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CIENCIAS (FÍSICA) MODULO 1 Eje temático: Física: El sonido - La luz - La Electricidad Recomendaciones generales para la unidad de “El sonido” Es fundamental que las alumnas y alumnos aprendan este contenido a partir del análisis de lo que oyen a diario y de los fenómenos que pueden percibir en situaciones experimentales muy simples, para las cuales prácticamente no se requiere ningún equipo experimental. El Programa de Física de Primer Año Medio proporciona una serie de ejemplos que lo demuestran, básicamente: cuerdas, reglas, guitarras, diapasones y tarros son más que suficiente. Es importante que primero se comprenda el sonido como fenómeno para luego introducir el modelo ondulatorio, haciendo notar el valor que éste tiene. En otras palabras, el contenido central de la unidad no es ondas, es el sonido. También es conveniente tener presente que el gusto que los jóvenes manifiestan por la música debe ser aprovechado como una fuerte motivación para desarrollar la unidad. Sugerencias metodológicas Conviene considerar la unidad El sonido en tres etapas: Vibraciones y sonido, Ondas y sonido y Composición del sonido. A continuación, para cada una de estas tres subunidades, se describe una secuencia coherente que permite que nuestros alumnos y alumnas alcancen los aprendizajes esperados. I. Vibraciones y sonido Lo primero que debemos hacer como profesores y profesoras, es convencer a nuestros estudiantes de que todos los sonidos que percibimos se originan en algo que vibra. Ello es fácil. Basta que toquen con sus dedos diferentes objetos que emiten sonidos: una puerta que alguien golpea, una hoja de papel frente a la cual se habla, sus propias gargantas cuando se comunican, etc. El segundo paso consiste en que se den cuenta de que los objetos que emiten sonidos pueden clasificarse como cuerdas, láminas y cavidades. En el caso de las cavidades, conviene que soplen sobre la boca de un tubo para que comprendan que lo que emite sonido son las vibraciones que experimenta el aire que está en su interior. Es necesario que se den cuenta de que en algunos instrumentos musicales emiten sonidos tanto cuerdas, láminas y cavidades, como es el caso de la guitarra, el violín y el piano.

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Las vibraciones producidas por los objetos se transmiten a través del aire u otros medios materiales hasta llegar a nuestros oídos. Estos las detectan y transmiten a nuestros cerebros produciendo la sensación de sonido. En este punto es importante mostrar que las láminas y las cavidades transmiten mejor las vibraciones al aire que las cuerdas. Deben darse cuenta que ello ocurre porque el área de contacto entre las cuerdas y el aire circundante es mucho menor. Otro aspecto importante aquí son los conceptos de ciclo, período, frecuencia y amplitud de una vibración. Para que las y los estudiantes comprendan adecuadamente estas nociones, conviene que analicen la oscilación de un péndulo o una masa que cuelga de un resorte o elástico. Hay que destacar cuándo los objetos que oscilan completan un ciclo en su movimiento, señalando, por ejemplo, para el caso del péndulo, que ello ocurre cuando se mueven del punto A hasta llegar nuevamente a él. Es decir, que el período de la oscilación corresponde al tiempo que tarda en realizar una oscilación completa. También se debe indicar que los objetos que oscilan poseen una posición de equilibrio, aquella en que se encuentran cuando no están oscilando, y mostrar que las oscilaciones pueden realizarse con distintas amplitudes, siendo esta la distancia máxima a la que llegan respecto de su posición de equilibrio. Si bien un esquema como el siguiente ilustra estos conceptos, es fundamental que los y las estudiantes lo observen directamente.

A

B

Posición de equilibrio Amplitud

Amplitud

Posición de equilibrio

A B

Es conveniente que los y las alumnas midan el período de oscilación de sistemas como los señalados. Ello es perfectamente factible con relojes convencionales. Basta medir el tiempo que tardan en completarse 10 o 20 ciclos y dividir para obtener el período. Este es un momento oportuno para referirse a la importancia de las mediciones en física y al problema de la precisión. Destacar, por ejemplo, que si se realizan varias mediciones del período de oscilación de un péndulo, el promedio que se obtiene es bastante más confiable.

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En este momento es conveniente preguntar a los jóvenes cómo creen ellos que será el período de oscilación si se cambia la amplitud. Después de escuchar sus opiniones y argumentos, deben realizar el experimento. Muchos se sorprenderán al constatar que el período es el mismo. Es importante destacar este hecho para que después comprendan qué se quiere decir con “modo de oscilación de un sistema”. A continuación hay que explicar el concepto de frecuencia. Conviene que sean los propios estudiantes quienes definan el concepto, pues ellos deberían comprender bien su significado. Recordemos que la frecuencia de oscilación corresponde al número de ciclos que se completan en la unidad de tiempo. Los alumnos y alumnas también estarán en condiciones de deducir la relación que existe entre la frecuencia y el período de oscilación. Es importante asegurarse de que esta relación se comprenda bien realizando algunos ejercicios. Preguntar, por ejemplo, si un objeto al vibrar completa 10 ciclos en 1 segundo, ¿cuál es su período de oscilación? Se deben formalizar ahora los conceptos con sus correspondientes expresiones matemáticas y unidades de medición. Presentar el hertz como unidad de frecuencia haciendo mención al hecho de que se bautizó así para recordar al gran físico alemán Heinrich Hertz (1887-1975). A continuación, se debe hacer ver que mientras el péndulo o resorte oscilaban, no emitían ningún sonido que pudiéramos oír. Señalar que ello se debe a que con nuestro sentido de la audición solamente detectamos los sonidos emitidos por objetos cuya frecuencia de vibración está en el rango comprendido entre aproximadamente 20 y 20.000 hertz , y que dicho rango depende de cada persona. Por medio de ilustraciones conviene señalar que algunos animales (perros, delfines, elefantes) pueden registrar un espectro auditivo mucho más amplio, tanto por encima como por debajo de lo que detectamos los humanos, lo que nos llevará a definir lo que denominamos infrasonido y ultrasonido.

Hecho todo lo anterior, es imprescindible estudiar el modo de oscilación de algunos objetos que emiten sonido. Lo ideal aquí es emplear una regla escolar corriente de unos 20 ó 30 cm. Basta apoyar firmemente uno de sus extremos al borde de una mesa y hacer oscilar el extremo libre, del modo que se ilustra en la figura.

