FISICA DOCENTE 1º MEDIO

Guía didáctica del docente

Física Físi Texto d

el es

tudia

Educación media

ación

med

ia

ca

Edición Especial para el Ministerio de Educación Prohibida su comercialización

n

Guía didáctica del docente

Edic ió el M n Especi in al Proh isterio d para e ibida s u co E d u c a c i ó n m e rc ializ ació

a 1º Físic nte udia l e st

Edic ió el M n Especi in al Proh isterio d para e ibida s u co E d u c a c i ó n m e rc ializ ació

Gon zalo Gue José rrero Migu Hern el M ánde uñoz z San Mart ín n

Edición Especial para el Ministerio de Educación Prohibida su comercialización

1º

1º

Text o de

Física 1º

Educación media

Educ

ació

n me

dia

Ed u c

n te

Guía didáctica del docente

Física 1° medio

Autores Guía didáctica del docente Gonzalo Guerrero Hernández Licenciado en Educación de Física y Matemática Profesor de Estado en Física y Matemática Universidad de Santiago de Chile Hilda González Vásquez Licenciado en Educación de Física y Matemática Profesor de Estado en Física y Matemática Universidad de Santiago de Chile

La Guía didáctica del docente correspondiente al Texto Física 1º Educación media es una obra colectiva, creada y diseñada por el Departamento de Investigaciones Educativas de Editorial Santillana, bajo la dirección editorial de: RODOLFO HIDALGO CAPRILE SUBDIRECCIÓN EDITORIAL ÁREA PÚBLICA Marisol Flores Prado

SUBDIRECCIÓN DE DISEÑO Verónica Román Soto

EDICIÓN Y ADAPTACIÓN Rocío Fuentes Castro

Con el siguiente equipo de especialistas:

AUTORES DEL TEXTO DEL ESTUDIANTE Gonzalo Guerrero Hernández José Miguel Muñoz San Martín

DISEÑO Y DIAGRAMACIÓN Mariana Hidalgo Garrido Álvaro Pérez Montenegro Raúl Urbano Cornejo

AUTORES DE LA GUÍA DIDÁCTICA DEL DOCENTE Hilda González Vásquez Gonzalo Guerrero Hernández

FOTOGRAFÍAS Archivo Santillana

JEFATURA DE ESTILO Alejandro Cisternas Ulloa CORRECCIÓN DE ESTILO Carlos Almonte Carvajal Rodrigo Olivares de la Barrera DOCUMENTACIÓN Paulina Novoa Venturino Cristián Bustos Chavarría

ILUSTRACIONES Marcelo Cáceres Ávila CUBIERTA Raúl Urbano Cornejo PRODUCCIÓN Rosana Padilla Cencever

Referencias de los textos: Enciclopedia de las preguntas, tomo 1 y 10 de la autora Adriana Llano y los ilustradores Fernando San Martín y Paulo Soverón, Santillana, Buenos Aires, Argentina, 2008. Enciclopedia del Estudiante, tomo 12, de varios autores, Santillana, Madrid, España, 2010. Hipertexto 9, de varios autores, Santillana, Bogotá, Colombia, 2010. Física, para quinto año de secundaria serie Hipervínculos, con la edición de Silvia Arce, Santillana, Lima, Perú, 2010. Hipertexto Física 2, de los autores Mauricio Ballén y Olga Romero, Santillana, Bogotá, Colombia, 2011. Física, para quinto año de secundaria serie Innova, con la edición de Susana Fonseca, Santillana, Lima, Perú, 2010.

© 2014, by Santillana del Pacífico S. A. de Ediciones Dr. Aníbal Ariztía 1444, Providencia, Santiago (Chile) PRINTED IN CHILE Impreso en Chile por Quad/Graphics. ISBN: 978 - 956 - 15 - 2304 - 3 Inscripción nº 237.054 Se terminó de imprimir esta 1ª edición de 3 800 ejemplares en el mes de enero del año 2014. www.santillana.cl

Índice

• Organización del Texto del estudiante

4

• Organización de la Guía didáctica del docente

5

• Fundamentación del diseño instruccional

6

• Unidad 1: Ondas y sonido

8

Material fotocopiable • Unidad 2: Propiedades y comportamiento de la luz Material fotocopiable • Unidad 3: El poder de la naturaleza: sismos y volcanes Material fotocopiable • Unidad 4: Fuerza y movimiento Material fotocopiable

37 44 77 84 115 122 153

• Banco de preguntas

160

• Índice temático

173

• Bibliografía

175

Guía didáctica del docente 3

Organización del Texto del estudiante El Texto Física 1° Educación media se organiza en cuatro unidades. En cada unidad, los contenidos son presentados como lecciones para facilitar la comprensión y el orden de estos. Todas las unidades y lecciones poseen una estructura en común, la que se presenta a continuación. Inicio de unidad. En estas páginas encontrarás una descripción de los contenidos que se desarrollarán. Además, se hace referencia a los objetivos y aprendizajes esperados que se trabajarán en cada unidad. En esta sección se incluyen: •

•

•

Para comenzar: actividad introductoria que relaciona los conocimientos adquiridos anteriormente con el tema de la unidad por medio de preguntas a partir de una imagen. Me preparo para la unidad: serie de actividades cuyo objetivo es que los estudiantes se aproximen a los contenidos de la unidad. Aprenderás a...: sección que presenta las lecciones que forman parte de la unidad y los aprendizajes esperados que se desarrollan en cada una de ellas.

Desarrollo de los contenidos. Después del inicio de la unidad, comienza el desarrollo de los contenidos, los que se encuentran organizados en lecciones. Cada lección incluye una serie de actividades y cápsulas que complementan la comprensión del tema tratado. Estas son:

4 Iniciales

•

Título de la lección: a modo de pregunta, se indica el tema de la lección.

•

Necesitas saber: apela a los conocimientos previos que se requieren para comprender los contenidos.

•

Propósito de la lección: plantea el objetivo de la lección.

•

Actividad exploratoria: corresponde a una actividad experimental que permite evidenciar fenómenos relacionados con el objetivo de cada lección.

•

Actividades: en esta sección los estudiantes podrán aplicar o reforzar lo aprendido en la lección.

•

Trabaja con TIC: esta cápsula dirige a los estudiantes al material existente en la web respecto del tema de cada lección.

•

Conexión con…: muestra la relación que existe entre los contenidos tratados y otras disciplinas del conocimiento.

•

Para saber +: posee información adicional que complementará lo visto en la lección.

•

Actividades de cierre: corresponde a actividades que engloban toda la lección.

•

Minitaller científico y Trabajo científico: se plantean actividades experimentales, de fácil ejecución, que permiten desarrollar las habilidades del pensamiento científico.

•

¿Qué opinas?: invita a los estudiantes a reflexionar y opinar acerca de un tema relacionado con el contenido de la lección.

Evaluación de los contenidos. En cada lección aparecen dos instancias de evaluación. La primera, denominada Evaluación de proceso, permite conocer el grado de comprensión de las lecciones antes del término de la unidad. La segunda, llamada Evaluación final, se encuentra al término de la unidad y abarca todos los contenidos estudiados en la unidad. La sección Me evalúo permite evidenciar el desempeño de los estudiantes en la evaluación final. Además, se presentan Actividades complementarias para reforzar los contenidos más débiles, o bien para profundizarlos. Finalización de la unidad. En estas páginas se muestra la Síntesis de la unidad, que resume las lecciones tratadas. Finalmente, en la sección Ciencia, tecnología y sociedad se exponen temas de actualidad relacionados con la disciplina.

Organización de la Guía didáctica del docente La Guía didáctica del docente se organiza en cuatro unidades, las cuales entregan orientaciones y sugerencias para el tratamiento de los contenidos y para el desarrollo de las habilidades propias del nivel y de la disciplina. La estructura de cada unidad es la siguiente: Orientaciones curriculares. En estas páginas se presenta el título de la unidad y se declaran los fundamentos para el desarrollo de la unidad. Estas contemplan: •

Propósito de la unidad: en esta sección se declara el objetivo de la unidad y se exponen las herramientas con las cuales se trabajarán los contenidos.

•

Objetivos Fundamentales Verticales: corresponden a los objetivos declarados en el Marco Curricular.

