a mil yardas, otras a cuatro mil, otras a diez mil, etc., pero siempre invertiría el mismo tiempo en llegar al suelo, que coincidiría con el que tardaría en caer la bala desde la boca de la pieza hasta el suelo si, falta de impulso, lo hiciese según la vertical. Parece pues cosa admirable que en el mismo intervalo de tiempo invertido en la caída perpendicular a tie­rra desde una altura, digamos, de 100 yardas, balas iguales disparadas violentamente serían capaces de recorrer cuatrocientas, mil y aun diez mil yardas".

 

Proponed algún diseño experimental fácil de realizar con el que se pueda comprobar la igualdad de tiempos mencionada.

 

Una posibilidad sería efectuar un tiro horizontal con un proyectil lanzado desde una cierta altura. A continuación dejarlo caer desde el mismo punto según la vertical y comparar los tiempos de caída obtenidos para comprobar si son iguales. No obstante este diseño, a no ser que se disponga de material adecuado, puede no ser fácil, debido a que los brevísimos tiempos de caída impiden tomar medidas con la suficiente precisión, por lo que necesitamos deducir a partir de esa supuesta igualdad de tiempos alguna consecuencia que podamos medir mejor:

 

Si el tiempo que tarda en lle­gar al suelo un proyectil lanzado horizontalmente, es el mismo que el que tardaría dejado caer verticalmente desde la misma altura, se pueden escribir las ecuaciones  x=x(t) para el movi­miento horizontal e y=y(t) para el vertical, eliminar "t" entre ambas y obtener así la ecuación del movimiento y=y(x). Mediante dicha ecuación podemos relacionar, por tanto, la altura “h” desde donde se hace el lanzamiento con el alcance “A” correspondiente (distancia entre el  punto de impacto contra el suelo y la base de la “torre”) y comprobar si los datos experimentales se ajustan o no a ella.

 

Haced operativa la hipótesis de Galileo, escribiendo x=x(t) e y=y(t) para los supuestos movimien­tos de un tiro horizontal y a continuación obtened la ecuación de la tra­yectoria y= y(x) por eliminación del tiempo entre ambas.

Aplicando la ecuación del movimiento uniforme para el desplazamiento según el eje X en el que x0 = 0, t0 = 0, at = 0 y v = v0, obtenemos que:  

 

x = v0·t   (1)

 

Para el movimiento según la vertical tendríamos que y0 = h, t0 = 0, at = -g, y v0 = 0, con lo que la posición en cualquier instante vendría dada por:

 

y = h – gt2/2    (2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Despejando el tiempo “t” en la ecuación (1) y sustituyendo en la (2) obtenemos  

 

En el instante en que el proyectil choque contra el suelo ocurre que y = 0 y que x = A (alcance), de modo que haciendo y = 0  y x = A en la expresión anterior, obtenemos:

 

   y finalmente: h = k·A2  en donde k será una constante de valor

 

 

Diseñad, un experimento sencillo mediante el que se pueda contrastar si la relación entre la altura h de un tiro horizontal y el alcance A se ajusta o no a la ecuación h = k·A2

 

Podemos pensar en el lanzamiento horizontal de una pequeña es­fera metálica (con el fin de poder ignorar el efecto del rozamiento con el aire) desde diferentes alturas h, manteniendo constante v0 y midiendo en cada caso el alcance A, correspondien­te.

 

h (m)

A (m)

A2(m2)

   h1                A1               

    .                  .                  .

    .                  .                  .

    hn                An              

Podríamos realizar, por ejemplo, 5 lanzamientos desde 5 alturas distintas y tomar los datos necesarios para construir una tabla como la adjunta. Una vez que dispongamos de ellos, de ser cierta la hipótesis, la representación gráfica de los valores de la altura h frente a los de A2 debería de ajustarse a una línea recta. Sin embargo, antes de comenzar a tomar medidas quedan algunos problemas “técnicos” que conviene tratar de solucionar.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Una forma sencilla de hacer que la velocidad con que se lanza la bolita se mantenga constante consiste en utilizar un pequeño plano inclinado o rampa sobre la que se dispondría la bolita siempre en la misma posición. Dicha rampa hay que colocarla sobre una plataforma horizontal (la de lanzamiento), siempre en el mismo lugar. Para conseguir una altura variable se puede desplazar la plataforma horizon­tal bien deslizándola por un soporte vertical de los que existen en los  laboratorios, o simplemente utilizar varios objetos o cajas rígidas que se van superponiendo. Otra opción es hacer que la superficie sobre la que cae el objeto pueda situarse en diferentes alturas. Finalmente, para la medida de los alcances, se puede utilizar un papel de calco sobre un papel blanco o milime­trado que se encuentra en una posición fija respecto al punto de lanzamien­to.