L

Amplitud A

Apoyar firmemente aquí

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Si la distancia L es de más de 16 ó 17 cm veremos claramente la oscilación del extremo libre de la regla, pero a medida que repitamos la experiencia con L menores notaremos lo siguiente: el período de vibración se reduce; es decir, su frecuencia aumenta y empezaremos a oír un sonido. Éste será más agudo mientras menor sea L. Este es el momento para recordar las nociones de tono o altura de un sonido que posiblemente aprendieron en Artes Musicales. Es fundamental que nuestros estudiantes comprendan que lo que los músicos denominan altura o tono, corresponde en física a la frecuencia de la vibración: frecuencias altas corresponden a sonidos agudos y las bajas a sonidos graves. Si se dispone de una guitarra, o mejor aún, de un diapasón, se recomienda hacerlo sonar y señalar, por ejemplo, que la nota La posee una frecuencia de 440 hertz. Volviendo al ejemplo de la imagen, se sugiere que, manteniendo la longitud L, se varíe la amplitud A con que oscila el extremo libre de la regla. Los y las estudiantes reconocerán que a mayor amplitud, mayor es la intensidad del sonido. Es ahora el momento adecuado para estudiar la propagación del sonido. Para iniciar este estudio resulta entretenido para los alumnos y alumnas construir un intercomunicador por medio de dos tarros unidos por una cuerda tensa. Con ello constatarán que el sonido también se propaga por una cuerda. Poniendo sus oídos en muros y mesas podrán verificar que también el sonido se propaga por estos materiales, y que lo hace más eficientemente que por el aire. ¿Se propagará el sonido en el vacío? Es muy probable que no dispongamos de los equipos para estudiar esto experimentalmente, pero podemos describir un experimento que permita hacerlo, y señalar el resultado.

Intercomunicador hecho con envases de yogurt y una pitilla de varios metros.

Las alumnas y alumnos probablemente han escuchado sonidos bajo el agua en una piscina y reconocerán sin dificultad que los sonidos se propagan por otros materiales además del aire. Puede mencionarse que mientras más denso sea un material, más rápido se propaga el sonido e indicarles las velocidades con que se propaga por algunos medios como el aire, el agua, el acero. Seguramente los estudiantes han escuchado el eco y no tendrán dificultad en reconocer que el sonido se refleja. Si en el patio de la escuela hay un muro grande, golpeando dos piedras o al golpear con un martillo o una tabla, podrán apreciar el eco si lo hacen a unos 10 metros de distancia del muro. También es el momento de que reconozcan, en base a su experiencia y a experimentos sencillos, que algunos materiales reflejan o absorben

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mejor los sonidos que otros. Podrán comparar y explicar la acústica en diferentes lugares: en un parque y en una habitación, en una iglesia y en una oficina, en una pieza vacía y en una con muebles, cortinas y alfombras. Puede ser adecuado en este punto dar como tarea que investiguen cómo funciona el sonar y su importancia, o cómo los murciélagos hacen uso de los ultrasonidos. Luego conviene estudiar los modos de vibración de una cuerda. Resulta muy motivador que puedan apreciar los nodos que se producen en una pitilla cuando uno de sus extremos se hace vibrar. Como vibrador se puede usar el martillo de un timbre de chicharra a la cual se le ha quitado la campanilla. Al variar la tensión entre los extremos de la pitilla, se pueden apreciar nítidamente los puntos nodales y verificar que, para algunas tensiones específicas, ellos se originan en diferente cantidad y en distintos lugares. El siguiente dibujo explica cómo montar este experimento.

Timbre de chicharra sin campanilla. Tabla de aproximadamente 1,5 metros

de largo

Clavo en que se enrolla el extremo de la pitilla

Pitilla vibrando Punto estacionario o nodo

Hay que hacer notar que existen distintos modos de vibración de una cuerda. Aquel en que solamente hay dos nodos y están en sus extremos, se denomina modo fundamental, y los otros, armónicos. Las cuerdas de los instrumentos musicales, por ejemplo, vibran normalmente en el modo fundamental, pero, en una guitarra, por ejemplo, al detener suavemente una cuerda en el centro con un dedo, ésta empieza a vibrar en el primer armónico. Se recomienda mostrar este fenómeno en el caso de disponer de una guitarra. El siguiente esquema ilustra el modo fundamental de una cuerda y los primeros armónicos. Es interesante hacer ver que entre estos modos de vibración la cuerda parece desordenarse y no se producen puntos nodales (también denominados puntos estacionarios).

3er Armónico

2do Armónico

1er Armónico

Modo fundamentalModos de

vibración de una cuerda

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Para finalizar, es conveniente que los estudiantes reconozcan que en láminas y cavidades también se producen modos de oscilación semejantes. II. Ondas y sonido Hasta el momento no se ha empleado la palabra onda. Para presentar este concepto resulta eficaz la experiencia que se ilustra a continuación.

Hay básicamente dos maneras de derribar el dominó Z sin actuar directamente sobre él: en el caso 1, derribando el dominó A, el cual derribará uno a uno los siguientes hasta llegar al Z; o bien, en el caso 2, lanzando una bolita que ruede hasta el dominó Z. El caso 1, que corresponde a un fenómeno de tipo ondulatorio, se diferencia del 2, fenómeno no ondulatorio (o corpuscular), en que no existe transporte de masa entre los puntos A y Z, aunque en ambos casos hay transporte de energía y masa que se mueven. Una vez presentado el concepto de onda, es oportuno clasificar los fenómenos que ocurren a nuestro alrededor en ondulatorios y no ondulatorios. En esto hay que ser cuidadoso, pues hay casos, como el de la luz, que merece un análisis más complejo. Lo importante es que el sonido sí puede ser considerado una onda, al igual que los sismos, y las perturbaciones que viajan por la superficie del agua. Conviene analizar este último caso en un experimento como el que se ilustra en la siguiente figura.

A

Z

Z

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Es importante que los estudiantes constaten que la perturbación producida por la punta del lápiz en la superficie del agua llega al corcho haciéndolo oscilar verticalmente; es decir, que este es un fenómeno ondulatorio porque no hay agua que viaje desde la punta del lápiz hasta el corcho. Es conveniente detenerse a continuación en el análisis de una onda en una cuerda o resorte largo. Hay que mostrar las diferencias entre un pulso simple y una onda viajera, entre una onda viajera y una estacionaria (como la que vimos antes en la cuerda vibrante), entre pulsos u ondas longitudinales y transversales. Esto, con experiencias como las que se ilustran en el siguiente dibujo.

Onda viajera transversal

Pulso transversal

Pulso longitudinal

Los estudiantes deben reparar en cómo se mueve en cada caso la mano de la persona que genera el pulso u onda. Es importante señalarles aquí que los sonidos que oímos normalmente y que se propagan por el aire, corresponden a ondas longitudinales, no obstante los representemos, por simplicidad, como transversales. El mismo resorte o cuerda puede emplearse para hacer ver cómo se reflejan las ondas cuando llegan al extremo (fijo o libre) del medio por donde viajan y señalar cómo ocurre esto en el caso del sonido en láminas y cavidades. El paso siguiente es de fundamental importancia. Hay que definir los conceptos de longitud de onda (λ) y el de velocidad de onda (v), para luego explicar por qué se relacionan con la frecuencia f según la expresión v = λf. Hecho esto, hay que mostrar su aplicación a través de ejercicios contextualizados. Por ejemplo, preguntar cuál será la longitud de onda del sonido de la nota La que produce un diapasón, o si será audible un sonido cuya longitud de onda es de 10 metros. Es necesario considerar en todos los casos que la velocidad del sonido es de 340 m/s en el aire.