•

Contenidos Mínimos Obligatorios: corresponden a los contenidos mínimos, declarados en el Marco Curricular. Estos se evidencian en los Aprendizajes esperados y los indicadores de logro, presentes en el Programa de Estudio.

•

Habilidades del pensamiento científico: estas habilidades disciplinares permiten al estudiante adquirir herramientas para aproximarse al quehacer científico.

•

Aprendizajes esperados en relación con los OFT: corresponde a aquellas habilidades transversales que los estudiantes deben desarrollar y que no son disciplinares.

•

•

Planificación de la unidad: organización que incluye los Aprendizajes esperados y los Objetivos específicos de cada lección. Además, se hace mención a los contenidos e instrumentos de evaluación presentes en el Texto del estudiante. Finalmente, se señalan los indicadores de evaluación y el tiempo estimado, en horas pedagógicas, para el logro de cada aprendizaje declarado. Prerrequisitos y bibliografía de la unidad. conocimientos previos que el alumno necesita para abordar cada lección. Además, se sugiere una bibliografía de referencia para cada una de ellas.

•

Orientaciones para el inicio de la unidad. En esta sección se sugieren algunas actividades para motivar a los estudiantes al comienzo de cada unidad.

Orientaciones de trabajo por lección. Incluye sugerencias para el inicio, desarrollo y cierre de cada lección, además del solucionario para las actividades propuestas en el Texto del estudiante, cuyas respuestas están formuladas en pos de guiar al docente en su rol de mediador del proceso de enseñanza-aprendizaje, especialmente de aquellos conceptos de mayor complejidad. También se entregan sugerencias para evitar o corregir los errores frecuentes que los estudiantes cometen en el desarrollo de estas actividades. Finalmente se ponen a disposición del docente, en los momentos del proceso de enseñanza que se consideraron pertinentes, información y actividades complementarias. Estas últimas están agrupadas en dos niveles, que permiten abordar los contenidos de la disciplina de acuerdo con la diversidad de intereses, ritmos y estilos de aprendizaje de los estudiantes. Sugerencias y respuestas esperadas, Trabajo científico y Evaluación de proceso. En estas secciones se presentan las posibles respuestas que los alumnos pueden elaborar al desarrollar el Trabajo científico. Se detalla también el solucionario de las actividades que se plantean en la Evaluación de proceso. Orientaciones para las páginas finales de la unidad. En esta sección se entregan algunas sugerencias para terminar la unidad (Síntesis y Me evalúo) y poder reforzar aquellos contenidos que los estudiantes no hayan logrado. Además, se entrega el solucionario de la evaluación final. Material fotocopiable. En estas páginas se entrega material complementario para trabajar con los alumnos. Este incluye: Taller de Ciencias, Fichas de refuerzo y ampliación e Instrumentos de evaluación con su respectiva tabla de especificaciones. Banco de preguntas. Set de preguntas de opción múltiple, agrupadas por unidad, que pueden ser utilizadas para elaborar evaluaciones o actividades de reforzamiento.

Guía didáctica del docente 5

Fundamentación del diseño instruccional Con el propósito de que los estudiantes logren los Objetivos Fundamentales (OF) y Contenidos Mínimos Obligatorios (CMO), el Texto se ha elaborado sobre la base de un modelo instruccional que establece tareas de aprendizaje organizadas en lecciones, cada una de las cuales comienza con la identificación de los conocimientos previos de los estudiantes; continúa con la entrega y tratamiento didáctico de los contenidos conceptuales, habilidades y actitudes, el diseño e implementación de procedimientos evaluativos de proceso, y finaliza con las instancias para evaluar sumativamente los aprendizajes logrados. Este modelo se replica de manera consistente a lo largo de todas las unidades que componen el Texto. Así, cada unidad temática consta de un conjunto de elementos clave que forman parte de un sistema que se estructura siguiendo la propuesta de Dick y Carey (2001), y que se detallan a continuación: a.

Identificar la meta de enseñanza. Se basa en definir qué es lo que se espera que los estudiantes sean capaces de saber o hacer luego de completar el proceso de enseñanza-aprendizaje de cada unidad temática.

b. Implementar un análisis instruccional. Implica determinar qué tipo de aprendizaje es el que se quiere que el estudiante alcance: conceptual, procedimental o actitudinal. Una vez identificado esto, hay que establecer las habilidades que están en la base y que cuyo desarrollo conducirá al logro del aprendizaje deseado. c.

Identificar las conductas de entrada y las características generales de los estudiantes. En esta etapa se identifican los conocimientos e ideas previas que traen los estudiantes y que sirven de cimiento para el logro de los aprendizajes deseados. De no estar presentes, se implementan instancias de refuerzo y nivelación.

d. Redacción de objetivos específicos. Los objetivos específicos se declaran explícitamente en cada unidad para que los estudiantes conozcan desde el comienzo qué es lo que aprenderán y cómo lo que ya saben conecta con lo nuevo, promoviendo aprendizajes significativos. e.

Desarrollo de instrumentos de evaluación (formativa y sumativa). Para evaluar el desarrollo de la estrategia de instrucción propuesta, se han diseñado diversos materiales centrados tanto en las necesidades de aprendizaje del alumno como en la labor educativa del docente. Cada instancia de evaluación permite monitorear el proceso de enseñanza-aprendizaje, además de entregar información para tomar decisiones relacionadas con las estrategias de instrucción.

f.

Desarrollo de la estrategia didáctica y selección de materiales de instrucción. Esta propuesta didáctica se operacionaliza en dos materiales: el Texto escolar, destinado a promover el aprendizaje del estudiante, y la Guía didáctica del docente, que contiene la explicitación de los aspectos pedagógicos que sustentan la propuesta: sugerencias de trabajo página a página, solucionario, instrumentos de evaluación fotocopiables, entre otros. En concordancia con esto, se desarrollaron materiales de enseñanza que permitan detectar lo que los alumnos necesitan recordar para iniciar una nueva unidad de contenidos, como también para evaluar lo que están logrando (proceso) y lo que han aprendido (sumativo).

6 Iniciales

A continuación, se describe un diagrama del modelo instruccional que sustenta el Texto Física 2º Educación media.

Prerrequisitos

Proceso de aprendizaje

Conductas de entrada

Conocer los logros en el aprendizaje y detectar las dificultades

Habilidades al servicio Preconceptos (correctos o errados)

Reflexión acerca de los aprendizajes logrados

Contenido

Conectado con la experiencia y contextos de los estudiantes

Lo anterior se traduce en un modelo pedagógico que sustenta la organización y estructura del Texto Física 2º Educación media, que se presenta en el siguiente diagrama: Actividades Evaluación implícita

Actividad exploratoria Inicio de unidad Presenta el propósito de la unidad

Conductas de entrada Permite que los estudiantes relacionen sus ideas previas con los contenidos que tratarán en cada lección

Desarrollo de contenidos Conocimientos Habilidades

Evaluación final Evaluación sumativa Evalúa el resultado del proceso enseñanza-aprendizaje

Evaluación de proceso Evaluación formativa Evalúa el progreso de los aprendizajes

Guía didáctica del docente 7

UNIDAD

1

Ondas y sonido

Orientaciones curriculares Propósito de la unidad El objetivo de esta unidad es que los estudiantes comprendan cómo se origina el sonido y las características que presenta a partir de conceptos físicos y leyes. Comienza con el estudio de las ondas, destacando los conceptos de amplitud, frecuencia, longitud de onda, velocidad de propagación y la relación que existe entre estas propiedades. La segunda parte de la unidad se centra en el estudio del sonido propiamente tal, desde su origen, características e interacción con diferentes medios hasta el efecto Doppler. Finalmente, se estudia la utilidad de algunos dispositivos que operan basados en ondas sonoras, se estudian algunos aparatos tecnológicos.

Objetivos Fundamentales Verticales De acuerdo con el Decreto Supremo de Educación N° 254 (página 283), los estudiantes serán capaces de: • Comprender el origen, la absorción, la reflexión y la transmisión del sonido sobre la base de conceptos físicos, leyes y relaciones matemáticas elementales (OFV 5). • Comprender el funcionamiento y la utilidad de algunos dispositivos tecnológicos que operan en base a ondas sonoras, estableciendo comparaciones con los órganos sensoriales (OFV 6)..

