3. Ciencias
Física
Natasha Lozano de Swaan
2
El libro Ciencias 2 Física es una obra colectiva, creada y diseñada en el Departamento de
Investigaciones Educativas de Editorial Santillana, con la dirección de Clemente Merodio López.
1
5. Presentación
La palabra ateneo proviene del término griego athenaion, que designaba al tem-
plo de Atenea, en Atenas −Atenea era la diosa griega de la sabiduría, la inteli-
gencia, el ingenio y las artes, entre otros atributos—. En ese templo los poetas,
oradores y filósofos compartían entre ellos sus obras.
Los antiguos ateneos se basaron en la idea de que la cultura hace la paz. Así, el
intercambio de conocimientos, la enseñanza y el aprendizaje pasaban por dife-
rentes etapas antes de alcanzar su cima: el entendimiento entre los ciudadanos.
La serie Ateneo retoma la idea de compartir el aprendizaje con tus compañe-
ras y compañeros, guiados y orientados por su profesor. Para ello, te propone una
gran diversidad de actividades: algunas favorecen el análisis y la reflexión en
equipo y en grupo; en otras, tendrás oportunidad de ejercitarte individualmente.
La combinación de ambas formas de trabajo intenta ayudarte a desarrollar habi-
lidades necesarias para el estudio de la ciencia, por ejemplo la elaboración de
hipótesis y conclusiones, la búsqueda de procedimientos, la capacidad para cola-
borar en equipo, argumentar una idea, entre muchos otros objetivos. Con el fin
de que tú y tu profesora o profesor se familiaricen con las secciones que integran
cada Bloque y el tipo de actividades que encontrarán, les sugerimos que lean la
Estructura de la obra.
En este libro no te planteamos problemas sino retos, que son oportunida-
des para poner en práctica tus habilidades y conocimientos. Para los retos que
resolverás en la sección de proyectos, a realizar por lo general en laboratorio, te
proponemos un esquema que te ayudará a ser cada vez más independiente en el
diseño y elaboración de un experimento. Para los retos numéricos podrás seguir
las sugerencias que se ofrecen para ayudarte a comprender, analizar, realizar y
revisar tus resultados, de manera que puedas determinar si son correctos.
A través de esquemas, podrás acordar con el grupo y el profesor los criterios
para evaluar los temas que incluye el programa y que están distribuidos para
cubrirse en cinco bimestres. Conocer la forma en que serás evaluado, e involu-
crarte en ello, te ayudará a responsabilizarte de tu propio aprendizaje.
Para facilitarte la búsqueda de información, al final del libro incluimos un
índice analítico, un glosario, así como tablas de conversión de unidades y datos
de interés que te servirán durante el curso. La bibliografía contiene títulos que te
ayudarán a ampliar tus conocimientos.
Con esta serie para la educación secundaria, Editorial Santillana, desea
recuperar la manera de compartir el conocimiento que se tenía en el Ateneo y
participar en tu formación, ayudándote a alcanzar tus metas como ser humano
y ciudadano, en un mundo cuya complejidad exigirá una mayor preparación.
Cuanto más te responsabilices de tu aprendizaje, mayor será tu capacidad de
elegir quién quieres ser y de transformar favorablemente el país donde te tocó
vivir.
La inauguración de una nueva escuela es una excelente oportunidad para pro-
mover el conocimiento mediante el intercambio de ideas, la reflexión, el análisis
y la crítica, por ello te decimos, ¡bienvenido al Ateneo!
3
6. Estructura
En distintas épocas de nuestra historia la curiosidad innata nos ha ayudará a integrar tus conocimientos sobre ciencia y tecnología,
conducido a grandes preguntas sobre las leyes físicas que rigen el y sus procesos e interacciones con los de otras áreas, así como
Universo, y la persistencia ha dado pie a grandes descubrimien- sus efectos sociales y en el ambiente.
tos. Varios hallazgos se hicieron sólo mediante la observación. Al final de los primeros cuatro bloques de esta obra encon-
Después se empezaron a usar los experimentos para comprobar trarás opciones para desarrollar los dos proyectos de integración
la veracidad o falsedad de las ideas sobre un fenómeno, y así que establece el programa de estudios.