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Finalmente, corresponde explicar en qué consisten algunos fenómenos típicamente ondulatorios: la refracción, la difracción y el efecto Doppler. Hay que mostrar que los dos primeros ocurren en la propia sala de clases. Si pegamos nuestro oído a la pared, posiblemente escuchemos sonidos de la sala contigua. Si alguien habla fuera de la sala con la puerta abierta, con seguridad lo escucharemos aunque no lo podamos ver. Si se dispone de una cubeta de ondas, es conviene mostrar que la refracción y la difracción ocurren también para las ondas superficiales en agua. Es clave que descubran cómo varía la difracción en función del tamaño de la abertura por donde pasan las ondas. Ello nos facilitará la comprensión para el caso de la difracción, que ocurre con la luz. En relación al efecto Doppler, también es indispensable considerar situaciones cotidianas en que los alumnos y alumnas lo puedan identificar, como por ejemplo, los sonidos producidos por los motores de los automóviles que primero se aproximan y luego se alejan, o lo que ocurre con la sirena de ambulancias y carros de bomberos en el mismo caso. Es ilustrativo hacer girar por sobre nuestras cabezas una regla escolar como se sugiere en la siguiente figura: trasladándose en una trayectoria circular y girando a la vez sobre sí misma.

El sonido que oirán quienes presencien el experimento será más agudo cuando la regla se aproxime a ellos, y más grave cuando se aleje. La explicación de este efecto debe apoyarse en un esquema que lo ilustre o en alguna animación computarizada. Hay varias enciclopedias multimedia y animaciones en Internet que lo explican adecuadamente (por ejemplo, en direcciones como: http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Doppler, o http://www.walter-fendt.de/ph11s/dopplereff_s.htm.) También es importante explicar el estampido sónico que se produce cuando los aviones superan la velocidad del sonido.

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III. Ondas y sonido Es recomendable iniciar este tema con la siguiente pregunta: ¿Qué ocurre con dos pulsos que se acercan, por ejemplo, en una cuerda o resorte para ondas, del modo que se ilustra en la figura? Es importante dar oportunidad para que los estudiantes digan lo que creen y discutan los argumentos que respaldan sus opiniones. Como no cualquier resorte permite apreciar visualmente lo que ocurre, es conveniente apelar a la imaginación de los alumnos y alumnas o a alguna animación que lo ilustre. Hay que destacar aquí varias ideas. Primero, que las ondas no chocan. El concepto de choque hay que reservarlo para el caso de los fenómenos corpusculares: dos bolitas pueden chocar y rebotar; para el caso de las ondas, en cambio, es preferible hablar de interferencia o superposición. Recordemos que los sonidos no chocan entre sí. Segundo, que después que las ondas se superponen, cada una continúa igual que antes, sin experimentar ningún cambio. En tercer lugar, hay que enunciar y explicar el principio de superposición. Para esto, un esquema como el siguiente es indispensable: Las líneas azul y verde representan la forma que tendría la cuerda o resorte debido a cada uno de los pulsos que se superponen, cuando el otro no existe. La línea roja, en cambio, muestra la forma que adopta debido a la presencia simultánea de ambos pulsos. Hay que hacer notar que en el instante representado la superposición está ocurriendo solamente en la zona limitada por las líneas de punto, y que la curva roja se encuentra sumando, para cada punto de la cuerda, las distancias de ellos a la posición de equilibrio de la cuerda, como se ilustra a continuación para uno de los puntos.

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Este es el principio de superposición, y es conveniente analizar algunos ejemplos para reforzarlo. Un caso particularmente importante es el que se ilustra a continuación:

Aquí, al igual que en el caso anterior, después de superponerse, cada pulso continúa su camino como si nada hubiese ocurrido, pero mientras se superponen, ocurren dos cosas importantes de destacar: primero, el punto de la cuerda que equidista de ambos pulsos permanece inmóvil, y segundo, hay un momento en que si fotografiáramos la cuerda, al ver la foto pensaríamos que en ella no viaja ningún pulso y que se encuentra estirada y en equilibrio. Solo en un instante ambos pulsos se anulan mutuamente. Este análisis permite comprender por qué aparecen puntos nodales en una onda estacionaria. También se puede ver ahora que la distancia entre dos nodos consecutivos es justamente λ/2, y comprender la razón de que únicamente para algunas frecuencias de vibración de la cuerda (aquellas para las cuales la longitud de la cuerda es múltiplo de λ/2), esta reestablece una onda estacionaria, y en los otros casos, no.

Punto estacionario o nodo

2λ

Ahora bien, el paso fundamental en este momento es hacer que alumnos y alumnas reconozcan que las cuerdas o un diapasón por sí solo al vibrar emiten ondas de sonido puro, que pueden representarse del modo siguiente:

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Por lo tanto, si vibra un objeto compuesto, como una guitarra o un piano, en el cual cada una de sus partes emite un sonido puro pero de diferente longitud de onda y amplitud, se superpondrán o interferirán numerosos sonidos distintos que pueden representarse así: La superposición tendrá por resultado una onda cuya representación será algo así: La resultante también es una onda periódica, pero con una forma más compleja. Lo extraordinario es que nuestros oídos son capaces de diferenciar entre dos ondas de igual frecuencia y amplitud pero de forma distinta. Esta característica especial de los sonidos la denominamos timbre. Entonces, cada emisor de sonido tiene un timbre característico. Ello es lo que nos permite diferenciar la nota La producida por una guitarra, una flauta, un piano, y las voces de las personas. Esta idea debe quedar muy clara en los estudiantes.

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Recomendaciones generales para la unidad “La luz” Al igual que con el sonido, es conveniente que los alumnos y alumnas aprendan la óptica a partir de la reflexión y análisis tanto de los fenómenos que ven a diario, como de lo que observan en experimentos sencillos. Espejos, lentes y prismas son, en general, fáciles de obtener. Una simple lata de tarro o lámina de acero es útil como espejo curvo. Una simple lupa sirve como lente convergente. Así también, de las gafas para miopes en desuso se pueden obtener lentes divergentes, y los prismas, en última instancia, se pueden hacer con agua. Como fuente de luz para simular un rayo, un puntero láser resulta de gran utilidad. En otras palabras, no hay excusas para no tratar esta unidad en forma experimental. Una página web en la cual se pueden encontrar variados experimentos de óptica en base a elementos simples, es www.profisica.cl (sección "Experimentos y demostraciones"). También se encuentran interesantes simulaciones interactivas en www.educaplus.org. Al igual que en el tratamiento de la unidad “El sonido”, es indispensable que los estudiantes distingan claramente entre el fenómeno y el modelo que la física propone para explicarlo. El docente debe centrarse en los aspectos cualitativos de los fenómenos. Te recomendamos que abordes los aspectos cuantitativos del modo más simple posible y de acuerdo a los conocimientos de matemática que los estudiantes ya poseen, solamente si dispones de tiempo extra. Conviene tratar la unidad La luz en dos etapas: Propagación de la luz, y Naturaleza de la luz. La primera corresponde a lo que tradicionalmente los textos denominan óptica geométrica (principalmente por emplear el concepto de rayo), y la segunda a la óptica física, por tener como base el modelo ondulatorio. A continuación, para cada una de estas subunidades se describe una secuencia coherente que facilita que nuestros alumnos y alumnas alcancen los aprendizajes esperados. I. Propagación de la luz Conviene dividir esta subunidad en cuatro etapas: 1) una consideración general sobre la propagación rectilínea de la luz, su rapidez y sus efectos en los fenómenos de luz y sombra; 2) otra sobre la reflexión, difusa y especular. En este último caso están incluidos los espejos planos y los curvos (cóncavos y convexos); 3) La refracción en superficies planas y curvas, caso que incluye las lentes convergentes y divergentes; y 4) Los instrumentos ópticos, dando especial énfasis al ojo, la cámara fotográfica y el telescopio. Para todo esto se requiere un mínimo de elementos relativamente fáciles de conseguir y de bajo costo. Tales elementos se describen a continuación cada vez que resultan indispensables.