Contenidos Mínimos Obligatorios De acuerdo con el Decreto Supremo de Educación N° 254 (página 285), los CMO son los siguientes: • Aplicación de la relación entre longitud de onda, frecuencia y velocidad de propagación de una onda (CMO 6). • Explicación general del funcionamiento y utilidad de dispositivos tecnológicos como el teléfono, el televisor, la radio, el ecógrafo, el sonar, el rayo láser y el radar, en base al concepto de onda (CMO 10). • Descripción del espectro auditivo (frecuencia e intensidad) y de los rangos que captan los órganos de la audición en los seres humanos y en otros animales (CMO 9). • Descripción cualitativa del origen y propagación del sonido, de su interacción con diferentes medios (absorción, reflexión, transmisión), de sus características básicas (altura, intensidad, timbre) y de algunos fenómenos como el efecto Doppler (CMO 5).

8 Unidad 1: Ondas y sonido

UNIDAD

Habilidades de Pensamiento Científico Habilidad

Procesamiento e interpretación de datos, y formulación de explicaciones, apoyándose en los conceptos y modelos teóricos del nivel, por ejemplo, el estudio del efecto Doppler (CMO 2).

1

Lecciones 2 3

1

4

• • • •

Aprendizajes esperados en relación con los OFT De acuerdo con el Programa de Estudio de Primer año medio de Física (página 40), son los siguientes: Interés por conocer la realidad al estudiar los fenómenos abordados en la unidad: • Formular preguntas para profundizar o expandir su conocimiento sobre los problemas en estudio. • Establecer, por iniciativa propia, relaciones entre los conceptos en estudio y los fenómenos que observa en su entorno. • Buscar nuevos desafíos de aprendizaje. • Formular preguntas para motivar la reflexión entre sus pares. El desarrollo de actitudes de perseverancia, rigor y cumplimiento: • Registrar de acuerdo a un orden, datos producidos en torno al tema de trabajo. • Seguir adecuadamente los pasos aprendidos en investigaciones simples. • Reformular y adaptar las tareas ante nuevas circunstancias o ante nuevas ideas.

Guía didáctica del docente 9

Planificación de la unidad Aprendizajes Esperados Describir en forma cualitativa el origen y la propagación del sonido, su comportamiento en diferentes medios, y su naturaleza ondulatoria.

Describir dispositivos tecnológicos relacionados con el sonido, empleando los conceptos en estudio.

Objetivos Específicos

Lección

Identificar y analizar los elementos y la clasificación de las ondas.

1 ¿Qué es una onda?

Comprender el origen vibratorio del sonido e identificar sus propiedades básicas: tono, intensidad y timbre, aplicadas a diferentes instrumentos. Describir el espectro sonoro e identificar los rangos de audición en el ser humano y en otros animales.

2 ¿Qué es el sonido?

Contenidos • Oscilaciones y ondas. • Clasificación de las ondas. • Características de una onda.

• Propagación del sonido. • Fuentes sonoras. • Propiedades del sonido.

3 ¿Cómo escuchas?

• Intensidad sonora. • Espectro de frecuencias auditivo. • Oído y audición. • Contaminación acústica. • Aplicaciones de las ondas sonoras.

Organizar e interpretar datos, y formular explicaciones y conclusiones, apoyándose en las teorías y conceptos científicos en estudio.

Identificar y comprender algunas interacciones del sonido con la materia. Analizar el efecto Doppler.

4 ¿Cómo interactúa el sonido con el entorno?

• Reflexión y eco. • Absorción del sonido. • Rapidez del sonido. • Refracción del sonido. • Difracción del sonido. • Interferencia. • Resonancia acústica. • Efecto Doppler.

10 Unidad 1: Ondas y sonido

UNIDAD

Instrumentos de evaluación

Indicadores de evaluación

• Actividad exploratoria (pág. 16)

• Identifican la naturaleza de una onda.

• Actividades de cierre (pág. 25)

• Comprenden los parámetros de las ondas para diferenciarlas.

• Actividad exploratoria (pág. 26) • Actividades de cierre (pág. 34) • Evaluación de proceso (págs. 38 y 39)

• Actividad exploratoria (pág. 40) • Actividades de cierre (pág. 48)

• Determinan mediante cálculos la longitud de onda, frecuencia, período y velocidad de propagación de una onda en casos concretos. • Identifican que los sonidos se originan por la vibración de los objetos.

1

Tiempo estimado (horas pedagógicas) 6

4

• Ejemplifican la relación entre un sonido y el objeto vibrante que le da origen.

• Describen el espectro sonoro (infrasonido, sonido y ultrasonido), identificando los rangos en que opera la audición en el ser humano y en otros animales.

4

• Analizan esquemas del oído y su funcionamiento, así como las diversas enfermedades que puedan afectarlo. • Reconocen fuentes de contaminación acústica, los efectos (fisiológicos y psicológicos) que puede provocar en las personas y cómo se puede evitar. • Identifican diversos dispositivos tecnológicos relacionados con el sonido, como los parlantes, la ecografía, el sonar, etcétera. • Describen algunos fenómenos en los que • Actividad exploratoria (pág. 50) participa el sonido; por ejemplo, el eco, la • Actividades de cierre (pág. 60) reverberación, las pulsaciones, la difracción • Evaluación de proceso (págs. 62 y 63) o el efecto Doppler, entre otros.

6

• Evaluación final (págs. 66-68)

Guía didáctica del docente 11

Prerrequisitos y bibliografía de la unidad A continuación, se describen los prerrequisitos necesarios para la unidad, como también algunos textos de consulta.

Prerrequisitos Lección 1 ¿Qué es una onda?

Lección 2 ¿Qué es el sonido?

Movimientos periodicos en el entorno Frecuencia, periodo y amplitud de movimientos periodicos.

Amplitud Frecuencia Período Movimiento oscilatorio Lección 4 ¿Cómo interactúa el sonido con el entorno?

Lección 3 ¿Cómo escuchas? Participación de los órganos de los sentidos en la interacción con el entorno. Autocuidado frente a factores que pueden dañar los sentidos.

Concepto de onda mecánica. Características y propiedades de las ondas mecánicas.

Bibliografía de referencia Lección 1 ¿Qué es una onda? • D´Alessio, J. (2003). Ondas. (2a ed.). España: Editorial Reverté S. A. • Casas, J. y Jou, D. (1996). Capítulo 13: ondas. En: Física para las ciencias de la vida. México: Reverté Ediciones S. A. de C. V. Lección 2 ¿Qué es el sonido? • Hewitt, P. (2009). Física conceptual. Capítulo 12: sonido y ondas. México, D. F.: Pearson Educación. Lección 3 ¿Cómo escuchas? • Hewitt, P. (2009). Capítulo 12: sonido y ondas. En: Física conceptual. México, D. F.: Pearson Educación. Lección 4 ¿Cómo interactúa el sonido con el entorno? • Casas, J. y Jou, D. (1996). Capítulo 13: ondas. En: Física para las ciencias de la vida. . México: Reverté Ediciones S. A. de C. V.

12 Unidad 1: Ondas y sonido

UNIDAD

Orientaciones para el inicio de la unidad (páginas 14 y 15)

1

A continuación, podrá encontrar algunas referencias para utilizar los elementos y secciones que constituyen las páginas de inicio de la unidad.

Para comenzar Esta sección sirve para corregir y verificar algunos errores y conceptos previos. • Invite a sus estudiantes a que observen detalladamente la imagen y que piensen que están frente a la pantalla gigante de un cine. • Luego, pídales que lean la sección y que, en grupos, reflexionen acerca de la importancia del sonido y de la capacidad de oír. • Cuando hayan terminado, reúna las ideas más significativas de sus estudiantes y anótelas en la pizarra. Respuestas esperadas a. Si la película fuese muda, no provocaría emociones ni sensaciones en las personas como las que se observan en la imagen. b. Para marcar un determinado momento o escena importante de la película. c. Esta respuesta es variable, sin embargo se espera que los estudiantes al menos planteen que la audición y los sonidos ayudan a percibir el mundo, además de tener un carácter de protección, puesto que los sonidos también alertan de posibles situaciones de riesgo.

