presentación de la unidad cÓmo se utiliza

CÓMO SE UTILIZA ESTE LIBRO

Presentación de la unidad

Desarrollo de contenidos

PIENSA Y RAZONA

Planteamientos que van a despertar

tu curiosidad y te motivarán hacia el aprendizaje.

¿Es posible que una botella llena de agua tenga un agujero pero que el agua no salga por él? ¿Es posi-ble diseñar un mecanismo para que el agua solo salga cuando nosotros decidamos?

Para resolver estas cuestiones necesitas una botella de plástico de agua mineral, una pajita y agua.

1. Con ayuda de un punzón, haz un agujero en el ta-pón de la botella para que entre por él la pajita. Pero no dejes ninguna holgura entre la pajita y el agujero.

2. Con el mismo punzón, haz un agujero en el lateral de la botella, de tal modo que, al meter la pajita dentro, su extremo inferior pueda quedar por debajo de este agujero.

3. Tapa el agujero lateral con el dedo o con un poco de plastilina. Llena la botella de agua, pon el tapón en la bo-tella y mete la pajita, dejan-do su extremo inferior por encima del agujero lateral.

4. Quita el tapón del aguje-ro lateral y observa lo que pasa. ¿Sale el agua por el agujero?

5. Ahora baja la pajita para que su extremo que-de por debajo del agujero lateral. ¿Sale ahora el agua?

6. A continuación súbete a una silla. Llena la botella de agua y quita la pajita. Por el agujero lateral sal-drá agua. Pon mucha atención y suelta la botella. Conforme la botella esté cayendo observa si sale agua por el agujero lateral. Será, solo décimas de segundo, pero, si estás atento, verás perfectamen-te lo que sucede.

Te proponemos un reto

El estudio de la � sica te permitirá comprender mejor el mundo que te rodea. Y para cumplir con ese objetivo, esta unidad puede ser una gran herramienta. En primer lugar, estudiarás la gravitación, que es la interacción que provoca la caída de los cuer-pos y el movimiento de los planetas y de los satélites artifi ciales, gracias a los cuales disponemos, por ejemplo, de telefonía móvil, previsiones meteorológicas o conocimiento sobre el origen del Universo.La segunda parte de la unidad trata del concepto de presión, que está ligado a las fuerzas y cuya utilidad para describir los efectos de las fuerzas y, en especial, el comportamiento de líquidos y gases es enorme. La presión es tan importante que cuando aprendas más sobre ella podrás com-prender la fl otabilidad de los cuerpos, el funcionamiento de los frenos de un coche, la necesidad de afi lar los cuchillos o el tiempo meteorológico.Estudiar conjuntamente gravitación y presión te permitirá aplicar los conocimientos sobre fuer-zas de unidades anteriores y comprender mejor lo que cada día ves que sucede a tu alrededor. Como dijo Stephen Hawking (1942):«Solo somos una raza avanzada de monos en un planeta menor de una estrella promedio. Pero podemos entender el Universo. Eso nos hace muy especiales».

Sumario 1 Una ley � sica fascinante Una ley � sica fascinante

2 La Ley de la gravitación universal La Ley de la gravitación universal

3 ¿Para qué sirven los satélites ¿Para qué sirven los satélitesartifi ciales?

4 Presión Presión

5 El principio fundamental El principio fundamental de la hidrostática

6 El principio de Arquímedes El principio de Arquímedes

7 El principio de Pascal El principio de Pascal

8 La presión atmosférica La presión atmosférica

5 DINÁMICA COTIDIANA: GRAVITACIÓN Y PRESIÓN

130 UNIDAD 4 131UNIDAD 4

4.1. Las leyes de NewtonLas leyes de la dinámica fueron compiladas y organizadas por el físico y mate-mático inglés Isaac Newton a finales del siglo xviii. Por eso son conocidas como leyes de Newton.

Hasta aquel momento se asociaba el movimiento a la presencia de fuerzas. El movimiento existía porque había una fuerza que lo mantenía. Si empujo un carro, este se mueve; si dejo de empujarlo, se detiene.

Vamos intentar entender las leyes de la dinámica con ayuda de este cohete.

La tercera ley de Newton, o ley de acción y reacción, nos enseña que en las interacciones entre dos cuerpos las fuerzas aparecen de dos en dos, de manera que a toda fuerza «acción» se opone otra igual en módulo y dirección, pero de sentido contrario, «reacción».

� �� = −F F1,2 2,1

Aunque las fuerzas sean iguales y de sentidos contrarios, no se anu-lan, pues actúan sobre cuerpos diferentes.

Acción: fuerza que ejerce el cohete sobre los gases.

Reacción: fuerza que ejercen los gases sobre el cohete.

Podemos observar que la primera ley de Newton es en realidad un caso particular de la segunda. Cuando la fuerza resultante

es cero,

= = =a Fm m

0 0 . Y, por tanto, el

movimiento sigue su MRU.

La segunda ley de Newton, o principio fundamental de la dinámica, nos indica que la existencia de una fuerza resultante distinta de cero produce en un cuerpo un cambio en su movimiento, una aceleración, que es direc-tamente proporcional a la fuerza que la produce:

F m a= · , siendo la masa la constante de proporcionalidad.

