U N I V E R S I T Y O F C A L I F O R N I A , B E R K E L E Y • L A W R E N C E H A L L O F S C I E N C E

IAPS-2SB

ISSUES and Physical Science

SE

CO

ND

E

DI

TI

ON

ISSUES and Physical Science

I A P S U N I T SC I E N C E CO N T E N T I SS U E F O C U S

Studying Materials Scientifically

Laboratory safetyHandling hazardous materialsProperties of substances

DensityIdentifying unknown substances

Evaluating product safety

The Chemistry of Materials

Physical and chemical propertiesElements and compounds

The Periodic Table Chemical reactionsChemistry of materialsConservation of mass

Environmental impact associated with making and disposing of computers

Water Water qualityElements and compoundsAtoms and molecules

Mixtures and solutionsSolubilityParticle theory of matterAcids and bases

Water quality

Energy Energy transfer and transformationsTypes of energyElectrical currents

Motors and generators Magnetic fieldsMeasuring energyEnergy efficiency

Energy efficiency

Force and Motion

Newton’s LawsInertiaForce

FrictionExperimental designAutomobile safety

Automobile safety

Waves Wave propertiesTypes of wavesSound

LightElectromagnetic spectrum

The dangers of excessively loud sounds and ultraviolet light

In Issues and Physical Science:

S E C O N D E D I T I O N

ISSUES and Physical ScienceSPANISH

ISSUES and Physical ScienceS E C O N D E D I T I O N

S P A N I S H

ISSUES and Physical ScienceS E C O N D E D I T I O N

S P A N I S H

SEPUP Lawrence Hall of ScienceUniversity of California at BerkeleyBerkeley CA 94720-5200

e-mail: sepup@berkeley.eduWebsite: www.sepuplhs.org

Published by:17 Colt CourtRonkonkoma NY 11779 Website: www.lab-aids.com

Este libro es parte de la sucesión de cursos de secundaria (middle school) de SEPUP:

ISSUES AND EARTH SCIENCE, 2nd Edition

Studying Soil ScientificallyRocks and MineralsErosion and DepositionPlate TectonicsWeather and AtmosphereThe Earth in SpaceExploring Space

ISSUES AND LIFE SCIENCE, 2nd Edition

Experimental Design: Studying People ScientificallyBody WorksCell Biology and DiseaseGeneticsEcologyEvolutionBioengineering

ISSUES AND PHYSICAL SCIENCE, 2nd Edition

Studying Materials ScientificallyThe Chemistry of MaterialsWaterEnergyForce and MotionWaves

Materiales educativos adicionales SEPUP incluyen: SEPUP Modules: Grades 7–12 Science and Sustainability: Course for Grades 9–12 Science and Global Issues: Biology: Course for High School Biology

This material is based upon work supported by the National Science Foundation under Grants No. 9252906 and No. 0099265. Any opinions, findings, and conclusions or recom-mendations expressed in this material are those of the authors and do not necessarily reflect the views of the National Science Foundation.

Para ver los créditos de las ilustraciones y las fotografías consultar la página I-17, que es una extensión y forma parte de esta página de derechos de autor.

El formato preferido para citar de este libro es SEPUP. (2012). Issues and Life Science. Lawrence Hall of Science, University of California at Berkeley. Published by Lab-Aids®, Inc., Ronkonkoma, NY

1 2 3 4 5 6 7 8 9 16 15 14 13 12

©2012 The Regents of the University of California

ISBN: 978-1-60301-505-9 ISBN: 1-60301-505-1

Una carta a los alumnos de Issues and Life Science

Al ir examinando las actividades de este libro, te preguntarás ¿Por qué se ve tan distinto este libro de los otros libros de ciencia que conozco? La razón es muy simple: Éste es un programa de educación de ciencia muy distinto y ¡únicamente parte de lo que aprenderás aparece en estas páginas!

Issues and Life Science, o sea IALS, utiliza varios tipos de actividades para enseñar ciencia. Por ejemplo, diseñarás y llevarás a cabo un experimento que investiga el fenómeno de cómo reaccionan las personas a un estímulo exterior. Examinarás un modelo de cómo las especies compiten por conse-guir alimento. También jugarás el papel de científicos que están investi-gando las causas de las enfermedades infecciosas. Una combinación de experimentos, lecturas, modelos, debates, actuación de papeles y proyectos han de ayudarte a descubrir la naturaleza de la ciencia y la relevancia que ésta tiene en tus propios intereses.

Descubrirás qué ideas científicas importantes aparecen una y otra vez en las diversas actividades. Es de esperarse que harás mucho más que sólo apren-der de memoria estos conceptos: se te exigirá que los expliques y que los apliques. En particular vas a mejorar tus habilidades de hacer decisiones, usando la evidencia y considerando las consecuencias de lo que decidas cuando la sociedad debe resolver problemas de forma científica.

¿Cómo sabemos que éste es un buen sistema para aprender? En general, la investigación educativa de ciencia así lo indica. En particular, las activi-dades de este libro han sido realizadas por centenas de estudiantes y por sus maestros, y han sido modificadas según las sugerencias de los mismos. En cierto sentido, todo el libro es el resultado de una investigación: hemos pro-bado las ideas con personas, hemos interpretado los resultados y hemos modificado nuestras ideas originales. Creemos que al final quedarás con-vencido que aprender más de las ciencias es importante, placentero y relevante a tu propia vida.

Equipo IALS de SEPUP

v

PROYECTO DE ISSUES & LIFE SCIENCEDirector (2003–2012): Barbara Nagle

Director (2001–2002): Herbert D. Thier

Coordinación: Janet Bellantoni

AUTORES

OTROS CONTRIBUYENTESKathy Burke, Kate Haber, Vana James, Mike ReeskeWe would also like to thank everyone who contributed to Issues, Evidence, and You, especially Robert Horvat, Mark Koker, Mike Reeske, Stephen Rutherford, Herbert D. Thier, and Mark Wilson and staff from the Berkeley Evaluation and Research (BEAR) Center, Graduate School of Education, University of California at Berkeley.

CONTENIDO Y REVISIÓN CIENTÍFICADr. Stephanie Chasteen, University of Colorado, Boulder, (Energy and Waves) Dr. Tim Erickson, Epistemological Engineering, Oakland California (Force and Motion)Dr. Tanya Faltens, Lawrence Hall of Science, University of California, Berkeley

(Studying Materials Scientifically and The Chemistry of Materials)Dr. Betsy Kean, Professor Emerita, Department of Teacher Education, California State

University, Sacramento (Studying Materials Scientifically, The Chemistry of Materials, and Water)

Dr. Chinh Nguyen, Lick-Wilmerding High School, San Francisco (Energy)Dr. Marion O'Leary, Dean Emeritus, College of Natural Sciences and Mathematics,

California State University, Sacramento (Studying Materials Scientifically, The Chemistry of Materials, and Water)

Dr. Scott Randol, Lawrence Hall of Science, University of California, Berkeley (Force and Motion)

PRODUCCIÓNCoordinación, diseño, investigación fotográfica y composición:

Seventeenth Street Studios

Edición: Trish Beall

Asistente administrativo: Roberta Smith

Traducción al español: Luis Shein y Miriam Shein

vii

Unidad A: Manisha Hari-ani, Sara Wilmes, Daniel Seaver

Unidad B: Sara Wilmes, Barbara Nagle, Donna Markey

Unidad C: Barbara Nagle, Laura Lenz, Asher  Davison

Unidad D: Janet Bellantoni, John Howarth, Lee Trampleasure, Donna Markey, Daniel Seaver

Unidad E: Janet Bellantoni, Daniel Seaver

Unidad F: Janet Bellantoni, John Howarth, Christopher Keller

ix

CENTROS DE PRUEBA DURANTE EL DESARROLLO DEL PROGRAMA El salón de clase es el laboratorio de SEPUP para el desarrollo. Estamos sumamente agradecidos a los directores de estos centros así como a los maestros y sus alumnos, quienes impartieron el programa durante los años escolares 2003-04 y 2004-05. Éstos maestros y sus alumnos contribuyeron de manera significativa a mejorar la primera edición de este curso. Desde entonces, Issues and Life –Science ha sido uti-lizado en miles de salones de clase en todo Estados Unidos. Esta segunda edición está basada en lo que hemos aprendido de los maestros y los estudiantes en estos salones de clase. También incluye nuevos datos e información, por lo que los temas que contiene el curso permanecen frescos y actualizados.

Alaska: Donna York (Director), Kim Bunselmeyer, Linda Churchill, James Cunningham, Patty Dietderich, Lori Gilliam, Gina Ireland-Kelly, Mary Klopfer, Jim Petrash, Amy Spargo

California-San Bernardino County: Dr. Herbert Brunkhorst (Director), William Cross, Alan Jolliff, Kimberly Michael, Chuck Schindler

California-San Diego County: Mike Reeske and Marilyn Stevens (Co-Directors), Pete Brehm, Donna Markey, Susan Mills, Barney Preston, Samantha Swann

California-San Francisco Area: Stephen Rutherford (Director), Michael Delnista, Cindy Donley, Judith Donovan, Roger Hansen, Judi Hazen, Catherine Heck, Mary Beth Hodge, Mary Hoglund, Mary Pat Horn, Paul Hynds, Margaret Kennedy, Carol Mortensen, Bob Rosenfeld, Jan Vespi

Colorado: John E. Sepich (Director), Mary Ann Hart, Lisa Joss, Geree Pepping-Dremel, Tracy Schuster, Dan Stebbins, Terry Strahm

Connecticut: Dave Lopath (Director), Harald Bender, Laura Boehm, Antonella Bona-Gallo, Joseph Bosco, Timothy Dillon, Victoria Duers, Valerie Hoye, Bob Segal, Stephen Weinberg

Kentucky-Lexington Area: Dr. Stephen Henderson and Susie Nally (Co-Directors), Stephen Dilly, Ralph McKee II, Barry Welty, Laura Wright

Kentucky-Louisville Area: Ken Rosenbaum (Director), Ella Barrickman, Pamela T. Boykin, Bernis Crawford, Cynthia Detwiler, Denise Finley, Ellen Skomsky

Louisiana: Dr. Shiela Pirkle (Director), Kathy McWaters, Lori Ann Otts, Robert Pfrimmer, Eileen Shieber, Mary Ann Smith, Allen (Bob) Toups, Dorothy Trusclair

Michigan: Phillip Larsen, Dawn Pickard and Peter Vunovich (Co-Directors), Ann Aho, Carolyn Delia, Connie Duncan, Kathy Grosso, Stanley Guzy, Kevin Kruger, Tommy Ragonese

New York City: Arthur Camins (Director), Eddie Bennett, Steve Chambers, Sheila Cooper, Sally Dyson

North Carolina: Dr. Stan Hill and Dick Shaw (Co-Directors), Kevin Barnard, Ellen Dorsett, Cameron Holbrook, Anne M. Little

Oklahoma: Shelley Fisher (Director), Jill Anderson, Nancy Bauman, Larry Joe Bradford, Mike Bynum, James Granger, Brian Lomenick, Belva Nichols, Linda Sherrill, Keith Symcox, David Watson

Pennsylvania: Dr. John Agar (Director), Charles Brendley, Gregory France, John Frederick, Alana Gazetski, Gill Godwin

Washington, D.C.: Frances Brock and Alma Miller (Co-Directors), Vasanti Alsi, Yvonne Brannum, Walter Bryant, Shirley DeLaney, Sandra Jenkins, Joe Price, John Spearman

Western New York: Dr. Robert Horvat and Dr. Joyce Swartney (Co-Directors), Rich Bleyle, Kathaleen Burke, Al Crato, Richard Duquin, Lillian Gondree, Ray Greene, Richard Leggio, David McClatchey, James Morgan, Susan Wade

x

REVISION CENTERS

Buffalo, New York: Kathaleen Burke (Director), Robert Baxter, Robert Tyrell

Charleston County, South Carolina: Rodney Moore (Director), Deborah Bellflower, Liz Milliken, Donna Ouzts, Gail Wallace

Lemon Grove, California: Samantha Swann (Director), Lyn Ann Boulette, Amber Lunde

Vista, California: Donna Markey (Director)

Winston-Salem/Forsyth County, North Carolina: Jim Bott (Director), Kathy Boyer, Jason Felten, Bill Martin

65 LABORATORIO Baterías químicas D-66

65A LABORATORIO La energía y los campos magnéticos D-71

66 INVESTIGACIÓN Conectando circuitos D-76

67 LABORATORIO Focos calientes D-80

68 LABORATORIO Celdas fotovoltaicas D-86

69 LABORATORIO Calentamiento por energía solar D-89

70 HACIENDO UN MODELO Colectando energía solar D-94

71 LECTURA Eficiencia en la energía doméstica D-98

72 INVESTIGACIÓN Mejorando la eficiencia en energía D-104

UNIDAD E Fuerza y movimiento

73 DISCUTIENDO EL TEMA Seleccionando un vehículo seguro E-4

74 LABORATORIO

Midiendo velocidad E-7

75 INVESTIGACIÓN Interpretando gráficas de movimiento E-12

xvi

Issues and Physical Science

76 LABORATORIO Velocidad y choques E-16

77 LABORATORIO Masa y choque E-19

78 RESOLVIENDO PROBLEMAS Fuerza, aceleración y masa E-21

79 LABORATORIO Inercia alrededor de una curva E-25

80 LECTURA Las leyes de movimiento de Newton E-29

81 INVESTIGACIÓN El desafío de la fuerza neta E-37

82 LABORATORIO Distancia de frenado E-41

83 INVESTIGACIÓN Deteniéndose totalmente E-45

84 LECTURA Frenado seguro E-49

85 INVESTIGACIÓN Haciendo pruebas de choque E-55

86 HACIENDO UN MODELO Investigando el centro de masa E-58

87 DISCUTIENDO EL TEMA

Accidentes fatales E-62

88 ACTUANDO EL PAPEL

Seguridad para todos E-65

xvii

Contenido

Fuerza y movimiento

E

 N o tengo paciencia de esperar a que termine la escuela”, dijo Jack a su amiga Uma. “Mi tía predilecta, la tía Tillie,

nos visita. Ella maneja un autobús de turismo y hoy me va a recoger de la escuela con el autobús”.

Cuando llegó Tillie, Jack se subió al mismo y se sentó en la parte de adelante para poder ver mejor. Cuando la tía Tillie se aproximó a una entrada de la autopista, Jack se dió cuenta de que había un auto a la derecha, próximo a ellos. El auto aceleró rápidamente, los pasó y subió a la autopista. Jack se quedó pensando en cómo se mueven los objetos.

“Tía Tillie,” preguntó, “¿Por qué puede un auto acelerar más rápido y llegar a la velocidad permitida de la autopista más rápido que nosotros? ¿No es el motor de este autobús mucho más grande?

“Pero el auto es mucho más chico que nosotros”, contestó.

“Pero por qué es esto importante?”

“Bueno, Jack, es que así es la física” , dijo la tía Tillie. “Es difícil aumentar la velocidad para algo tan grande, como este autobús. Necesita tener un motor muy grande para tener la fuerza suficiente”.

“Pero este autobús tiene un motor muy grande. Tiene mucho más fuerza que el pequeño motor del auto”.

“Si, es cierto, pero como el auto es también mucho más pequeño, no necesita un motor tan grande para llegar a alta velocidad. Su pequeño motor puede crear la fuerza suficiente para permitirle llegar a alta velocidad más aprisa que el autobús”.

¿Cómo se relacionan las fuerzas con el movimiento? ¿Cómo determina el tamaño de un objeto la forma en que se mueve?

En esta unidad vas a aprender cómo las fuerzas afectan el movimiento de los objetos. Al examinar choques de autos, vas a aprender también como el entendimiento del fenómeno de movimiento puede incrementar la seguridad en los caminos.

Fuerza y movimiento

E-3

E-4

73 Seleccionando un vehículo seguro

 L a semana pasada, cuando Noah y su papá viajaban a la escuela, tuvieron un accidente de tráfico. Aún cuando nadie resultó herido,

el daño del auto fue muy serio y tienen que comprar otro auto. Los padres de Noah quieren ahora estar seguros de que el nuevo auto es un auto muy seguro. Han seleccionado dos vehículos, que prácticamente cuestan lo mismo, pero que son muy distintos. Aún cuando Noah es demasiado joven para manejar, sus padres desean su opinión y le muestran los dos anuncios de los dos autos.

Vehículo 1 Vehículo 2

¿Qué auto crees que sea más seguro? DESAFÍO

¡Fuerte! ¡Resistente! Con más potencia que ningún vehículo de su clase. Puede llevar cinco personas, con todo su equipo, a cualquier sitio que quiera. ¡Sí, a cualquier sitio!

¡Ágil! ¡Veloz! Este sedan de alto rendimiento le ofrece rápida aceleración y control preciso. Además es tan espacioso que podrá llevar a cinco personas al otro lado de la ciudad o ¡al otro lado del país!

DISCUTIENDO EL T

EM

A

E-5

PROCEDIMIENTOParte A: Poniendo las prioridades de las características

del vehículo

1. Discute con tu compañero o compañera las características que conside-ras importantes para un vehículo familiar.

2. En tu cuaderno de ciencias:

a. Haz una lista de las cinco características que consideras las más importantes.

b. Haz una lista de las cinco características que más determinan las seguridad del vehículo.

c. Pon un círculo en aquellas características que aparecen en ambas listas.