surgió el método de la experimentación. En esta evolución la fí- El Bloque 5 ofrece varias propuestas para trabajar en
sica ha sido esencial, porque ha aportado las herramientas para equipo los proyectos de fin de curso y presentarlos al grupo
estudiar y comprender lo que ocurre a nuestro alrededor. o a la comunidad escolar. Asegúrate de que entre todos tus
El objetivo de este libro es guiar de manera accesible y amena compañeros cubran dichos los temas, pues de ese modo el
tu encuentro con esta ciencia, en los diversos temas que estable- aprendizaje será más enriquecedor.
ce el programa de Ciencias 2, con énfasis en Física. Asimismo, te
Entrada de bloque
1
1
Cada bloque inicia con un texto sobre el tema que se
estudiará. En la página siguiente se incluye la sección Qué
sé, la cual te permitirá explorar tus conocimientos previos.
La sección Qué lograré aprender te ayudará a identificar
los conocimientos nuevos que habrás de adquirir; también
te sugiere criterios para tu evaluación con tres niveles de
aprendizaje conceptual. El apartado Mi proyecto te invita a
que elijas uno o más de los proyectos que se incluyen en las
páginas finales y los desarrolles.
Entrada de lección
2 algunas entradas de lección se propone una actividad
En
que te ayudará a familiarizarte con el nuevo tema.
3 n el Ateneo es una sección que retoma el nombre de la
E
serie y propone actividades en equipo o grupales, en las que
2 podrás compartir conocimientos e intercambiar opiniones
para enriquecer tu aprendizaje, a partir de lo que saben otros
miembros del grupo y de lo que tú les puedes aportar. Con el
3 aprendizaje cooperativo podrás integrar gran parte de esos
conocimientos.
Te sugerimos que antes de realizar cualquier actividad,
ya sea “En el Ateneo”, “Con ciencia” y “Mis proyectos”
consultes a tu docente para conseguir los materiales
necesarios.
En las distintas actividades que se presentan, tanto en
los recuadros “Con ciencia” como “En el Ateneo”, hallarás
unos iconos que se muestran abajo, e indican el lugar
más adecuado donde podrás realizarlas:
En el aula
En casa
En el patio de tu escuela
En el laboratorio
Esto te ayudará a organizarte.
4
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8 la sección Mi proyecto se proponen tres diferentes temas, para
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95
8 que elijas el que más te atraiga y ayude a poner en práctica tus
aprendizajes. Para enmarcar el trabajo de investigación se proponen
5/3/07 9:51:5
8P
los siguientes puntos:
• Objetivo
• ¿Qué sé del tema?
• ¿Qué quiero saber?
• ¿Qué haré para saberlo?
• ¿Cómo lo evidencio y lo comunico?
Dentro de este esquema podrás describir los experimentos, com-
probarlos y obtener las conclusiones del proyecto. En el primer bloque
encontrarás parte de la información con esta estructura, lo que te fa-
miliarizará con su uso.
9
9 la última sección de cada bloque Mis retos: demuestro lo que
En
sé y lo que hago se presentan más de 20 ejercicios*. En ella se
revisan las preguntas de la sección inicial Qué sé, para que compa-
res tus respuestas antes y después de estudiar el bloque. Además te
propone regresar a la tabla Qué lograré aprender, de la entrada de
bloque, para que lleves a cabo una autoevaluación. Esto te ayudará a
reflexionar sobre lo que aprendiste, a evaluar y a poner en práctica
tu apendizaje con diversos ejercicios. A lo largo del texto hemos
resaltado con verde los conceptos más importantes, los cuales
podrás localizar también en un Glosario al final de libro. Asimismo,
las ideas principales o textos relevantes se identificaron en color
púrpura. El uso del lenguaje matemático se señala en color azul
oscuro. Del mismo modo, se emplean recuadros con leyendas para
advertirte de riesgos, o hacerte alguna observación.