Cuando se encienden los motores, estos ejercen una fuerza y el cohete empieza a moverse con una aceleración a .

FÍSICA 2.0

Puedes practicar con las fuerzas y las leyes de Newton en esta página:

goo.gl/bL2Z8m

28. Si el motor de nuestro cohete proporciona una fuerza de 21 000 N y la masa del cohete es de 3 toneladas, ¿qué aceleración ha sufrido el cohete?

Si el motor ha estado en funcionamiento 10 segundos, ¿qué velocidad habrá alcanzado el cohete en ese tiempo?

29. Busca información sobre la vida y la obra de Isaac Newton. Con la infor-mación recogida, confecciona un mural que pueda ser colgado en el aula.

ACTIVIDADES

30. Si la masa de gas propulsada por el cohete ha sido de 25 kg, ¿qué acele-ración han acusado los gases? Toma los datos del ejercicio 28.

ACTIVIDADES

3. Vamos a comprobar la tercera ley de Newton con dos imanes. Sitúa dos imanes sobre dos corchos para que puedan flotar. Puede ser conveniente que sitúes un contrapeso en la parte inferior del corcho.A continuación llena la pila de tu casa con agua e introduce en ella los dos imanes. Encara primero los dos polos iguales y después los dos diferentes. Observa qué ocurre en cada caso.Toma fotos y prepara una presentación donde expliques y justifiques todo el proceso.

EXPERIMENTA Comprueba la tercera ley de Newton

FC: fuerza cohete

FG: fuerza gases

La primera ley de Newton, también conocida como ley de la inercia, nos dice que si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuer-za o si la fuerza resultante es cero, el cuerpo se mantendrá en reposo o seguirá con movimiento rectilíneo uniforme ( v cte= ).

Como no actúa ninguna fuerza, y el cohete está parado, seguirá parado.


VOCABULARIO

La cinemática es la par-te de la física que estudia el movimiento sin tener en cuenta las causas que lo originan.

2 Las magnitudes del movimientoEl estudio de la física se inicia con el estudio del movimiento. El movimiento está presente en todos los actos de nuestra vida, pero ¿qué es el movimiento?

Con estos dos ejemplos habrás observado cómo es de relativo el movimiento y cuán necesario es fijar un punto de referencia que suponemos en reposo.

2.1. El sistema de referencia y la posiciónEn la vida cotidiana, en los juegos, etc., existen distintas maneras de expresar dónde están situados los objetos. Es así por ejemplo en el ajedrez, en las carre-teras o en las calles de las ciudades.

a) Imagina que eres un astronauta y que estás en la Luna. ¿Qué movimientos de la Tierra observarías?

b) Ahora sitúate en uno de esos ascensores transparentes. Mientras estás bajando ves como otro ascensor sube. ¿Seguro? ¿Cómo podemos asegu-rarnos de que el otro ascensor está subiendo y no está parado?

PIENSA Y RAZONA

El movimiento es la variación de la posición respecto a un punto que con-sideramos fijo.

El sistema de referencia (SR) es el conjunto formado por un origen de coordenadas y unos ejes que permiten definir la posición de un objeto mediante las coordenadas que ocupa respecto del origen.

Por tanto, la posición es un vector y su unidad en el SI es el metro (m).

2. Investiga qué sistema de referencia se utiliza en el juego de la guerra de barcos y en las cartas de navegación.

ACTIVIDADES

FÍSICA 2.0

Visita esta página:goo.gl/xWRK1L

En ella podrás observar la diferencia de un mismo movimiento en función del sistema de referencia que se utilice.

El número de ejes necesarios para definir el movimiento dependerá de las ca-racterísticas del propio movimiento. Al número de ejes necesario se lo deno-mina dimensiones del movimiento.

¿SABÍAS QUE...?

Para situar un lugar en la superficie terrestre uti-lizamos las coordenadas geográficas, longitud y latitud. En esta página podrás encontrar más in-formación al respecto:

goo.gl/LgVBXfy un simulador en:

goo.gl/HgVTv9Investiga cuál es la si-tuación, en coordenadas geográficas, de tu pue-blo o ciudad.

6

5

4

3

2

1

1 2 3 4 5 6 7 8 90 (0,0)

x

y

A(3,4)

B(7,2)�rA

�rB

El primer número representa la distancia al origen medida en el eje de las x.

El segundo número representa la distancia al origen medida en el eje de las y.

Vector de posición

De entre todos los sistemas de referencia posibles, nosotros vamos a elegir el sistema de referencia cartesiano, formado por uno, dos o tres ejes perpen-diculares entre sí, a los que se denomina eje x, eje y y eje z.

La posición de un objeto móvil se expresa mediante las coordenadas que ocu-pa en este sistema.

Si el movimiento es en línea recta, por ejemplo un corredor en línea de meta, bastará con una sola dimensión.

Si el movimiento realiza una curva, por ejemplo la pelota lanzada por un jugador de golf, serán necesarias dos dimensiones.

Si el movimiento no se puede representar en una única superficie, por ejemplo el vuelo de un pájaro, hay que utilizar las tres dimensiones del espacio.