3. Pídele a tu maestro o maestra una copia de 1a Hoja de Alumno 73.1, “Comparando las características de los vehículos”. En ella:

a. Dibuja una estrella a la izquierda de las cinco características que te sean las más importantes.

b. Dibuja una X a la izquierda de las cinco características que te sean las menos importantes.

4. Contesta las preguntas de análisis 1 y 2.

Parte B: Analizando las características de seguridad del vehículo

5. Para cada característica en las lista de la Hoja de Alumno 73.1, usa la columna, “Efecto sobre la seguridad” para explicar cómo piensas que esta característica hace que el vehículo sea más o menos seguro. Si no crees que esta característica tiene efecto en la seguridad del vehículo, explica por qué sí o por qué no lo tiene.

6. Para cada característica en la lista, compara los datos de los Vehículos 1 y 2. Pon un círculo en el número del vehículo cuyos datos indican más seguridad para el mismo.

7. Contesta las Preguntas de Análisis 3 a 6.

MATERIALES

Para cada alumno1 Hoja de Alumno 73.1, “Comparando las características de

los vehículos”

ANÁLISIS 1. Compara las características que enlistaste en el Paso 2 con las caracte-

rísticas enlistadas en la Hoja de Alumno 73.1. ¿Cómo son o no son:

a. similares?

b. diferentes?

2. Para cada característica de la Hoja de Alumno 73.1 en la que pusiste una X, explica por qué decidiste que era menos importante.

3. ¿Qué otros factores, además de seguridad, son importantes para las per-sonas cuando compran un vehículo nuevo?

4. ¿Crees que las características puedan:

a. reducir daños, heridas y fatalidades en accidentes de autos? Explica tus razones.

b. prevenir accidentes? Explica tus razones.

5. ¿Cuál vehículo crees que sea más seguro, el Vehículo 1 o el Vehículo 2? Explica qué parte de los datos te convence más para decidir qué vehí-culo es el más seguro.

E-6

  ún cuando muchos factores contribuyen a los accidentes de autos, el factor más importante en el riesgo de un accidente,

es exceso de velocidad. Velocidad excesiva determina como el 20% de los accidentes fatales en los Estados Unidos.

La velocidad se define como la distancia que un objeto avanza en una cierta unidad de tiempo. Por ejemplo, si un auto avanza 80 kilómetros en una hora, se dice que tiene una velocidad de 80 kilómetros por hora. La velocidad de un objeto se puede calcular dividiendo la distancia que avanzó por el tiempo que tomó en moverse. Se muestra esto en la ecuación:

Velocidad = distancia tiempo

Las personas usan muchas unidades distintas para describir la velocidad. Estas incluyen, millas por hora (MPH), kilómetros por hora (km/h) y metros por segundo (m/s).

¿Cómo puedes medir la velocidad de un carrito en movimiento?

74 Midiendo velocidad

DESAFÍO

LABORATORIO

Este velocímetro muestra la velocidad en millas por hora y en kilómetros por hora. Los kilómetros por hora es la unidad de velocidad que se usa comúnmente en otros países

E-8

Midiendo velocidad

PROCEDIMIENTOParte A: Midiendo tiempo y distancia

1. Levanta la rampa y la pista como se muestra abajo.

2. Usa el metro, la cinta adhesiva y el plumón para marcar el principio y el fin de los primeros 100 centímetros de la parta plana de la pista. Ase-gúrate en pegar la cinta adhesiva al lado de la pista y no directamente sobre la pista.

MATERIALES

Para cada grupo de cuatro alumnos 2 secciones de pista 1 carrito 1 rampa 1 cronómetro 1 metro 1 plumón cinta adhesiva (masking tape)

2561 LabAids SEPUP IAPS SBFigure: PhysSB E 02.02LegacySansMedium 10/11.5

Time

Los más veloces corredores de pista en bicicleta pueden cubrir 4,000 metros (2.5 millas) en menos de 4 minutos.

3. En tu cuaderno de ciencias haz una tabla como la que aparece arriba.

4. Pon el carrito de tal manera que el eje trasero esté alineado con la Marca A.

5. Libera el carrito y empieza a tomar el tiempo con el cronó-metro cuando las ruedas de atrás del carrito estén sobre la parte plana de la pista. Toma el tiempo que le lleva al carrito a cubrir los 100 centímetros que has marcado. Apunta tu tiempo en la tabla en la hilera del Intento 1.

6. Repite los Pasos 4 y 5 dos veces más. Usa las hileras de Intento 2 y 3 para apuntar tus datos.

7. Usa la ecuación de abajo para calcular la velocidad del carrito en cada intento. Redondea tu respuesta a 0.1 cm/s.

Velocidad = distancia tiempo

8. Calcula el promedio de los tres intentos. Apunta el promedio de veloci-dad en tu tabla.

E-9

Velocidad del carrito

Intento Distancia (cm) Tiempo (s) Velocidad (cm/s)

1 100

2 100

3 100

Promedio

Parte B: El efecto de la altura de desprendimiento sobre la velocidad

9. Imagínate qué le pasaría a la velocidad del carrito si la altura de des-prendimiento, o sea la altura del inicio de la pista, se hubiera cam-biado. En tu cuaderno de ciencias apunta cómo una altura de despren-dimiento menor afectaría a la velocidad del carrito. Explica tus razones.

10. Para demostrar si tu predicción es correcta, apunta un procedimiento usando el equipo que estás utilizando.

Sugerencia: Tu plan debería tomar en cuanta que en ocasiones el carrito no pueda cubrir los 100 centímetros que has marcado antes de detenerse.

11. Prepara una tabla para apuntar tus mediciones.

12. Muestra a tu maestro o maestra los planes que has hecho.

13. Lleva a cabo tu experimento y apunta tus resultados.

ANÁLISIS 1. De acuerdo con tus datos de la Parte A, ¿cuál es la velocidad del carrito?

2. De acuerdo con tus datos de la Parte B, ¿cuál fue el efecto de la altura de desprendimiento sobre la velocidad del carrito?

3. Haz una lista de las unidades comunes usadas en medir velocidad. ¿Por qué hay tantas unidades distintas?

4. ¿Qué cosas en tu diseño de la Parte B:

a. aumentaron tu confianza en los resultados?

b. disminuyeron tu confianza en los resultados?

5. ¿Cuál es la velocidad del carrito, en m/s, si avanza:

a. 5 metros en 0.1 segundos?

b. 5 metros en 0.2 segundos?

c. 10 metros en 0.2 segundos?

6. Reflexión: ¿Por qué crees que el factor de exceso de velocidad es responsa-ble por aproximadamente 20% de los accidentes fatales en automóviles?

E-10

Midiendo velocidad

INVESTIGACIÓN ADICIONAL 1Publica tus resultados en la página de SEPUP, Issues and Physical Science y compara tus resultados con los resultados de otras clases.

INVESTIGACIÓN ADICIONAL 2Si el límite de velocidad es de 60 MPH, ¿el policía podría dar una multa a alguno de los vehículos cuya velocidad aparece en la Pregunta de Análisis 5?

Sugerencia: 1,000 m = 1 km = 0.62 millas

Una pistola de radar usa ondas de sonido para medir qué tan lejos se mueve un auto en un período muy corto de tiempo. Calcula rápidamente la velocidad y la muestra en la pantalla para el usuario.

E-11

 En la actividad anterior, calculaste la velocidad de un carrito mientras se movía en su pista. Sin embargo, en ocasiones la

velocidad de un objeto cambia durante su viaje. Por ejemplo, un chofer de un auto cambia la velocidad del auto según las condiciones del camino o del tráfico. Cuando la velocidad de un objeto cambia durante su trayec-toria, una gráfica de movimiento es muy útil porque muestra la velocidad del objeto en todo momento de su trayectoria.

Teasha y Josh viven en casas vecinas al fin de un camino recto que va directa-mente a su escuela. Viven a cuatro millas de la escuela y sus padres los llevan allá en auto cada mañana.

¿Cómo puedes usar una gráfica para describir movimiento?

E-12

75 Interpretando gráficas de movimiento

2561 LabAids SEPUP IAPS SB Figure: PhysSB E 03.01 LegacySansMedium 10/11.5

Teasha

Josh

Escuela4 millas

DESAFÍO

INVES T IGACIÓN

PROCEDIMIENTO 1. Corta las 8 tiras a lo largo de las líneas punteadas.

2. Lee cada una de las tiras. Cada tira representa una historia o una o más partes de una historia o dos historias mezcladas. Algunas de las tiras describen los viajes de Teasha a la escuela. Las otras describen los viajes de Josh.

3. Con tu compañero o compañera identifica cada tira que corresponde a cada segmento de las dos gráficas de movimiento que se encuentran en la Hoja de Alumno 75.2, “Viajes de Teasha y Josh a la escuela”.

4. Pega o adhiere cada una de las tiras al segmento de la gráfica que la describe.

5. Explica tus elecciones en tu cuaderno de ciencias.

E-13

MATERIALES

Para cada par de alumnos 1 conjunto de 8 tiras cortadas de la Hoja de Alumno 75.1,

“Tiras de viaje” 1 Hoja de Alumno 75.2, “Viajes de Teasha y Josh a la

escuela” 1 tijeras cinta adhesiva o pegamento

ANÁLISIS 1. Identifica un lugar en cada gráfica donde cambia la pendiente de la línea.

¿Qué indica cuando la pendiente cambia en una gráfica de movimiento?

2. ¿Qué alumno, Teasha o Josh, empezó más rápido? Explica cómo sabes esto.

3. ¿Qué tan avanzado estaba el viaje cuando Josh decidió regresar? Describe cómo se ve la gráfica de movimiento en este lugar.

4. Observa las gráficas de movimiento que se muestran abajo. Relaciona cada gráfica con las descripciones siguientes:

a. Un auto moviéndose a velocidad constante y después moviéndose a la misma velocidad en sentido opuesto.

b. Un auto moviéndose a velocidad constante se detiene, y después se continua en la misma dirección a más velocidad.

c. Un auto moviéndose a velocidad constante cambia a otra velocidad constante mayor.

d. Un auto moviéndose a velocidad constante cambia a otra velocidad constante menor.

E-14

2561 LabAids SEPUP IAPS SB Figure: PhysSB E 03.02a LegacySansMedium 10/11.5

Tiempo

Dis

tanc

ia

2561 LabAids SEPUP IAPS SB Figure: PhysSB E 03.02b LegacySansMedium 10/11.5

Tiempo

Dis

tanc

ia

2561 LabAids SEPUP IAPS SB Figure: PhysSB E 03.02c LegacySansMedium 10/11.5

Tiempo

Dis

tanc

ia

2561 LabAids SEPUP IAPS SB Figure: PhysSB E 03.02d LegacySansMedium 10/11.5

Tiempo

Dis

tanc

iaGráfica 1 Gráfica 2

Gráfica 3 Gráfica 4

5. Un auto que acelera es un auto que cambia de velocidad y/o de dirección. ¿Qué gráfica describe un auto que está acelerando de manera continua? Explica cómo la forma de la gráfica muestra esta aceleración.

INVESTIGACIÓN ADICIONALCrea nuevos personajes que viajan en situaciones similares a las descritas en esta actividad. Para cada personaje, haz una nueva serie de tiras y una gráfica de movimiento que corresponda a las historias en las tiras.

E-15

2561 LabAids SEPUP IAPS SB Figure: PhysSB E 03.03a LegacySansMedium 10/11.5

Tiempo

Dis

tanc

ia

2561 LabAids SEPUP IAPS SB Figure: PhysSB E 03.03b LegacySansMedium 10/11.5

Tiempo

Dis

tanc

ia

 En un accidente de autos, tanto la velocidad del auto como la velocidad del objeto chocado seguramente cambiarán. Estos

cambios se deben a las fuerzas presentes que ocurren siempre que un objeto choca con otro. Una fuerza empuja o jala y esto es lo que produce cambios en el movimiento del objeto. El cambio en el movimiento de un objeto depende de dos factores: la magnitud (el tamaño) de las fuerzas presentes y la duración del tiempo en la que se aplican estas fuerzas. En muchos de los choques de autos, la duración de tiempo del choque propia-mente dicho es muy corta.

Durante un choque, ¿la velocidad de los vehículos afecta a las fuerzas presentes?

E-16

76 Velocidad y choques

La magnitud de las fuerzas presentes cuando estos dos autos chocan son muy grandes, pero la duración del tiempo del choque es pequeña.

DESAFÍO

LABORATORIO

PROCEDIMIENTO 1. En tu cuaderno de ciencias, haz una tabla como la que aparece abajo.

2. Pon la rampa y la pista como lo hiciste en la Actividad 74, “Midiendo velocidad”, pero sin marcar los 100 cm.

3. Marca la pista a 5 cm del borde de la rampa y pon el bloque ahí, como se muestra abajo.

2561 LabAids SEPUP IAPS SBFigure: PhysSB E 04.02LegacySansMedium 10/11.5

5 cm

MATERIALES

Para cada grupo de cuatro alumnos 2 secciones de pista 1 rampa 1 carrito 1 bloque 1 metro

Efecto de la velocidad en el movimiento del bloque

Velocidad del carrito (marca) Distancia de movimiento del bloque (cm)

Distancia promedio (cm)

intento 1 intento 2 intento 3 intento 4 intento 5

Rápida (A)

Media (B)

Lenta (C)

4. Predice qué les va a pasar al bloque y al carrito como resultado de este choque. Apunta tu predicción en tu cuaderno de ciencias.

5. Pon el carrito de tal forma que su eje trasero coincida con la Marca A en la rampa. Como aprendiste en la Actividad 74, liberando el carrito de la Marca A logra la máxima velocidad.

6. Libera el carrito y observa qué sucede. Mide la distancia que se movió el bloque alejándose de la rampa. Apunta tus datos en el Intento 1 de tu tabla.

7. Repite los Pasos 3 a 5 cuatro veces más y apunta tus resultados en los correspondientes Intentos 2 a 5.

8. Calcula el promedio de distancias en que se movió el bloque y apúntalo en los datos de tu tabla.

9. Haz una predicción lo que le va a pasar al bloque si el carrito empieza en la Marca B. Recuerda que liberar al carrito de la Marca B produce una velocidad media del carrito. Apunta tu predicción en tu cuaderno de ciencias.

10. Pon el carrito de tal forma que su eje trasero coincida con la Marca B en la rampa en vez de la Marca A y repite los Pasos 3 a 7.

11. Haz una predicción lo que le va a pasar al bloque si el carrito empieza en la Marca C. Recuerda que liberar al carrito de la Marca C produce una velocidad todavía menor, la más lenta, del carrito. Apunta tu predicción en tu cuaderno de ciencias.

12. Pon el carrito de tal forma que su eje trasero coincida con la Marca C en la rampa y repite los Pasos 3 a 7.

ANÁLISIS 1. ¿Cómo afecta la velocidad del carrito la distancia en que el bloque se

mueve?

2. ¿Por qué piensas que la altura a la que liberas el carrito tiene este efecto?

3. ¿Qué partes en tu diseño del experimento:

a. aumentaron tu confianza en los resultados?

b. disminuyeron tu confianza en los resultados?

4. Cuando un auto choca, ¿crees que el daño causado tenga algo que ver con la velocidad a la que chocó el auto? Explica tus razones usando evi-dencias de esta investigación.

E-18

 En la actividad anterior investigaste cómo la velocidad del carrito afecta un choque. En esta actividad vas a investigar si la masa del

carrito afecta a la fuerza que éste puede aplicar en un choque. La masa es la cantidad de materia que tiene un objeto. Por ejemplo, un auto pequeño tiene menos masa que un camión grande.

¿Tiene la masa de un objeto un efecto en la fuerza que éste puede aplicar durante un choque?

E-19

77 Masa y choque

¿Cuáles son las propiedades de este martillo que lo hace poder aplicar mucha fuerza?

DESAFÍO

LABORATORIO

PROCEDIMIENTO 1. Haz una predicción de cómo el cambio de masa del carrito va a afectar

el choque entre el carrito y el bloque. Escribe tu predicción en tu cua-derno de ciencias.

2. Haz una lista de los materiales que necesitas y el procedimiento de un experimento que confirme o no tu predicción.

3. Prepara una tabla de datos para apuntar tus mediciones.

4. Muestra a tu maestro o maestra los planes de tu experimento y obtén los materiales necesarios.

5. Lleva a cabo tu experimento y apunta tus datos.

ANÁLISIS 1. ¿Tuvo algún efecto la masa del carrito durante el choque? Explica cómo

lo sabes.

2. ¿Porqué piensas que la masa tuvo o no tuvo el efecto que esperabas según tu predicción?

3. ¿Qué cosas en tu diseño del experimento:

a. aumentaron tu confianza en los resultados?

b. disminuyeron tu confianza en los resultados?

4. Si tu auto estuviera en un choque, ¿cuál preferirías que te pegara, Vehículo 1 (2,027 kg) o Vehículo 2 (1,415 kg) de la Actividad 73? Explica tus razones.

E-20

MATERIALES

Para cada grupo de cuatro alumnos 2 secciones de pista 1 rampa 1 carrito 1 bloque 1 metro 3 cilindros de metal

 En las actividades anteriores, aprendiste propiedades de fuerzas, masa y los cambios de movimiento. En esta actividad vas a inves-

tigar la relación precisa entre la masa de un objeto, la fuerza que se le aplica y la aceleración del objeto.

También aprendiste que los científicos miden la velocidad en m/s (metros por segundo) y que miden la masa en kilogramos (kg). En esta actividad vas a necesitar saber las medidas standard internacionales (SI) usadas para medir fuerza y aceleración. La aceleración es el cambio de velocidad (medido en metros por segundo) dividido por tiempo (que se mide en segundos), así que la unidad de aceleración es metros por segundo por segundo (m/s s o sea m/s2). La fuerza se mide en newtons (N). Esta unidad lleva el nombre de Sir Isaac Newton, un científico que estudió fuerzas y movimiento.