En síntesis, te invitamos a recorrer y adentrarte por los caminos de la física, del saber y
saber hacer de la actividad científica. Que conozcas sus vínculos con la tecnología, con
otras áreas del conocimiento y desarrolles tus propios valores. Integrar todo ello te per-
mitirá acrecentar tus capacidades, evolucionar como ser humano pensante, mejorar las
*El resultado de los retos numéricos se relaciones con tus semejantes y aprender a cuidar el medio ambiente. A la larga esto te
encuentra en las páginas 260 y 261. ayudará a integrarte de manera consciente y exitosa en esta sociedad cambiante.
5
8. Contenido
Bloque 1 Bloque 2 Bloque 3
8 54 108
El movimiento. La descripción Las fuerzas. La explicación de Las interacciones de la materia.
de los cambios en la Naturaleza los cambios Un modelo para describir lo que
no percibimos
1 La percepción 1 El cambio como resultado
del movimiento 10 de las interacciones entre 1 La diversidad de los objetos 110
1.1 Los sentidos y nuestra percepción objetos 56 1.1 Características de la materia.
del mundo, ¿cómo sabemos que 1.1 ¿Cómo se pueden producir ¿Qué percibimos de las cosas? 110
algo se mueve? 10 cambios? El cambio y las 1.2 ¿Para qué sirven los modelos? 115
1.2 ¿Cómo describimos el movimiento interacciones 56 De tela, de plástico, de números 115,
de los objetos? 12 Para entenderse, para aprender
2 Una explicación del cambio:
La medición y el Sistema y para el futuro 116
Internacional 12, Sistema de la idea de fuerza 60
2 Lo que no percibimos de
referencia y vectores 17, Rapidez y 2.1 La idea de fuerza: el resultado
velocidad 21, Las gráficas 23 la materia 117
de interacciones 60
1.3 Un tipo particular de movimiento: 2.2 ¿Cuáles son las reglas del 2.1 ¿Un modelo para describir
el movimiento ondulatorio 26 la materia? 117
movimiento? Tres ideas
Definición de ondas transversales fundamentales sobre las fuerzas 64 2.2 La construcción de un modelo