Conviene realizar cada lanzamiento al menos tres veces y, en el caso de que las señales de impacto de la bolita sobre el papel se encuentren en puntos distintos, tomar como valor más representativo del alcance el valor medio. En la figura adjunta se propone un posible diseño en el que para obtener distintas alturas se ha recurrido simplemente a disponer unas cajas encima de otras, de forma que basta con variar el número de cajas.

 

 

Proceded a la realización del experimento. A continuación elaborad una memoria del trabajo práctico realizado en la que se detalle al menos: qué problema nos hemos planteado, cuáles han sido las hipótesis y sus consecuencias directamente contrastables, el diseño experimental, las tablas de resultados y el análisis de los mismos.

 

Los resultados obtenidos parecen confirmar la posibilidad de descomponer el movimiento de un objeto que se lanza horizontalmente en otros dos tal y como puso de manifiesto Galileo. Sin embargo, en la actualidad, es posible estudiar el tiro horizontal como el movimiento de un cuerpo en el que la trayectoria no se conoce de antemano (lo que exige la utilización de magnitudes vectoriales).

Obtened las magnitudes características (aceleración, velocidad y vector de posición) correspondientes al movimiento de un cuerpo lanzado horizontalmente.

 

En el instante en que se lanza el cuerpo (t0 = 0) las magnitudes características del movimiento presentan los siguientes valores:= (0 , -g);   = (v0 , 0);  = (0 , h) y en otro instante posterior cualquiera (comprendido entre el lanzamiento y el momento en que el cuerpo choca contra el suelo) serán:

 

= (0 , -g);  = (vx , vy);  = (rx , ry)

 

Como vemos, el vector aceleración permanece constante.

 

¿Significa esto que el tiro horizontal es un movimiento uniformemente acelerado? 

 

Es fácil ver que al ser la trayectoria curvilínea la tangente y la normal están cambiando constantemente de dirección y como el vector  es siempre el mismo, sus componentes tangencial y normal irán cambiando, de modo que la aceleración tangencial será variable por lo que este movimiento no es uniformemente acelerado, sino variado.

 

 

¿Cómo podemos conocer en este caso las magnitudes características del movimiento?

 

En este caso conocemos el vector  y a partir del mismo tendremos que calcular la velocidad y la posición. Una forma sencilla de hacerlo es trabajar con las componentes cartesianas escalares por separado:

 

ax = 0;  t0 = 0,  vx0 = v0;  rx0 = 0

ay = -g;  t0 = 0;  vy0 = 0;  ry0 = 0

 

Si nos fijamos en los datos de la componente X veremos que coinciden con los de un punto que se desplaza a lo largo de Ox+ con un MU, de modo que aplicando las expresiones ya conocidas para este movimiento obtendremos que: vx = v0;  rx = v0 · t

 

En cuanto a la componente Y, los datos coinciden con los de un punto que se desplaza a lo largo del eje Oy+ con un MUA y, en consecuencia: vy = -gt;  ry = h - gt2/2

 

De acuerdo con lo anterior, las magnitudes características de este movimiento serán:

;   ;   

 

 

Mediante las dos últimas expresiones es posible calcular la velocidad y la posición del cuerpo lanzado horizontalmente en cualquier instante...

 

Especialmente en los libros de 3º de ESO y de 4º de ESO, se proponen muchas actividades experimentales que pueden realizarse con materiales de uso cotidiano planteadas en forma de indagación y a las que se atribuye una gran capacidad para motivar hacia el estudio de las ciencias. Este es el caso, por ejemplo, de los contenidos de electrostática de 3º de ESO:

 

 

... Diseñad algunos instrumentos sencillos y suficientemente sensibles para la detección de pequeñas fuerzas eléctricas y, a continuación, proceded a su construcción.