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1) Propagación rectilínea de la luz y sus consecuencias. Las alumnas y alumnos reconocen fácilmente que la luz (en un medio homogéneo) viaja en línea recta. Conviene referirse en forma rápida a este hecho, introducir el concepto de rayo de luz y relatar los esfuerzos que se han hecho para medir su rapidez. Hay que hacerles comprender que los fenómenos de luz y sombra son una consecuencia de la propagación rectilínea de la luz. Es conveniente analizar las diversas sombras que se producen en la sala de clases. Por medio de ilustraciones, hay que describir las fases de la Luna y los eclipses de Sol y de Luna. Como habitualmente esto no resulta suficiente, es conveniente simular tales fenómenos. Para ello es ideal oscurecer la sala de clases, en la medida de lo posible, y emplear como fuente de luz una ampolleta que represente el Sol y un par de pelotas (una de fútbol y una de ping pong -o algo similar-) que representen la Tierra y la Luna. Otra consecuencia importante de la propagación rectilínea de la luz es lo que ocurre en una cámara oscura, la que puede construirse con una caja de cartón y un trozo de papel diamante. A pesar de su simpleza, sorprende y motiva considerablemente a los estudiantes y permite preparar el terreno para que comprendan la óptica del ojo y de la cámara fotográfica.

Caja de cartón

Pantalla de papel diamante

Visera

Agujero de 5 mm de diámetro

2) La reflexión de la luz. Los estudiantes suelen tener respecto de este tema algunas ideas erróneas difíciles de modificar, razón por la cual resulta necesario dedicarle algo más de tiempo y trabajo. Si bien comprenden fácilmente la ley de reflexión, creen que ella se cumple únicamente en los espejos; además, el concepto de espejo que poseen es bastante limitado. Por estas razones es indispensable demostrarles que la luz se refleja en todos los objetos que vemos: muros, cuadernos, nuestros rostros, etc., cumpliéndose en cada punto la ley de reflexión, y que la diferencia está en lo liso o irregular de las superficies a las que esta llega. Un puntero láser permite mostrar que los muros lisos y las tapas de los cuadernos reflejan más especularmente la luz que las superficies más rugosas. Después es necesario que examinen la estructura de un espejo doméstico y reconozcan que la reflexión ocurre principalmente en la película de plata que poseen, siendo el vidrio solamente un accesorio.

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Logrado lo anterior, hay que iniciar el análisis de los espejos planos. Aquí también suelen haber en los jóvenes algunas ideas equivocadas. Por ejemplo, piensan que la imagen que ellos forman está en la superficie del mismo espejo, y que la posición y tamaño de esas imágenes depende del lugar desde el cual se mire, así como del tamaño del espejo. Para que descubran y corrijan sus errores, deben constatar en la práctica, jugando con espejos, lo que se desprende del análisis del trazado de rayos que explican las imágenes. Si se dispone de tiempo, resulta instructivo que los alumnos y alumnas especulen sobre cuántas imágenes se forman y dónde se encuentran cuando un objeto se sitúa entre dos espejos planos que forman ángulos de 90º, 45º, 30º, etc. o están paralelos. El paso siguiente es explicar las imágenes que forman los espejos curvos. Para motivar este tema conviene que vean y comparen las imágenes que de sus rostros forman espejos cóncavos, convexos y planos. Los espejos convexos son fáciles de conseguir, los que se emplean como retrovisores en los vehículos son más que suficientes. Como espejo cóncavo los que se emplean para maquillaje resultan ideales. Es indispensable, además, que señalen lugares y aparatos cotidianos en que se emplean, como por ejemplo, los convexos en tiendas y en los retrovisores de los automóviles, y los cóncavos en focos de linternas. Luego, empleando el espejo cóncavo proyecta en un telón o muro la imagen de una ventana o de una ampolleta encendida. Ello les permitirá comprender qué son las imágenes reales y las diferencias que poseen con las imágenes virtuales que han visto hasta el momento. Después de realizadas estas observaciones hay que abocarse a que comprendan cómo se forman las imágenes en los espejos curvos.

Espejo convexoEspejo cóncavo

Conviene analizar el trazado de rayos tanto en forma teórica como práctica. Para abordar los aspectos teóricos es útil emplear un simulador. En Internet hay algunos muy buenos (por ejemplo en www.educaplus.org, en la sección de espejos curvos). Para los aspectos prácticos conviene curvar sobre un cartón una lámina de lata dispuesta como se indica en la siguiente figura:

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Espejo convexo Espejo cóncavo

CartónLata

Con un puntero láser se puede mostrar el foco y las propiedades de este tipo de espejo, según se ilustra en los dibujos siguientes.

Foco

Foco

No es necesario entrar en los aspectos cuantitativos. 3) Refracción de la luz. El desarrollo de este tema debe seguir un orden semejante al anterior. Nuevamente es necesario que los estudiantes observen, experimenten y formulen hipótesis explicativas de lo que ocurre con la luz cuando cambia de medio, porque la refracción es eso y no el cambio de dirección que experimenta, como con frecuencia se cree.

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Para empezar, se requiere de un prisma rectangular, un trozo de vidrio grueso, una pieza de acrílico o una bolsa transparente con agua que lo simule e, idealmente, un puntero láser para producir los rayos de luz. Al dirigir el rayo del modo que se ilustra en la figura, los alumnos y alumnas podrían constatar las diferentes refracciones y las reflexiones que siempre las acompañan. Si no se dispone de un puntero láser, un trozo de corcho o plumavit y cuatro alfileres permiten realizar una experiencia equivalente. Al alinear los alfileres mirando a través del prisma, verán claramente que la luz se desvía como se sugiere en la figura anterior. Al cambiar el ángulo de incidencia, tal vez descubran que dentro del prisma, para cierto ángulo, ya no se produce refracción, tal como lo ilustra la siguiente figura. Es importante señalar que este fenómeno se denomina reflexión total interna, pedirles que recuerden situaciones cotidianas en que suele producirse, y comentar su aplicación en la fibra óptica, así como la importancia que ella tiene actualmente en las comunicaciones, en medicina y en los prismáticos.