y longitudinales 27 Primera ley de la dinámica 64, para explicar la materia 119
2 El trabajo de Galileo: una Segunda ley de la dinámica 65, 3 Cómo cambia el estado
Tercera ley de la dinámica 66
aportación importante para de la materia 122
2.3 El movimiento de los objetos
la ciencia 31 en la Tierra y de los planetas en el 3.1 Calor y temperatura, ¿son
2.1 ¿Cómo es el movimiento de los Universo: la aportación lo mismo? 122
cuerpos que caen? 31 de Newton 71 La temperatura 122, El calor 124,
¿Qué sé? ¿Qué quiero conocer? 31, ¿Calor y energía? 125, Propagación
3 La energía: una idea de calor 127, Conservación de
¿Qué haré para saberlo? 32, ¿Cómo
lo evidencio y lo comunico? 33 fructífera y alternativa la energía 128
2.2 ¿Cómo es el movimiento cuando de la fuerza 78 3.2 El modelo de partículas
la velocidad cambia? La y la presión 130
3.1 La energía y la descripción
aceleración 35 Presión en sólidos 130, Presión en
de las transformaciones 78
líquidos 131, Principio de Pascal 135,
3 Mis proyectos 40 Fuentes de energía renovables, Presión en gases, Presión atmosférica.
Fuentes de energía no renovables 80 ¿Pesa el aire? 136
3.1 ¿Liebre o tortuga? 40
3.2 La energía y el movimiento 82 3.3 ¿Qué le sucede a la materia
3.2 Prevención de riesgos en caso
de sismos 42 4 Las interacciones eléctrica cuando cambia la temperatura
3.3 Las ondas y magnética 85 o la presión aplicada sobre ella? 142
44
4.1 ¿Como por acto de magia? 4 Mis proyectos 146
Mis retos: Demuestro
Los efectos de las cargas eléctricas 85 4.1 Feria de calor y presión 146
lo que sé y lo que hago 46
4.2 Los efectos de los imanes 90 4.2 Pistola de agua 148
5 Mis proyectos 96 4.3 Todo acerca de submarinos 150
5.1 El parque de diversiones 96 Mis retos: Demuestro
5.2 Salvemos al huevo 98 lo que sé y lo que hago 152
5.3 Las mareas 100
Mis retos: Demuestro
lo que sé y lo que hago 102
6
9. Bloque 4 Bloque 5 Mis proyectos finales
160 204
Manifestaciones de la estructura Conocimiento, sociedad
interna de la materia y tecnología
1 Aproximación a los 1 La física y el conocimiento 5 Mis proyectos 238
fenómenos: relación con del Universo 206 5.1 Diseño y elaboración de un folleto 238
la naturaleza de la materia 162 1.1 ¿Cómo se originó el Universo? 5.2 Diseño y elaboración de un
1.1 Manifestaciones de la estructura Ámbito de conocimiento científico 206 experimento 239
interna de la materia 162 Los primeros pasos 206, La astronomía 5.3 Máquinas simples 240
en China, En tiempos de los babilonios 207, 5.4 Deporte o danza 241
2 Del modelo de partícula En la época prehispánica 208, La
5.5 Sonido e instrumentos musicales 242
al modelo atómico 165 astronomía y la cosmología griega 209,
La astronomía en los siglos xvi y xvii 209, 5.6 Obra de teatro (opcional) 244
2.1 Orígenes de la teoría atómica 165 El siglo xxi y la cosmología 210 5.7 Línea de tiempo 246
3 Los fenómenos 1.2 ¿Cómo descubrimos los 5.8 Película (opcional) 248
electromagnéticos 170 misterios del Universo? 213
Retos de repaso 250
3.1 La corriente eléctrica en los ¿Cómo sabemos de que están hechas las
estrellas? 216 G Glosario 252
fenómenos cotidianos 170
2 La tecnología y la ciencia T Tablas de equivalencias 255
¿Qué hace que se desplacen los 218
electrones? 170, Intensidad de R Respuestas a los retos
2.1 ¿Cuáles son las aportaciones
corriente 172
de la ciencia al cuidado numéricos 260
3.2 ¿Cómo se genera el y conservación de la salud 218 B Bibliografía 262
electromagnetismo? 178 I Índice analítico
Partes artificiales y salud, El sonido 218, 263
3.3 ¡Y se hizo la luz! 182 Los rayos X, La radiactividad 219, Fibra
¿Qué es una onda óptica, Miniaturización, Rayo láser 220
electromagnética 182, 2.2 ¿Cómo funcionan las
El espectro 183, Longitudes de onda telecomunicaciones? 221
del espectro electromagnético 184,
De la comunicación a la
Y… ¿cómo vemos las cosas? 185,
telecomunicación 221
Espejos y lentes: reflexión y
refracción 188 3 Física y medio ambiente 224
4 Mis proyectos 194 3.1 ¿Cómo puedo prevenir riesgos
4.1 Construye un dispositivo en caso de desastres naturales
eléctrico 194 haciendo uso del conocimiento
científico y tecnológico? 224
4.2 Juguemos con luz y colores 196
La atmósfera terrestre 224,
4.3 Concurso literario 198 Movimientos de la Tierra 225,
Mis retos: Demuestro Movimientos del mar 226
lo que sé y lo que hago 200 3.2 ¿Crisis de energéticos? ¿Cómo
participo y qué puedo hacer? 228
Recursos naturales no renovables 228,
Recursos renovables, ¿Cómo
ayudar? 229
4 Ciencia y tecnología en el
desarrollo de la sociedad 231
4.1 ¿Qué ha aportado la ciencia al
desarrollo de la humanidad? 231
4.2 Breve historia de la física en
México 235
7
10. B L O Q U E
1
El movimiento
La descripción de los cambios
en la Naturaleza
Con seguridad alguna vez has obser-
vado un hecho de la Naturaleza que
te causó asombro y te llevó a pre-
guntarte cómo y por qué sucedía.
Lo mismo le ocurrió a los griegos
de la Antigüedad, que habitaron el
archipiélago que baña el mar Egeo,
al norte del Mediterráneo.
Esta actitud de los seres humanos
dio origen a la ciencia y, en particu-
lar, a la física.