 

Dos instrumentos sencillos son el péndulo eléctrico y el versorio. Pueden fabricarse buenos péndulos eléctricos con esferas de corcho blanco de embalar. Para evitar que se descarguen rápidamente es conveniente que no tengan puntas o aristas y que estén recubiertos de pintura metálica ("purpurina"). También puede utilizarse una pequeña lámina plana de papel de aluminio (usado a menudo para envolver alimentos). Como varilla vale una simple pajita de las que se usan para beber refrescos y como soporte un trozo de plastilina (mejor si esa plastilina la metemos en algún pequeño recipiente de fondo plano). La bolita de corcho blanco o la laminilla plana de papel metálico, se cuelgan del soporte mediante un hilo fino (preferiblemente de seda).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

El primer versorio, fue diseñado y utilizado por Gilbert que fue quien estudió e intentó distinguir los fenómenos eléctricos de los magnéticos.

 

Se puede construir un versorio sencillo mediante un lápiz con punta afilada, un trozo de plastilina, un tubo de ensayo y una lámina de corcho blanco, dispuestos como se sugiere en el esquema anterior. Calentando suavemente el fondo de un tubo de ensayo y aplicándolo al centro del corcho blanco es posible hacer un poco de hueco donde encajarlo (en caso necesario se puede poner también un poco de plastilina para que quede más fijo). Con un montaje como este, el conjunto formado por el tubo de ensayo, la plataforma de corcho y el objeto que se disponga sobre ella, puede girar fácilmente bajo la acción de fuerzas muy pequeñas. Así ocurre por ejemplo cuando se coloca encima del corcho una regla de plástico y se acerca a uno de sus extremos la parte previamente frotada de otra regla.

 

Utilizad péndulos eléctricos y versorios  para averiguar:

a) Qué sustancias se electrizan por frotamiento y cuáles no.

b) Qué ocurre al acercar un cuerpo electrizado a otro neutro (no electrizado).

c) Qué ocurre al acercar dos cuerpos electrizados.

 

La utilización sistemática del versorio y el péndulo eléctrico (junto con paños de seda y paños de lana para frotar con ellos distintos materiales, como plástico, vidrio, metal, etc.) permite constatar que:

 

a) Por lo que se refiere a la primera cuestión, se habrá comprobado que algunos materiales (plásticos, corcho blanco, lacre, papel ...) son fáciles de electrizar por frotamiento (intenso) con el paño de lana. Otros (como el vidrio) resultan difícilmente electrizables al frotar con lana, pero no tanto cuando se frotan con unpaño de seda o con "piel de gato". Finalmente, los objetos metálicos no parecen electrizarse por frotamiento. Además, en los objetos electrizados sólo se observa la existencia de la propiedad eléctrica en la zona que se ha frotado y no en el resto del objeto.

           

b) En cuanto a qué ocurre al acercar un cuerpo electrizado a otro "neutro" (por ejemplo colocado sobre el versorio), sin que exista contacto (¡sin saltar chispas!), se encuentra que siempre hay atracción, sin importar el tipo de material del objeto "neutro". Más aún, cuando es el objeto electrizado el que se coloca en el versorio, puede comprobarse cómo al acercar la mano, gira el versorio, manifestando la existencia de fuerzas eléctricas entre nuestro cuerpo y el objeto electrizado. Parece pues, que los objetos electrizados atraen a todos los materiales no electrizados (por supuesto con una intensidad variable). El fenómeno no se limita sólo a los materiales que se encuentran en estado sólido, sino que también se presenta en líquidos y gases. Así, por ejemplo, podemos comprobar que al acercar un objeto electrizado (como un peine que se ha pasado varias veces por el pelo) a un hilo de agua muy fino, éste es desviado espectacularmente.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c) Por lo que respecta a las acciones entre cuerpos electrizados, es fácil comprobar que puede haber atracción o repulsión. Así, utilizando el versorio, podemos constatar que los objetos del mismo material frotados con el mismo paño se repelen entre sí. Pero, al acercar una varilla de vidrio y una de plástico previamente frotadas con distintos paños se produce atracción. En un principio, podríamos pensar que la atracción es del mismo tipo que la que hay entre un cuerpo neutro y otro electrizado, sin embargo, ello no es así ya que, en primer lugar ambos objetos están electrizados (lo que podemos comprobar simplemente acercándolos al péndulo eléctrico) y además se nota a simple vista que la atracción es mucho más intensa que cuando sólo se frota uno de ellos.