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A continuación hay que presentar las lentes. Lo ideal es contar por lo menos con una lente convergente y una divergente. Como lente convergente una lupa corriente es más que suficiente. Como lente divergente, que es más difícil de hallar, unas gafas de un estudiante que tenga miopía servirán. El comportamiento de las lentes convergentes suele ser conocido por las alumnas y alumnos. Saben, por ejemplo, que empleada como lupa permite ver más grandes las letras de un texto o a una hormiga, y saben también lo que ocurre al ponerlas a la luz del sol. No obstante, estas experiencias deben ser repetidas y analizadas. Lo que por lo general no saben y se sorprenden al verlo, es que con ellas se puede proyectar una imagen real en un telón o muro. También es necesario que vean que al intentar emplear como lupa una lente divergente, el efecto es opuesto, es decir, las letras de un texto o la hormiga se ven todavía más pequeñas. También deben darse cuenta de que con ellas no es posible hacer llegar los rayos del sol a un punto. Lente convergente Lente divergente

La Física La Física es muy entretenida

Hechas estas experiencias y comprendiendo dónde están y qué tipo de imágenes forman estas lentes, es oportuno analizar cualitativamente el trazado de rayos que explica lo observado. Para esto es muy conveniente emplear un simulador computacional. Al igual que para el caso de los espejos, se pueden hallar algunos muy buenos en Internet (por ejemplo en la sección de lentes en www.educaplus.org). El paso siguiente es analizar la óptica del ojo. Para ello conviene empezar por examinar su fisiología destacando sus partes principales y la función que cumplen: la córnea, el iris, el cristalino, la retina, etc.

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cristalino

córnea

iris

retina

esclerótica

músculo

punto ciego

nervio óptico

humor acuoso

humor vítreo

ligamento

vasos sanguíneo

Se debe hacer notar a los estudiantes que el enfoque de las imágenes en la retina es posible ajustando la curvatura del cristalino. Esta tarea la realizan los ligamentos. Es instructivo que adviertan que, cuando miran un objeto cercano, el fondo se ve borroso, y viceversa. Si se dispone de una cámara oscura, se puede agrandar el orificio y colocar en él una lente convergente. El efecto que ella produce resulta también sorprendente para los jóvenes: la imagen que se produce en su pantalla (si está bien enfocada) es de una gran nitidez. De esta manera les quedará claro el efecto del cristalino. Se sugiere hacerlos comparar la óptica del ojo con esta cámara. Si dispones de tiempo puedes desarrollar una actividad que ponga en evidencia la existencia del punto ciego del ojo. Para ello, debes dar las siguientes instrucciones a los estudiantes:

1) En una hoja de papel de cuaderno dibuja dos pequeños círculos de unos 5 mm cada uno y a 5 cm de distancia.

2) Coloca la hoja de papel a unos 30 cm de tu cara y, mirando concentradamente el punto de la izquierda, aproxima lentamente el papel a tus ojos. ¿Qué le ocurre al otro punto?

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El punto ciego es una zona de la retina prácticamente insensible a la luz, por lo tanto, la imagen que se forma en ella no es transmitida al cerebro. En relación a esto, conviene agregar por qué es importante mirar muy bien al atravesar la calle: si lo hacemos a la rápida puede que la imagen de un automóvil que se aproxime a nosotros se forme justo en el punto ciego y simplemente no lo veamos, lo cual puede tener graves consecuencias. Una vez que los alumnos y alumnas han comprendido los contenidos anteriores, es tiempo de explicar en qué consiste la miopía y la hipermetropía, haciéndolos pensar qué tipo de lente es necesario anteponer al ojo para corregir la visión. Nuevamente es necesario apoyar esta actividad con esquemas adecuados, disponibles en libros de texto e Internet (por ej: http://www.ucm.es/info/clinopto/Tiposdedefectosrefractivos.htm). Por último, hay que referirse a los instrumentos ópticos. Los propios estudiantes nombrarán varios de ellos: el proyector de diapositivas y de cine, los prismáticos, el periscopio, el microscopio, el telescopio, etc. Incluso un juguete como el caleidoscopio puede adjuntarse a la lista. Una descripción general de ellos será suficiente. Solo deberemos detenernos en el telescopio y señalar sus tipos: refractor y reflector. Si se dispone de un telescopio o binoculares será oportuno planificar algunas observaciones nocturnas. También hay que mencionar a Galileo Galilei y los descubrimientos que realizó con su pequeño telescopio: cráteres y mares en la Luna, las fases de Venus, los satélites de Júpiter, etc. Se debe señalar la trascendencia que tuvieron para la astronomía y la importancia del telescopio en la ciencia astronómica actual. No se puede dejar de resaltar el hecho de que gracias a los cielos privilegiados con que contamos en la zona norte de nuestro país, disponemos de los observatorios más grandes del mundo. Una actividad importante con que se puede cerrar esta unidad consiste en construir un telescopio. Para ello bastan dos lupas que hay que alinear manualmente con uno de nuestros ojos. El tubo es un accesorio del que se puede prescindir. La idea es que los alumnos observen a través de este sistema óptico objetos de la propia sala de clases y del patio. Es necesario asesorarlos en la alineación y enfoque, el cual depende de las distancias focales de las lentes que se empleen. Mientras menor sea la distancia focal de la lente que haga de ocular, y mayor la que haga de objetivo, mayor será el aumento y más difícil el enfoque y alineación.

ObjetivoOcular

Telescopio

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Recomendaciones generales para la unidad “La electricidad”

Los conceptos con los que se describen los fenómenos eléctricos son, en general, bastante abstractos y suelen ser confundidos por los estudiantes. Es conveniente analizar múltiples situaciones para que los jóvenes se familiaricen y comprendan las diferencias entre carga eléctrica, corriente eléctrica, potencial eléctrico (voltaje), potencia eléctrica y resistencia eléctrica. El empleo riguroso de las unidades con que ellos se miden puede resultar de gran ayuda. Para tratar esta unidad es recomendable guiarse por las sugerencias dadas en el Programa de Física de Primer Año Medio. Idealmente, los conceptos deben ser introducidos a partir de observaciones de fenómenos eléctricos que acontecen alrededor de los estudiantes y de la realización de experimentos sencillos. Predomina el enfoque cualitativo de los temas. Las únicas excepciones son: la ley de Ohm, los circuitos eléctricos y la ley de Joule. Es innecesario profundizar en la ley de Coulomb y en el concepto de campo eléctrico. Es preferible explicar las nociones más abstractas, como las de corriente eléctrica y potencial eléctrico (voltaje), en base a modelos simples. Conviene limitarse aquí al uso del Sistema Internacional de unidades. Se sugiere tratar la unidad “La electricidad” en tres etapas: Carga y corriente eléctrica, Magnetismo y fuerza magnética y Energía eléctrica. A continuación, para cada una de estas subunidades, se describe una secuencia coherente que facilita que nuestros alumnos y alumnas alcancen los aprendizajes esperados. I. Carga y corriente eléctrica Conviene dividir esta subunidad en dos etapas: a) Una consideración general sobre las cargas eléctricas y b) Algunas nociones sobre corriente eléctrica. Para presentar el tema, hay que empezar por realizar y analizar múltiples experimentos de electrostática. Colgando de hilos diferentes objetos como lápices, gomas de borrar, papel, globos, etc., se pueden mostrar las atracciones y repulsiones eléctricas que se producen al aproximarles una peineta pasada por el pelo seco.