El propósito de este bloque es
guiar tus primeros pasos en el que-
hacer de la física: en tus observa-
ciones, experimentos y reflexiones
sobre el movimiento de todo lo que
te rodea. Esos conocimientos te per-
mitirán comprender la importancia
de los sentidos (así como sus limi-
taciones) y la utilidad de los instru-
mentos para explicar los fenómenos
relacionados con el movimiento.
Te invitamos a que hagas un
recorrido por la física y a que redes-
cubras lo que percibes, a conocer
a sus protagonistas y los conceptos
que han cambiado la historia de la
ciencia, así como a prepararte para
mirar el mundo con otros ojos.
8
11. Qué sé Mi proyecto
Lo que estudiarás en el Bloque 1 te permitirá
• ¿Cómo te das cuenta de que algo se mueve?
desarrollar un proyecto en el que integres tanto
• ¿Sabes qué es la rapidez? ¿Alguna vez la has medido?
los nuevos conocimientos de esta asignatura
• ¿Sabes qué es la velocidad? ¿Alguna vez la has medido?
como los de otras, a partir de tus inquietudes
• ¿Supones que el movimiento se observa igual desde
e intereses. (Ver las páginas 40-45).
distintos lugares?
• ¿Sabes qué es la aceleración?
En el siguiente cuadro encontrarás los objetivos de este Bloque, así como
algunos criterios para que evalúes tus logros, según el aprovechamiento
que hayas alcanzado. (A corresponde al mayor logro de comprensión). Sin
embargo, es importante que acuerdes con tu maestro, o maestra, qué otros
aspectos tomarán en cuenta para la evaluación, así como su asignación
numérica.
Qué lograré aprender
Criterios A B C
Comprendo y explico los diferentes tipos Soy capaz de explicar qué
Percepción del de movimiento. es el movimiento. Tengo una idea general
movimiento Entiendo por qué la luz y el sonido se rela- Relaciono el sonido y la luz con de qué es el movimiento.
cionan con los fenómenos ondulatorios. vibraciones.
Distingo la diferencia
Tengo una idea de velocidad.
entre movimientos rápidos
Puedo explicar y aplicar los conceptos Sé qué son los vectores.
y lentos.
de velocidad, rapidez y aceleración. Doy ejemplos de cantidades
Descripción Reconozco que hay
Identifico las características del vectoriales y escalares.
del movimiento movimientos en los que
movimiento a partir de las gráficas Puedo hacer cálculos relacionados
la rapidez cambia. Puedo
posición-tiempo. con el movimiento rectilíneo
calcular la rapidez
uniforme.
en casos sencillos.
Entiendo qué son la longitud
de onda, la frecuencia, la veloci- Puedo dar ejemplos
Movimiento dad de propagación y sé cómo de fenómenos ondulatorios. Entiendo en forma general
ondulatorio se relacionan. Conozco algunas características qué son las ondas.
Distingo entre ondas transversales del sonido.
y longitudinales.
Puedo hacer experimentos sobre Sé que se pueden hacer
Puedo explicar el movimiento y diseñar
el movimiento con ayuda de un experimentos para
Investigación experimentos para analizarlo, también
adulto. analizar el movimiento.
graficar los resultados que obtengo.
y diseño de Hago gráficas del movimiento Tengo una idea general
Manejo todos los instrumentos
experimentos rectilíneo uniforme. sobre la medición
de medición para analizar el
Sé usar el cronómetro de distancias y tiempos.
movimiento.
y el flexómetro.
9
12. LECCIÓN
1 La percepción del movimiento
1.1 Los sentidos y nuestra percepción del mundo,
¿cómo sabemos que algo se mueve?
Si miras con atención a tu alrededor, encontrarás que la Natu-
raleza es lo menos estable, lo menos permanente. Los cambios
son constantes. Vemos el movimiento en los seres vivos y los
inanimados, en los cuerpos naturales y los artificiales, en todo
nuestro entorno.
Percibes el movimiento en muchos objetos que te rodean.
Por ejemplo, ves cómo vuelan los pájaros y los aviones, quizá
también has visto a un perro corriendo tras un gato, o a un
automóvil o un autobús deteniéndose ante el semáforo en rojo.