1. En grupos de tres alumnos, diseñad un sistema de referencia que permita definir la posición de cualquier alumno en el instituto. Para comprobar la eficiencia de vuestro sistema, podéis esconder diversos objetos en lugares que solo conozca un miembro del grupo, de manera que pueda dar la situa-ción a sus compañeros y verificar cuál de los métodos es el más efectivo. A continuación haced una puesta en común y discutid cuál de las propuestas sería más adecuada. El compañero que esconde el objeto puede grabaros y así hacer un montaje de vídeo de todo el proceso.

EL LABORATORIO EN EL AULA Sistemas de referencia

Un texto introductorio te presenta cada unidad y la acerca a tu entorno.

Estudiar será divertido con este libro. La teoría es clara y concisa, y el texto está acompañado de imágenes e infografías que te van a ayudar a entenderlo todo

de forma fácil y muy visual.

EXPERIMENTA

Demostraciones sencillas de pocos minutos que puedes llevar a cabo con material

casero y están acompañadas de actividades.

LABORATORIO EN EL AULA

Experimentos diseñados para realizar en el aula,

que te enseñarán a resolver en la práctica lo

que has aprendido.

En el sumario tienes un avance

de los contenidos.

Antes de empezar te proponemos un reto:

una actividad motivadora y experimental sobre

los nuevos contenidos.

PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

El proyecto de investigación te permitirá profundizar y realizar

tareas como un auténtico científico.

142 PROYECTO DE INVESTIGACIÓN 143PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

PROYECTO DE INVESTIGACIÓN: ¿Centri-qué?

¿Centri-qué?Siempre que un cuerpo se mueve con un movimiento circular, posee ace-leración. Esta aceleración puede tener las componentes tangencial y nor-mal o centrípeta, o solo esta última componente normal o centrípeta.

A continuación te planteamos un conjunto de actividades para que apren-das todo lo necesario sobre la fuerza principal del movimiento circular: la fuerza centrípeta.

1. Sobre el vagón de la montaña rusa actúan en cualquier punto la fuerza de rozamiento, la fuerza normal y el peso. ¿Cuáles de estas fuerzas actúan como fuerzas centrípetas en los puntos A, B y C del sistema de la figura?

2. El yoyó de la figura se encuentra en el punto que llamamos D. Los pun-tos A, B y C se definen como en la imagen anterior, es decir, punto A: el punto superior de la trayectoria, punto B: el punto más a la derecha y punto C: el punto más a la izquierda.a ) La siguiente expresión en el punto A, ¿es verdadera o falsa?

= +m vR

m g T· ·2

¿Y en los puntos B y C?b ) Si la velocidad del cuerpo es constante. ¿En qué punto (A, B, C o D)

será más probable que se rompa la cuerda del yoyó?

3. ¿Qué trayectoria seguirían los cuerpos de las dos primeras situaciones representadas y el coche de esta tercera imagen si se rompiera la estructura del rizo, se rompiera la cuerda del yoyó o la carretera estuviera helada, respectivamente?¿Es posible que exista una trayectoria circular si no existe ninguna fuerza que actúe como fuerza centrípeta?

A

C B

A

B

D

C

N

Fc

PFrFr

R = 100 m

ACTIVIDADES

4. Construye el sistema experimental de la figura. Cuelga una pesa de masa conocida y mide la masa del tapón. Con la mano, haz girar el sistema, tratando de que el giro se produzca con velocidad constante.a ) Dibuja las fuerzas que actúan sobre el tapón y sobre la pesa.b ) ¿Entre qué fuerzas existe equilibrio si el clip está fijo?c ) Con ayuda de un compañero, cronometra el tiempo que tarda

el tapón en dar diez vueltas. Al terminar, pide a tu compañe-ro que coloque un dedo sobre la parte superior del tubo de vidrio para detener el sistema y que podáis medir la longitud del hilo. Repite esta medida cinco veces y toma la media de tus resultados como valor real del tiempo.

d ) Aplica las expresiones del MCU y de la fuerza centrípeta para completar la siguiente tabla:

Radio trayectoria

(R)

Longitud trayectoriaL = 2 · π · R

Tiempo 10 vueltas

T10 (s)

Tiempo una vuelta

=TT10

10

Velocidad tapón

=vLT

Aceleración centrípeta

=avRc

2

Fuerza centrípeta

=F mvR

·c

2

Peso de la pesa

P = m · g

e ) ¿Se cumple el equilibrio de fuerzas que has definido en el apartado b)?f ) Aumenta la velocidad de giro del tapón. ¿El clip sube o baja? Explica este comportamiento em-

pleando las ecuaciones correspondientes.

5. La fuerza centrípeta te ayuda a compren-der una gran cantidad de procesos natura-les y sistemas tecnológicos. ¿Existe alguna fuerza en dirección centrípeta que actúe sobre los planetas? ¿Cómo puedes estar seguro? ¿Sabes cuál es esa fuerza? ¿Para qué sirven los agujeros del tambor de una lavadora? Relaciona tu respuesta con la que has dado en la primera pregunta de la actividad 3.

Tapón de gomaL

m

Tubo de vidrio

Clip

Pesa

ACTIVIDADES

La aceleración tangencial mide la variación de la celeridad y posee dirección tangente a la trayectoria.