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Plumavit

MaderaVidrio

Peineta electrizada

Plumavit envuelto enpapel de estaño

Hecho esto hay que explicar cómo un modelo simple de la materia puede explicar los fenómenos observados. Los estudiantes ya poseen algunas nociones sobre la estructura atómica de la materia que pueden aprovechar. Lo esencial es saber que la materia está constituida por dos tipos de cargas eléctricas, las positivas y las negativas, que se atraen entre sí cuando son distintas y se repelen cuando son iguales. Puede ser oportuno señalar que el responsable de todos los fenómenos eléctricos observados es el electrón, partícula muy pequeña de carga negativa que rodea a un núcleo positivo con el cual se equilibran eléctricamente y que normalmente permanece invariable mientras los electrones van y vienen. A continuación hay que señalar que algunos materiales, especialmente los metales, permiten con facilidad el movimiento de los electrones, mientras otros, como la loza y el vidrio, ponen mucha dificultad al movimiento de estos. El primer grupo de materiales corresponde a los llamados conductores eléctricos, y el otro, a los malos conductores o aisladores eléctricos. Luego, es necesario presentar el concepto de intensidad de corriente eléctrica (i), como el flujo de cargas que atraviesa en un cierto tiempo la sección transversal de un conductor cilíndrico. Compara este concepto con el de intensidad de tráfico de vehículos en una calle. Precisa que se mide con un instrumento denominado amperímetro y que su unidad es el amper. A continuación señala que por un conductor, que puede ser un alambre de cobre, circulará una corriente eléctrica cuando sus extremos se conecten a un sistema capaz de separar cargas eléctricas, por ejemplo una pila, batería o los contactos de un enchufe mural. También indica que el nivel de separación de las cargas se denomina voltaje y se expresa en volt. Se debe aclarar que es la corriente la que circula y no el voltaje, así como explicar por qué se habla de circuitos eléctricos. Para reforzar todos estos conceptos es preciso analizar los componentes de un circuito simple, por ejemplo, el de una linterna: la pila, la ampolleta, los conductores y el interruptor, así

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como la función de cada uno. Es necesario presentar también el voltímetro y el amperímetro, y señalar el modo en que se emplean. Esta actividad reviste algunos cuidados dependiendo de los instrumentos de que dispongamos. Particularmente los que dicen relación con la polaridad y el modo en que se conecta cada instrumento. Hay que hacer hincapié en que se conecta positivo con positivo y negativo con negativo, pues de otro modo el instrumento puede resultar dañado. Lo más importante es el modo diferente en que se emplean: el voltímetro se conecta directamente, esté o no funcionando el circuito, mientras que el amperímetro se intercala en el circuito y solamente mide la corriente cuando el circuito está funcionando. Si se usa un probador (multitester) con los instrumentos integrados, tendremos que modificar el conexionado para hacer cada medida. También es imperativo referirse a los riesgos de operar circuitos eléctricos, como el domiciliario, en que hay 220 volt, así como instalar en los estudiantes una reflexión sobre el impacto cultural que ha significado para el ser humano aprender a controlar la corriente eléctrica. El paso siguiente es facilitar las cosas para que nuestros alumnos y alumnas descubran la ley de Ohm y comprendan el concepto de resistencia eléctrica. Podemos preguntar qué pasará con la corriente eléctrica en un conductor si se cambia el voltaje que se le aplica y cómo puede verificarse la hipótesis planteada. Si no se dispone de una fuente de poder variable, se debe mostrar que pilas conectadas en serie proporcionan 1,5 volt, 3,0 volt, 4,5 volt, etc. dependiendo del número de pilas que se conecten, y que así podemos obtener diversos voltajes. Luego hay que pedirles que midan las corrientes que circulan por un trozo de grafito al aplicarle distintos voltajes, e instarlos a realizar medidas cuidadosas repitiéndolas varias veces en cada caso para que resulten confiables. Este es el momento oportuno para presentar el concepto de incerteza en una medición (tradicionalmente denominado error de medición). Una vez hechas unas cuantas medidas de i para distintos V, hacerlos graficar sus datos. Un trabajo en grupos que esté bien organizado y en el que informen al resto del curso sus resultados, permitirá una discusión de los datos y de las conclusiones. Finalmente se

encontrará que la razón iV

es aproximadamente una constante.

Llamaremos resistencia eléctrica (R) a esta constante, y señalaremos que su unidad (volt/amper) se denomina ohm (Ω) en honor a George Ohm, quien descubriera esta relación, conocida como ley de Ohm. Si se dispone de un óhmmetro los alumnos y alumnas pueden verificar directamente su resultado y medir otras resistencias, por ejemplo, las de su propio cuerpo. Una vez hechas estas actividades, es imprescindible que los jóvenes realicen un número importante de ejercicios en que apliquen la ley de Ohm, ejercicios en lo posible contextualizados y que tengan significado para ellos:

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¿Qué resistencia poseen las distintas ampolletas que hay en la casa? ¿Qué corriente circulará por mi lápiz a mina si le aplico 12 volt?, etc. Llegado este punto es necesario presentar el concepto de resistividad como la medida de la dificultad que presentan al paso de la corriente eléctrica distintos materiales. Se debe señalar que esta cantidad se anota con la letra griega ρ y que se expresa en Ωm. Debes proporcionar algunos valores de materiales conocidos (cobre, grafito, etc.), y presentar la relación entre ρ y

R: ALR ρ= , en que L es la longitud del conductor entre cuyos extremos

presenta la resistencia R y A su sección transversal. Un esquema que ilustre el significado de estas variables es necesario al igual que la resolución de algunos problemas simples. Ahora se está en condiciones de analizar circuitos más complejos, como los en serie y paralelos. Especialmente este último, que corresponde al de los circuitos domiciliarios. No es conveniente ni necesario dedicarle mucho tiempo a este tema. Seguramente encontrarás el tratamiento de ese tema superficial y poco acucioso, pero esto es lo que señala el Marco Curricular, siendo adecuado y favorable para alumnos y alumnas de Primero Medio. Solamente es una aproximación al tema: las definiciones más rigurosas de los conceptos, la noción de campo eléctrico y la ley de Coulomb, deben reservarse para Cuarto Año Medio. II. Magnetismo y fuerza magnética Conviene dividir esta subunidad en tres etapas: a) una consideración general sobre los imanes, b) el efecto Oersted y c) los fenómenos de inducción magnética. Se requiere de algunos imanes. Ellos son fáciles de obtener de cierres magnéticos para puertas de closet, de parlantes viejos y de cabezales de impresoras de matriz de punto. Hay que partir esta unidad mostrando el modo en que interactúan los imanes. Posiblemente los alumnos y alumnas ya han jugado con ellos y algo saben, pero es preciso corregir algunas ideas erróneas que suelen tener al respecto. Primero hay que dejarles claro que estamos en presencia de un fenómeno distinto del eléctrico, y por lo tanto, no corresponde aquí hablar de positivo y negativo. Los polos de los imanes son norte y sur. Se deben definir en base a la orientación que adquieren cuando pueden rotar libremente (por ejemplo cuando cuelgan de un hilo). El polo norte del imán es el que se dirige al Norte geográfico, el otro es el polo sur del imán.