De hecho, tú también has sentido el movimiento al correr o
al andar en bicicleta, además de sentir el viento sobre tu rostro,
o percibir el ruido que producen los objetos que pasan cerca
y luego se alejan, aunque no los veas, como la sirena de una
ambulancia, el claxon de un automovilista, o los tacones altos
de tu vecina.
Pero también hay movimientos que transcurren con tal lenti-
tud que requieres mucha paciencia para detectarlos; en cambio
otros, curiosamente, que no los percibes porque ocurren con
gran rapidez. El movimiento puede ser muy lento o demasiado
rápido.
Por tu experiencia, sabes que aunque las imágenes de esta
página no se mueven, en cada escena se captó algún movimien-
to, ¿qué reconoces en ellas que te llevan a saberlo?
Puedes reconocer el movimiento de los objetos, e incluso
predecirlo. Esto es muy importante porque, con seguridad, te
ha ayudado a esquivar un golpe o accidente, o bien, a colocarte
donde sabes que llegará la pelota si juegas futbol, voleibol o
basquetbol, y recibir el pase.
También es posible que te hayas preguntado, ¿la luz se
mueve?, ¿y el sonido? Y quizá la pregunta cambiaría ¿cómo
se mueven? Eso te muestra que hay hechos sobre el movi-
miento que puedes explicar
1.2. Arriba: reconoces que el atleta está
corriendo porque ves las posiciones de sus
sin ningún problema, pero
piernas y brazos. Derecha: sabes que la hay otros que no son tan
bicicleta está en movimiento, porque no sencillos.
alcanzas a ver de forma individual los rayos El movimiento está tan
de las ruedas, es decir, están girando. relacionado con tu vida que
parece innecesario tener que
aclarar qué es, sin embargo,
aunque es fácil reconocerlo e
incluso en algunos casos pre-
decirlo, no es tan sencillo de
explicar; a la humanidad le
llevó muchos siglos lograrlo.
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13. En el Ateneo
1. ¿Cómo me doy cuenta de que se mueven las cosas?
Reúnete con tu equipo y comenta cómo te das cuenta de que un cuerpo está
en movimiento.
Procedimiento
n Haz una lista de los diversos tipos de movimientos.
n Explica si consideras que la luz y el sonido se mueven, o no, y por qué.
n Clasifica los movimientos en lo que puedes ver, oír, sentir con tu piel y lo 1.3. El aleteo de un ave que pase cerca de
que sabes por lógica, como en un dibujo. ti, también te indica su movimiento, aunque
n Acuerda con tu equipo lo que es rápido y lo que es lento. Clasifica los no lo veas.
movimientos de tu lista en rápidos o lentos.
n Dibuja un objeto en movimiento. ¿Qué características de tu boceto
le indican a tus compañeros y compañeras que el objeto está en
movimiento?
n Presenta tu lista, clasificaciones y dibujos al grupo. (Recuerda: lo que
importa es tu idea del movimiento, no que seas un buen dibujante).
n Completa tu lista con las opiniones de tus compañeros y compañeras
de grupo.
Con ciencia
1. Los planetas
Los antiguos griegos descubrieron que algunas
estrellas no permanecían fijas en el firmamento Marte
y les dieron el nombre de planetas, que proviene
de la voz griega planétes y significa errante. Luna
Venus
Para ello, localizaban el planeta en cuestión y lo
observaban durante varias noches, de ese modo
percibían su cambio de posición con respecto
a otras estrellas que por su lejanía parecen man-
tenerse fijas.
La clave para describir el movimiento de los
cuerpos es comparar contra aquello que se
considera fijo. Puedes ir preparando la actividad
1.4. Con un poco de paciencia, a lo largo de varias
que se propone en el recuadro Con ciencia, noches, podrás observar el movimiento de planetas,
“Guía para observar las estrellas”, de la como Venus o Marte, cuando cambian de posición con
página 213. respecto a estrellas lejanas.
¿Qué aprendí en esta lección?
El movimiento es un fenómeno cotidiano. Estamos acostumbrados a per-
cibirlo y a predecirlo. Sin embargo, esto no es suficiente para clasificar o
explicar el movimiento.
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