¿Cuál es la relación matemática entre fuerza, aceleración y masa?

E-21

78 Fuerza, aceleración y masa

La pelota de golf en la foto a la derecha va a tener un cambio más grande de movimiento porque ha sido impulsada por una mayor fuerza.

DESAFÍO

RESOLVIENDO PROBL

EMA

S

PROCEDIMIENTOParte A: Graficando las variables

1. La tabla que sigue muestra mediciones precisas de un experimento en que se aplicó una fuerza para jalar un bloque en una pista que no tenía fricción.

2. Usa los datos del Experimento 1 para hacer una gráfica de la relación entre aceleración y fuerza. Titula tu gráfica “Aceleración vs. Fuerza”. Ponle “Experimento 1” a esta línea de tu gráfica.

Sugerencia: Pon los datos de la fuerza en el eje de las x y la aceleración en el eje de las y.

3. Contesta la Pregunta de Análisis 1.

Parte B: Encontrando la ecuación

4. Usa los datos del Experimento 1 para determinar la ecuación matemática que muestra la relación exacta entre masa (m), fuerza (F) y aceleración (a). Apunta la relación en tu cuaderno de ciencias.

Sugerencia: Intenta sumar, restar, dividir o multiplicar dos de las canti-dades para obtener la tercera.

E-22

MATERIALES

Para cada alumno Papel cuadriculado para gráficas

Experimento 1

Fuerza Masa del bloque Aceleración del bloque (N) (kg) (m/s2)

4.0 2.0 2.0

2.0 2.0 1.0

20.0 2.0 10.0

10.0 2.0 5.0

Parte C: Confirmando la ecuación

5. Los datos de la tabla que sigue muestra mediciones del Experimento 2. Confirma que tu ecuación también es correcta para estos nuevos datos.

Si es así, continua con el Paso 6.

Si no es así, encuentra otra ecuación que funcione para ambos experimentos.

6. Usa la misma gráfica que hiciste en el Paso 2 para graficar los datos del Experimento 2 y titula la segunda línea “Experimento 2”.

ANÁLISIS 1. Observa la línea de la grafica del Experimento 1. Explica por qué mues-

tra o no muestra si hay una relación entre fuerza y aceleración.

2. Compara las dos líneas del “Experimento 1” y “Experimento 2” en tu gráfica. Identifica y explica lo siguiente:

a. similitudes

b. diferencias

E-23

Experimento 2

Fuerza Masa del bloque Aceleración del bloque (N) (kg) (m/s2)

4.0 4.0 1.0

2.0 4.0 0.5

20.0 4.0 5.0

10.0 4.0 2.5

¿Cómo afecta la aceleración de los perros a la fuerza aplicada al trineo?

3. En tu cuaderno de ciencias, haz una tabla como la que se muestra a continuación. Usa tu ecuación de fuerza, masa y aceleración para encontrar los datos faltantes.

4. En la primera actividad, el Vehículo 2 tiene una aceleración mayor que el Vehículo 1, pero tiene un motor con menos fuerza. ¿Cómo puede ser? Explícalo en términos de tu ecuación.

5. Un Newton de fuerza es igual a 1 kg x 1 m/s2. Explica por qué esta uni-dad de medición es apropiada para tu ecuación

E-24

Experimento 3

Fuerza (N) Masa del bloque (kg) Aceleración del bloque (m/s2)

5 5

2 10

10 2

50 10

100 25

1,000 40

 Se necesita más fuerza, y frecuentemente más tiempo y distancia, para que un auto más pesado frene o cambie de dirección para

evitar un accidente. Un auto pesado tiene más inercia que un auto ligero. Inercia es la resistencia de un objeto a cambios en su movimiento. En otras palabras, la inercia es la tendencia de un objeto en continuar con la misma velocidad y en la misma dirección, como, por ejemplo, un tren viajando en línea recta a 60 MPH. Continuar a “la misma velocidad” puede incluir continuar a una velocidad de 0 m/s, es decir, continuar a no moverse.

Mientras más masa tenga un objeto, más inercia tiene, y más grande debe ser la fuerza que se necesita para cambiar su movimiento. Entender cómo funciona la inercia nos va a ayudar a entender y predecir lo que un vehículo va a hacer cuando se le aplican o se le quitan la aplicación de fuerzas.

¿Cómo afecta la inercia de un objeto la forma en que se mueve?

E-25

79 Inercia alrededor de una curva

Este gran barco tiene más inercia que la pequeña lancha.

DESAFÍO

LABORATORIO

PROCEDIMIENTOParte A: Canica con mucha masa

1. Pon la pista circular como se muestra abajo, y asegúrate que la pones de tal manera que todos los de tu grupo puedan verla fácilmente.

2. Practica el hacer que la canica de metal le de la vuelta a la pista en el sentido opuesto al de las manecillas del reloj, dando dos o tres vueltas antes de que la canica se detenga.

Sugerencia: Quizá tengas que mantener la pista fija mientras la canica le da la vuelta.

3. Ajusta la apertura a la Marca “A”.

4. Discute con tu grupo tu predicción de donde va a parar la canica una vez que le haya dado la vuelta a la pista y que haya salido de la pista por la apertura.

E-26

MATERIALES

Para cada grupo de cuatro alumnos 1 canica de vidrio 1 canica de metal 1 cono en miniatura 1 pista circular 1 metro

Para cada alumno 1 Hoja de Alumno 79.1, “Observaciones de inercia”

5. Pon el cono en miniatura en la mesa para marcar la posición de tu predicción del Paso 4.

6. En la Hoja de Alumno 79.1, “Observaciones de inercia”, muestra la tra-yectoria que predijiste marcando una serie de 3 “x” a una distancia de aproximada 1 cm entre cada una en el diagrama de “Posición A”.

7. Usando la misma velocidad con la que practicaste en el Paso 2, impulsa la canica de metal alrededor de la pista circular y observa la trayectoria de la canica una vez que salga de la apertura.

8. Repite el Paso 7 varias veces hasta que los miembros de tu grupo se pongan de acuerdo en cuál es la trayectoria más común de la canica.

9. Dibuja una línea continua en el diagrama de “Posición A” para marcar la trayectoria verdadera de la canica.

10. Discute con tu grupo el por qué la canica viajó en esa trayectoria. Apunta tus ideas al lado del diagrama.

11. Repite los Pasos 3 a 9 para cuando la apertura esté en las Posiciones B y C en la pista circular.

Parte B: Canica con poca masa

12. Repite los Pasos 1 a 10 con la canica de vidrio en vez de la canica de metal.

¿En qué dirección los lleva la inercia de estos pasajeros?

ANÁLISIS 1. Describe los cambios de dirección y velocidad de las canicas cuando

éstas viajaban:

a. dentro de la pista circular.

b. fuera de la pista circular.

2. Describe los cambios en la trayectoria de la canica cuando estos ocurren al cambiar:

a. la posición de la apertura de la pista.

b. la masa de la canica.

3. Imagínate que un auto viene por una curva cuando, de repente, pierde el volante y los frenos. El camino es plano y no hay protectores en la curva.

a. Copia el diagrama de abajo en tu cuaderno de ciencias. Después dibuja la trayectoria después de que el auto pierda el control del volante y de los frenos.

b. Explica por qué el auto tomará esta trayectoria.

c. ¿Cómo cambiaría tu respuesta si el auto tuviera más masa? Explica tus razones.

E-28

2561 LabAids SEPUP IAPS SBFigure: PhysSB E 07.05LegacySansMedium 10/11.5

Time

 Isaac Newton fue un científico inglés que logró descubrir importantes propiedades de la luz, el movimiento y la gravedad. Quizá has oído

la leyenda de que “descubrió” la gravedad cuando estaba sentado bajo un manzano y le cayó una manzana en la cabeza. La verdad es que no descubrió realmente la gravedad, pero se dió cuenta de cómo la fuerza de gravedad jala a todos los objetos hacia el centro de la tierra. Esta fuerza hace que los objetos caigan hacia la tierra, si es que no hay otra fuerza que se oponga para mantenerlos.

¿Cuál fueron la relaciones entre fuerza y movimiento que descubrió Newton?

Esta imagen de Isaac Newton aparece en uno de sus libros, publicado en los 1600. Newton escribió Las leyes de movimiento en latín. El libro original que se muestraacá es parte de la colección de la Biblioteca del Congreso en Washington, D. C.

E-29

80 Las leyes de movimiento de Newton

DESAFÍO

MATERIALES

Para cada alumno 1 Hoja de Alumno 80.1, “Guía de anticipación: Las leyes

de movimiento de Newton”

LECTURA

LECTURAUsa la Hoja de Alumno 80.1, “Guía de anticipación: Las leyes de movimiento de Newton”, para prepararte para la siguiente lectura.

Fuerza y movimientoLa personas han de haber observado desde siempre cómo se mueven los objetos y han hecho que los objetos se muevan. Por muchos siglos los cientí-ficos pensaban que conocían todo lo que hay que saber en este respecto. Sin embargo, el científico italiano Galileo Galilei, que vivió entre 1564 y 1642, empezó a pensar en el movimiento en una forma distinta. Isaac Newton que nació precisamente en el año en que Galileo murió, se basó en sus descubri-mientos y desarrolló tres leyes de movimiento. Las leyes de Newton fueron revolucionarias y sonaban contrarias a las observaciones y experiencias diarias de las personas. Hoy en día, algunos aspectos de las tres leyes de Newton son todavía la base para el entendimiento de movimiento.

Primera ley de Newton: Ley de la inerciaLa primera ley de Newton, también conocida como la Ley de la Inercia, puede ser difícil de entender. Describe la resistencia del objeto a cambiar su movimiento y su tendencia a seguir la trayectoria que lleva. Un cambio en el movimiento puede ser un cambio en su velocidad o en su dirección o en ambas cosas. Por ejemplo, un auto que va más veloz para pasarse a otro, o que toma una curva para cambiar de dirección está cambiando su movimiento. La primera ley de Newton dice que un objeto no puede cambiar su movimiento a menos que haya una fuerza que actúa sobre el objeto. En otras palabras, se necesita una fuerza para sobreponerse a la inercia del objeto y para hacer que el objeto vaya más rápido, más despacio o para que cambie su dirección.

DETENGÁMONOS A PENSAR 1¿Qué tiene más inercia cuando viajan en la misma dirección y con la misma velocidad? ¿una pelota pesada o una pelota ligera? Piensa en cuál de las dos tiene más resistencia a cambiar su movimiento.

Si ya sabes que se necesita una fuerza para cambiar movimiento, quizá te estás preguntando “¿qué tiene de difícil entender la primera ley de Newton?” La dificultad consiste en que esta ley también dice que no se necesita fuerza para mantener al objeto en movimiento. De acuerdo con la primera ley de Newton, si algo se está moviendo a una cierta velocidad, va a seguir moviéndose a esta velocidad por siempre. No va a parar o a aumentar su velocidad a menos de que algo lo empuje o lo detenga. Esta idea también se puede aplicar a un objeto que no se está moviendo. Permanecerá sin moverse a menos que una fuerza actúe sobre el.

E-30

La primera ley de Newton parece contradecir nuestra experiencia diaria. Has visto por ti mismo que cuando pateas, arrojas o bateas una pelota y ésta rueda en el piso, eventualmente la pelota se detiene por sí sola. Cuando andas en bici o en una patineta al bajar una colina, no sigues avanzando por siempre sino que eventualmente te detienes. ¿Cómo puede entonces ser correcta la primera ley de Newton?

La fricciónLo que no está enunciado en la primera ley de Newton, pero que juega un papel muy importante en el movimiento, es la idea de fricción. La fricción es una fuerza que existe en las fronteras entre dos piezas de material que están en contacto una con la otra. La fricción es la fuerza que se opone al movimiento de un objeto. Por ejemplo, la fricción entre el piso y una pelota que gira es lo que causa que se detenga la pelota. La fricción entre el trineo y la nieve, es lo que hace que el trineo se detenga y deja de deslizar. Aquí en la tierra, donde hay fricción en todos lados, es necesario aplicar una fuerza para que los objetos continúen su movimiento.

Si no hay fricción, la inercia de un objeto en movimiento lo mantendría moviéndose indefinidamente hasta que una fuerza que se oponga al movimiento. En el espacio donde no hay piso, agua o aire que creen fricción, un objeto seguiría moviéndose, indefinidamente, con la misma velocidad y dirección. ¡Esto explica por que las lunas y los planetas y los otros objetos celestes se han estado moviendo por billones de años y se seguirán moviendo por muchos billones más!

E-31

Hay menos fricción entre el puck y el hielo (izquierda) que entre la pelota y el pasto (derecha).

DETENGÁMONOS A PENSAR 2¿Qué le pasaría a una pelota de béisbol si la pudieras lanzar en el espacio? Explícalo en términos de inercia y fricción.

Para mantener un auto en movimiento, su motor tiene que seguir empujándolo para contrarrestar la fuerza de fricción en varios lugares, como entre el piso y las llantas o entre el parabrisas y el aire. Muchas de las características del auto han sido diseñadas para reducir la fricción lo más posible. La forma del auto se hace lo más tersa posible para reducir la fricción del aire y se usa aceite y grasa para reducir la fricción entre las partes movibles del motor. Si hay menos fricción que hay que contrarrestar, el motor no necesita aplicar tanta fuerza. Hay partes del auto que están diseñadas para aumentar la fricción. Las llantas tienen que tener fricción a fin de “agarrarse” al camino y los frenos tienen que tener mucha fricción a fin de poder detener las llantas cuando se están moviendo.

Fuerzas balanceadasPara mantener un objeto en movimiento a velocidad constante en la presencia de una fuerza de fricción, una fuerza debe aplicarse que sea de la misma magnitud (tamaño) pero en dirección opuesta, a la fuerza de fricción. Esta fuerza aplicada balancea la fuerza de fricción de tal manera que la fuerza total aplicada al objeto es cero, (0). El motor de un auto que se mueve a velocidad constante, está aplicando una fuerza exactamente igual a la fuerza de la fricción que está actuando sobre el auto. Cuando la fuerza total es cero, las fuerzas están balanceadas y no hay cambio en el movimiento, tal y como lo dice la ley de Newton.

E-32

El trineo y su pasajero tratan de reducir fricción. Las llantas de nieve tratan de aumentar la fricción para detener las ruedas.

DETENGÁMONOS A PENSAR 3Un auto viaja en un camino a 40 MPH. Las fuerzas que actúan sobre el auto, ¿están balanceadas o no? Explica tus razones.

La segunda ley de Newton: La relación entre fuerza, masa y aceleraciónA diferencia de la primera ley de Newton, la segunda ley confirma nuestra experiencia cotidiana y es más fácil de entender. La ley dice:

1. Para cambiar de la misma manera el movimiento de dos objetos de masa distinta, más fuerza debe aplicarse al objeto con más masa. Por ejemplo, cuando aumentas peso a un vagón, lo tienes que empujar con más fuerza porque tiene más inercia.

E-33

Cuando el tren viaja a velocidad constante, su motor tiene que producir la fuerza suficiente para igualar la fricción causada por el aire y entre las ruedas y las vías.

2. Mientras mayor sea la fuerza aplicada a un objeto, más grande será su aceleración. Por ejemplo, si se le da una patada ligera a una pelota de fútbol (una fuerza ligera por un período de tiempo corto), la pelota no aumenta en mucho su velocidad. Si se le da una patada fuerte (una fuerza mayor por un período igual de tiempo corto) aumenta más su velocidad.

Newton resumió estas ideas en una sola ecuación que dice cuál es la fuerza necesaria para cualquier aceleración y cualquier masa.

F = ma

DETENGÁMONOS A PENSAR 4¿Puede un objeto ligero al que se le pega con una fuerza ligera acele-rar tan rápidamente como un objeto pesado al que se le pega con una fuerza más grande? ¿Por qué sí o por qué no?

Fuerzas no balanceadasLa segunda ley de Newton describe el cambio de movimiento que resulta de fuerzas no balanceadas. Si la fuerza neta en un objeto no es cero, las fuerzas no están balanceadas y el objeto se acelera. Aun una fuerza pequeña que no esté balanceada por una fuerza opuesta, causa que el objeto se acelere. En un mundo sin fricción, un objeto al que se le aplica una fuerza constante se aceleraría y se movería cada vez más rápido.

E-34

Los caballos de carreras inician su aceleración en la salida.

La tercera ley de Newton: Acción y reacción con dos objetosNewton fue el primero en notar que es imposible tener una sola fuerza. Las fuerzas siempre ocurren en parejas. La tercera ley de Newton, también conocida como la Ley de Acción y Reacción, explica cómo actúan un par de fuerzas. La ley dice que cuando un objeto aplica una fuerza en otro objeto, el segundo aplica la misma fuerza, en sentido opuesto y con la misma duración, sobre el primer objeto. Otra forma de pensar en esto es que cuando un objeto empuja o jala otro objeto, el segundo jalará o empujará al primero con la misma fuerza. Un ejemplo que Newton usó es cuando uno empuja una piedra con la mano, la piedra empuja también a la mano. Otro ejemplo es un cohete al despegar. El cohete se levanta porque mientras el cohete está empujando los gases hacia abajo, la fuerza de los gases de salida están empujando al cohete hacia arriba.