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Por otra parte, hay que mostrar que los imanes atraen ciertos materiales, como el hierro, pero no a otros, como el aluminio, el cobre o el bronce, y que todo imán posee siempre por lo menos dos polos que resultan inseparables Entre ellos interactúan en forma similar a como lo hacen las cargas eléctricas: polos iguales se repelen y distintos se atraen. Esto implica que si sus polos no están alineados tienden a rotar, y que nuestro planeta Tierra es un gran imán que tiene un polo sur magnético en el polo Norte geográfico y un polo norte magnético en el Sur geográfico. Se puede señalar que a esto se debe el que la brújula sea tan útil para orientarnos, a pesar de que entre los polos geográficos y magnéticos hay algunos cientos de kilómetros de distancia. También conviene mostrar que algunos materiales presentan un magnetismo permanente (acero) mientras otros (hierro) solo se comportan como imán mientras están en las inmediaciones de un imán. Si se dispone del tiempo suficiente, se puede mostrar cómo un modelo que supone que la materia está constituida por pequeños imanes moleculares da cuenta de las diversas propiedades magnéticas de la materia. En este momento cabe preguntar a nuestras alumnas y alumnos ¿qué relación existirá entre los fenómenos eléctricos y los magnéticos? A continuación deben realizar el experimento de Oersted. Basta un alambre, una batería de 9 volt y una brújula idealmente pequeña. Los estudiantes deben constatar que, al estar el alambre orientado al igual que la brújula (de norte a sur), al circular corriente por el alambre, la aguja de la brújula tenderá a orientarse perpendicularmente al alambre. Deben constatar también la orientación opuesta que tiende a adquirir la aguja de la brújula si se invierte el sentido de la corriente en el alambre. El paso siguiente es que los estudiantes construyan un electroimán enrollando el alambre (forrado en plástico) alrededor de un clavo, constatando que éste se comporta como un imán únicamente mientras circula corriente por el alambre. Cabe señalar algunas aplicaciones de los electroimanes. Se les puede dar de tarea el construir un modelo de grúa magnética. La tarea más compleja desde el punto de vista experimental (con medios precarios) es mostrar a nuestros alumnos y alumnas los fenómenos de inducción magnética. Lo ideal es contar con un par de bobinas de muchas vueltas, con un imán poderoso, con un miliamperímetro de cierta sensibilidad y con un motorcito de juguete.

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Con elementos como estos se pueden demostrar los siguientes hechos:

Que el movimiento relativo entre el imán y una bobina induce en esta una corriente eléctrica. Lo de relativo significa que da lo mismo que se mueva la bobina respecto del imán o el imán respecto de la bobina. En los dos casos se observa lo mismo. Se debe mostrar que si bobina e imán se aproximan, la corriente circula en un sentido, y en el opuesto si se alejan. También se debe señalar que este es el principio de la dínamo, en la cual la energía de movimiento (mecánica) se convierte en energía eléctrica. Conviene aquí mostrar un esquema o animación que explique el funcionamiento de la dínamo.

Que sobre una bobina por la cual circula una corriente eléctrica actúa una fuerza cuando en su proximidad hay un imán. Este es el principio del motor eléctrico. El mismo esquema de una dínamo sirve para explicar el funcionamiento del motor. Conviene mostrar que un motorcito de juguete a pilas funciona como tal cuando se le conecta una pila, y a la inversa, como dínamo, cuando se hace girar manualmente su eje.

Que una bobina por la cual circula una corriente variable induce también una corriente variable en una bobina cercana. Este es el principio bajo el cual funciona el transformador eléctrico. Uno de los que se usan para timbres permite mostrar este fenómeno.

Una vez realizados los experimentos propuestos (o equivalentes), es menester formalizar los conceptos desde un punto de vista cualitativo. Lo importante es, por una parte, que el magnetismo se origina cuando hay cargas en movimiento (efecto Oersted). Por otra (leyes de Faraday), que sobre cargas en movimiento en un espacio en que hay un imán se originan fuerzas, y a la inversa, si se aplica una fuerza sobre una carga que está en un espacio en que hay un campo magnético, ella se moverá en dirección perpendicular. Por último, que resulta indistinguible el magnetismo producido por un imán que se mueve, y el de una bobina por la cual circula una corriente variable. III. Energía eléctrica Conviene dividir esta subunidad en tres etapas: a) Cómo se obtiene la energía eléctrica, b) Cómo se calcula y c) Qué se puede hacer con ella. Estos temas con seguridad los estaremos viendo en las últimas semanas de clases con nuestros Primeros Medios. Resulta conveniente dar como tarea de investigación bibliográfica estos tres puntos en el momento de iniciar la unidad de electricidad, junto con pequeñas biografías de los personajes que participaron del desarrollo de la electricidad: Amper, Volta, Oersted, Faraday, etc. en que se destaque tanto sus aportes, como el contexto en que los hicieron. Ello permite aprovechar mejor estas últimas clases, en las

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cuales ellos podrán exponer frente al curso sus trabajos y nosotros solamente dedicarnos a reforzar algunos conceptos e ideas que pudieran no haberles quedado claras. Entre estas ideas y conceptos suelen estar las que se indican a continuación: Primero, el hecho de que la energía es una sola: la capacidad de un sistema de realizar trabajo; es decir, de ejercer una fuerza que produzca algún desplazamiento. Que esa energía se nos presenta de diversas maneras (mecánica, calórica, química, eléctrica, etc.) y que con un poco de ingenio se puede transformar una en otra. Los estudiantes podrán señalar casos en que ocurren este tipo de transformaciones, y entre ellas, situaciones en que la energía que se obtiene es la eléctrica. Segundo, cómo se calcula la energía eléctrica y su relación con otras magnitudes eléctricas. Por ejemplo, hay que explicar qué ocurre con la energía en un circuito simple, como el de una ampolleta. La energía eléctrica E, proporcionada por la pila o por la red eléctrica domiciliaria, se disipa en la ampolleta (en forma de luz y calor) con una cierta rapidez. Con esto se manifiesta la importancia del concepto de potencia. Mientras mayor es la potencia de la ampolleta, más rápidamente se disipa la energía, y mientras más tiempo esté funcionando el circuito, más energía eléctrica se estará transformando en luz y calor. De lo anterior se entiende que mientras mayor sea la intensidad de corriente que circula por un artefacto (o menor sea su resistencia eléctrica) mayor será la potencia disipada. Resulta instructivo que los alumnos y alumnas averigüen el valor del kilowatt-hora (examinando una boleta de la empresa que los abastece de energía eléctrica), que examinen los dispositivos eléctricos de sus casas, sus respectivas potencias y el tiempo que permanecen funcionando en el mes, y que con estos datos planifiquen formas de ahorrar energía y prevean el impacto que estas tendrían sobre la cuenta a fin de mes. Por último, es conveniente hacer junto a nuestros estudiantes un cuadro sinóptico de los diferentes conceptos, sus unidades, y expresiones matemáticas que los relacionan.