Me preparo para la unidad • Invite a sus estudiantes a que realicen las actividades de esta sección junto con otros compañeros o con su familia si es posible. Es importante que, antes de adentrarse en los contenidos y en la teoría del sonido, se aproximen a sus propias percepciones de lo que escuchan a diario. • No es necesario que las respuestas que construyan sean tan acabadas. Cerciórese de todas formas que, al menos, intenten diferenciar entre un sonido agradable y un ruido utilizando ejemplos.

En esta unidad aprenderás... • Es fundamental que los estudiantes sepan los objetivos que deberán lograr al finalizar cada una de las lecciones que comprende esta unidad. Por lo anterior, invítelos a que los lean y que resuelvan las dudas que surjan respecto de estos.

Guía didáctica del docente 13

Orientaciones de trabajo Lección 1 (páginas 16 a 25) A continuación, se desarrollan algunas sugerencias para iniciar la lección, haciendo énfasis en los prerrequisitos y en las experiencias previas que se exploran en las secciones Necesitas saber y Actividad exploratoria.

Sugerencias de inicio de lección Necesitas saber... (página 16) Concepto de vibración y algunos aspectos asociados con el movimiento periódico. Es importante que los estudiantes recuerden que una vibración es una oscilación o un movimiento repetitivo, y que si la vibración o el movimiento se repiten en intervalos iguales de tiempo, se dice que es periódico. Basados en lo que han aprendido en años anteriores, indique a sus estudiantes que antes de comenzar la lección, deberán responder brevemente estas preguntas: • ¿Qué creen que es una onda? • ¿Las han visto en algún lugar de su entorno o en la naturaleza? • Intenten describir el movimiento que experimenta un péndulo cuando oscila. ¿ese movimiento será una onda?, ¿por qué?

Actividad exploratoria (página 16) Respuestas esperadas a. Si la cinta conformada por los palos de helado está muy tensa, esta transmite la onda con mayor rapidez. b. La hipótesis de los estudiantes se debe relacionar con lo que encontrarán luego que experimenten con la máquina de ondas que construyeron con los palos de helado. Así, se espera que ellos digan que mientras más tensa esté la máquina, estos “se mueven” más rápido que si no se encuentra tensa. c. Lo que se espera para esta respuesta es que los estudiantes digan que lo que se transmite es una onda o perturbación. Sin embargo, basta obtener el primer concepto en la respuesta, pues la descripción de perturbación es parte de los contenidos por desarrollar en esta unidad.

Sugerencias de desarrollo de lección • En el desarrollo de esta lección se retoma el análisis de las características de los movimientos periódicos, vistos en 8° básico. El objetivo es reconocer las características de los movimientos periódicos e identificar fenómenos o dispositivos donde se manifiestan. Esto ayuda a generar un refuerzo de ideas previas para comenzar el estudio de las ondas propiamente tal. • También se presentan las respuestas esperadas de las actividades, los errores frecuentes de los estudiantes y diversas actividades e información complementaria para enriquecer la lección.

14 Unidad 1: Ondas y sonido

UNIDAD

Tratamiento de errores frecuentes

1

• Es común que los estudiantes piensen que durante una oscilación lo que se transmite es materia y no energía. Para subsanar este error, invítelos a que observen el movimiento de un péndulo y del agua cuando se perturba, como lo que ocurre en el ejemplo de la página 17. Luego, indíqueles que reflexionen en torno a las siguientes preguntas: • ¿Qué tienen en común el movimiento del péndulo y el del agua? • ¿Qué sucedería si disponen un corcho sobre la superficie del agua de la imagen? ¿Este se desplaza (traslada)? • Recalque a sus estudiantes que cualquier perturbación que se produce a intervalos regulares y progresa en el espacio y en el tiempo corresponde a una onda. Como se dijo anteriormente, es muy importante enfatizar que las ondas no propagan materia, sino solo energía. Para ello puede realizar la experiencia que aparece descrita en la página 18 de esta unidad: consiga una cuerda, átela en uno de sus extremos y del extremo libre genere pulsos y luego un tren de ondas. Amarre una cinta de color en cualquier punto de la cuerda. Mientras la mueve, solicite a los estudiantes que describan cómo se mueve la cinta.

Minitaller científico (página 19) Respuestas esperadas a. Esta respuesta es variable y depende de lo que cada estudiante haya observado. Sin embargo, se espera que reconozcan que el origen de la perturbación ocurre cuando cae la bolita en el agua y que la onda que se produce se transmite desde el centro hasta las orillas del recipiente. b. Como los estudiantes ya conocen aspectos de la transmisión de las ondas, deberían responder que las esferas no se mueven, pues las ondas no desplazan materia ni objetos, solo energía. c. El dibujo que deberían obtener los estudiantes debe ser similar al siguiente:

Posición de equilibrio

Posición de la esfera en el tiempo

El objetivo es que los estudiantes comprendan que las esferas de plumavit oscilan en torno a una posición de equilibrio, sin desplazarse en el agua. Guía didáctica del docente 15

Actividades complementarias Nivel básico Lee las siguientes frases y menciona cuáles son verdaderas. a. Las ondas según su naturaleza de propagación pueden ser mecánicas o electromagnéticas. b. Un ejemplo de onda mecánica y transversal es el sonido. c. La velocidad de una onda es directamente proporcional a la frecuencia. d. La longitud de onda es la distancia que recorre una onda en un ciclo. e. En una onda longitudinal, las partículas vibran de manera paralela a la propagación de la onda y un ejemplo es el sonido. Nivel avanzado Toma una regla de 30 cm y ponla en la orilla de tu mesa. Fija uno de sus extremos y deja el resto de la regla fuera de ella. Pide a un compañero que la golpee suavemente. Observa lo que ocurre y luego responde estas preguntas: 1. ¿A partir de qué se generó la vibración? 2. ¿Qué relación hay entre la intensidad del golpe y el sonido que escuchas? 3. ¿Qué elementos de una onda identificas? 4. ¿Qué parámetro de una onda varía cuando aumentamos o disminuimos el extremo libre de la regla? Solucionario de las actividades complementarias Nivel básico a. Verdadera. b. Falsa. El sonido es un tipo de onda mecánica y longitudinal. c. Falsa. La velocidad no tiene relación con la frecuencia, sino que con el medio de propagación de la onda. d. Verdadera. e. Verdadera. Nivel avanzado 1. A partir de la perturbación inicial. 2. Mientras mayor sea la perturbación inicial, mayor es la intensidad del sonido. 3. Intensidad o volumen según el golpe; la frecuencia conforme la distancia de la regla a la mesa, y el timbre característico de la regla. 4. La frecuencia y el periodo.

16 Unidad 1: Ondas y sonido

UNIDAD

Actividad 2 (página 23)

1

Respuestas esperadas a. De izquierda a derecha: primera onda: 4 oscilaciones; segunda onda: 8 oscilaciones; tercera onda: 5 oscilaciones. b. Primera onda: 4 Hz; segunda onda: 8 Hz; tercera onda: 5 Hz.

Ejemplo resuelto 1 (página 24) Respuesta esperada El periodo de la onda es 8 s y su rapidez es 0,5 cm/s.

Sugerencias de cierre de lección • Hacia el final de la lección es importante que los estudiantes apliquen lo que han aprendido sobre las ondas en términos cuantitativos realizando ejercicios de cálculos matemáticos sencillos. • Cerciórese de que comprendan que las características de las ondas funcionarán como sustrato o conocimientos previos para abordar los contenidos de sonido y luz. • Para esto, pídales que vuelvan a leer las páginas 22 y 23. Luego, invítelos a realizar las Actividades de cierre.

Actividades de cierre (página 25) Respuestas esperadas 1.

a. Es la representación de una onda transversal.

Cresta Posición de equilibrio

Amplitud Longitud de onda

b. Tiene 2 oscilaciones.

Valle

2. λ = 0,125 m, T = 0,25 s y f = 4 Hz. 3. a. La onda c presenta menor longitud; b. La onda c tiene mayor frecuencia, ya que presenta más oscilaciones en el mismo periodo. 4. El corcho comenzará a oscilar en forma vertical.