Podría parecer que la tercera ley contradice a la segunda. Si siempre hay fuerzas iguales y opuestas ¿cómo pueden haber fuerzas no balanceadas? En la segunda ley, Newton habla de la fuerza neta actuando sobre un objeto. Las fuerzas opuestas en la tercera ley de Newton son dos fuerzas actuando en una pareja de objetos distintos. Cuando se usa la segunda ley para describir el movimiento, las fuerzas de acción y reacción están también presentes, pero se les ignora en general ya que siempre son iguales y opuestas.

DETENGÁMONOS A PENSAR 5Si detienes una mochila con tus brazos, la fuerza de gravedad la jala hacia abajo. ¿Cuál es la fuerza que se opone a que caiga al piso?

E-35

La fuerza de ignición empuja los gases hacia abajo, al mismo tiempo que empuja al cohete hacia arriba.

ANÁLISIS 1. Las naves espaciales que viajan millones de millas en el espacio usan

muy poco combustible. ¿Cómo pueden viajar tan lejos con tan poco combustible?

2. Usa las leyes de Newton para explicar por qué es más fácil dar una vuelta con un camión cuando está vacío que cuando lleva una carga pesada.

3. Un motor puede ejercer una fuerza de 1,000 newtons. ¿Qué tan rápido puede este motor acelerar un auto:

a. que pesa 1,000 kg?

b. que pesa 2,000 kg?

4. Usa la tercera ley de Newton para explicar por qué un balón lleno de aire volará alrededor del cuarto si se le deja libre.

5. Aceite de motor, grasa de ejes y otros lubricantes son resbalosos. ¿Por qué crees que la gente gasta dinero para poner estos lubricantes en sus autos?

E-36

 Imagínate un auto que se está moviendo a velocidad constante en línea recta. La fuerza de fricción que haría que el auto disminuyera

de velocidad, está siendo contrarrestada por la fuerza del motor que hace avanzar al auto. El resultado es una fuerza neta balanceada, o cero (0), en el auto. De acuerdo con la segunda ley de Newton el auto no está acelerando—no aumenta de velocidad, no disminuye de velocidad y no está cambiando de dirección. La aceleración de un objeto cambia únicamente cuando hay una fuerza neta desbalanceada (distinta de cero) actuando sobre él.

¿Cómo puedes distinguir cuando las fuerzas actuando sobre un objeto están balanceadas o no?

81 El desafío de la fuerza neta

DESAFÍO

MATERIALES

Para cada grupo de cuatro alumnos 1 bloque de madera 2 cilindros metálicos 2 medidores de fuerza 1 liga de goma

INVES T IGACIÓN

PROCEDIMIENTOParte A: Fuerzas balanceadas

1. Pon el bloque sobre la mesa y engánchale los dos medidores de fuerza según se muestra abajo.

Nota: Cada marca en los medidores es de 0.1 N.

2. Sin mover el bloque, haz que un miembro de tu grupo jale un extremo con una fuerza de 1.0 N en uno de los medidores mientras que otro jale con una fuerza de 1.0 N el otro medidor.

3. En tu cuaderno de ciencias haz un diagrama de fuerzas del bloque, similar al ejemplo anterior. En tu diagrama marca las fuerzas del blo-que del Paso 2.

Parte B: Fuerzas no balanceadas

4. Jala con cuidado con una fuerza de 1.5 N en un medidor de fuerza, mientras que otro de tus compañeros jale con una fuerza de 1.0 N en el otro medidor. Los otros dos miembros de tu grupo deberán observar con cuidado el movimiento del bloque.

5. Cambia de papel con cada uno de los miembros de tu grupo, repitiendo el Paso 4, hasta que cada uno de tus compañeros jale el bloque y observe su movimiento.

E-38

2561 LabAids SEPUP IAPS SB Figure: PhysSB E 09.03 LegacySansMedium 10/11.5

5.0 N 5.0 N

Bloque

6 Discute con tu grupo el movimiento del bloque. En particular, decide si el bloque se aceleró o no se aceleró. Apunta tus conclusiones en tu cua-derno de ciencias.

7. Dibuja un segundo diagrama de fuerzas en tu cuaderno de ciencias. Apunta las fuerzas del Paso 4. Titula tu diagrama “Fuerzas desbalanceadas”.

Parte C: El desafíoEn esta parte de esta actividad, tu desafío será el decidir si las fuerzas actuando sobre el bloque están o no están balanceadas.

8. Desprende uno de los medidores de fuerza. Pon los cilindros metálicos en el bloque y asegúralos usando las ligas de goma como se muestra en el diagrama.

9. Practica el jalar suavemente el medidor de fuerza a fin de que el bloque se deslice tersamente.

10. Cuando logres hacer esto bien, lee en el medidor la fuerza que se necesita para jalar el bloque tersamente.

11. Cambia de papel con cada uno de los miembros de tu grupo, repitiendo los Pasos 9 y 10, hasta que cada uno de tus compañeros jale el bloque y observe su movimiento.

12. Con tus compañeros discute el movimiento del bloque. En particular, identifica las fuerzas que actúan sobre el bloque y decide si el bloque está siendo acelerado o no. Apunta tus conclusiones en tu cuaderno de ciencias.

13. Dibuja un diagrama de fuerzas del bloque en el Paso 10. Titula tu diagrama “Fuerzas balanceadas” o “Fuerzas desbalanceadas”, depen-diendo de las conclusiones a las cuales llegaron en tu grupo.

E-39

ANÁLISIS 1. Escoge un ejemplo y dibuja un diagrama de fuerzas de una situación

con:

a. fuerzas balanceadas

b. fuerzas no balanceadas

2. Imagínate que un auto estacionado se le pega por la izquierda con una fuerza de 30,000 N y que exactamente al mismo tiempo se le pega por la derecha con una fuerza de 40,000 N.

a. Dibuja un diagrama de fuerzas que muestre las dos fuerzas que actúan sobre el auto estacionado.

b. Dibuja un diagrama mostrando únicamente la fuerza neta actuando sobre el auto estacionado.

3. El diagrama de abajo muestra un objeto con fuerza neta cero, pero una de las fuerzas no ha sido mostrada. ¿Cuál es la fuerza que falta? Dibuja un diagrama en tu cuaderno, y complétalo dibujando la fuerza faltante y nombrándola.

4. Vuelve a leer tu trabajo de la Parte A. ¿Podría estar moviéndose el blo-que en la Parte A? Explica tus razones.

5. Para cada situación a continuación desde a hasta e, explica por qué hay o no hay una fuerza neta cero actuando sobre el auto.

a. Un auto está estacionado en un sitio plano.

b. Un semáforo cambia a verde y el auto inicia el movimiento.

c. Un auto avanza continuamente a 25 MPH.

d. Un auto frena de 30 MPH a 10 MPH.

e. Un auto da la vuelta en una curva a 10 MPH.

E-40

2561 LabAids SEPUP IAPS SB Figure: PhysSB E 09.05 LegacySansMedium 10/11.5

20 N 10 N Objeto

 Una fuerza muy importante que se aplica frecuentemente en un auto es la fuerza que se aplica a los frenos. En ocasiones los

conductores de los autos pueden evitar un accidente aplicando los frenos y deteniendo el auto antes de que el accidente ocurra. La distancia de frenado es la distancia que el auto avanza una vez que el conductor ha aplicado los frenos hasta el momento en que el auto se detiene totalmente. Manteniendo todas las otras cosas similares, un auto con la mínima distancia de frenado es el auto más seguro.

Cuando se aplican los frenos en un auto, las balatas de frenos se comprimen contra el metal de las ruedas. El incremento de fricción que actúa sobre las ruedas es lo que causa que giren a menor velocidad.

¿Cómo puede la fricción desminuir el riesgo de tener un accidente?

E-41

82 Distancia de frenado

El trasbordador del espacio Endeavor usa un paracaídas reductor de velocidad cuando aterriza. La fricción entre el paracaídas y el aire reducen la distancia de frenado por unos 600 metros.

DESAFÍO

LABORATORIO

PROCEDIMIENTO 1. En tu cuaderno de ciencias haz una tabla como se muestra abajo.

E-42

MATERIALES

Para cada grupo de cuatro alumnos 1 carrito 1 rampa 2 vías 1 cinta de tela 1 metro cinta adhesiva

Efecto de la velocidad sobre la distancia de frenado

Velocidad del carrito (marca)

Distancia de frenado (cm) Distancia promedio de frenado (cm)Intento 1 Intento 2 Intento 3

Rápida (A)

Media (B)

Lenta (C)

2. Pon el equipo como se muestra abajo, asegurándote que los bordes de la tela están fijos firmemente en los extremos.

3. Pon el carrito de tal forma que su eje posterior esté en la marca superior, A, en la rampa. Como aprendiste en una actividad anterior, liberar el carrito de esta marca más alta causa las velocidades más altas.

4. Libera el carrito y deja que llegue a detenerse totalmente.

5. Mide la distancia que avanzó en la parte plana de la pista. Apunta esta distancia en Intento 1 en tu tabla.

6. Repite los Pasos 3 a 5 otras dos veces y apunta las distancias en Intento 2 e Intento 3 en tu tabla.

7. Repite los Pasos 3 a 6 con el carrito en la marca intermedia, B, en la rampa. Liberar el carrito de esta marca le dará velocidades intermedias. Apunta tus resultados en tu cuaderno de ciencias.

8. Repite los Pasos 3 a 6 con el carrito en la marca inferior, C, en la rampa. Liberar el carrito de esta marca le dará velocidades más bajas. Apunta tus resultados en tu cuaderno de ciencias.

9. Encuentra el promedio de las distancias que viajó el carrito a cada velo-cidad. Apunta tus resultados en la columna de la derecha en tu tabla.

E-43

2561 LabAids SEPUP IAPS SBFigure: PhysSB E 10.02REVLegacySansMedium 10/11.5

ANÁLISIS 1. En este modelo de frenado del carrito:

a. ¿Qué representa la tela?

b. Haz una lista de las ventajas y desventajas del modelo.

2. ¿Qué efecto tiene la velocidad sobre la distancia de frenado? Explica tus conclusiones basándote en las evidencias de esta actividad.

3. La evidencia que coleccionaste en esta actividad, ¿apoya o está en con-tra de lo que dice la oración de abajo? Explica por qué sí o por qué no usando la evidencia de esta investigación.

Un auto que viaja a 55 MPH necesita menos distancia de frenado para llegar a detenerse totalmente que un carro idéntico que viaja a 45 MPH.

4. Reflexión: ¿Por qué crees que una velocidad excesiva es un factor en aproximadamente 20% del total de accidentes fatales?

INVESTIGACIÓN ADICIONAL 1. Publica tus resultados en la página de SEPUP, Issues and Physical Science

y compara tus resultados con los resultados de otras clases.

E-44

 L a distancia de frenado de un auto, como aprendiste en la última actividad, es la distancia que viaja un auto desde el momento en

que se aplican los frenos hasta el momento en que se detiene totalmente. La distancia de frenado se ve afectada por la velocidad del auto, el tipo y calidad de los frenos, la superficie de las llantas y las condiciones del camino.

Un cierto tiempo pasa, en ocasiones puede ser varios segundos, desde el momento en que un conductor se da cuenta de que hay un problema y el momento en que su pie aplica los frenos. Este intervalo de tiempo, el tiempo de reacción del conductor, depende primordialmente de qué tan alerta está el conductor. Las drogas, el alcohol, el cansancio y otras distrac-ciones disminuyen qué tan alerto está y aumentan el tiempo de reacción. La distancia que viaja el auto durante el tiempo de reacción depende del tiempo en que el conductor reacciona y de la velocidad a la que va el auto.

La distancia que le lleva al auto detenerse es el total de la distancia que el auto avanza durante el tiempo de reacción y el tiempo de frenado.

¿Cómo varía la distancia que le lleva a un carro detenerse en situaciones diferentes?

E-45

83 Deteniéndose totalmente

Es más probable que este conductor distraído tenga un accidente que un conductor alerta. Tiene un tiempo de reacción más largo que un conductor que no está distraído.

DESAFÍO

LECTURA

PROCEDIMIENTO1. Usando los datos en Hoja de Alumno 83.1, “Distancia para detenerse en

varias condiciones”, y la ecuación de abajo, calcula la distancia que un vehículo viaja durante el tiempo de reacción del conductor.

Distancia de reacción = velocidad inicial × tiempo de reacción

Apunta tus cálculos en la columna “Distancia de reacción” en las tres tablas.

2. Usa la ecuación de abajo, para calcular la distancia total para detenerse.

Distancia para detenerse = distancia de reacción + distancia de frenado

Apunta tus cálculos en la columna “Distancia para detenerse” en tu hoja de alumno.

3. Haz una gráfica de distancia para detenerse (eje de las y) y de velocidades (eje de las x). Usa diferentes lápices de colores para hacer tres conjuntos de datos en la misma gráfica:

Pon los puntos de un conductor atento en un camino mojado (deslizante). Marca esta gráfica “Conductor alerta, camino mojado”

Pon los puntos de un conductor atento en un camino seco (no deslizante). Marca esta gráfica “Conductor alerta, camino seco”

Pon los puntos de un conductor distraído en un camino mojado (deslizante). Marca esta gráfica “Conductor distraído, camino mojado”

E-46

MATERIALES

Para cada par de alumnos 3 lápices o plumas de color

Para cada alumno 1 Hoja de Alumno 83.1, “Distancia para detenerse en

varias condiciones” 1 hoja de papel de gráfica regla

ANÁLISIS 1. ¿Por qué la distancia para detenerse depende de las condiciones del

camino?

2. ¿Qué podría causar:

a. condiciones de camino deslizante?

b. distracciones del conductor?

3. ¿En cuál de las tres situaciones (alerta y seco, alerta y mojado, distraído y seco) es cierto que:

a. toma la mínima distancia detenerse? Explica usando la evidencia.

b. toma la mayor distancia detenerse? Explica usando la evidencia.

4. Estas manejando alerta un auto a 40 MPH (18 m/s). Das la vuelta en una curva y ves un árbol en el camino como a unos 50 metros de dis-tancia. ¿Vas a poder detenerte antes de pegarle al árbol:

a. en un camino seco? Muestra tu evidencia.

b. en un camino mojado? Muestra tu evidencia.

5. ¿Cambiaría tu respuesta a la Pregunta de Análisis 4 si:

a. algo te hubiera distraído al dar la vuelta en la curva? Explica tus razones.

b. si estuvieras conduciendo a 20 MPH en vez de a 40 MPH? Explica tus razones.

6. Tu amigo dice que cuando la velocidad del auto es el doble, la distancia para detenerlo es la doble. ¿Estas de acuerdo o en desacuerdo? Usa la evidencia de esta investigación para justificar tus ideas.

7. Crea un mapa de conceptos usando los siguientes términos:

distancia para detenerse llantas alerta tiempo de reacción frenos distancia superficie del camino velocidad distracción distancia de frenado tiempo fricción

INVESTIGACIÓN ADICIONALLa tabla de abajo muestra las distancias par detenerse de un conductor distraído en un camino mojado. Usando la gráfica que hiciste en esta actividad, pon los datos en tu gráfica. Marca esta línea, “Conductor distraído. Camino mojado”

E-48

Distancia para detenerse Conductor distraído en un camino mojado

Velocidad inicial (m/s) Distancia para detenerse (metros)

5 17

9 40

18 108

27 203

36 326

 Cuando un auto choca con algo, la inercia del conductor y de los pasajeros los mantiene moviéndose hacia delante hasta que

algo para su movimiento. El reducir la velocidad o el detenerse se llama desaceleración. La forma en que una persona en un auto se desacelera determina en muchas ocasiones la seriedad de su heridas. La mayor parte de las heridas y muertes ocurren cuando los órganos internos, tales como huesos o cerebro, son desacelerados rápidamente debido a una gran fuerza.

¿Cómo se puede controlar la desaceleración de una persona durante un choque?

E-49

84 Frenado seguro

MATERIALES

Para cada alumno 1 Hoja de Alumno 84.1, “Dibujo que habla:

Características de seguridad” 1 Hoja de Alumno 84.2, “Guía de lectura a tres niveles:

Frenando seguro”

DESAFÍO

LECTURA

LECTURAUsa la Hoja de Alumno 84.1, “Dibujo que habla: Características de seguridad” y la Hoja de Alumno 84.2, “Guía de lectura a tres niveles: Frenando seguro” para prepararte para la siguiente lectura.

Características de seguridadPara diseñar autos más seguros, es importante entender la fricción, las fuerzas y la desaceleración. Muchas características de seguridad ayudan a reducir la velocidad antes del impacto y otras características ayudan a proteger a los pasajeros durante el choque. Los ingenieros de seguridad de los automóviles usan sus conocimientos de fuerzas y movimiento para desarrollar y para continuar la mejoría de muchas características de seguridad que ayudan a evitar accidentes y a reducir las heridas en accidentes.

Antes del accidenteDos de las más importantes características de seguridad de un auto son los frenos y las llantas. Buenas llantas y frenos ayudan a evitar accidentes usando la fricción para desacelerar rápidamente un auto en forma que no pierda el control.

La fricción entre las llantas y el camino afecta la distancia de frenado. La cantidad de esta fricción depende sobre todo del área entre las llantas y el camino, el material y el dibujo de la superficie de la llanta, del tipo y condición de la superficie del camino y de la temperatura de las llantas. Las llantas nuevas son rotadas para corregir y calibrar varios aspectos de seguridad.