La aceleración centrípeta mide la variación en la dirección de la velocidad y posee un sentido perpendicular a la trayectoria. Recordando que =a

vRc

2, la segunda ley

de Newton nos lleva a concluir que cualquier fuerza que actúe como fuerza centrípeta debe cumplir: =F m

vR·c

2.

TAREA FINALTu tarea consiste en redactar una memoria de investigación titulada ¿Fuerza centri-qué?: Fuerza centrí-peta. Debes redactar uno o varios objetivos e incorporar las soluciones y los resultados de las cinco acti-vidades realizadas. Trata de que el aspecto no sea el de una colección de ejercicios, sino que resulte un informe organizado con la estructura que consideres más útil para demostrar todo lo que sabes sobre la fuerza centrípeta.

Cierre de unidad


El jabón

El proceso de limpieza consiste en separar materiales diversos de un sustrato al que no deben estar unidos. Vamos a centrarnos en el jabón de limpieza de ropa o de manos.

La «suciedad» consiste habitualmente en ma-teria grasa adherida al tejido y que por su ca-rácter hidrofóbico no puede ser desplazada por la acción únicamente del agua.

Pregunta 1Este carácter hidrofóbico se puede relacionar con la estructura de una grasa que básicamen-te puede ser un ácido graso o un triglicérido. ¿Cuál es la causa del carácter hidrofóbico?a) La gran cadena hidrocarbonada forma

puentes de hidrógeno con el agua.b) La gran cadena hidrocarbonada interac-

ciona con el agua mediante fuerzas de Van der Waals.

c) Los átomos de oxígeno interaccionan con el agua formando puentes de hidrógeno.

d) Ninguno de los casos anteriores.

Pregunta 2Las fuerzas cohesivas entre las moléculas den-tro de un líquido están compartidas con todos los átomos vecinos. Las de la superficie no tienen átomos por encima y presentan fuer-zas atractivas más fuertes sobre sus vecinas próximas de la superficie. Esta asimetría de las fuerzas de atracción intermoleculares en la superficie se llama ten-sión superficial.

El proceso de limpieza utilizando un detergen-te se inicia porque este es capaz de disminuir

la tensión superficial del agua y permite que se «moje» mejor el tejido y se facilite la separación de la suciedad hidrofóbica.

¿Por qué disminuye la tensión superficial del agua?a) El jabón incrementa el número de puentes

de hidrógeno.b) El jabón disminuye el número de puentes

de hidrógeno.c) El jabón disocia la molécula de agua en sus

elementos.d) El jabón elimina hidrógenos del agua.

Pregunta 3

Los detergentes más sencillos se componen de una cabeza hidrofílica y una cola hidrofóbi-ca, de manera que son capaces de rodear a la suciedad y aislarla del tejido. ¿Qué respuesta es cierta?

a) La cabeza hidrofílica se une al agua por puentes de hidrógeno.

b) La cabeza hidrofílica se une al agua por enlaces covalentes.

c) La cola hidrofóbica forma puentes de hidró-geno con la grasa de carácter hidrofílico.

d) Ninguna de las anteriores.

Los adhesivos

Objetivo

Investigar y desarrollar un adhesivo o pega-mento biodegradable e informar de las alter-nativas a los productos comerciales.

Producto finalObtener un producto adhesivo natural y pre-parar una presentación pública del proceso seguido y de los resultados obtenidos.

Pasos que debes realizarAunque tu profesor puede proponerte un pro-ceso diferente, te indicamos una posible se-cuencia de pasos. También es recomendable hacerlo en grupo, y luego comparar los datos obtenidos.

1. Infórmate sobre los diferentes tipos de ad-hesivos que existen y cómo actúa cada uno de ellos. Si bien no vamos a realizar ningu-no de ellos, os interesa conocer su modo de actuación para después investigar so-bre vuestra propuesta.

2. Busca pegamentos naturales. Para ello, además de mirar en libros e Internet, rea-liza una investigación de campo por tu en-torno y averigua cómo unían antiguamente los objetos rotos o que necesitaban mante-nerse unidos.

3. Procede a realizar varias pruebas con al menos un par de adhesivos. Analiza facto-res como:

a) Tiempo de secado hasta que sea no pe-gajoso al tacto.

b) Tiempo de curado hasta conseguir la fortaleza máxima.

c) Tiempo de envejecimiento hasta que la unión se separa.

d) Fortaleza de la unión, cuánta fuerza he-mos de hacer hasta que se separe.

4. Con todos los datos elabora unas muestras y prepara una exposición en público. De-bes explicar cómo se justifica la unión en-tre las piezas de manera química y si existe agresión a las superficies o no.

5. Si tienes oportunidad, realiza una venta fic-ticia de tu producto. Para ello debes valorar:

a) Si tiene uno o varios componentes que has de proporcionar por separado y cómo lo harías.

b) Cuál sería el coste de los materiales y el precio de venta. Se consciente de lo que tú pagarías por el producto. Tu margen de beneficio debe ser razonable.

c) Incorpora toda esta información a tu in-forme y recoge los comentarios de tus compañeros, familiares y amigos.