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Actividad Sugerida: Vibraciones y sonido En esta actividad desarrollaremos algunos aspectos del siguiente aprendizaje esperado del programa de NM1:

Reconocer que el sonido producido en materiales tan diversos como cuerdas, láminas, aire y metales, tienen un origen común: la vibración.

Esta actividad se inicia creando las condiciones para que alumnos y alumnas realicen un conjunto de observaciones y experimentos muy simples. Te proponemos trabajar con las dos guías para el alumno aquí proporcionadas. La primera, “Guía 1: Vibraciones y sonido. Primera parte”, permite que se reconozca la presencia de las vibraciones asociadas a los sonidos que escuchamos habitualmente. La segunda, “Guía 2: Vibraciones y sonido. Segunda parte”, permite que los estudiantes indaguen sobre dos características de los sonidos (tono e intensidad) y el tipo de vibración con que se relacionan. Puedes emplear estas mismas guías u otras semejantes que se adapten mejor a los materiales de que dispongas. Como puedes ver la guía contiene un conjunto de actividades destinadas a lograr parte del aprendizaje esperado. Además de cosas que habitualmente hay en la sala de clases, necesitarás una guitarra acústica y una radio, generalmente disponibles en los establecimientos educacionales. Es conveniente organizar a los estudiantes en grupos de dos o tres, de modo que sigan paso a paso las instrucciones que se dan y registren sus observaciones. Las guías se dividen en etapas que aparecen como preguntas. La idea es que inicialmente los jóvenes respondan lo que ellos creen. Las actividades experimentales que deberá realizar a continuación y la discusión con sus compañeros de grupo los conducirán, en la mayoría de los casos, a cambiar sus preconceptos en base a evidencia observable. Finalmente se retoman estas mismas preguntas de modo que confirmen o modifiquen de sus ideas iniciales. Por esta razón es fundamental que los y las estudiantes registren en los espacios disponibles todo el proceso. Guía 1:

La guía 1 tiene por objetivo que alumnos y alumnas reconozcan que los sonidos que oyen habitualmente se originan en vibraciones simultáneas de varios objetos. Para evaluarla se sugiere considerar los siguientes indicadores:

• Diferenciar fuentes de vibración primarias y secundarias involucradas en un sonido específico.

• Identificar la fuente de vibración primaria de los diferentes sonidos que pueda oír.

• Identificar los objetos que vibran como consecuencia de una vibración primaria.

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• Reconocer que las vibraciones se transmiten por el aire y también por otros medios materiales.

Una vez finalizado el trabajo de los alumnos y alumnas es necesario que revises con el curso completo las conclusiones a que han llegado, permitiéndoles que ilustren con variados ejemplos situaciones que las confirman. Puede ser interesante cerrar el tema refiriéndose a cómo emiten sonidos los animales: el loro, el perro, el grillo, etc. Muchos jóvenes creen que, al igual que nosotros, emplean cuerdas vocales. Por último debes tener presente que la actividad grupal puede ser una buena oportunidad para abordar algunos objetivos de carácter transversal, por ejemplo, la importancia de nuestros sentidos, de la observación y la experimentación en ciencias. Guía 2: La guía 2 tiene por objetivo que alumnos y alumnas reconozcan la diferencia entre la altura o tono de un sonido y su intensidad. Para evaluarla se sugiere utilizar los siguientes indicadores:

• Reconocer en las notas musicales ejemplos de sonidos de diferentes tonos o altura.

• Diferenciar sonidos de igual tono pero de distinta intensidad. • Reconocer que los sonidos son más agudos mientras más rápida sea la

vibración que los produce y más graves, mientras más lentas. • Reconocer que la intensidad de un sonido se relaciona con la amplitud

de la vibración que lo produce. El paso siguiente es introducir algunas nociones cuantitativas para el período de oscilación y frecuencia de las vibraciones. Para ello, como las vibraciones asociadas a sonidos audibles son muy rápidas y resulta imposible hacer mediciones en la sala de clases, lo conveniente es hacerlo en un sistema mecánico como un péndulo o un resorte del cual pende una masa. Lo conveniente es que no “pases la materia” sino que, siguiendo las ideas delineadas en las guías aquí propuestas, encuentres las preguntas adecuadas y la secuencia conveniente de actividades para que sean los propios alumnos y alumnas quienes las responden formulando conjeturas o hipótesis y luego observando y experimentando.

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Actividad Sugerida: Difracción e interferencia en la luz En esta actividad desarrollaremos algunos aspectos del siguiente aprendizaje esperado del programa de NM1:

Reconocer que la luz es un fenómeno de ondas y que por lo tanto tiene todos los comportamientos asociados a ellas, como por ejemplo: difracción e interferencia, transmisión y absorción.

Esta actividad se inicia creando las condiciones para que alumnos y alumnas realicen un conjunto de observaciones y experimentos simples. Es necesario que los fenómenos de difracción e interferencia hayan sido estudiados para el caso del sonido. Te proponemos trabajar con la guía para el estudiante aquí proporcionada. Esta guía permite que se reconozcan los fenómenos de difracción e interferencia en la luz, al igual que ocurre para el caso de los sonidos. Como puedes ver, la guía contiene un conjunto de actividades destinadas a lograr parte del aprendizaje esperado antes señalado. Lo ideal para desarrollar esta guía es contar con un puntero láser (los hay de muy bajo costo) y una cubeta de ondas muy simple. Si los manejan los estudiantes hay que advertirles que no jueguen dirigiendo su rayo a los ojos de sus compañeros, por los peligros que implica. La actividad puede ser desarrollada en forma expositiva, pero cautelando una participación activa por parte de los estudiantes. La guía se divide en etapas que aparecen formuladas como preguntas. La idea es que inicialmente los jóvenes respondan lo que ellos creen o imaginan. Las actividades experimentales que deberá realizar a continuación y la discusión con sus compañeros lo conducirán, en la mayoría de los casos, a cambiar sus preconceptos en base a evidencia observable. Finalmente, se retoman estas mismas preguntas de modo que confirmen o modifiquen sus ideas iniciales. Por esta razón es fundamental que los estudiantes registren en los espacios disponibles o en sus cuadernos todo el proceso. Para evaluar esta guía se sugiere utilizar los siguientes indicadores:

• Reconocer que cotidianamente no se pone en evidencia la difracción de la luz ni su interferencia, aun cuando se están produciendo.

• Identificar las situaciones en que se pone en evidencia la difracción y la interferencia de la luz.

• Reconocer la importancia del experimento de Young en la confirmación del modelo ondulatorio de la luz.

• Reconocer que la difracción y la interferencia, no obstante ser fenómenos diferentes, siempre ocurren juntos.

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Una vez finalizado en trabajo es necesario que revises las conclusiones a que han llegado y permitas que diseñen (independiente de que sea posible realizarlos) otros experimentos o situaciones en que se ponga en evidencia la difracción e interferencia de la luz. Puede ser interesante cerrar el tema refiriéndose al debate histórico entre el modelo ondulatorio y corpuscular. Por último, debes tener presente que la actividad se presta para hacer ver la importancia de los modelos científicos y analizar tanto la función que cumplen como el valor que poseen.