Los frenos de discos que se usan comúnmente en autos, tal como los frenos de las bicicletas, funcionan porque las balatas se comprimen y aprietan los lados de las ruedas que están rotando. La fricción entre la balata y la rueda reduce su velocidad de rotación. Mientras más grande sea le área de super-ficie de las balatas, más fricción, y en consecuencia más poder de frenado. Sin embargo, en ocasiones, más poder de frenado no es siempre mejor.

Cuando los frenos de un auto se aplican tan fuerte que “detienen” las ruedas, las llantas dejan de rotar y comienzan a patinarse sobre el camino. Cuando esto sucede, el auto mismo se patina y el conductor pierde el control. En esta situación hay, de hecho, menos fricción entre las llantas y el camino que cuando las llantas están rotando. Para lograr que el auto se detenga lo más rápidamente posible, la fricción entre las llantas y el camino debe maximizarse. Frenos con sistemas antilock (algunas veces llamados ABS) hacen que, auto máticamente los frenos se apliquen y se liberen mucha veces por segundo. Durante los momentos en que los frenos se liberan, las llantas dejan de patinarse y giran brevemente. La cantidad de fricción durante este pulsar de los frenos ABS es mayor que si las llantas

E-50

Manejar usando una llanta gastada es peligroso por que no hay suficiente fricción entre la llanta y el camino.

se patinaran. Al maximizar la fricción entre las llantas y el camino, los frenos antilock ayudan a un vehículo a detenerse más rápidamente y con mayor control.

Durante el accidenteCuando un vehículo se mueve, todo lo que está dentro de él, incluyendo los pasajeros, se mueven a la misma velocidad que el vehículo, como se muestra a la izquierda. Cuando un vehículo choca con un objeto sólido, el auto se detiene, repentinamente, pero la inercia de los pasajeros los trata de seguir moviendo hacia delante hasta que una fuerza cambia su movimiento y les reduce su velocidad, como se demuestra a la derecha. Si esa fuerza viene del volante, el panel delantero o el parabrisas, heridas muy serias pueden producirse.

E-51

Un freno de bicicleta, mostrado arriba, usa la fricción entre las balatas de goma y el rin de la rueda para parar o disminuir la velocidad de la rueda. En la foto de la derecha, un mecánico está inspeccionando un freno. Si laspartes están muy gastadas, no generan suficiente fricción para parar el auto rápidamente.

El tiempo de frenado de un pasajero que usa cinturón de seguridad puede ser diez veces más lento que el tiempo de frenado del auto.2561 LabAids SEPUP IAPS SB Figure: PhysSB E 12.04 LegacySansMedium 10/11.5

Velocidad de la persona60 mph

5.0 N force 5.0 N force

Velocidad de la persona60 mph

Velocidad del auto60 mph

Velocidad del auto0 mph

Los cinturones de seguridad están diseñados para reducir la fuerza que los pasajeros sienten. Para reducir la fuerza, los cinturones de seguridad aumentan el tiempo que se necesita para desacelerar al pasajero. Si lleva más tiempo llegar a pararse, la desaceleración ha sido reducida. De acuerdo con la segunda ley de Newton, una reducción en la aceleración (en este caso desaceleración) causa una reducción en la fuerza.

Desaceleración menor (a) Desaceleración mayor (a) resulta en menor fuerza (F) resulta en mayor fuerza (F)

Por ejemplo, le puede llevar a un auto que choca contra un árbol aproxi-madamente 0.01 segundos desde el momento del impacto hasta el momento en que se detiene totalmente. Sin un cinturón de seguridad, le lleva al conductor el mismo tiempo para pararse. Sin embargo, si el conductor está usando un cinturón de seguridad, tardará, en cambio, a más cerca a 0.1 segundos en detenerse totalmente. Estos dos intervalos de tiempo pueden parecer muy cortos, pero el pasajero con cinturón ha tardado diez veces más en detenerse que lo que le toma al auto. Esto puede reducir la fuerza máxima entre el cinturón y el pasajero a 1/10 de la fuerza entre el auto y el árbol. Si el conductor no está usando un cinturón de seguridad, la fuerza de desaceleración sobre él es aproximadamente la misma fuerza a la con la que el auto choca con el árbol.

De manera similar a cinturones de seguridad, las bolsas de aire reducen la desaceleración que una persona experimenta durante un choque. Las bolsas de aire ayudan también a extender el área de aplicación de la fuerza. Esto reduce la presión, o sea la fuerza por unidad de área, sobre el cuerpo. Cuando un auto choca contra un árbol, si no se lleva bolsa de aire y la frente del conductor le pega al volante, toda la fuerza que se necesita para desacelerar al conductor se aplica sobre la frente. Esta presión en

E-52

2561 LabAids SEPUP IAPS SB Figure: PhysSB E 12.05 LegacySansMedium 10/11.5

Tiempo para detener el auto es 0.01 segundos

Tiempo para detener a la persona que lleva cinturón de seguridad es 0.1 segundos

5.0 N force 5.0 N force

2561 LabAids SEPUP IAPS SBFigure: PhysSB E 12.NEWLegacySansMedium 10/11.5

Speed of person 60 mph

ocasiones es tan grande que puede romper el cráneo. Con bolsas de aire, la misma fuerza es necesaria para desacelerar al conductor, pero se extiende de manera uniforme a mucho más área del cuerpo del conductor—cabeza, brazos, hombros, pecho—que entra en contacto con la bolsa de aire. La presión con cada una de estas partes del cuerpo es mucho menor y causa, en general, menos heridas. Los cinturones de seguridad reducen también la presión sobre el cuerpo distribuyéndola sobre todo el largo del cinturón, pero tienen menos beneficio que el de las bolsas de aire.

Otras características de seguridadUn auto bien diseñado tiene un compartimiento para los ocupantes muy fuerte, llamado la jaula de seguridad. La jaula de seguridad es importante porque si comienza a comprimirse durante un accidente, la posibilidad de heridas aumenta rápidamente. Zonas de colapso en los autos están diseñadas para que sufran un colapso cuando el auto choca contra algo. En un choque, las fuerzas del choque son dirigidas a estas secciones en vez de transmitirlas a la jaula de seguridad. Las zonas de colapso aumentan el daño al auto pero reducen el daño a los ocupantes. Zonas de colapso, como bolsas de aire y cinturones de seguridad, causan que la desaceleración sea más gradual y que se extienda a más áreas de impacto. Esto puede reducir de manera significativa la fuerza que experimentan los pasajeros.

E-53

Los automóviles no siempre han tenido las características de seguridad como los vehículos de hoy en día. Por ejemplo no fue sino hasta los 1970 que las columnas del volante se diseñaron para que se colapsen. Antes, los volantes estaban unidos a unas columnas o varillas fijas. Si el conductor se pegaba en un choque con la varilla fija, con suficiente fuerza, ésta podría romper el volante y penetrar en el conductor. Hoy en día las columnas se colapsan en caso de accidente, de forma similar a como un telescopio marino puede colapsarse. Esto reduce la probabilidad que la columna penetre en el conductor. De la misma manera los soportes de nuca, los paneles suaves de goma, los volantes cubiertos de goma, las columnas de los lados y aún las llaves cubiertas de goma y otras características se han convertido en requi-sitos legales y se tienen que incluir en los autos modernos.

Las características de seguridad en los vehículos han avanzado mucho desde que el automóvil se inventó. A pesar de que cada generación de autos tiene medidas de seguridad mejores que las de los años anteriores, aún los autos más avanzados se basan en el entendimiento que los pasajeros se pueden proteger mejor si son desacelerados lo más lentamente posible y si las fuerzas se distribuyen en la mayor área de superficie posible.

ANÁLISIS 1. Escoge una de las características de seguridad descritas en esta acti-

vidad. Usa los términos inercia, fuerza, desaceleración para describir cómo esta característica ayuda en la seguridad de los pasajeros en caso de un choque.

2. Cuando está por ocurrir un choque, si tuvieras suficiente tiempo para escoger si pegarle a un gran saco de paja o a un poste de teléfono, ¿cuál escogerías? Explica por qué, en términos de fuerza y desaceleración.

3. En el accidente mencionado en la Actividad 73, “Seleccionando un vehículo seguro”, la familia de Noah tenía un auto con llantas viejas y gastadas. Explica cómo esto puede contribuir a que el auto tenga un accidente.

4. Reflexión: Desde los 1920, la tasa de fatalidades por billón de pasaje-ros ha disminuido consistentemente. Sin embargo esta tasa ha sido la misma en los últimos 20 años. ¿Por qué crees que es así?

E-54

Las columnas de volante se diseñan para que se colapsen, como en este telescopio.

 Los ingenieros de autos y de seguridad usan pruebas de choque para averiguar qué tan bien están protegidos los pasajeros en caso de

accidente. En una prueba standard de impacto frontal o de impacto en el eje frontal, el auto viaja en una pista a 35 MPH y choca contra una barrera fija. En una prueba de impacto lateral, una barrera viajando a 31 MPH se mueve en una pista lateral y le pega al lado de un auto estacionario. Los resultados de estas pruebas muestran si el auto satisface los requerimientos standard que el gobierno impone y ayuda a los consumidores a evaluar y comparar las características de seguridad de los diferentes tipos de autos.

Maniquíes de tamaño natural, llamados muñecos de choque, se usan como modelos de los pasajeros reales. Para ayudar a predecir qué tan fuerte podrían herirse en caso de accidente, sensores que miden el movimiento y la presión se instalan en los muñecos de choque.

¿Cómo se diseña un muñeco de choque?

E-55

85 Haciendo pruebas de choque

DESAFÍO

Esta fotografía de una prueba de choque muestra el movimiento de muñecos de choque que están en los asientos de adelante y de atrás.

INVES T IGACIÓN

PROCEDIMIENTO 1. En tu grupo discute los siguientes elementos de diseño para el muñeco

de choque que se va a colocar en el asiento del conductor del auto. Escu-cha las ideas de los otros miembros de tu grupo. Si no estás de acuerdo con otros de tu grupo, explica por qué no estás de acuerdo. Las conside-raciones de diseño son:

¿Cómo debe parecerse o cómo debe ser diferente el muñeco a una persona?

¿De qué material debería hacerse el muñeco?

¿Qué tan alto y qué tan pesado debería ser el muñeco?

¿Qué deberían medir los sensores?

¿Dónde se deberían instalar los sensores en el muñeco?

2. Dibuja el diseño de un muñeco de choque. Incluye en tu dibujo explica-ciones y títulos de las diferentes partes.

3. Usa una “X’ en los lugares donde deben ir los sensores. Deberías incluir al menos cinco sensores.

4. Junto con tu pareja comparte tus ideas de diseño con otra pareja de alumnos. Escucha sus sugerencias de cómo se podría mejorar el diseño de tu muñeco de choque. Ahora cámbiense de papel y ofrézcanles ideas para mejorar el diseño de sus compañeros.

E-56

MATERIALES

Para cada grupo de cuatro alumnos papel de gráfica plumones

5. Usando las sugerencias del paso anterior, vuelvan a preparar un diseño mejorado de su muñeco de choque.

6. Prepara una presentación de tu diseño para la clase. Asegúrate de pre-sentar todos los elementos de diseño que fueron discutidos en tu grupo y las razones científicas de tus elecciones.

ANÁLISIS 1. El muñeco de choque que se usa la mayor parte de las veces en pruebas

de choques frontales es el muñeco Hyrbid III. Tiene una estatura de 5 pies 9 pulgadas, (175 centímetros) y pesa 170 libras (77 kilos), que es el pro-medio para un hombre, y cuesta como $100,000. ¿Cuáles son las venta-jas y desventajas de usar al Hybrid III en todas las pruebas de choque?

INVESTIGACIÓN ADICIONALVisita la página de SEPUP, Issues and Physical Science y aprende más acerca de las pruebas de choque en vehículos. Investiga después las carreras que existen en ingeniería de vehículos.

 La masa es una característica importante en un objeto. Otra carac- terística importante es el centro de masa del objeto. El centro de

masa es el punto donde la distribución de masa se concentra. Mientras que la masa describe la cantidad, el centro de masa describe la posición. Por ejemplo, un metro tiene su centro de masa donde su masa esta distri-buida en forma pareja entre la izquierda y la derecha, y entre los bordes del metro. Es el punto donde la regla se balancea, como se muestra abajo.

El centro de masa de un vehículo está en algún punto en su interior. Los vehículos que son altos o que viajan levantados del piso, tienen en general su centro de masa más alto que vehículos que viajan más pegados al piso. En ciertos tipos de accidentes la posición del centro de masa puede afectar lo que pasa en el vehículo y a los pasajeros que viajan en el.

¿Cómo afecta el centro de masa a lo que pasa durante un choque?

E-58

86 Investigando el centro de masa

DESAFÍO

El centro de masa de una regla El centro de masa de una regla con un borrador encima, está en el centro. tiene su centro de masa más hacia el lado del borrador.

HACIENDO UN MO

DE

LO

E-59

PROCEDIMIENTO 1. Engancha la pista con barrera a la rampa.

2. En tu cuaderno de ciencias, haz una tabla como la de abajo.

3. Estando la rampa fija, ten el carrito de tal forma que su eje trasero esté en la Marca A de la rampa. Observa lo que pasa cuando liberas al carrito y éste choca contra la barrera.

4. Repite el Paso 3 varias veces y observa qué tiende a hacer el carrito cuando choca contra la barrera. Apunta tus observaciones en la tabla.

5. Pon los cilindros sobre el carrito con el cilindro de metal en la parte de abajo. Este carrito cargado tiene un centro bajo de masa.

6. Con tu grupo, predice qué es lo que va a pasar cuando el carrito car-gado choque contra la barrera. Apunta tu predicción en tu cuaderno de ciencias.

MATERIALES

Para cada grupo de cuatro alumnos 1 rampa 1 pista con barrera 1 carrito 1 cilindro metálico 2 cilindros de plástico

Centro de masa y choques

Masa Observaciones Rango de estabilidad

Carrito vacío

Carrito cargado, bajo centro de masa

Carrito cargado, alto centro de masa

7. Repite los Pasos 3 y 4 usando el carrito cargado.

8. Ahora pon todos los cilindros sobre el carrito de tal manera que el cilin-dro de metal esté arriba. Este carrito cargado tiene ahora un centro de masa alto.

9. Con tu grupo, predice qué es lo que va a pasar cuando el carrito cargado choque contra la barrera. Apunta tu predicción en tu cuaderno de ciencias.

10. Repite los Pasos 3 y 4 usando el carrito cargado de esta manera.

11. Discute con tu grupo los resultados y compara lo que pasó cuando el carrito chocó contra la barrera. En tu tabla ordena del 1 al 3 la estabi-lidad de cada tipo de carrito, con 1 siendo el más estable y 3 el menos estable de los carritos.

ANÁLISIS 1. ¿Cómo ordenaste la estabilidad de los carritos dependiendo de los tres

diferentes centros de masa? Describe tus observaciones que te sirvieron para establecer el orden.

2. ¿Cómo afectó el que el centro de masa estuviera más alto en el movi-miento del carrito cuando chocó contra la barrera?

3. Imagínate tres barriles idénticos. Uno está vacío, el otro medio lleno y el tercero totalmente lleno. Haz un dibujo de los barriles en tu cuaderno de ciencias, como el que se muestra abajo.

a. Pon una “X” en cada barril en el lugar donde está el centro de masa.

b. Ponle un titulo al barril que tiene más masa: “Mayor masa”.

c. Ponle un titulo al barril con centro de masa más bajo: “Centro de masa más bajo”. Explica por qué el centro de masa está localizado ahí.

d. Ponle al barril que es más fácil de voltear: “Menos estable”. Explica entonces por qué este barril es el menos estable.

E-60

2561 LabAids SEPUP IAPS SBFigure: PhysSB E 14.02LegacySansMedium 10/11.5

5.0 N force 5.0 N force

A CB

4. Los padres de tu amigo o amiga quieren llevar un poco de leña en su camioneta. Los padres no están seguros de dónde deben poner la leña, dentro de la camioneta o en la canastilla que lleva en el techo. ¿Qué les aconsejarías? Explica tu consejo en términos de masa.

5. ¿Por qué crees que los SUV y los pickups tienden a voltearse más seguido que los autos de pasajeros de masa similar? Explica esto en términos de centro de masa.

INVESTIGACIÓN ADICIONALDiseña un experimento que ayude determinar como se afecta la velocidad del carrito después de que el carrito choca contra la barrera.

E-61

 Existen muchos tipos de vehículos y todavía más tipos de accidentes. Desafortunadamente las personas resultan heridas y aún muertas

en accidentes de tráfico todos los días. Muchos accidentes son causados por errores del conductor, condiciones del camino, diseño de los automóviles o una combinación de todo esto. Aún cuando el diseño del vehículo no sea la causa del accidente, puede contribuir de manera importante a la severidad del daño.

El diseño del auto afecta qué tan bien los pasajeros han sido protegidos. También afecta qué tanto daño puede causar este vehículo cuando choca con otros y la severidad de las heridas que causa a sus ocupantes. Autos con más masa, por ejemplo, causarán más daño que vehículos ligeros similares con menos masa.

¿Hay tipos de automóviles más peligrosos que otros tipos de autos?

E-62

87

DESAFÍO

MATERIALES

Para cada alumno 1 Hoja de Alumno 87.1, “Poniendo en orden a riesgos de

accidentes fatales”

Los accidentes son causados por errores del conductor, condiciones del camino, diseño de los automóviles o una combinación de todo esto.