 

Por otra parte, utilizando el péndulo eléctrico construido con una laminilla metálica que cuelga de un hilo, podemos comprobar que, al acercar el extremo frotado de una regla de plástico a dicha laminilla se produce una atracción que, tras un breve contacto, va seguida de una repulsión muy evidente.

 

Otra forma de detectar  pequeñas fuerzas eléctricas es mediante la utilización de objetos que puedan rodar fácilmente por una superficie lo más lisa posible. Uno de tales objetos puede ser una lata metálica de refrescos vacía, colocada sobre la superficie de una mesa o banco de trabajo. Si se deja allí en reposo y le aproximamos el extremo de una regla de plástico previamente frotado con un paño, se puede ver lo fácilmente que rueda la lata atraída por el extremo electrizado de la regla.

 

 

 

También es fácil ver que la intensidad de las fuerzas eléctricas disminuye rápidamente con la distancia entre los objetos cargados ya que, en muchas ocasiones, las acciones entre los objetos electrizados sólo se notan si la distancia es lo suficientemente pequeña.

 

Todos los fenómenos anteriores forman un conjunto de características muy importantes del comportamiento eléctrico de los materiales. Vamos ahora a abordar la cuestión de si es posible o no, electrizar un objeto por algún procedimiento distinto del frotamiento.

Sugerid alguna forma de electrizar objetos distinta del frotamiento y llevadla a cabo

 

Podemos pensar en tocar con un cuerpo electrizado a otro sin electrizar y comprobar después si éste último adquiere la propiedad eléctrica. Así, cuando tocamos a la laminilla metálica de un péndulo eléctrico, con una varilla de plástico electrizada, hemos podido comprobar que la atracción inicial va seguida de una repulsión notable. Si, a continuación, tocamos la laminilla metálica con la mano, la repulsión desaparece y vuelve a ser atraída por el extremo frotado de la varilla de plástico. Este fenómeno sugiere que los metales sí que pueden ser electrizados y que, quizás, el hecho de que no podamos electrizarlos cuando los sujetamos con la mano y los frotamos con un paño se deba a que los metales (al contrario de otros materiales, como el plástico) transmiten fácilmente la propiedad eléctrica, que en este caso pasaría desde el metal a nuestro propio cuerpo y de él (que también sería un buen transmisor de la propiedad eléctrica) al suelo. En tal caso, es posible que, si interponemos entre una varilla metálica y nuestra mano un material, que no transmita la propiedad eléctrica tan bien como lo hacen los metales (por ejemplo madera, plástico o corcho), sí que podamos electrizar dicha varilla por frotamiento.

 

Comprobad (tomando las precauciones necesarias) que es posible electrizar un objeto metálico. Construid un electroscopio siguiendo las indicaciones que se dan a continuación y manejadlo utilizando varillas de plástico y de vidrio frotadas.

 

Efectivamente, basta usar un destornillador con mango de madera o plástico y un buen péndulo eléctrico (de laminilla metálica). Si frotamos intensamente el extremo del destornillador con un paño de lana, podemos apreciar cómo atrae muy ligeramente a la laminilla metálica. El efecto es mucho más perceptible si, en lugar de un destornillador, utilizamos algo que no tenga puntas como, por ejemplo, una lámina metálica circular sujeta a un mango de madera o plástico.