Información complementaria 1 Osciloscopio El osciloscopio es un instrumento que permite visualizar señales de voltaje en función del tiempo como trazos en una pantalla de tubo de rayos catódicos. Por su función es uno de los equipos básicos en la industria eléctrica y electrónica. Incluso, se utiliza para el diagnóstico de las fallas en los automóviles. Fuente: Archivo editorial

Guía didáctica del docente 17

Orientaciones de trabajo Lección 2 (páginas 26 a 34) A continuación, se desarrollan algunas sugerencias para iniciar la lección, haciendo énfasis en los prerrequisitos y en las experiencias previas que se exploran en las secciones Necesitas saber y Actividad exploratoria.

Sugerencias de inicio de lección Necesitas saber… (página 26) • Rapidez, frecuencia y longitud de onda. • El objetivo de la página inicial de esta lección es que los estudiantes reconozcan que el sonido se origina a partir de vibraciones y que se debe a la propagación de una perturbación en el aire que nos rodea. • Como más adelante se tratarán las propiedades del sonido, es fundamental que recuerden conceptos relacionados con las ondas, que se aplicarán en esta unidad y en la de luz.

Tratamiento de errores frecuentes Los estudiantes suelen pensar que los sonidos más agudos o intensos se propagan más rápido. En este caso, es importante explicarles que la velocidad que adquieren las ondas sonoras en un medio determinado depende precisamente de las características de ese medio y no de su frecuencia.

Actividad exploratoria (página 26) Respuestas esperadas a. Al hacer vibrar los materiales, estos producen sonidos. b. Mientras más tenso esté un material, la perturbación se transmite con mayor rapidez. c. Al soplar el papel, se siente una vibración en los labios. d. Si es que los materiales producen sonidos agradables, quizás combinados podrían generar una melodía.

Sugerencias de desarrollo de lección • El objetivo de estas páginas es identificar y diferenciar las cualidades básicas del sonido, como su intensidad, tono y timbre. • Los estudiantes están familiarizados con los instrumentos musicales y con los equipos de música. Es conveniente recurrir a ejemplos de la vida cotidiana y a casos donde se evidencien las características de la música para facilitarles la identificación y comprensión de las cualidades del sonido. • Una forma de facilitar la comprensión de la relación entre energía e intensidad sonora es a través de una demostración como la siguiente: tome un libro y luego levántelo unos 50 cm sobre el nivel del suelo. Pregunte si el libro, en esa posición, tiene energía. Después que reconozcan que sí tiene energía potencial, que depende de la altura, solicíteles que escuchen el sonido del libro al dejarlo caer al suelo.

18 Unidad 1: Ondas y sonido

UNIDAD

• Repita la experiencia, ahora dejándolo caer de unos 20 cm. Pídales que comparen la intensidad del sonido entre ambos lanzamientos, y que observen lo que ocurre. A continuación, pregúnteles: - ¿En qué momento se escuchó con mayor intensidad o “más fuerte”? - ¿Cuándo el sonido del golpe se escuchó “más débil”?

1

Actividad 3 Respuesta esperada (página 29) La disfonía es la alteración del timbre característico de la voz. Existen distintos tipos. Dependiendo de su origen, estas pueden ser funcionales (cuando se producen por un sobreesfuerzo vocal) u orgánicas, cuando tienen relación con alguna alteración de los órganos relacionados con la emisión de la voz.

Actividad 4 Respuestas esperadas (página 30) Nota musical Do Re Mi Fa Sol La Si Do

Periodo (T) en s 0,0038 0,0034 0,0030 0,0029 0,0026 0,0023 0,0020 0,0019

Longitud de onda (λ) en m 1,30 1,16 1,03 0,97 0,87 0,77 0,69 0,65

Actividad 5 (página 32) Respuestas esperadas a. La onda se devuelve. b. Fijar la máquina de ondas por sus dos extremos y generar ondas periódicas. Se relaciona con la superposición de ondas. c. A medida que se incrementa el número de armónicos, la longitud de las ondas va disminuyendo. d. Es posible, siempre que aumente la frecuencia de la onda que se propaga.

Guía didáctica del docente 19

Minitaller científico 2 (página 33) Respuestas esperadas a. No se mueve. Es un nodo de la onda estacionaria. b. Corresponde a la mitad del largo total de la cuerda. c. Segundo armónico: traste 12; tercer armónico: traste 7; cuarto armónico: traste 5. d. Segundo armónico: 1/2; tercer armónico: 1/3; cuarto armónico: 1/4. e. Entre la sexta y la quinta cuerda es posible encontrar armónicos idénticos en el traste 5 y en el traste 7. f. Se puede usar el armónico de una cuerda para afinar las demás. Además, la cuerda de referencia se debe afinar con un instrumento que no se desafine nunca, como un diapasón.

Información complementaria 2 Afinación de instrumentos Cuando se afinan los instrumentos musicales, se busca que dos de ellos den exactamente la misma nota cuando se pulsa la misma tecla (piano) o la misma cuerda (guitarra). Para ello, se pulsa en el instrumento patrón y se va modificando el otro hasta lograr sonidos idénticos. Mientras la frecuencia sea similar, pero no igual, obtendremos una onda pulsante (un sonido cuya intensidad aumenta y disminuye de forma periódica). El instrumento estará afinado cuando proporcione exactamente la misma frecuencia que el instrumento patrón. Así, ya no varía la intensidad del sonido cuando se superponen las ondas del instrumento patrón y del instrumento que se ha afinado. Fuente: Archivo editorial

Información complementaria 3 Música y armonía Al componer, existen varios elementos que hacen que un conjunto de sonidos se conviertan en música. La sucesión de sonidos y silencios se realiza en forma horizontal y tiene identidad y significado propio. Estos sonidos y silencios producen un entorno sonoro particular y se denomina melodía. La melodía tiene una base horizontal, en la que sufre cambios de altura y duración, incluyendo cambios y calidades en los patrones interactivos. Estos sonidos se materializan en forma sucesiva. Cuando los sonidos se superponen en forma simultánea, se obtiene una armonía. La armonía se considera un arte y una ciencia a la vez. Ciencia, porque logra la combinación de sonidos según reglas específicas para lograr acordes. Arte, por la forma en que logra que los acordes sean una secuencia armónica y de buen gusto en un trabajo musical bien logrado. Todo lo anterior coincide en los acordes, que son secuencias de tres o más notas diferentes que se interpretan al mismo tiempo. Esta sucesión, que puede estar constituida por instrumentos diferentes, incluso la voz humana, logra un efecto de sentido y armonía al ser escuchada. Fuente: Archivo editorial

20 Unidad 1: Ondas y sonido

UNIDAD

Sugerencias para el cierre de lección

1

• Para finalizar la lección, se sugiere que junto, con sus estudiantes, sinteticen los aspectos más importantes de las características del sonido. Para ello, es muy útil usar casos de la vida cotidiana. Por ejemplo: para intensidad se puede partir de la cantidad de esfuerzo que se realiza para alcanzar alguna meta y eso se convierte en energía, que es lo que produce la onda. • En el caso de la altura, invite a sus estudiantes a poner varios objetos unos sobre otros. • Coménteles que esos objetos son como la frecuencia de la onda sonora, la cual da la altura del sonido. Indíqueles también que la altura es una de las propiedades más importantes de la música. Para repasar el concepto de timbre, proponga a sus estudiantes que pasen por una ferretería o venta de timbres para casa a fin de escuchar los diferentes sonidos que emiten estos aparatos.

Actividades de cierre (página 34) Respuestas esperadas 1. El instrumento debe provocar la vibración de las partículas de aire para que el sonido se pueda propagar. 2. a. La frecuencia aumenta y la longitud de onda disminuye. b. El periodo disminuye, ya que es el inverso de la frecuencia. 3. Si el aire cambiara sus propiedades, podría modificar, por ejemplo, la velocidad del sonido o la amplitud de los sonidos. No podríamos oír si las partículas del aire perdieran su capacidad de oscilar, es decir, si el medio dejara de ser elástico.