DISCUTIENDO EL T

EM

A

E-63

PROCEDIMIENTO 1. Usando los datos de la tabla de abajo, discute con tu compañero o compa-

ñera qué vehículos tienen más y menos riesgo en cada tipo de accidente.

2. Usa la Hoja de Alumno 87.1, “Poniendo en orden a riesgos de acciden-tes fatales”, para ayudarte a analizar los datos. Apunta el tipo de vehí-culos que tienen más y menos riesgo en cada tipo de accidente.

3. Con tu grupo, discute las limitaciones de los datos de la tabla. Haz una lista de información acerca de accidentes de tráfico fatales que las tablas no incluyen.

Número de fatalidades por billón de vehículos-milla*Accidentes entre dos vehículos: Número de fatalidades por billón de vehículos-milla*

Tipo de vehículo

Todos los accidentes y fatalidades

en todo vehículo

Vehículos volcados con fatalidades

de los ocupantes

Accidentes con vehículos fijos y fatali-dades de los ocupantes

Tipo de vehículo

Fatalidades de los

ocupantes

Fatalidades en el otro vehículo

Autos muy pequeños 4 puertas

20.6 1.1 4.0 Autos muy pequeños 4 puertas

7.1 2.7

Autos pequeños 4 puertas

15.3 .8 2.9 Autos pequeños 4 puertas

4.9 2.2

Autos medianos 4 puertas

12.4 .8 2.6 Autos medianos 4 puertas

2.8 2.5

Autos grandes 4 puertas

9.3 .5 2.1 Autos grandes 4 puertas

1.7 2.2

Pickups grandes

13.0 1.0 2.2 Pickups grandes

1.3 4.9

SUV medianos 4 puertas

16.7 4.4 2.6 SUV medianos 4 puertas

2.2 4.5

SUV grandes 4 puertas

13.0 2.1 2.1 SUV grandes 4 puertas

1.3 4.3

Camionetas 10.6 1.1 1.4 Camionetas 1.8 3.0

FUENTE: U.S. Dept of Transportation: National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA)* los vehículos incluidos son modelos 1996 a 1999 con bolsas de aire, en accidentes ocurridos entre 1996 y 2000.

ANÁLISIS 1. ¿Cómo pueden ayudar las siguientes características del diseño de un

auto a evitar accidentes?

a. masa e inercia

b. centro de masa

c. distancia de frenado

2. Usa los datos de las tablas para explicar cuál de estos tipos de vehículos:

a. es el más probable que tenga accidentes que incluyan fatalidades.

b. el menos probable que tenga accidentes que incluyan fatalidades.

3. Usa los datos de las tablas para explicar cuál de estos tipos de vehículos en un choque entre dos vehículos es el más probable que cause muertes:

a. de personas en los otros vehículos.

b. de sus propios pasajeros.

4. Usa la evidencia de esta y las otras actividades de esta unidad para explicar por qué los autos medianos y los SUV tienen:

a. diferentes cantidades de fatalidades si el auto se vuelca.

b. el mismo número de fatalidades con accidentes de objetos fijos.

5. La familia de Noah quiere comprar un auto seguro. ¿Qué tipo de auto recomendarías? Usa las evidencias de los datos de las tablas en esta actividad y de tus propias ideas para explicar tu decisión.

6. Reflexión: Los americanos entre 15 y 24 años de edad tienen casi el doble de riesgo de morir en un accidente de automóvil que los america-nos entre los 25 y 34. ¿Por qué crees que los riesgos son tan diferentes en estos dos grupos de edad?

E-64

 La seriedad de un accidente de autos depende de muchos factores. Estos factores tienden a diferenciarse en dos categorías: hábitos de

manejo y características del vehículo. Ya que los hábitos de manejo son más difíciles de controlar que las características del vehículo, algunas personas piensan que la mejor manera de reducir el número de heridos y muertos causados por accidentes de automóviles, es el adoptar leyes que adopten como standard común las características de vehículos no comer-ciales, tales como su masa, la altura de sus defensas, la rigidez de su parte delantera y de su techo.

¿Deberían ser más similares los vehículos no comerciales?

E-65

88 Seguridad para todos

DESAFÍO

MATERIALES

Para cada alumno 1 Hoja de Alumno 88.1, “Red de discusión:

Seguridad para todos”

ACTUANDO EL PAP

EL

PROCEDIMIENTO 1. Decide cuál miembro de tu grupo jugará el papel que se muestra en esta

y en la página siguiente.

2. Cada persona debe leer su papel en voz alta, para que el resto del grupo lo pueda oír.

3. Después de cada lectura de papel, identifica la evidencia que cada uno de los actores presentó.

4. Discute si la evidencia presentada por cada actor apoya o no apoya la idea de que los autos sean más similares. Usa la Hoja de Alumno 88.1, “Red de discusión: Seguridad para todos”, para analizar la evidencia.

Bajo la columna “Sí” explica por qué cierta evidencia apoya la idea de hacer los autos más similares.

Bajo la columna “No” explica por qué cierta evidencia no apoya la idea de hacer los autos más similares.

E-66

Damion Reese, Presidente de Automóviles Equitativos Inmediatamente

Yo creo que las características de los autos grandes hacen que el manejar sea más peligroso. Con su centro de masa más alto, los SUV y pickups pueden voltearse más fácilmente que los autos ordinarios. De todos los tipos de accidentes, son las volcaduras las que más seguidamente producen fatalidades. Además de poner a sus propios pasajeros en peligro, los grandes SUV, pickups y camionetas, ponen a los ocupantes de los otros autos en más riesgo. Los autos grandes causan más daño por su gran masa, carrocerías más altas y frentes más rígidos. Todos los vehículos deberían tener características similares para evitar fatalidades. El incremento en el costo para producir vehículos similares se va a ver compensado por el hecho de que los caminos serán más seguros para todos.

Hope Ezersky, fundadora de Familias por Automóviles Grandes

Mis dos piernas se rompieron cuando un gran SUV se derrapó contra mi pequeño sedan de cuatro puertas cuando viajaba en un camino mojado. Ahora uso un

gran sedán familiar de tal manera que disminuyan mis riesgos si es que otro auto me vuelve a pegar. Creo que todos los autos deberían tener la misma masa, para que el riesgo sea más parejo para todos los involucrados en un accidente. Hoy en día los autos de pasajeros grandes pesan entre 1,000 y 2,000 libras más que los autos pequeños. Esto significa que los autos no chocan con la misma fuerza. Ya que el promedio de las familias americanas es de tres o cuatro individuos, los autos deberían ser los suficientemente grandes para contener una tal familia. Por lo tanto, ayuden a hacer a los

accidentes más imparciales, ayuden a prohibir los autos chicos.

Wilma Chang, Dueña de Haul It, Inc.

Yo creo que las leyes actuales sirven para todos. Yo transporto madera y otros materiales en mi tiempo libre, así que necesito un pickup grande. En ocasiones uso el pickup para ayudar a un vecino, recoger algo o llevar algo a la beneficencia de mi barrio. Si los productores de pickups rediseñan los vehículos con más medidas de seguridad, los autos costarán más dinero y gente como yo tendrán que pagar dinero

que no tienen. Yo no he causado accidentes y la única vez que alguien me chocó, no me causó ninguna

herida. Este país está basado en la libertad, y ésta debería incluir la libertad de

escoger el auto que quiera.

Hugo LaPierre, Estudiante de física y maestro

No prohíban cierto tipo de autos, prohíban cierto tipo de conductores. La mayor parte de los accidentes suceden porque las gentes son malos conductores. Pienso que las personas no comprenden cómo la distancia de frenado cambia con las condi-ciones del camino. Como resultado de esto, las gentes frecuentemente conducen sus autos demasiado rápido y demasiado cerca de otros autos, aún en nieve y lluvia. Siempre tengo cuidado de dejar más que suficiente distancia de frenado cuando manejo. Las personas también manejan cuando están cansadas o distraídas. Los peores son los que manejan bajo la influencia de drogas o alcohol. Creo que debemos educar mejor a los conductores y debemos adoptar leyes más estrictas y hacer pruebas de manejo más frecuentes. El costo de esta educación extra será compartido por todos los conductores.

ANÁLISIS 1. Haz una lista de las características de autos que contribuyen a la segu-

ridad del vehiculo pero que no son las mismas para las diferentes clases de vehículos. Explica cómo cada característica contribuye a la seguri-dad del vehículo.

2. Escribe una carta al director del U.S. Senate Committee for Highway Safety (Comité de seguridad de los caminos del senado de los Estados Unidos), explicando tu posición si los autos deberían o no deberían ser similares. Usa las evidencias para apoyar tu posición y describe al menos una conse-cuencia secundaria, positiva o negativa, de tu posición.

E-68

ÍndiceUn numero de página en negrilla identifica la página donde se ha definido el término.

I-1

2-Butoxyethanol, A47

AABS brakes, E51absorbtion

energy, D27light, F34–36, F42–45solar energy, D94ultraviolet rays, F46–48

accelerationdefinition, E21graphing, E15Newton’s Second Law, E21–24,

E34relation to mass and force, E21–

24units of measure, E21

accidents, cars. See automobiles, accidents.

acidic solutions, C80acids. See also pH.

chemical reactions, C96–101definition, C80diluting, C82–83effects on human skin, C86industrial use, C86measurement scale, C85–86mixing with bases, C89–91neutralization, C92–95, C96–101testing, C80–83

activated charcoal, C68air bags, E52–53air conditioners, D44. See also cooling

systems.alcohol

physical properties, C34–37as a solvent, C42–45

alternative energy, D58aluminum, A31

aluminum cans, life cycle of, B10ammonia, A47amplitude, waves, F17animal waste, as water pollutant,

C23antilock brakes, E50–51appearance test, A23appliances, energy efficiency. See also

specific appliances.cost, D102Energy Star rating, D29, D102government rating. See Energy

Star.atomic mass, B24–25atomic number, B25The Atomium, B31atoms. See also molecules.

chemical bonds, B31chemical equations, C100–102covalent bonding

definition, C97description, C97–100dissolving, C99–100electrical charge, C97

creating molecules, C34definition, B22, C34ionic bonding

definition, C97description, C97–100dissolving, C99–100salts, C100–101

ions, C98audiograms, F8automobiles

accidentscrash testing, E55–57duration of collision, E16–18fatalities, E62–64speed, and collision force,

E16–18speed, as a factor, E7–11

braking distance, E41–44reaction time, effect on stopping

distance, E46–48safety

ABS brakes, E51air bags, E52–53antilock brakes, E50–51brakes, E50collapsible steering wheels,

E54crash statistics, E63crumple zones, E53disc brakes, E50features, E4–6, E50–54, E62–64safety cage, E53seat belts, E52standardized features, E65–68tires, E50

speedometers, E7–8stopping distance, E45–48

BBaekeland, Leo, B46Bakelite, B46balanced forces, E32, E37–40bases. See also pH.

chemical reactions, C96–101definition, C80diluting, C82–83effects on human skin, C86industrial use, C86measurement scale (pH), C85–86mixing with acids, C89–91neutralization, C92–95, C96–101testing, C80–83

basic solutions, C80batteries. See also photovoltaic cells.

chemical, D67–70disposal, A16recycling, A16

bauxite ore, B10beryllium, A31biohazard label, A8biological contaminants. See

contaminants, biological.biomass energy, D60–D61blocking ultraviolet rays, F46–48blood, pH, C84

bomb (sealed container), D53bonding atoms. See chemical bonds.bottled water versus tap, C4–6bowling ball versus balloon, A39brakes, E50braking distance

definition, E41effect of speed on, E42–44role in accidents, E41–44

Ccalculating density, A36–44Calories, calculating, D53–56calories versus Calories, D53calorific rays, F38calorimeter, D53car engines, energy efficiency, D29carbon dioxide emissions

biomass energy, D61fossil fuels, D60geothermal energy, D61

cars. See automobiles.cataracts, risk from ultraviolet rays,

F50cavities, preventing, C69chemical batteries, D67–70. See also

photovoltaic cells.chemical bonds, B31chemical contaminants. See

contaminants, chemical.chemical energy, D34chemical equations, C100–102chemical formulas, B29chemical names, B29chemical properties. See also physical

properties; properties.definition, A21, B14reaction to hydrochloric acid, B17testing, B17

chemical rays, F38–39chemical reactions, B39, C96–101chlorination, C22–23, C68chlorine (Cl), B19, B29cholera

London epidemics (1832 - 1849)Board of Health poster, C11cause, determining, C12–20history of, C16–19

I-2

Índice

mapping deaths from, C12–14water supply and, C17–19

Peru epidemic (1991), C22–23symptoms of, C12

circuit boards, producing, B54–59circuits, D76circuits, electrical, D76citric acid solution, A25Cl (chlorine), B19, B29classifying matter, B29cleaning products

2-Butoxyethanol, A47coloring, A47disposing of, A14–17fragrances, A47glass cleaner

choosing, A45–49ingredients, A47sample safety data sheets,

A48–49in the home, A14–16in a hospital, A45–49isobutane, A47isopropanol, A47sample safety data sheets, A48–49surfactants, A47water content, A47

closed systems, B64coagulation. See also precipitates;

water purification.definition, C61example, C62–63flocculation, C67sedimentation, C67

coal, as energy source, D60collapsible steering wheels, E54collecting solar energy, D94–97collection centers, A16–17collisions. See automobiles,

accidents.color

comparison, F30–34transmission, F34–36

color test, B16compact fluorescent lightbulbs, D102compounds

chemical formulas, B29chemical names, B29classifying matter, B29definition, B22

compressions, waves, F14computer manufacturing

environmental impactcircuit boards, B54–59, B57concentration of waste, B60copper recycling, B71, B75–79copper waste, B58, B60dilution of waste, B60etching circuit boards, B54–59, B57

materials requirements, B51–52

toxic waste, B58waste products, B51–52,

B56–58green computers, B80–85

concentration, C51–55concentration of waste, B60condensation, C46conduction, D36conductors, D36conservation of energy. See energy,

conservation; Law of Conservation of Energy.

conservation of mass, B64–67contaminants in water. See also water

pollution.biological. See also cholera.

animal waste, C23Cryptosporidium bacteria, C24definition, C22E. coli bacteria, C23–24Giardia bacteria, C24removing. See water

purification.sources of, C22–23

chemicalcopper water pipes, C25–26definition, C25–28heavy metals, C25lawn care products, C25lead water pipes, C26mining industry, C26removing. See water

purification.sources of, C25–26vehicle emissions, C25

definition, C7diseases caused by. See water-

borne diseases.

I-3

Índice

environmental effects, C27harmful versus harmless, C21removing. See disinfection;

filtration; water purification.storm water, C22testing for. See testing, water

quality.in the water cycle, C46–50

cooling systems, energy efficiency, D100–101. See also air conditioners; refrigerators.

copperdata chart, B74mining, B57recycling, B71, B75–79sample, B19testing for, C58, C60waste, B58, B60in water pipes, C25–26

copper chloride reaction test, A29corrosive label, A8corrosive test, A23cost of household energy, D106covalent bonding

definition, C98description, C97–100dissolving, C99–100

crash statistics, E63crash testing, E55–57crashes, cars. See automobiles,

accidents.crash-test dummies, E55–57crease color test, B36cross-linking polymers, B49crude oil, B11crumple zones, E53Cryptosporidium bacteria, C24curves, motion around, E25–28

Ddeceleration, controlling, E49–54decibel (dB), F4decontaminating water. See water

purification.density

bowling ball versus balloon, A39calculating, A36–44identifying materials, A41–44

relative, tests for, A29relative to

alcohol, B36alcohol-water mixture, B36saltwater, B36water, B17, B36

of selected solids, A40use in identifying materials,

A39–40dilute solutions, C52diluting pH, C82–83dilution of waste, B60disc brakes, E50diseases caused by contaminated

water. See waterborne diseases.disinfection. See also water

purification.chlorination, C22–23, C68definition, C68

disposalbatteries, A16cleaning products, A14–17hazardous materials, A14–17hazmat teams, A4waste collection centers, A16–17

dissolvingcovalent bonding, C99–100ionic bonding, C99–100solids in liquids. See solutions.

dissolving one substance in another, C38–41. See also solutions.

DOT (U.S. Department of Transportation), A6

drinking water. See also water.pH, C87private wells, C65sources of, C66tap versus bottled, C4–6taste, C4–6water treatment plant, C65–70

EE. coli bacteria, C23–24efficiency, energy. See energy

efficiency.elastic energy, D34electric (current) energy, D34electric (static) energy, D34

I-4

Índice

I-5

Índice

electrical circuits, D76electrical conductivity test, A29–A30,

B17electrical fields, D74electrical generators, D22–25electrical motors, D22–25electricity generation

alternative energy, D58definition, D58generators, D58power plants, D58–59sources (2005), D98. See also

nonrenewable energy sources; renewable energy sources.

electromagnetic waves, F37–38electromagnetism, D75elements

atoms, B22classifying matter, B29combining. See compounds;

mixtures; molecules; reactive elements.

definition, B19discovery, history of, B23–27families of, B19–21. See also

Periodic Table of the Elements.molecules, B28reactive, B22smallest part of. See atoms.