H2O

Tejido

No moja Moja

Tarea competencial

PON EN MARCHA TUS HABILIDADES

Tensión superficial

SIMULACIONES Y APLICACIONES 2.0

Ciencia 2.0 y otros. A lo largo de todo el libro podrás acceder

a applets relacionadas con los procesos químicos y físicos

más interesantes.

EJEMPLOS RESUELTOS

Acompañan a la teoría cuando los conocimientos matemáticos lo requieren.

ACTIVIDADES

Ejercicios que consolidan los conceptos aprendidos

en la teoría.


Una actividad tipo PISA y una Tarea competencial por unidad, con las que

podrás poner en juego tus conocimientos, habilidades y destrezas para resolverlas.

MIRA A TU ALREDEDOR

Lecturas, debates, investigaciones que te

harán pensar y favorecerán tu espíritu crítico.

MAPA CONCEPTUAL

Mapa de los conceptos más importantes en el que te

invitamos a completarlo con otros que has estudiado.

PRÁCTICA DE LABORATORIO

Con tareas asociadas.

ACTIVIDADES FINALES

Divididas en básicas, de consolidación y avanzadas,

con las que alcanzarás los conocimientos necesarios.


FÍSICA 2.0

El simulador virtual que hemos empleado para comprobar el principio de los vasos comunicantes y la paradoja hidrostática también permite comprobar y profundizar en el principio de Pascal. Usa la tercera pantalla de este simulador.

7 El principio de PascalLos líquidos son fluidos casi incompresibles, lo que significa que su volumen varía muy poco al ejercer presión sobre ellos. El principio de Pascal explica cómo responde un líquido cuando se efectúa presión sobre él.

Otra aplicación muy importante del principio de Pascal son los sistemas de frenos hidráulicos de automóviles o bicicletas:

El principio de Pascal afirma que la presión ejercida sobre un fluido incompresible situado en un recipiente cerrado de paredes rígidas se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido.

2. Necesitas una botella de plástico de 1,5 litros, una carcasa de bolígrafo transparente, trocitos de alambre y cinta aislante. Con la cinta tapa el agujerito lateral del bolígrafo. La única abertura del bolígrafo debe ser la inferior. Mete el alambre en cantidad suficiente para que quede flotando. Cierra la botella y aprieta lateralmente con la mano.¿Qué trayectoria sigue el bolígrafo? Si aprietas con más fuerza, ¿qué sucede?Vuelve a apretar la botella y fíjate en la parte inferior del bolígrafo. ¿Puedes explicar el movimiento del bolígrafo empleando el principio de Arquímedes?Cuando no aprietas la botella, la carcasa permanece llena de aire. Para que el agua pueda entrar dentro de esta carcasa, su presión debe ser mayor que la de este aire. Al apretar la botella, ¿interaccionas con el agua?, ¿aumentas su presión?

Cámara llena de aire

Lastre(alambre, plomo...)Boca no taponada

Agua

EXPERIMENTA Ludión de Descartes

F1 F2

A1

A2

3 De acuerdo al principio de Pascal, el aumento de presión P1 del depósito se comunica a todo el líquido. Por tanto:

= → =P PFA

FA1 2

1

1

2

2 Expresión matemática del principio

de Pascal. Despejando: =F FAA

·2 12

1

,

que muestra que, a mayor superficie A2, mayor es la fuerza F2 que obtenemos. Con un diseño adecuado, podemos lograr fuerzas muy elevadas; por ejemplo, para deformar una lámina de acero, aplicando fuerzas moderadas.

1 La figura muestra una prensa hidráulica, una de las principales aplicaciones del principio de Pascal. Puedes ver estas prensas en numerosas industrias y talleres. Por ejemplo, para el conformado de piezas de acero.

Las prensas de la actualidad emplean aire comprimido en lugar de fuerza muscular.

2 Se ejerce una fuerza F1 sobre la superficie A1 y por tanto se eleva la presión del líquido un valor:

=P

FA1

1

1

Al apretar la maneta de frenos, ejercemos una presión sobre un líquido existente en estos tubos, cuya sección lateral es muy pequeña.

Esa presión se comunica a unos pistones de mayor superficie (en color rojo en la imagen de detalle) que presionan el disco ligado a la rueda y la frenan. La fuerza ejercida en la maneta se multiplica en estos pistones y el sistema logra mayor fuerza de frenado.

Disco de freno

35. Para subir a una furgoneta a una persona en silla de ruedas cuya masa conjunta es de 120 kg, se instala un elevador hidráulico con un pistón grande. El radio de este pistón es ocho veces mayor que el del pistón pequeño. La fuerza aplicada es de 25 N. ¿Es un sistema adecuado?

36. Elabora una exposición oral acerca del sistema de dirección neumática en la que expliques su funciona-miento y las ventajas que posee.

ACTIVIDADES

16. El elevador hidráulico es una máquina que aprovecha el principio de Pas-cal para conseguir grandes fuerzas con las que elevar pesados cuerpos aplicando fuerzas moderadas. El elevador de la figura posee un pistón pequeño de radio 2 cm y uno mayor de radio 20 cm. ¿Qué fuerza debe aplicarse con el aire comprimido para elevar un vehículo de 2 000 kg?