Orientaciones para el Taller científico (páginas 36 y 37) • Oriente a sus estudiantes para que, antes de iniciar el trabajo de esta sección, vuelvan a leer el modelamiento de la habilidad científica que se desarrolla en estas páginas. • A continuación, guíelos en el trabajo con los materiales. Recuérdeles que los orificios en el tubo de PVC los debe hacer un adulto. Sin embargo, indíqueles que las medidas en el tubo deben marcarlas con la mayor precisión posible para obtener el resultado que se espera en términos de la funcionalidad de la flauta. • Respecto de la última parte de este taller, oriente a sus estudiantes a que reflexionen en torno al trabajo con modelos matemáticos, llevados a modelos concretos. Es fundamental que comprendan la utilidad de la matemática y sus cálculos en la elaboración de objetos tecnológicos, como lo efectuado en este taller. Respuestas esperadas a. A medida que se alejan de la embocadura, el sonido se vuelve más grave. b. A medida que se van tapando los orificios, la longitud del instrumento aumenta, por ende la longitud de la onda estacionaria también, originando sonidos más graves. c. Si las mediciones se llevaron a cabo con rigurosidad, deberían obtener las notas musicales esperadas. d. Si se dan diferencias, significa que hubo errores en el procedimiento y en las mediciones. Guía didáctica del docente 21

Solucionario Evaluación de proceso (páginas 38 y 39) Organizando lo aprendido Los estudiantes podrían obtener un mapa de ideas como el siguiente:

Viajeras o estacionarias

Son capaces de propagarse

Ondas

Responden a un movimiento oscilatorio

Mecánicas o electromagnéticas Transversales o longitudinales

Actividades 1. a. En el caso B, que simula la condición de vacío, es decir, que no hay aire al interior de esa campana. b. Porque la luz es una onda electromagnética, de modo que se propaga tanto en el aire como en el vacío. 2. a. El sonido producido por a es más agudo; b y c tienen el mismo tono. b. b y c presentan igual longitud de onda, que es mayor que la de a; por otra parte, a posee mayor amplitud e intensidad, y c, menor. 3. a. 2 s; b. 0,5 Hz 4. a. Aproximadamente, 0,515 m. b. Aproximadamente, 0,0015 s. c. Para amplificar el sonido. d. Cada diapasón está construido para emitir sonidos con un único tono.

22 Unidad 1: Ondas y sonido

UNIDAD

Orientaciones de trabajo Lección 3 (páginas 40 a 48)

1

A continuación, se desarrollan algunas sugerencias para iniciar la lección, haciendo énfasis en los prerrequisitos y en las experiencias previas que se exploran en las secciones Necesitas saber y Actividad exploratoria.

Sugerencias de inicio de lección Necesitas saber... (página 40) • Frecuencia, intensidad y propagación del sonido. • Para comprender el objetivo de esta lección, es fundamental que los estudiantes repasen los conceptos nombrados anteriormente. Para lograr que se motiven y que los recuerden, invítelos a que indaguen sobre el volumen al que les gusta escuchar música. Luego, indíqueles que reflexionen acerca de los problemas que produce escuchar música a muy alto volumen. • Finalmente, pídales que, en grupos, realicen las actividades de la sección, Actividad exploratoria y que comenten sus respuestas con otros grupos de compañeros.

Actividad exploratoria (página 40) Respuestas esperadas a. Dependiendo de los lugares que haya visitado cada grupo de estudiantes, será la clasificación de los sonidos. Se espera que, al menos, reconozcan que el recreo es muy ruidoso en comparación con la sala en hora de clases. b. Se busca que respondan que en ciudades con mayor cantidad de personas es muy frecuente que los espacios comunes sean muy ruidosos. c. Esta respuesta es variable y depende del día a día de cada estudiante. Sin embargo, guíelos para que reflexionen y comprendan el origen del ruido de sus hogares y cómo disminuirlos.

Tratamiento de errores frecuentes Es posible que cuando los estudiantes estén trabajando con el contenido del espectro auditivo, piensen que la sensibilidad del ser humano a los sonidos es igual para todas las frecuencias su rango auditivo. Es necesario aclarar este aspecto, ya que nuestro oído es más sensible a unas frecuencias que a otras, es decir, solemos oír mejor en el rango entre 2 000 y 5 000 Hz, decreciendo la sensibilidad para el resto de frecuencias audibles.

Sugerencias de desarrollo de lección • Para iniciar esta lección, explique a sus estudiantes que algunos sonidos se escuchan más graves o más agudos que otros y que esto depende de la frecuencia con la cual vibra la fuente sonora. Además, que el volumen, o qué tan fuerte se escucha, depende de la potencia de la fuente. Puede trabajar con un equipo de sonido con parlantes para que noten las diferencias. • Muéstreles casos concretos con los que ellos y ellas puedan entender el proceso de transmisión del sonido. Por ejemplo, cuando una emisora de radio emite el sonido, este es decodificado y transportado por un medio gaseoso: el aire. Estas ondas son recibidas por un receptor que las decodifica para convertirlas de nuevo en sonidos. Luego, estos se emiten a través de las cornetas, las cuales vibran y logran emitir el sonido que escuchan los auditores. Guía didáctica del docente 23

• Coménteles también que, al igual que un sintonizador de radio, el tímpano y la cadena de huesecillos decodifican un sonido emitido y envían la información al cerebro, y este lo traduce para dar sentido a las ondas que se captaron.

Actividad 6 (página 42) Respuestas esperadas 1. El ratón posee el rango más amplio y la rana, el menos amplio. 2. El elefante. 3. El perro, el ratón y el gato perciben ultrasonidos.

Actividad 7 (página 43) Respuestas esperadas Para abordar esta respuesta, se sugiere que oriente a sus estudiantes en la búsqueda de información. Recuérdeles que deben escoger aquellas que sean confiables y que estén respaldadas (en lo posible) por instituciones académicas de prestigio. Si no es sencillo de encontrar estas fuentes, también pueden visitar revistas científicas digitales.

Actividad 8 (página 45) Respuestas esperadas 1. El líquido al interior de la cóclea permite, por ejemplo, que las vibraciones mecánicas provenientes de la ventana oval puedan ser captadas por las células ciliares. 2. El sonido es captado por la oreja y pasa por el canal auditivo externo hasta llegar al tímpano, el cual al vibrar, transmite las ondas a la cadena de huesecillos y posteriormente a la ventana oval. Esta traspasa la vibración al líquido ubicado dentro de la cóclea, lo que estimula a las células ciliares, y estas a su vez emiten señales eléctricas que viajan al cerebro por medio del nervio auditivo. 3. En el oído medio, el sistema mecánico formado por los huesecillos propaga la vibración del sonido, al igual que cuando las piezas de dominó se ponen en una hilera y al caer una pieza, hace que las demás también caigan.

Actividad 9 (página 46) Respuestas esperadas 1. Entre los efectos físicos que produce la contaminación acústica está el trauma acústico, que puede desencadenar pérdida auditiva permanente, vértigo, sensación de dolor, entre otros. Los efectos psicológicos que podrían aparecer son agresividad, alteraciones hormonales, menstruales, gastrointestinales, cambios en el ritmo respiratorio, problemas coronarios y alteraciones en el sistema nervioso. 2. El decreto 594, en su título III aclara la normativa que regula la exposición a los ruidos. También especifica los decibeles y el tiempo a los que se puede exponer una persona. 24 Unidad 1: Ondas y sonido

UNIDAD

Actividad 10 (página 48)

1

Respuestas esperadas 1. Existen estudios que han demostrado el aumento del ruido en el océano producto de la actividad humana. De acuerdo con los resultados obtenidos, han constatado que la mayoría de los mamíferos marinos utilizan el sonido (la ecolocalización) como un sensor para conseguir alimento y ubicarse en su hábitat. Así, han descubierto que muchos de estos animales han quedado varados hasta que mueren, producto del sonar de los barcos militares. Fuente: http://cetaceosyfaunamarina.wordpress.com/2010/09/20/ un-estudio-descubre-que-el-ruido-afecta-a-la-vida-marina/