 

 

Otra experiencia que muestra que los metales transmiten bien la propiedad eléctrica y, si están bien aislados, se pueden electrizar, consiste en la fabricación de un electroscopio sencillo. Para ello se precisa un vaso de plástico transparente, un poco de plastilina, un poco de alambre grueso (vale un clip grande) y papel de aluminio. Con el alambre atravesaremos el vaso tal y como se indica en la figura, sujetándolo con plastilina. La parte inferior del alambre está doblada para aguantar una pequeña lámina rectangular y doblada por la mitad de papel de aluminio, mientras que, en el extremo superior, insertaremos una bola de papel de aluminio lo más esférica y compacta posible.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Al acercar a la bola una regla de plástico previamente frotada, sin tocarla, se puede ver como las laminillas de aluminio que hay dentro del vaso se separan y, al alejar dicha regla, vuelven a su posición original. Sin embargo, si tocamos la bola con el extremo de la regla frotado, podemos observar que las laminillas quedan separadas (se han electrizado), para volver a su posición original en cuanto tocamos la bola con nuestra mano.

 

A la vista de todas las experiencias realizadas hasta aquí, podemos concluir que la propiedad eléctrica es general a toda la materia, si bien hay materiales que la transmiten muy bien (conductores, como los metales) y otros muy mal (aislantes, como el plástico, madera, vidrio, etc.). Si esto es así, habrá que ver si el modelo de átomo con el que trabajamos anteriormente es capaz, o no, de explicar de forma satisfactoria los fenómenos que hemos observado ...

 

Con estos libros se ha procurado que se pueda aprender ciencia a través de una meto­dología coherente con la naturaleza de la ciencia y las características fundamentales del tra­bajo científico. Así, por ejemplo, se hace hincapié en la utilización de los principios (como el de la conservación de la energía) que pueden aplicarse al estudio de numerosos y diversos cambios, la búsqueda de regularidades, de expresiones generales, de puentes y conexiones entre dominios que aparecían históricamente como esencialmente distin­tos, etc. También se trata de familiarizar progresivamente al alumnado con la emisión de hipótesis; el diseño de experimentos; el análisis crítico de resultados; las relaciones existentes entre ciencia, tecnología, sociedad y medio ambiente, etc. En los párrafos siguientes se reproduce un texto sobre el impacto medio-ambiental de los vehículos a motor, incluido en el tema de cinemática de 4º de ESO:

 

... El número total de automóviles en circulación en todo el mundo supera ya los 1000 millones. La inmensa mayoría de ellos funcionando mediante combustibles derivados del petróleo. Se estima que por cada litro de carburante que se quema, se emiten a la atmósfera alrededor de 2’5 kg de CO2 (el gas que más contribuye al aumento del efecto invernadero). El tráfico urbano produce aproximadamente el 40 % de estas emisiones.

 

Si las cosas no cambian, se prevé que para el 2040 el parque automovilístico mundial se habrá duplicado respecto al que había en 2008, lo que supondrá una enorme demanda de combustibles y un impacto brutal sobre el medio ambiente; no sólo por el CO2 emitido (que ya es demasiado), sino también por la emisión de otros contaminantes (como humos, óxidos de nitrógeno y de azufre) asociados a enfermedades respiratorias, la construcción de muchas más carreteras y autovías, ciudades con más ruidos debidos al tráfico rodado, más atascos y accidentes, etc.

 

Sólo en España, el consumo anual de gasolinas y gasóleo superaba (a fecha de 2011, en plena crisis económica) los 25 millones de toneladas al año. El transporte por carretera representa en nuestro país el 34 % del consumo total de energía. La mayor parte del transporte de mercancías se realiza por carretera. El 44 % de los vehículos que circulan por carretera son particulares mientras que el resto corresponde a transporte colectivo (autobuses) y de mercancías (camiones). 

 

En lo que respecta a la Unión Europea , el transporte aéreo y por carretera supone un 70% del consumo anual de petróleo. La aviación consume más carburante por km que cualquier otro medio de transporte.

 

Los datos anteriores dibujan un panorama bastante preocupante en cuanto al impacto de los vehículos a motor en el medio ambiente.  Sin embargo, no parece posible hoy en día una sociedad no motorizada. ¿Qué medidas podrían tomarse para intentar disminuir dicho impacto?

 

Son muchas las medidas que podrían llevarse a cabo como las que, a modo de ejemplo, se citan a continuación:

 

ü  Aumentar la  investigación en motores más eficientes (menor consumo) y menos contaminantes, que sustituyan a los existentes.

ü  Impulsar el uso del transporte colectivo como los autobuses, tranvías y metro en las ciudades y el ferrocarril en recorridos interurbanos.