SoluciónDebe emplearse el principio de Pascal, y para ello deben conocerse las superficies de los pistones pequeño y grande:

= ⋅ = ⋅ =S r� � �2 4 cmpequeña2 2 2 = ⋅ = ⋅ =S r� � �20 400 cmgrande

2 2 2

La fuerza que debe realizar el elevador corresponde al peso del coche. Por tanto, la fuerza que debe realizar el aire comprimido es:

�

�= = = =F

SPS

FP S

S· 2000 · 9,8 · 4 ·

400 ·196 Naire

pequeña

coche

grandeaire

coche pequeña

grande

Por tanto, este elevador multiplica por cien la fuerza ejercida.

Por el principio de Pascal, el aumento de presión se comunica a todas las partes del gas, y da lugar a una fuerza suficiente para levantar el vehículo en las dos columnas del elevador.

Este compresor introduce aire en un pistón pequeño del elevador aumentando su presión.

EJEMPLO RESUELTO


Cuando usamos el teléfono móvil en la calle andamos con mayor prudenciaHoy en día es habitual ver personas que utilizan su teléfono inteligente a la vez que andan por la calle. Conrad Earnest, de la Universidad de Texas A&M, y tres colaboradores, de la Universidad de Bath, han exa-minado el efecto de realizar esta doble tarea en un grupo de treinta individuos que, además, se hallaban cognitivamente distraídos.

Los participantes, de 18 a 50 años de edad, siguieron un camino lleno de obstáculos mientras ejecutaban tres acciones diferentes. En el pri-mer caso, andaban como lo hacían normalmente; en el segundo, anda-ban y tecleaban mensajes de texto en su teléfono móvil; en el tercero, además de las dos tareas anteriores, tenían que resolver un problema de matemáticas.

Los resultados sugieren que los participantes tardaban más tiempo en recorrer el camino cuando realizaban la tercera tarea en comparación con la primera. En este caso, los individuos también conseguían evitar más obstáculos y aumentaban la frecuencia de pasos; asimismo dismi-nuía su capacidad de caminar en línea recta. En concreto, cuando se enfrentaban a desafíos cog-nitivos, estos peatones disminuían su velocidad para minimizar el riesgo de accidentes, por lo que eran menos propensos a tropezarse porque reducían la longitud del paso y pasaban más tiempo con ambos pies en contacto con el suelo.

www.investigacionyciencia.es, 31 de julio de 2015

Cuestionesa) Identifica en este experimento los pasos del método científico.b) ¿Consideras que esta noticia tiene rigor científico? ¿Por qué? c) Realiza un debate en clase sobre los resultados obtenidos.

MIRA A TU ALREDEDOR

Establecer una relación entre variables

ObjetivoEncontrar la relación entre la temperatura y el tiempo.

IntroducciónQueremos averiguar si existe relación entre el tiempo de calentamiento y la temperatura que alcanza un objeto, de tal forma que podamos encontrar una expresión matemática que rela-cione ambas variables. En nuestro caso lo realizaremos sobre el agua.

Material• Hornillo.

• Vaso de precipitado.

• Agua destilada.

• Termómetro.

• Cronómetro.

ProcedimientoElabora una tabla como la siguiente para apun-tar los valores de tiempo y temperatura duran-te el experimento:

Tiempo 30’’ 1’30’’ 2’ 2’30’’ 3’ …

T (ºC)

Introduce 100 mL de agua destilada en el vaso de precipitado. Dispón el vaso sobre el hornillo y coloca en su interior el termómetro. Sigue las instrucciones de tu profesor para el montaje.Enciende el hornillo y realiza medidas de tiempo con el cronómetro a intervalos de 30 segundos. Anota los valores de tiempo y temperatura hasta que el termómetro indique que el agua destilada se encuentra a 80 ºC. Procura que no exceda de ese valor.

Tarea1. Representa en un eje de coordenadas los

valores de tiempo-temperatura que has to-mado. Sitúa el tiempo como la variable inde-pendiente y la temperatura como la variable dependiente.

2. ¿Existe relación entre ambas variables? Si la respuesta es afirmativa, indica qué tipo de relación poseen.

3. Calcula la constante de proporcionalidad y exprésala con su unidad correspondiente. Para ello, calcula el valor de la constante para cada medida y realiza la media.

4. Calcula el error absoluto y relativo que se ha cometido para cada valor de la constan-te de proporcionalidad.

5. Expresa la función matemática de la fun-ción resultante.

6. Responde a las siguientes cuestiones:

a) Utilizando la expresión matemática ob-tenida, averigua qué tiempo habría que esperar para alcanzar una temperatura de 90 ºC.

b) Analiza los motivos de los posibles erro-res que has cometido.

7. Expresa una breve opinión personal sobre la práctica realizada. Indica qué dificultades has encontrado en su ejecución.

8. Realiza nuevamente la práctica, pero esta vez con 200 mL de agua.

9. Expresa la función matemática de la fun-ción resultante. ¿Hay diferencia entre las dos funciones? ¿Qué conclusión podemos obtener?

PRÁCTICA DE LABORATORIO

Copia el mapa en tu cuaderno y complétalo con los siguientes términos: escalares y vectoriales, fundamentales y derivadas, cifras significativas, error.