Endeavor, space shuttle, E41end-of-life stage, B9energy

absorbing, D27conservation, D30. See also energy

efficiency; Law of Conservation of Energy.

lost, D28missing, D28releasing, D27transfer, D12transformation, D12types of, D34. See also specific types.

energy efficiency. See also energy, conservation.

biomass energy, D61car engines, D29coal, D60definition, D29Energy Star rating, D29, D102

fossil fuels, D60geothermal energy, D61government rating. See Energy

Star.household

air conditioners, D44annual cost, D106, D108appliances, D29, D102cooling systems, D100–101heating systems, D100–101improving, D104–108insulation, D99light bulbs, D80–85lighting, D102location, and cost, D108refrigerators, D44tradeoffs, D102typical family profile, D106in the U.S., D98–103water heaters, D101windows, D99

hydroelectric energy, D62natural gas, D60nuclear energy, D60–61petroleum, D60solar energy, D62–63solar heating, D89–93thermal energy, D28–29tidal harness, D63wind energy, D64

energy sources. See nonrenewable energy sources; renewable energy sources.

Energy Star rating, D29, D102English units of measure, A33environmental engineer, A16equations

density, A36force, mass, and acceleration, E22net force, E34Newton’s Second Law, E34reaction distance, E46speed, E7–11stopping distance, E46

etching circuit boards, B54–59, B57–58

evaporation, C46explosive label, A8

Ffamilies of elements, B19–21fatalities in auto accidents, E62–64Federal Noise Standards, F20federal water quality standards,

C56–60filtration. See also water

purification.activated charcoal, C68definition, C61example, C63–64in water treatment plants, C68

First Law, E30–31flammable label, A8flammable solid label, A8flexibility test, B16, B36flocculation, C67fluorescent lightbulbs, D102fluoridation, C69force

in automobile collisions, E16balanced forces, E32, E37–40and collisions, E16–18and mass, E19–20net force, E32, E34Newton’s Laws of Motion,

E29–36relation to acceleration and

mass, E21–24unbalanced forces, E34, E37–40unit of measure, E21

formulas. See equations.fossil fuels, D60fragrances, in cleaning products,

A47freezing, C46frequency

sound, F8, F9–13vs. wavelength, F9–13waves, F18

fresh water versus salt, distribution of, C46

frictionand accident risk. See braking

distance.definition, E31and motion, E31–32

GGalilei, Galileo, E30gamma rays, in the electromagnetic

spectrum, F40gas label, A8gases, Periodic Table of the Elements,

B26generators, electrical, D22–25, D58geothermal energy, D61–62Giardia bacteria, C24glass, raw materials for, B8glass bottles, life cycle of, B8–9glass cleaner

choosing, A45–49ingredients, A47sample safety data sheets, A48–49

global warming, D60government energy efficiency rating.

See Energy Star rating.gravitational fields, D74gravitational potential energy, D8,

D34green computers, B80–85groundwater, C66

HH2O (water), B29hair cells (human ear), F19hardness test, B16, B36hazardous materials. See also specific

materials.collection centers, A16–17definition, A4disposing of, A14–17handlers, A4handling, A4–5in the home, A13–18in household products, A14–16labels, A6, A8mixtures, separating, A10–12,

A19–20recycling, A16–17types of hazards, A6–9

hazmat teams, A4HDPE (high-density polyethylene),

A31

I-6

Índice

headphones and hearing loss, F19hearing

losscauses of, F4Federal Noise Standards, F20hair cells (human ear), F19headphones, F19inner ear, F19nerve deafness, F19noise-induced (NIHL), F19–22preventing, F19–22scope of, F8sensorineural, F19

sensitivity, graphing, F8–9heat

definition, D19and energy transformation. See

thermal energy.heating systems, energy efficiency,

D100–101heating with solar energy, D89–93heavy metal contaminants, C25height, and gravitational potential

energy, D8Herschel, Frederick William, F37–38hertz (Hz), F8Hoover Dam, D62hospital, cleaning products. See

cleaning products.hot and cold water mix, D46–49household cleaners. See cleaning

products.household energy use

air conditioners, D44comparison chart, D6energy efficiency

annual cost, D106, D108appliances, D102biggest cost, D99cooling systems, D100–101heating systems, D100–101improving, D104–108insulation, D41, D99lighting, D102location, and cost, D108tradeoffs, D102typical family profile, D106in the U.S., D98–103

water heaters, D101windows, D99

ice boxes, D42–43reducing, D4–7refrigerators, D42–44

hydroelectric energy, D62

Iice

converting to liquid, C46definition, C29and energy transfer, D36–38melting, C46

ice boxes, D42–43identifying substances

liquids, A21–25solids, A26–31, A36, A39–44

incineration, B68inertia

definition, E25and mass, E25and motion, E25–28and Newton’s First Law, E30–31passengers in an accident, E51–52

infra- prefix, F38infrared rays

in the electromagnetic spectrum, F40

night vision, F41overview, F38

inner ear, F19insoluble solids, C76insulation

energy efficiency, D99household, D41, D99ice boxes, D42–43refrigerators, D44

insulators, D39intensity, sound

definition, F4human hearing range, F5measuring, F4some common sounds, F6

iodine solution, A25ionic bonding

definition, C98, C98description, C97–100

I-7

Índice

dissolving, C99–100salts, C100–101

ions, C98iron

characteristics of, A31, B74testing for, C58–59

iron nitrate solution, A25isobutane, A47isooctane solution, A25isopropanol, A47

Kkilograms, E21kilometers per hour, E7kinetic energy

compared to other forms, D34definition, D8

Kingda Ka roller coaster, D15

Llabels for hazardous materials, A6,

A8lauric acid solution, A25Law of Action-Reaction, E35Law of Conservation of Energy, D28.

See also energy, conservation.Law of Inertia, E30–31lawn care products, contamination

from, C25lead water pipes

chemical contaminants, C26and pH, C87

life cycle of productsaluminum cans, B10computer, B81–82definition, B7end of life, B9glass bottles, B8–9life-cycle diagram, B7manufacturing, B8plastic bottles, B11raw materials, B8useful life, B9

life-cycle analysis, B81–82light. See also sunlight.

absorbed, F34–36, F42–45calorific rays, F38

chemical rays, F38–39. See also ultraviolet rays.

color comparison, F30–34color transmission, F34–36comparing temperatures, F35–36infrared, F41infrared rays, F38night vision, F41reflected, F34–36, F42–45speed, in various media, F27ultraviolet, F36, F38–39visible spectrum, F30–34

light energy, D34light transmission, testing, B16light waves, F26lightbulbs

in circuits, D77–79compact fluorescents, D102energy efficiency, D80–85types, efficiency comparison, D85

lighting, energy efficiency, D102liquid mercury, A16liquids

chemical properties, A21citric acid solution, A25converting to vapor, C46elements in the Periodic Table, B26identifying, A21–25iodine solution, A25iron nitrate solution, A25isooctane solution, A25lauric acid solution, A25mineral oil, A25phase of water, C29physical properties, A21, C29–33sample types, A25

London cholera epidemics. See cholera, London epidemics.

longitudinal waves, F14–16, F24–25lost energy, D28lunar rock, A27luster test, B16

Mmagnesium, A31, A40magnetic fields

definition, D71types of, D74. See also specific types.

I-8

Índice

manufacturing computers. See computer manufacturing.

manufacturing stage, B8mass

bowling ball versus balloon, A39calculating density from, A36center of, E58–61and collisions, E19–20, E58–61definition, A36and force, E19–20and gravitational potential

energy, D8and inertia, E25measuring, A36–40relation to acceleration and force,

E21–24unit of measure, E21

materials. See also hazardous materials; specific materials.

creating, B39–41definition, A3, B4in a desktop computer, B52reactions with other substances,

B14materials engineers, B4materials scientists, B4, B39measuring

density, A36–40energy

bomb (sealed container), D53calories versus Calories, D53calorimeter, D53melting ice, D36–38, D50metal pellet activity, D18–21missing energy, D28mixing hot and cool water,

D46–49movement energy. See kinetic

energy.nutrition facts label, D56

mass, A36–40volume, A32–35

measuring cup, A32melting ice, C46Mendeleev, Dmitri, B23–24mercury, A16metals. See also specific metals.

copper recycling, B71, B75–79copper waste, B58, B60

data chart, B74recycling, B75–79type of, A31

meters per second, E7metric units of measure, A33microwaves, in the electromagnetic

spectrum, F40miles per hour, E7mineral oil, A25mining industry, contamination

from, C26miscibility test, A23mixtures

classifying matter, B29definition, A10separating, A10–12, A19–20

molecules. See also atoms.creating, C35–37definition, C34modeling, B31–33water versus alcohol, C35–37

mono-, prefix, B42, B47monomers, B42, B47moon (lunar) rock, A27motion

around a curve, E25–28changes in, E16–24, E29–36laws governing. See Newton’s Laws

of Motion.motion, energy of. See kinetic energy.motion graphs, E12–15motors, electrical, D22–25municipal water treatment, C65–70

NNa (sodium), B29NaCl (salt, sodium chloride), B29natural gas, D60nerve deafness, F19net force, E32, E34neutral pH, C80neutralization of pH, C92–95, C96–

101Newton, Isaac, E29newtons (N), E21Newton’s Laws of Motion

First Law, E30–31original text, E29

I-9

Índice

Second Law, E21–24, E33–34Third Law, E35

night vision, F41NIHL (noise-induced hearing loss),

F19–22nitrates, testing for, C58–59noise. See sound.nonrenewable energy sources. See also

renewable energy sources.coal, D60definition, D57fossil fuels, D60natural gas, D60nuclear energy, D60–61petroleum, D60

nuclear energy, D34, D60–61nutrition facts label, D56nuts, caloric content, D53–56

Ooil. See petroleum.open systems, B64O’Shaughnessy, W. B., C12oxidizer label, A8

Pparallel circuits, D76, D78–79parts per billion/million, B60, C51–

55passive-energy design, D100–101Periodic Table of the Elements

atomic number, B25definition, B24gases, B26history of, B23–27illustrations, B25, B27liquids, B26number of elements in, B25reactivity, B26solids, B26

Peruvian cholera epidemic (1991), C22–23

petroleum (oil)energy efficiency, D60as an energy source, D60global warming, D60oil power plants, D60

oil spills, A21in plastic materials, B11pollution, D60

pHacidic solutions, C80acids

chemical reactions, C96–101definition, C80diluting, C82–83effects on human skin, C86industrial use, C86measurement scale (pH), C85–86

mixing with bases, C89–91neutralization, C92–95, C96–

101testing, C80–83

baseschemical reactions, C96–101definition, C80diluting, C82–83effects on human skin, C86industrial use, C86measurement scale (pH), C85–86

mixing with acids, C89–91neutralization, C92–95, C96–

101testing, C80–83

basic solutions, C80chemical equations, C100–102definition, C58diluting, C82–83drinking water, C87environmental effects, C87human blood, C84indicators

color change, C86definition, C80

and lead pipes, C87measurement scale (pH), C85–86neutral, C80neutralization, C92–95pH scale, C85pure water, C80testing, C58–59, C80–83water quality, C58–59, C84

phases of matter, C29–33photovoltaic cells, D86–88. See also

batteries.

I-10

Índice

physical properties. See also chemical properties; properties.

alcohol, C34–37color test, B16definition, A21, B14density relative to water, B17electrical conductivity test, B17flexibility test, B16hardness relative to glass, test, B16light transmission test, B16liquids, C29–33luster test, B16tests to determine, B16–17texture test, B16water, C29–37

pitch, sound, F8plastic bottles

compacted for recycling, B12life cycle of, B11

plastics. See also polymers; specific plastics.

Bakelite, B46polyethylene, B47–48properties, B34–38PS (polystyrene), A31PVC (polyvinyl chloride), A31raw materials, B11

pollutionbiomass energy, D61coal, D60fossil fuels, D60geothermal energy, D61–62hydroelectric energy, D62natural gas, D60nuclear energy, D60–61petroleum, D60solar energy, D62–63tidal harness, D63water. See water pollution.wind energy, D64

poly-, prefix, B42, B47polyethylene, B47–48polymers. See also plastics.

atomic structure, B48–49cross-linking, B49definition, B42, B47naming, B47–48parts of, B46–50plastics, B47–48polyethylene, B47–48

recycling, B49rubber, B49structure of, B48–49

polystyrene (PS), A31polyvinyl chloride (PVC), A31potential energy, D8, D34. See also

gravitational potential energy; kinetic energy.

power plants, D58–59precipitates, C76. See also

coagulation.precipitation (copper), B71precipitation (water), C46precipitation reactions, B79private wells, C65product life cycle. See life cycle of

products.products of chemical reactions, B39properties. See also chemical

properties; physical properties.crease color test, B36flexibility test, B36hardness test, B36plastics, B34–38relative density, B36

PS (polystyrene), A31purifying water. See water

purification.PVC (polyvinyl chloride), A31

Qquantitative analysis, A36

Rradar guns, E11radar waves, F28radio telescopes, F41radio waves, in the electromagnetic

spectrum, F40radioactive label, A8rarefactions, F14raw materials stage, B8reactants, B39reaction distance, calculating, E46reaction time, effect on stopping

distance, E46–48reactions between substances, B14

I-11

Índice

reactive elements, B22, B26reactivity, B22reclaiming metal, B71recycling

batteries, A16copper, B71, B75–79hazardous materials, A16–17metals, B71, B75–79plastic bottles, B12polymers, B49rubber tires, B49

reflected solar energy, D94reflection

light, F34–36, F42–45ultraviolet rays, F46–48

refrigerant, D43–44refrigeration cycle, D44refrigerators

energy efficiency, D44history of, D42–44insulation, D44

relative density. See density, relative to.

releasing energy, D27removing contaminants. See water

purification.renewable energy sources. See also

nonrenewable energy sources.biomass energy, D61definition, D57geothermal energy, D61–62hydroelectric energy, D62. See also

tidal harness.solar energy, D62–63tidal harness, D63. See also

hydroelectric energy.wind energy, D64

Ritter, Johann Wilhelm, F38–39roller coaster, and transformed

energy, D12–17rubber, polymers, B49rubber tires, recycling, B49

SSafe Drinking Water Act (1974), C65safety cage, E53safety data sheets, samples, A48–49salt (NaCl), B29

salts, C100–101saltwater versus fresh, distribution of,

C46seat belts, E52Second Law, E33–34sedimentation, C67sensorineural hearing loss, F19separating mixtures, A10–12, A19–20series circuits, D76, D78–79settling out solids. See coagulation;

precipitates.shot activity, D18–21skin cancer, risk from ultraviolet rays,

F50Snow, John, C12–20sodium (Na), B29sodium chloride (NaCl), B29solar cells. See photovoltaic cells.solar energy

absorbed, D94collecting, D94–97electricity from, D62–63heating with, D89–93photovoltaic cells, D86–88reflected, D94solar heating, D89–93tracing energy from, D32–35transmitted, D94

solar wind, D74solid phase of water, C29solids. See also density; mass; volume.

aluminum, A31, A40beryllium, A31, A40converting to liquid, C46HDPE (high-density polyethylene),

A31identifying, A26–31, A41–44insoluble, C76iron, A31, A40magnesium, A31, A40metals, A31. See also specific

metals.moon rock, A27Periodic Table of the Elements, B26plastics, A31. SSee also specific

metals.PS (polystyrene), A31PVC (polyvinyl chloride), A31sample types, A31

I-12

Índice

soluble, C38zinc, A31, A40

soluble solids, C38solute, C38solutions

alcohol vs. water, C42–45combining to form precipitates,

C76concentration, C51creating, C38–41definition, C38dilute, C51dissolving, C38insoluble solids, C76measuring concentration, C51–55parts per billion, C51parts per million, C51precipitates, C76soluble solids, C38solute, C38solvents, C38, C42–45

solvents, C38, C42–45sonar waves, F28sound

decibel (dB), F4Federal Noise Standards, F20frequency, F8, F9–13hertz (Hz), F8intensity

definition, F4human hearing range, F5measuring, F4some common sounds, F6

pitch, F8speed, in various media, F27watts per square meter (W/m2), F4wavelength vs. frequency, F9–13

sound energy, compared to other forms, D34

sound waveslongitudinal, F14–16vs. other types of waves, F14–16

space shuttle Endeavor, E41speed. See also time and distance,

measuring.as a cause of automobile

accidents, E7–11and collision force, E16–18definition, E7

effect on braking distance, E42–44formula for calculating, E7graphing. See motion graphs.light, in various media, F27measuring, E7–11radar guns, E11sound, in various media, F27units of measure, E7waves, F26–27

speedometers, E7–8standardized safety features, E65–68Staudinger, Herman, B48steam, C29stopping distance, E45–48stored energy. See potential energy.storing safe water, C69storm water, as pollutant, C22Sun. See solar.sunglasses comparison, F33sunlight, electromagnetic spectrum,

F39–40. See also light; ultraviolet rays.

sunscreen, F46–48surface water, C66surfactants, A47

Ttap water, versus bottled, C4–6taste, water, C4–6telescopes, F41temperature, D19testing

acids, C58–59, C80–83appearance, A23bases, C58–59, C80–83chemical properties, B17color, B16copper chloride reaction, A29corrosiveness, A23crease color, B36electrical conductivity, A29–A30,

B17flexibility, B16, B36hardness, B16, B36hazardous liquids, A23hazardous solids, A29light transmission, B16luster, B16

I-13

Índice

miscibility, A23pH, C58–59, C80–83physical properties, B16–17relative density, A29, B36texture, B16toxicity, A23water content, A23water quality

copper, C58, C60evaluating results, C107–109federal quality standards,

C56–60iron, C58–59nitrates, C58–59pH, C58–59, C80–83private wells, C65Safe Drinking Water Act