2. Ambos funcionan de manera similar, pero el sonar emite ultrasonido mientras que el radar emite ondas de radio.

Información complementaria 4 Ultrasonido Las ondas ultrasónicas sirven como medio de comunicación para algunas especies de animales. El ejemplo más representativo y más importante es el caso de los elefantes, los cuales emiten infrasonidos, que no se ven afectados cuando atraviesan gigantescas selvas y llanuras; además, estos les permiten comunicarse a grandes distancias. Así, las hembras pueden avisar a los machos, aunque se encuentren lejos de ellas, que ya están listas para aparearse, o un grupo puede avisar a otro dónde pueden encontrar alimentos. Se ha comprobado que las comunicaciones acústicas de este tipo permiten localizar con gran precisión la fuente de la señal, tanto en tiempo como en espacio. Los elefantes se agrupan en familias que son coordinadas a través de infrasonidos emitidos a varios kilómetros a la redonda. Algunas de estas llamadas, las más fuertes (116 dB y una frecuencia entre 12 y 35 Hz), comunican la necesidad de reproducirse tanto de machos como de hembras, las cuales pueden ser contestadas por individuos alejados hasta cuatro kilómetros. Pero los elefantes no solo sienten las vibraciones en el suelo, sino que también transmiten señales sísmicas a larga distancia que podrían desempeñar un papel crucial en la supervivencia de su especie, así como en su reproducción, o quizá pueden poner sobre aviso a sus congéneres acerca de la presencia de un depredador. Fuente: Archivo editorial

Guía didáctica del docente 25

Actividades complementarias Nivel básico Lee el siguiente párrafo y luego responde las preguntas asociadas. Algunos fenómenos naturales, tales como tornados, erupciones volcánicas, tsunamis, avalanchas y terremotos, producen ondas sonoras de gran potencia, pero con frecuencias menores a 20 Hz. Los seres humanos no los podemos percibir; sin embargo, existen animales con cavidades craneanas mayores a la humana, que les permiten percibir infrasonidos, e incluso comunicarse a través de ellos. Por ejemplo, elefantes, tigres y ballenas emiten infrasonidos para comunicarse a cientos de kilómetros de distancia. Lo anterior hace posible que muchos de estos animales detecten el desarrollo de catástrofes naturales con antelación. 1. ¿Qué tipo de sonidos pueden percibir algunos animales? 2. ¿A qué se debe que ciertos animales puedan percibir antes las catástrofes naturales? Explica. Nivel avanzado Consigue un cilindro de cartón, como el de un rollo de papel higiénico, un globo, una linterna y un espejo pequeño. Luego, sigue estos pasos: 1. Corta el globo y estíralo bien, de tal manera que cubra uno de los extremos del cilindro. 2. Pega el espejo sobre el globo. Es importante que el globo quede tirante para que el sistema funcione. 3. Habla a través del extremo libre del cilindro, y en un lugar oscuro, alumbra el pequeño espejo y observa qué pasa con la luz que se refleja. a. ¿Por qué es importante mantener tirante el globo? b. Explica detallamente qué sucede con la linterna y el espejo para que se observe este fenómeno. c. ¿Qué ocurre con la luz que se refleja cuando aumenta la intensidad del sonido? Registra todo lo que observes.

Solucionario de las actividades complementarias Nivel básico 1. Algunos animales logran percibir, además del rango del espectro auditivo humano, frecuencias menores a 20 Hz y mayores a 20 000 Hz. 2. Se relaciona con su espectro auditivo, que al ser distinto del que percibe el ser humano, los faculta para oír sonidos que nosotros no percibiríamos nunca, como el que producen las catástrofes naturales.

26 Unidad 1: Ondas y sonido

UNIDAD

1

Nivel avanzado a. Porque al estar tenso el material, se propaga mejor la perturbación, lo que no ocurrirá si el globo no está tenso. b. La voz perturba el aire al interior del cilindro. Dicha perturbación llega a la superficie del globo, lo que hace que vibre. Posteriormente, dicha vibración se traspasa al espejo y al iluminarlo se puede “observar el sonido”. c. Se observaría que la amplitud de las oscilaciones es mayor.

Sugerencias para el cierre de lección • Para finalizar esta lección, invite a sus estudiantes a que lean la página 48. Es importante que comprendan que las cualidades presentes en los animales se han podido reproducir y aprovechar en beneficio del ser humano. Sin embargo, hay ocasiones en que las ventajas se vuelven negativas para el mundo animal. • Conforme lo anterior, invite a sus estudiantes a que reflexionen en torno al sonar y a los efectos que produce en los animales según lo que averiguaron, para que respondan las preguntas de la Actividad 10.

Actividades de cierre (página 48) Respuestas esperadas 1. Respecto del esquema que deben dibujar los estudiantes, tome en cuenta como referencia para la corrección la estructura del oído y sus partes. Se espera que los estudiantes identifiquen en su esquema qué partes son las que vibran cuando se propagan las ondas sonoras a través de este órgano. Según lo anterior, los estudiantes deberían incluir en su esquema un dibujo similar al de la página 47 del texto, junto con las ondas sonoras propagándose hacia el interior del oído. 2. Debido a la contaminación acústica que provocan los aviones.

Ejemplo resuelto 2 (página 49) Respuestas esperadas 1. Aproximadamente, 5,095 s. 2. Se encuentra a 17 m.

Guía didáctica del docente 27

Orientaciones de trabajo Lección 4 (páginas 50 a 60) Sugerencias de inicio de lección A continuación, se desarrollan algunas sugerencias para iniciar la lección, haciendo énfasis en los prerrequisitos y en las experiencias previas que se exploran en las secciones Necesitas saber y Actividad exploratoria.

Necesitas saber… (página 50) • Concepto de onda mecánica y sus características. • Como los estudiantes ya conocen los aspectos y características de las ondas mecánicas, invítelos a repasarlas para que utilicen este contenido en la lección que comienza. Junto con reforzar el contenido, puede presentarles un ejemplo cotidiano para que ellos lo asocien al comportamiento del sonido. Considerando que los estudiantes conocen el fenómeno del eco, suele resultarles sencillo describirlo y luego asociarlo con el concepto de reflexión del sonido, que verán en las siguientes páginas, junto con otros fenómenos.

Actividad exploratoria (página 50) Respuestas esperadas 1. Los estudiantes deberían decir que el sonido que emite la sirena de un vehículo cambia al acercarse y alejarse de una persona que está en reposo respecto de este. 2. Ocurre que, al acercarse un vehículo con la sirena encendida, el sonido se escucha más agudo y cuando se aleja, se percibe más grave. 3. La frecuencia es mayor cuando el vehículo está cerca de la persona que escucha su sirena y la frecuencia es menor cuando el vehículo está lejos.

Tratamiento de errores frecuentes Respecto de las interacciones del sonido con el medio, es común que los estudiantes piensen que cuando las ondas sonoras pasan de un medio a otro, su frecuencia varía. Así, tienden a imaginarse que si escuchan a un pianista bajo el agua y luego lo oyen en un auditorio, escucharán sonidos diferentes. Lo anterior se considera un error, puesto que la frecuencia de las ondas sonoras no cambia cuando estas pasan de un medio a otro. Si bien la velocidad de las ondas varía, este cambio se traduce en la variación de la longitud de onda, pero no de su frecuencia.

Sugerencias de desarrollo de lección • Como los estudiantes ya conocen las propiedades del sonido, en términos de las características de las ondas, se recomienda trabajar las interacciones del sonido con el medio utilizando elementos y ejemplos de la vida cotidiana y del contexto cercano a los estudiantes. Por ejemplo, puede describir a los estudiantes una situación en la que el sonido sea incomprensible porque muchas ondas están presentes al mismo tiempo y no hay una relación entre todas ellas, como ocurre en el recreo, cuando todos hablan y gritan al mismo tiempo. Con esta idea en mente, puede trabajar el contenido de reverberación como el rebote de varias ondas al mismo tiempo que produce confusión en lo que se percibe.

28 Unidad 1: Ondas y sonido

UNIDAD

• Para explicarles el concepto de absorción del sonido, puede trabajar con el contexto escolar. Pregúnteles cómo escuchan su propia voz cuando entran a la sala de clases vacía. Luego, pídales que comparen lo que ocurre con su voz cuando en la sala están todos sus compañeros. Con este ejemplo puede explicarles que no todas las ondas se reflejan, pues algunas son absorbidas por el cuerpo contra el cual choca la onda. El que choque o se absorba va a depender del material con que esté construido el obstáculo.