MÉTODO CIENTÍFICO

Publicación

Teoría o ley

Análisis de resultados

Observación

Hipótesis

Experimentación

Medida en ciencia

Magnitudes

MAPA CONCEPTUAL


El jabón

El proceso de limpieza consiste en separar materiales diversos de un sustrato al que no deben estar unidos. Vamos a centrarnos en el jabón de limpieza de ropa o de manos.

La «suciedad» consiste habitualmente en ma-teria grasa adherida al tejido y que por su ca-rácter hidrofóbico no puede ser desplazada por la acción únicamente del agua.

Pregunta 1Este carácter hidrofóbico se puede relacionar con la estructura de una grasa que básicamen-te puede ser un ácido graso o un triglicérido. ¿Cuál es la causa del carácter hidrofóbico?a) La gran cadena hidrocarbonada forma

puentes de hidrógeno con el agua.b) La gran cadena hidrocarbonada interac-

ciona con el agua mediante fuerzas de Van der Waals.

c) Los átomos de oxígeno interaccionan con el agua formando puentes de hidrógeno.

d) Ninguno de los casos anteriores.

Pregunta 2Las fuerzas cohesivas entre las moléculas den-tro de un líquido están compartidas con todos los átomos vecinos. Las de la superficie no tienen átomos por encima y presentan fuer-zas atractivas más fuertes sobre sus vecinas próximas de la superficie. Esta asimetría de las fuerzas de atracción intermoleculares en la superficie se llama ten-sión superficial.

El proceso de limpieza utilizando un detergen-te se inicia porque este es capaz de disminuir

la tensión superficial del agua y permite que se «moje» mejor el tejido y se facilite la separación de la suciedad hidrofóbica.

¿Por qué disminuye la tensión superficial del agua?a) El jabón incrementa el número de puentes

de hidrógeno.b) El jabón disminuye el número de puentes

de hidrógeno.c) El jabón disocia la molécula de agua en sus

elementos.d) El jabón elimina hidrógenos del agua.

Pregunta 3

Los detergentes más sencillos se componen de una cabeza hidrofílica y una cola hidrofóbi-ca, de manera que son capaces de rodear a la suciedad y aislarla del tejido. ¿Qué respuesta es cierta?

a) La cabeza hidrofílica se une al agua por puentes de hidrógeno.

b) La cabeza hidrofílica se une al agua por enlaces covalentes.

c) La cola hidrofóbica forma puentes de hidró-geno con la grasa de carácter hidrofílico.

d) Ninguna de las anteriores.

Los adhesivos

Objetivo

Investigar y desarrollar un adhesivo o pega-mento biodegradable e informar de las alter-nativas a los productos comerciales.

Producto finalObtener un producto adhesivo natural y pre-parar una presentación pública del proceso seguido y de los resultados obtenidos.

Pasos que debes realizarAunque tu profesor puede proponerte un pro-ceso diferente, te indicamos una posible se-cuencia de pasos. También es recomendable hacerlo en grupo, y luego comparar los datos obtenidos.

1. Infórmate sobre los diferentes tipos de ad-hesivos que existen y cómo actúa cada uno de ellos. Si bien no vamos a realizar ningu-no de ellos, os interesa conocer su modo de actuación para después investigar so-bre vuestra propuesta.

2. Busca pegamentos naturales. Para ello, además de mirar en libros e Internet, rea-liza una investigación de campo por tu en-torno y averigua cómo unían antiguamente los objetos rotos o que necesitaban mante-nerse unidos.

3. Procede a realizar varias pruebas con al menos un par de adhesivos. Analiza facto-res como:

a) Tiempo de secado hasta que sea no pe-gajoso al tacto.

b) Tiempo de curado hasta conseguir la fortaleza máxima.

c) Tiempo de envejecimiento hasta que la unión se separa.

d) Fortaleza de la unión, cuánta fuerza he-mos de hacer hasta que se separe.

4. Con todos los datos elabora unas muestras y prepara una exposición en público. De-bes explicar cómo se justifica la unión en-tre las piezas de manera química y si existe agresión a las superficies o no.

5. Si tienes oportunidad, realiza una venta fic-ticia de tu producto. Para ello debes valorar:

a) Si tiene uno o varios componentes que has de proporcionar por separado y cómo lo harías.

b) Cuál sería el coste de los materiales y el precio de venta. Se consciente de lo que tú pagarías por el producto. Tu margen de beneficio debe ser razonable.

c) Incorpora toda esta información a tu in-forme y recoge los comentarios de tus compañeros, familiares y amigos.

H2O

Tejido

No moja Moja

Tarea competencial


Tensión superficial


Actividades básicas

1. ¿Es posible que un electrón esté en una órbita con una energía de –E0/16? ¿Cuál sería?

2. ¿Cuál es el fenómeno que dio lugar al naci-miento del modelo de Bohr? Explícalo.

3. Diferencia entre órbita y orbital. ¿A causa de qué razonamiento se cambia una por la otra?

4. Un átomo posee ocupa-das las siguientes órbi-tas, según el modelo de Bohr. Identifica cuál sería su representación en el modelo cuántico y a qué elemento nos refe-rimos.