(1974), C65sample report, C71–75wastewater, C103–105

texture, test, B16thermal energy

compared to other forms, D34conduction, D36conductors, D36efficiency, D28–29heating process, D28–29insulators, D39, D41. See also

insulation.transferring

household insulation, D41, D99

insulators, D39melting ice, D36–38mixing hot and cold water,

D46–49preserving ice, D39–45

Third Law, E35tidal harness, D63time and distance, measuring. See

also speed.model cart, E8–10motion graphs, E12–15radar gun, E11

tires, E50titanium, density, A40tooth decay, preventing, C69toxic label, A8toxic waste, B58

toxicity test, A23transferred energy

conduction, D36conductors, D36definition, D12electrical circuits, D76–79insulators, D39, D41maximizing, D36–38minimizing. See insulation;

insulators.from the Sun, D32, D35thermal. See thermal energy,

transferring.transformed energy. See also batteries.

definition, D12electrical circuits, D76–79following, D32–35heat from. See thermal energy.potential to kinetic, D8–17roller coaster example, D12–17

transmitted solar energy, D94transverse waves, F14–16, F24–25tungsten, density, A40turbidity, C58, C61turbines, D582-Butoxyethanol, A47

Uultra- prefix, F38ultraviolet rays

absorption, F46–48analyzing exposure to, F49–52blocking, F46–48cataracts, risk of, F50in the electromagnetic spectrum,

F40overview, F38–39potential health problems, F49–52reflection, F46–48skin cancer, F50sunscreen, F46–48temperature comparison, F36

unbalanced forces, E34, E37–40United States

annual electricity consumption, D59, D65

Department of Transportation (DOT), A6

I-14

Índice

I-15

Índice

energy efficiency, D98–103power plants, types and

distribution, D58–59units of measure, volume, A33useful life stage, B9

Vvapor, converting to liquid, C46vapor phase of water, C29vehicle emissions, C25vehicle types, crash statistics, E63visible light spectrum, F30–34visible rays, in the electromagnetic

spectrum, F40volume

bowling ball versus balloon, A39calculating density from, A36definition, A32English units, A33measuring, A32–35measuring cup, A32metric units, A33units of measure, A33

Wwaste collection centers, A16–17waste products

circuit board production, B56–58from computer manufacturing,

B52incinerating, B68

wastewater, C103–105water

chemical formula, B29dissolving solids in. See solutions.drinking

pH, C87private wells, C65sources of, C66tap versus bottled, C4–6taste, C4–6water treatment plant, C67–69

ice, C29ice to liquid, C46liquid phase, C29liquid to vapor, C46phases of matter, C29–33

physical properties, C29–37salt versus fresh, distribution of,

C46solid phase, C29solid to liquid, C46as a solvent, C42–45steam, C29tap versus bottled, C4–6taste, C4–6testing. See testing, water quality.vapor phase, C29vapor to liquid, C46

water contentcleaning products, A47test for, A23

water cyclecondensation, C46contaminants in, C46–50definition, C46evaporation, C46freezing, C46melting, C46precipitation, C46saltwater versus fresh, distribution

of, C46water heaters, energy efficiency, D101water pollution. See also

contaminants.definition, C21diseases caused by. See waterborne

diseases.environmental effects, C27sources of, C22testing. See testing, water quality.

water purificationbiological contaminants. See

disinfection.coagulation. See also precipitates.

definition, C61example, C62–63flocculation, C67sedimentation, C67

delivering safe water, C69disinfection. See also filtration;

water purification.chlorination, C22–23, C68definition, C68

filtrationactivated charcoal, C68definition, C61

I-16

Índice

example, C63–64in water treatment plants, C68

fluoridation, C69groundwater, C66precipitates, C76. See also

coagulation.private wells, C65Safe Drinking Water Act (1974),

C65settling out solids. See coagulation;

precipitates.solid contaminants. See

coagulation; filtration; precipitates.

at the source, C66storing safe water, C69surface water, C66trapping solids. See filtration.turbidity, C58, C61typical process, C67wastewater, C103–105water treatment plant, C65–70waterborne diseases. See also

cholera.Cryptosporidium bacteria, C24definition, C22E. coli bacteria, C23Giardia bacteria, C24preventing. See disinfection.

watershed, C66water treatment plant, C65–70waterborne diseases. See also cholera.

Cryptosporidium bacteria, C24definition, C22E. coli bacteria, C23Giardia bacteria, C24preventing. See disinfection.

watershed, C66watts per square meter (W/m2), F4

wavelength vs. frequency, F9–13waves. See also electromagnetic

waves; light; sound.amplitude, F17characteristics, F26–27compressions, F14definition, F4frequency, F18human detection of, F27–29light, F26longitudinal, F14–16, F24–25radar, F28rarefactions, F14sonar, F28speed, F26–27transverse, F14–16, F24–25travel media

definition, F24transmission characteristics,

F26types of, F14

well water, C65Whiting, John Joseph, C17–19wind energy, D64wind farms, D64windmills, D64windows, energy efficiency, D99wood, as energy source, D61

XX-rays, in the electromagnetic

spectrum, F40

Zzinc, A31, B74

I-17

CréditosAbreviaciones: t (top), m (middle), b (bottom), l (left), r (right), c (center)

Todas las ilustracione por Seventeenth Street Studios/Valerie Winemiller.

Foto de cubierta: wind power generators: Digital Vision/Getty Images

“Problem Solving” icon photo: ©Thom Lang/Corbis

“Talking It Over” icon photo: ©Michael Keller/Corbis

UNIDAD ACubierta de la unidad (A-1): Charles D. Winters/Photo Researchers, Inc.; Unit Opener (A-2, A-3): tl: David Woodfall/Getty Images; tr: Creatas/Fotosearch; cl: Martin Shields/Photo Researchers, Inc.; bl: ©Richard T. Nowitz/Corbis; br: Joseph Sohm, ChromoSohm Inc./ Corbis; A-6 l: Jack Star/ Photolink/Getty Images; r: Phanie/Photo Researchers, Inc.; A-15 ©Joel W. Rog-ers/Corbis; A-16 ©Richard T. Nowitz/Corbis; A-17 Joseph Sohm, ChromoSohm Inc./Corbis; A-19  Creatas/Fotosearch; A-21 David Woodfall/Getty Images; A2-6 t: MedioImages/Getty Images; b:  Photo-Cuisine/Corbis; A-27 ©Roger Ressmeyer/Corbis; A-30 Andrew Lambert Pho-tography/Photo Researchers, Inc.; A-32 Lisa Preuss/ Shutterstock; A-39 Aaron Haupt/Photo Researchers, Inc.; A-41 Martin Shields/Photo Researchers, Inc.; A-45 Larry Mulvehill/Corbis; A-46 AJPhoto/Photo Researchers, Inc.

UNIDAD BCubierta de la unidad (B-1): ©Wolfgang Kaehler/Corbis; Unit Opener (B-2, B-3): tl: Bob Krist/Corbis; tr: Peter Bowater/Photo Researchers, Inc.; cl: John-Francis Bourke/Getty Images; bl: ©Amet Jean Pierre/ Corbis Sygma; br: ©Free Agents Limited /Corbis; B-7 John-Francis Bourke/Getty Images; B-8 © DK Limited/Corbis; B-9 Chris Knapton/Photo Researchers, Inc.; B-10 l: Beh Johnson/Photo Researchers, Inc.; r: Juan Silva/Getty Images; B11 l: ©Bob Krist/Corbis; r: ©Amet Jean Pierre/ Corbis Sygma; B-12 David Nunuk/Photo Researchers, Inc.; B-14 l: © image100/ Corbis; r:  PhotoDisc; B-19 Andrew Lambert Photograph/Photo Researchers, Inc.; B-22 Tom Morrison/Getty Images; B-23 SPL/Photo Researchers, Inc.; B-24 l: Hulton Archive/Getty Images; r:  Wikipedia; B-29 t: ©Tom Grill/Corbis; b: Photodisc; B-31 © Free Agents Limited/Corbis; B-34 ©Wolfgang Kaehler/Corbis; B-39 l: Mauro Fermariello/Photo Researchers, Inc.; r: Volker Steger/Photo Researchers, Inc.; B-41 Lab-Aids©, Inc.; B-42 Spencer Grant/Photo Researchers, Inc.; B-43 Lab-Aids©; B-44 t, b: Lab-Aids©, Inc.; B-46 l: © Underwood & Underwood/Corbis; r: ©Alen MacWeeney/Corbis; B-48 l: Keystone/Getty Images; r: Lab-Aids©, Inc.; B-49 Doug Menuez/ Getty Images; B-51 l: ©  Comstock/ Corbis; r: © Bisson Bernard/Corbis Sygma; B-54 l:  Maximiliam Stock/Photo Researchers, Inc.; r:  Maximiliam Stock/Photo Researchers, Inc.; B-57: tl: Per-Anders Pettersson/Getty Images; tr: Peter Bowater/Photo Researchers, Inc.; bl: © Farrell Grehan/ Corbis; B-58 l: © Ed Young/ Corbis; r: © Lowell Georgia/Corbis; B-64 Lawrence Migdale/Photo Researchers, Inc.; B-68 ©Vince Streano/Corbis; B-71 l: David Taylor/Photo Researchers, Inc.; r: Andrew Lambert Photography/Photo Researchers, Inc.; B-75 © Philippe Eranian/ Corbis; B-80 Paul J. Richards/AFP/Getty Images; B-83 tl: © Karen Kasmauski/Corbis; br: © SW  Productions/Brand X/Corbis; B-84 tl © Tom Grill/Corbis, br: © Colorblind/Corbis.

Kit item: Element Card Photos: © 2007 Theodore Gray/www.periodictable.com

UNIDAD CCubierta de la unidad (C-1): Ted Mead/Getty Images; Unit Opener (C-2, C-3): tl: John Lund/Getty Images; tr: Chris Knapton/Photo Researchers, Inc.; cl: Karl Weatherly/Getty Images; bl: Russell Illig/Getty Images; br: Mike Kemp/Getty Images; C-4 l: Louis Fox/The Image Bank/Getty Images; r: Lawrence Migdale/Photo Researchers, Inc.; C-11 RM/©Bettman/Corbis; C-15 Herbert D. Thier; C-16 Wellcome Library, London; C-17 courtesy Mary Evans Picture Library; C-21 Ted Mead/Getty Images; C-22 Fotosearch; C-23 t: CNRI/Science Photo Library/Photo Researchers, Inc.; b: Altrendo Images/Getty Images; C-25 Ernst Haas/Getty Images; C-26 © Patrick Barta/Corbis; C-34 Roine Magnusson/Getty Images; C-38 Phanie/Photo Research-ers, Inc.; C-42 Mike Kemp/Getty Images; C-48 Russell Illig/Getty Images; C-49 Mary Hollinger/NOAA; C-51 ©  Florida Department of Citrus; C-56 Colin Cuthbert/Newcastle University/Photo Researchers, Inc; C-62 ©Raymond Gehman/Corbis; C-65 Chris Knapton/Photo Reseachers, Inc; C-76 Lawrence Migdale/Photo Researchers, Inc.; C-80 l: Andrew Lambert Photography/Photo Researchers, Inc.; r: Andrew Lambert Photography/Photo Researchers, Inc.; C-84 Karl Weath-erly/Getty Images; C-86 l: © Envision/Corbis, r: Susan Spann; C-92 Bob Handelman/Getty Images; C-96 Andrew Lambert Photography/Photo Researchers, Inc.; C-105 Michael St Maur Sheil/Getty Images.

UNIDAD DCubierta de la unidad (D-1): © John Nakata/Corbis; Unit Opener (D-2, D-3): tl: Stockbyte/Getty Images; tr: © Mick Roessler/Corbis; cl: Purestock/Getty Images; bl: John A Rizzo/Getty Images; br: Don Farrall/Getty Images; D-6 l, r: ©Brad Simmons/Beateworks/Corbis; D-12 Purestock/Getty Images; D-15 © Noah K. Murray/Star Ledger/Corbis; D-16 © Richard Cummins/Corbis; D-20 Lab-Aids©; D-22 l: Copyright © 2003-06 California Cars Initiative, an activity of the International Humanities Center, http://www.calcars.org/; r: © Issei Kato/Reuters/Corbis; D-26 © John Nakata/Corbis; D-27: Martin Shields/Photo Researchers, Inc.; D-29 t: Andrew Lambert Photography/Photo Researchers, Inc.; c: Porterfield–Chickering/Photo Researchers, Inc.; b: Philippe Psaila/Photo Researchers, Inc.; D-30 William Thomas Cain/Stringer/Getty Images; D-32 NASA; D39 © Jonathan Feinstein/Shutterstock; D-41 tl: © Margot Granitsas/The Image Works; tr: © Alan Weintraub/Arcaid/Corbis; bl: Taylor S. Kennedy/Getty Images; br: George Hunter/Getty Images; D-42 Bernard Hoffman/Time Life Pictures/Getty Images; D-43 ©  Underwood & Underwood/Corbis; D-46 © Comstock Select/Corbis; D-50 John A Rizzo/Getty Images; D-55 Lab-Aids, Inc.; D-57 Russell Illig/ Getty Images; D-60 t: Kevin Phillips/ Getty Images; b: © Larry Lee Photography/Corbis; D61: t: Stephen Simpson/Getty Images; b: Pete Turner/Getty Images; D-62 © Larry Lee Photography/Corbis; D-63 © t: Mick Roessler/Cor-bis; b:  Martin Bond/Photo Researchers, Inc.; D-64 John R. Foster/Photo Researchers, Inc.; D-66  Stockbyte/Getty Images; D-74 Mike Agliolo/Photo Researchers, Inc.; D-75 tl: André Karwath; br: Spencer Grant/Photo Researchers, Inc.; D-76 Paul Katz/Getty Images; D-80 Yamada Taro/Getty Images; D-84 © Annebicque Bernard/Corbis Sygma; D-85 © Lawrence Manning/ Corbis; D-86 GIPhotoStock/Photo Researchers, Inc.; D-89  Dennis O’Clair/Getty Images; D-93 Frederic J. Brown /AFP/Getty Images; D-94 Sam Diephuis/Getty Images; D-96 Don Farrall/Getty Images; D-100 Tek Image/Photo Researchers, Inc.; D-101 © Morley Von Sternberg/Arcaid/Corbis; D-103 Melanie Conner/Getty Images.

I-18

Créditos

I-19

Créditos

UNIDAD ECubierta de la unidad (E-1) David Madison/Photodisc/Getty Images; Unit Opener (E-2, E-3) tl: Photodisc/Getty Images, tr: ©Jason Horowitz/zefa/Corbis; cl: © Royalty-Free/ Corbis; bl: Steve Smith/Taxi/Getty Images; br: Jess Alford/Photodisc/Getty Images; E-7 Stockdisc Classic/Getty Images; E-8 © Duomo/Corbis; E10 Image Source/Getty Images; E-11: © Joseph Sohm, Chro-moSohm Inc./Corbis; E-12 Sarah Leen/National Geographic/Getty Images; E-13 © Thinkstock/Corbis; E-16 TRL Ltd./Photo Researchers, Inc.; E19 Photodisc/Getty Images; E-21 l: © Chris Trotman/NewSport/Corbis, r: © Chris Trotman/NewSport/Corbis; E-23 © Thinkstock/Corbis: E-25 Lutz Bongarts/Getty Images News/Getty Images; E-27 ©Jason Horowitz/zefa/Corbis; E-29 l, r: Rare Book and Special Collections/Library of Congress; E-31 l: © Royalty-Free/Corbis,br: © Royalty-Free/Corbis; E-32 l: David Madison/Photodisc/Getty Images, r: Steve Smith/Taxi/Getty Images; E-33 Jess Alford/Photodisc/Getty Images; E-34 Matt Campbell/AFP/Getty Images; E-35 Indian Space Research Organisation/Photo Researchers, Inc.; E41 NASA/Photo Research-ers, Inc.; E-45 Patrick Molnar/Taxi/Getty Images; E-47 Jim Reed/ Photo Researchers, Inc.; E-49 © Royalty-Free/Corbis; E-50 Courtesy of U.S. Representative Frank R. Wolf (Va.); E-51 l: Martyn F. Chillmaid/Photo Researchers, Inc.; r: David R. Frazier/Photo Researchers, Inc.; E-53 Patti Con-ville/Getty Images; E-54 Ryan McVay/Photodisc/Getty Images; E-55 TRL Ltd./Photo Researchers, Inc.; E-56 Maximilian Stock Ltd/Photo Researchers, Inc.; E-62 Chad Slattery/Stone/Getty Images

UNIDAD FCubierta de la unidad (F-1): ©Pete Ginter/Getty Images; Unit Opener (F-2, F-3): tl: ©Philippe Henry/Getty Images; tr: ©Ken Straiton/ Corbis; cl: © Charles Dharapak/AP/Corbis; bl: © Leonard Lessin/Photo Researchers, Inc.; br: ©Eric & David Hosking/Photo Researchers, Inc.; F-6 ©Gary Braasch/Stone/Getty Images; F-14 ©Leonard Lessin/Photo Researchers, Inc.; F-19 ©Ken Straiton/ Corbis; F-23 l: ©Eric & David Hosking/Photo Researchers, Inc.; r: F. Stuart Westmorland/Photo Researchers, Inc.; F-28: l: ©Anthony Cooper/Ecoscene/Corbis; r: ©Charles Dharapak/AP/Corbis; F-32 ©Philippe Henry/Getty Images; F-34 ©Maziar Nikkholgh/Docu-ment Iran/Corbis;F-41 ©Peter Ginter/Getty Images; F-42 l: Steven Kazlowski/Science Faction/Corbis; r: ©Pete Turner/Getty Images; F-46 ©Steve Horrell/Photo Researchers, Inc.