ü  Favorecer el uso de la bicicleta.

ü  Penalizar el uso de vehículos de gran cilindrada (más impuestos) y particularmente de los todoterrenos que se usan como vehículos privados en las ciudades.

Naturalmente la implantación efectiva de las medidas anteriores y otras que puedan pensarse (como reducir los límites máximos de velocidad), no es una tarea sencilla. Para empezar, hay que tener en cuenta el modelo económico actual y la existencia de fuertes intereses en contra, como los de las grandes compañías petroleras o las multinacionales del automóvil. Por otra parte, existe una enorme presión mediática que nos incita continuamente al hiperconsumo y, consecuentemente, a cambiar el coche por otro más potente, a tener varios, a usarlos sin necesidad…

 

En cada uno de los temas, los contenidos responden a una serie de activida­des (normalmente redactadas en cursiva) secuenciadas de tal forma que su resolución progresiva permite ir elaborando dichos contenidos. Para que el libro sea realmente útil, las respuestas a las actividades se encuentran, en general, a continuación de las mismas. Sin embargo ello no impide que, aquellos profesores que lo deseen, puedan servirse de los enunciados de tales activida­des (u otras similares) para proponerlas a sus alumnos distribuidos en pequeños grupos de trabajo (por eso normalmente hemos utilizado el plural en el enunciado de las mis­mas). En cualquier caso pensamos que, incluso cuando se utiliza el  libro para estudiar en casa, conviene que después de leer cada actividad se haga una pausa tratando de re­solverla, de avanzar en lo que en ella se plantea argumentando una posible respuesta y luego se coteje lo que se haya hecho con la información existente en el texto al respecto.

 

Hemos puesto especial cuidado en que los contenidos del tema y su secuenciación res­pondan a problemas planteados al comienzo y, que de esa forma, se pueda ir progre­sando en la adquisición de un cuerpo de conocimientos de física y química dotado de una cierta globalidad y coherencia, que constituya una base sólida sobre la que apoyarse para el curso siguiente. Al final de cada tema se proponen siempre una serie de problemas, ejer­cicios y cuestiones (incluyendo los resultados numéricos), ordenados de manera que con ellos se vuelve a hacer un barrido de lo que se ha tratado a lo largo del capítulo desde el comienzo al final.

 

En cuanto a los conceptos científicos, siempre que ha sido posible se han introducido primero de forma cualitativa. Se ha resaltado el significado físico, el campo de validez de las expresiones manejadas, aplicaciones de interés, etc. Se ha tenido en cuenta la existencia de posibles ideas alternativas, y confusiones que suelen darse res­pecto de diversos conceptos como fuerza, calor, mol, etc. También hemos tenido especial cuidado en adecuar el contenido de cada curso a la edad y conocimientos previos del alumnado correspondiente. En definitiva, se ha tratado de afrontar los diversos obstáculos o barreras que pueden dificultar el aprendizaje.

 

 

Un alumno piensa que si coge una manguera vacía, se introduce uno de sus extremos en la boca y se sumerge en una piscina sujetándose al fondo, podrá respirar sin problemas. Por lo visto, esto mismo es lo que piensa Ibáñez, el genial dibujante del cómic que se reproduce a la derecha.

 

Esperamos que, con todo lo que habéis aprendido ya, seáis capaces de explicar por qué no sería posible respirar así (se puede comprobar experimentalmente). ¿Cómo respiran entonces los buceadores?

En los enunciados de los problemas se intenta  huir de la abstracción y relacionarlos, siempre que ha sido posible, con aspectos reales concretos que puedan tener interés o ser capaces de despertarlo entre los estudiantes.