5. Enumera las familias y los elementos de los grupos principales.

6. Completa la tabla y localiza en el SP los siguientes elementos:

Clave Periodo Grupo Familia Z Config.elec.

[A]

[A] Z = 12 [B] … 4p3 [C] grupo 14 Peri. 5[D] = … 3d6 [E] Z = 51 [F] tercer alcalino

7. Enuncia la regla del octeto y aplícala para los elementos: 3Li, 13Al, 16S, 20Ca, 30Zn 33As, 54Xe.

8. Un elemento del tercer periodo completa su octeto ganando tres electrones. Obtén su nú-mero atómico, la configuración electrónica del elemento libre y el tipo de enlace que formará consigo mismo.

9. Para las siguientes parejas, determina:a) Tipo de enlace: iónico, covalente o metá-

lico.b) La valencia con que actúa cada elemento.c) La fórmula del compuesto formado y la

estructura de Lewis resultante.d) El tipo de sustancia que se ha formado.

Li y F Mg y F O y F C y FLi y Li F y F Mg y S K y Cl

10. Identifica qué situación representa cada uno de los números en la gráfica de energía de enlace e indica qué tipo de fuerza (atractiva o repulsiva) domina.

11. Identifica a partir de sus propiedades el tipo de sustancia y el enlace entre sus elementos:a) Conduce la corriente fundido pero no

sólido.b) Deformable y conduce la corriente.c) Tan blando que sirve de lubricante.d) Temperatura de fusión muy elevada y no

conduce, incluso fundido.

12. Nombra y formula:a) 2-penteno b) Metilpropanoc) CH3—CH—CH3

| CH2—CH3

d) 2-propanol

e) CH2=CH—CH3 f) CH3—CH2—CHO

—=

Actividades de consolidación13. Identifica cuáles de las siguientes combinacio-

nes de números cuánticos son posibles y a qué orbital nos referimos. Si son inviables, justifica la causa:

a) (2,3,4) b) (3,1,1) c) (0,0,0)

d) (2,0,0) e) (1,1,-1) f) (3,2,-2)

14. Realiza la estructura de Lewis y predice las valencias de los compuestos formados por:

a) Ca y S b) Al y S c) N y O d) Br y Br

15. Te encuentras en un almacén donde tienes lápi-ces, baldosas, un anillo de diamante, una chapa de acero, un saco de sal gruesa, alcohol y unas tijeras. Indica qué material utilizarías para:a) Pasar por encima cables pelados con co-

rriente.

b) Evitar el chirrido de una puerta.

c) Realizar el filamento de una bombilla.

d) Conseguir una disolución conductora.

e) Cortar el cristal de la ventana sin romperla.

16. ¿Cuál es la estructura de Lewis del carbono en el diamante, el grafito, el grafeno y el car-bino?

17. Añadimos oxidante en exceso al 1-propanol, al 2-propanol y al 2-metil-2-propanol. Formula y nombra todos los compuestos que se pueden formar e identifica los tipos de carbono.

18. Encuentra y nombra tres isómeros del C3H6O y cinco del C4H8O2 (hay nueve al menos).

19. Nombra o formula:a) 2,3-dimetilpentano b) dipropilamina

c) CH2=C=CH2 d) CH3—C—CH=CH2

O

=

e) CH2=CH—COONH2 f) CH3—CH—COOH

CH2—CH3

—

Actividades avanzadas20. Indica todos los posibles números cuánticos

asociados a un orbital 3s, 2p y 4d.

21. ¿Por qué no puede existir un orbital 2d?

22. Justifica la estructura de Lewis del ácido fór-mico (HCOOH), PCl3, azufre (S8) y NCl3.

23. Propón de manera razonada un orden en las temperaturas de fusión de las siguientes sus-tancias: W, I2, NaF, Na2O, SiO2, MgO, Sn.

24. Justifica la evolución de las temperaturas de fusión de los haluros de hidrógeno:

Compuesto HF HCl HBr HI

TFUS (K) 190 158,3 153 184,6

TEBUL (K) 293 188,1 200 237,8

25. ¿Qué relación existe entre los subíndices de las fórmulas CaF2, SF2 y F2 y su estructura?

26. El agua posee un punto de fusión anormal-mente elevado. ¿Qué ventaja biológica implica y a qué es debido?

27. ¿Qué significa desnaturalizar una proteína desde el punto de vista químico y qué interac-ciones se modifican?

28. Investiga el origen y las aplicaciones más impor-tantes de los hidrocarburos en función del número de carbonos de su cadena.

29. Realiza un cartel en el que muestres los princi-pales grupos funcionales, la estructura básica, algunos ejemplos, sus propiedades y aplicacio-nes.

30. Formula: a) Ácido 2-etil-2-pronenoicob) Butanoato de metiloc) Etanoato de butilo

31. Nombra: a) CH3—C=C—CNH2

O—=

CH3—CH2

—

b) CH3—CO—CH2—CO—CH3

Ener

gía

Distancia entre núcleos

4

3

2

1

H

K

I

G

N

J

L M

ACTIVIDADES FINALES

presentación de la unidad cÓmo se utiliza

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