 

Los ácidos pueden reaccionar con hidróxidos metálicos (sustancias básicas), dando una sal y agua, de modo que sus propiedades ácidas queden neutralizadas. En el problema siguiente se trata uno de estos casos:

Un enfermo de úlcera de estómago se toma un medicamento a base de hidróxido de aluminio para neutralizar la acidez (debida al ácido clorhídrico presente en los jugos gástricos). La ecuación que representa esa neutralización es:

 

                                   Al(OH)3 + 3HCl  ¾® AlCl3 + 3H2O

 

Suponiendo que eres su médico y que cada día su estómago recibe 3 litros de jugo gástrico con una concentración de HCl de 0’08 moles/l. ¿Cuántos cm3 de un medicamento consistente en una disolución de Al(OH)3 de concentración 0’8 moles/l le recetarías para que se tomase cada día?  Rdo. 100 cm3

 

Se hace hincapié de la necesidad de aprender a desarrollar actuaciones respe­tuosas con el medio ambiente, incluyendo enunciados relacionados con el tema, advir­tiendo de la peligrosidad ambiental de algunas sustancias que se usan en el laboratorio y recomendando utilizar las menores cantidades posibles.

 

Resaltar también el uso del lenguaje del cómic en algunas actividades. Pen­samos que es un buen recurso didáctico por su capacidad de motivación (entre otras cosas). En cuanto a las gráficas e ilustraciones incluidas en los temas, en general han sido elaboradas por nosotros y con la intención de que guarden la mayor relación posi­ble con el texto. Además, hemos procurado que en ellas se refleje un adecuado trata­miento de la diversidad, incluyendo, en su caso, mujeres y hombres, de distinto color, con alguna discapacidad, etc.

 

¿Con qué velocidad inicial (módulo y dirección) tendrá que lanzar el jugador de básquet de la figura la bola, para que pueda entrar en la canasta y hacer un triple?

 

La distancia entre la vertical de la bola y vertical de la canasta es de 6’25 m. La bola sale desde 1’6 m de altura y la canasta está a 3 m sobre el suelo.

 

Rdo. v0 = 12'94 m/s,  φ = 24'13º

           

 

En los temas se incluyen algunos problemas resueltos detalladamente y, particularmente en los cursos de bachillerato, dicha resolución intenta, siempre que es posible, ajustarse a una metodología acorde con el propio proceso de investigación científica (en la que se hallen presentes hipótesis, interés del problema, posibles estrategias de resolución, análisis del resultado, etc.), ya que pensamos que se trata de una forma excelente para aprender a resolver verdaderos problemas. A título de ejemplo se reproduce a continuación un problema del tema de Campo Gravitatorio de la Física de 2º de Bachillerato:

 

Se deja caer un cuerpo desde una gran altura. ¿Cuál será su rapidez en el instante en que choque contra el suelo?

 

Vamos a manejar el sistema formado por un cuerpo de masa m (considerado puntual) y la Tierra (a la que consideraremos inmóvil). Supondremos que el cuerpo se halla a una altura inicial h lo bastante grande como para que no se pueda considerar constante a la aceleración de la gravedad.

 

En cuanto lo soltemos, el cuerpo caerá sometido a la acción de la fuerza gravitatoria ejercida por la Tierra. Como dicha fuerza siempre va dirigida hacia el centro del planeta, el cuerpo tendrá un movimiento rectilíneo hacia el centro de la Tierra, aumentando su velocidad respecto de la Tierra (aunque no de manera uniforme ya que F no es constante sino que va aumentando conforme el cuerpo se acerca a la Tierra). Se trata pues de un movimiento variado y, como consecuencia, la determinación cinemático-dinámica de la rapidez al llegar al suelo, no es muy sencilla).

 

 

RT

h

m

mT

rA

A

RT

m

mT

RT

m

mT

B

¿vB?

vA=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

No obstante, cabe esperar que la rapidez v con la que choca, para una masa  y un radio de la Tierra que tienen unos valores dados, dependerá de la altura inicial h desde la que se suelte de modo que v aumentará cuanto mayor sea h. Es evidente que si h fuera 0 la v valdría 0. Además, en el caso de que la altura fuese lo bastante pequeña como para que pudiésemos considerar constante la aceleración de la gravedad, el objeto llevaría un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado y la rapidez valdría:  v =  en donde g0 tendría el valor de la aceleración de la gravedad al nivel del mar (9’81 m/s2).

 

Se trata de un problema que tiene un indudable interés en el tema de lanzamiento de satélites, proyectiles, e incluso el posible impacto de meteoritos.

 

En el sistema considerado no hay fuerzas exteriores y, por tanto, el trabajo exterior es 0. Además, por tratarse de una masa puntual, no se produce calor.

 

Dado que el trabajo exterior es 0, y no hay calentamiento, podemos concluir que, aunque cambie la energía cinética y la energía potencial del sistema, la suma de ambas (energía mecánica) permanecerá constante. Por tanto, una forma sencilla de obtener la rapidez pedida sería aplicar la expresión Wext = DE  (donde  E = Ec + Ep), tomando como estado inicial (A) del sistema cuando se suelta el cuerpo y como estado final (B) la situación del sistema en el momento en que el cuerpo impacta contra el suelo.

 

Llamando mT y RT a la masa y radio de la Tierra respectivamente:  Wext = DE  como Wext = 0  ® 

 

DE = 0 ®DEc + DEp = 0  ®  = 0  ®  .   

 

Teniendo en cuenta que GmT =   y que   rA = RT + h: 

.     Dividiendo arriba y abajo por h obtenemos que:  

 

 

Tras esta resolución literal del problema, podemos sustituir los datos numéricos que nos den y obtener el valor de la rapidez que se demanda. Así, por ejemplo, para una altura igual al radio de la Tierra (6370 km) y suponiendo conocido g0, se obtendría vB = 7905’0 m/s

 

Si nos fijamos en la última expresión obtenida, podemos ver en primer lugar que es dimensionalmente homogénea (L/T en ambos miembros); si no lo fuese es seguro que el resultado sería incorrecto. Por otra parte, tal y como habíamos supuesto, cuanto mayor sea el valor de h, mayor es el valor de la rapidez con que el cuerpo choca contra el suelo.

 

En cuanto a los casos límite considerados, es evidente que si h = 0 la vB = 0. Además si h es muy pequeño frente a R, podemos despreciar el 1 del denominador frente a R/h con lo que nos quedaría:

 

 

que es, precisamente, el resultado obtenido cuando se puede hacer la simplificación de suponer que el movimiento de caída es un movimiento rectilíneo y uniformemente acelerado.

 

El resultado obtenido también nos permite percatarnos de algo que al comienzo no sabíamos. En principio, cabe pensar que cuanto más lejos de la Tierra se “deje caer” al cuerpo, mayor será la rapidez con que impactará contra el suelo. Ahora bien: ¿Se trata de un proceso que no tiene ningún límite? En otras palabras: ¿la rapidez del impacto crece indefinidamente con la distancia h?

 

El resultado literal obtenido nos permite contestar a esta importante cuestión ya que resulta evidente que cuando h ®¥, la vB ® , de modo que, si suponemos RT = 6370 km, obtenemos que la máxima rapidez de impacto resulta ser de unos 11’2 km/s (40320 km/h).

 

Naturalmente los resultados y conclusiones a que hemos llegado sólo son válidos para las condiciones que hemos considerado imperantes en el problema. En la realidad no se puede ignorar la fricción con la atmósfera, con lo que el problema podría proseguir introduciendo este factor y viendo cómo afectaría a los resultados.

 

Todos los libros se revisan cada curso académico corrigiendo los (inevitables) fallos detectados e introduciendo algunos cambios para su mejora. En el caso de Física de 2º de Bachillerato, se incluyen también los problemas más relevantes que van apareciendo en las sucesivas pruebas de selectividad.

 

Dado que los textos abarcan desde 3º de ESO a 2º de Bachillerato en un proyecto común, existe una coherencia en la forma de presentar y tratar sus contenidos, lo que redunda en una mejor comprensión por parte de los alumnos cuando pasan de un curso al siguiente.

 

Finalmente indicar que hemos preferido claridad y detenimiento en los contenidos (que no comple­jidad) a un tratamiento superficial (que no sencillo) de muchos contenidos diversos con escasas explicaciones  y muchas figuras de colores que, la mayor parte de las veces, poco aportan a una mejor compresión. Ello hace que, si se quiere sacar provecho de los textos, sea necesario un esfuerzo de lectura atenta y activa al que muchos estudiantes habrán de acostumbrarse, siguiendo las indicaciones pertinentes de sus profesores.

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Física y Química 1º Bachillerato

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Temario elaborado por los propios docentes de la materia, enfocado a optimizar el aprendizaje y desarrollar la materia de forma práctica y útil para profesores y alumnos.

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