1

• Este tipo de ejemplos es muy útil para trasladar el conocimiento que adquiere el estudiante a su vida diaria. De esta manera, ellos son capaces de aplicarlo, interpretarlo en los fenómenos que ocurren a diario, fijar ese contenido y, finalmente, alcanzar un aprendizaje significativo.

Actividad 11 (página 51) Respuesta esperada El sonar funciona sobre la base de la reflexión de las ondas sonoras, ya que la onda emitida por el aparato viaja hasta chocar con el obstáculo y se refleja, volviendo al instrumento.

Actividad 12 (página 52) Respuestas esperadas 1. En la habitación vacía es más fácil escuchar reverberación debido a que hay menor absorción. 2. La acústica del lugar tendrá mucha reverberación, ya que no hay materiales que absorban el sonido. Para evitar esto será necesario recubrir la sala con alfombras en el piso y telas en las paredes.

Minitaller científico 3 (página 53) Respuestas esperadas a. Los materiales menos densos y blandos, como la bandeja de huevos y los trozos de tela y alfombra, deberían ser los materiales escogidos por los estudiantes. b. Además de usar materiales de baja densidad y porosos en las salas de ensayo, las dimensiones y características del recinto también se modifican. Por ejemplo, se deben disminuir las superficies planas para evitar la reflexión del sonido.

Actividad 13 (página 54) Respuestas esperadas 1. Porque durante la noche la temperatura del aire cerca de la superficie de la Tierra es baja, de modo que el sonido no asciende. Por lo tanto, el sonido recorre una mayor distancia y se pueden percibir sonidos provenientes de fuentes lejanas. 2. a. Es absorbido por el material para evitar la reverberación. b. Depende de la temperatura de la sala. Por ejemplo, si la parte más alta de la sala está a menor temperatura que la parte más baja, en ese sector el sonido se percibirá con una mayor intensidad. Guía didáctica del docente 29

Actividades complementarias Nivel básico Analiza los datos de la siguiente tabla y luego responde las preguntas asociadas.

Material Pared de ladrillo Asientos tapizados con ocupantes Alfombra gruesa Vidrio Cortinas gruesas

Coeficiente de absorción para sonidos con frecuencia de 500 Hz 0,03

Coeficiente de absorción para sonidos con frecuencia de 1000 Hz 0,04

0,8

0,9

0,15 0,2 0,5

0,4 0,1 0,7

a. Menciona y explica qué fenómeno representan los datos de la tabla. b. ¿Cuántas veces es más absorbente el vidrio en comparación con una pared de ladrillos? c. ¿A qué crees que se deba la diferencia entre los coeficientes de absorción para frecuencias de 500 y 1 000 Hz? Nivel avanzado Existen distintas estrategias que nos ayudan a protegernos de los efectos del ruido. Entre ellas se encuentra el uso de protectores auditivos. En esta actividad, diseñarás tus propios aislantes y protectores auditivos. Para ello, sigue estos pasos: 1. Selecciona tres tipos de materiales que consideres buenos absorbentes acústicos. 2. Consigue una fuente sonora (radio o celular) y, tapando tus oídos con cada material escogido, calcula a qué distancia es más efectivo cada material. Luego de realizar este paso, completa la siguiente tabla:

Material

Distancia a la que percibes levemente el sonido (m)

1. 2. 3. 3. Usa el material más efectivo para diseñar y construir un protector auditivo del ruido, el cual debe cumplir que a una distancia relativamente pequeña no oigas caer un lápiz al piso.

30 Unidad 1: Ondas y sonido

UNIDAD

1

Solucionario de las actividades complementarias Nivel básico a. El fenómeno de absorción del sonido. b. Es aproximadamente siete veces más absorbente el vidrio que los ladrillos que forman las paredes. c. Que mientras mayor es la frecuencia de las ondas sonoras, más se absorben en el material.w Nivel avanzado Los materiales que podrían seleccionar son: algodón, goma, corcho, entre otros. En esta actividad debe supervisar el trabajo de los estudiantes con el objetivo de evitar algún accidente. Recalque a todo el grupo que no deben insertar ningún material en sus oídos, ya que podría causarles daño. Deben trabajar en parejas y medir distancias con una huincha.

Minitaller científico 4 (página 55) Respuestas esperadas a. En este experimento se observa el fenómeno de difracción de ondas. b. Respecto del esquema que deben realizar los estudiantes, debería ser muy similar al que se encuentra en esta página. Tome en cuenta la siguiente referencia:

Difracción de las ondas

Obstáculos Perturbación del agua

Actividad 14 (página 56) Respuesta esperada La persona C escuchará el sonido amplificado, ya que en este caso se produce interferencia constructiva. Los estudiantes deberían haber asociado los esquemas de esta página para responder esta pregunta.

Minitaller científico 5 (página 57) Respuestas esperadas a. Deberían observar que a medida que transcurre el tiempo, algunos péndulos comienzan a oscilar con la misma frecuencia. b. Solo oscilan con la misma frecuencia aquellos péndulos que poseen el mismo largo. Esto se debe a que entran en resonancia producto de sus frecuencias naturales. c. Los péndulos que poseen el mismo largo tienen la misma frecuencia natural. Por esto, cuando empiezan a moverse, llega un momento en el que entran en resonancia y oscilan en la misma frecuencia. Guía didáctica del docente 31

Actividad 15 (Página 59) Respuesta esperada Si la fuente emisora del sonido y el receptor se movieran a la misma velocidad, ocurriría que la frecuencia de la onda sonora no cambiaría, por ende, no se experimentaría efecto Doppler.

Información complementaria 5 Ondas de choque Si una fuente de ondas se mueve más rápido que la velocidad de las ondas que emite, no habrá ondas delante de la fuente y todas las ondas se ubicarán detrás de esta, formando lo que se conoce como una onda de choque. Las ondas de choque han sido usadas para mejorar la calidad de vida de los seres humanos y poder corregir o curar enfermedades que antes eran muy complicadas o imposibles de resolver. Entre los efectos biológicos de las ondas de choque se pueden nombrar: Analgésico: al lograr la desviación en los nervios y la destrucción de terminaciones nerviosas a fin de producir la liberación de endorfinas. Efecto antiinflamatorio: induce la desinflamación a través de masajes directos en el músculo. Activación de la angiogénesis: este fenómeno consiste en la formación de vasos sanguíneos a partir de otros existentes; es de utilidad en los casos de la transformación maligna de los tumores. Las ondas de choque también se emplean en los casos de celulitis y el llamado efecto naranja, con la finalidad de mejorar la elasticidad de la piel. En los casos de tendinitis es muy eficaz, ya que logra un efecto directo en los músculos afectados y permite una recuperación rápida de la dolencia. Fuente: Archivo editorial

Sugerencias de cierre de lección • Para concluir esta lección, repase los distintos tipos de interacciones del sonido con el medio. Al finalizar, céntrese en el efecto Doppler para las ondas sonoras. • Explíqueles que el efecto Doppler se percibe cuando existe un movimiento relativo entre quien emite la onda (fuente) y quien la recibe (observador). La frecuencia que el observador percibe es diferente a la que la fuente emitió. Esto ocurre cuando se mueve la fuente de ondas, el observador, o ambos. Es importante que los estudiantes comprendan que el efecto Doppler no es exclusivo de las ondas sonoras, sino que ocurre en todo tipo de ondas, como las ondas de luz, descritas en las últimas páginas de la lección.

Actividades de cierre (página 60) Respuestas esperadas 1. a. Se produjo eco debido a la reflexión del sonido. b. Se encuentra a 340 m. c. Tardaría menos tiempo, ya que la rapidez del sonido aumenta con la temperatura.

32 Unidad 1: Ondas y sonido

UNIDAD

2. a. Se encuentra a 675 m. b. El sonar se basa en la reflexión del sonido. c. Porque en la habitación amoblada la mayor parte del sonido es absorbido. Por lo tanto, se percibe menos reverberación.

1

Solucionario Evaluación de proceso (páginas 62 y 63) Organizando lo aprendido Los estudiantes podrían obtener un organizador gráfico como el siguiente:

Espectro auditivo humano

Volumen y decibeles

Intensidad sonora

Pérdida de la capacidad auditiva

Contaminación acústica Transversales o longitudinales

Actividades Respuestas esperadas 1. Perro: 6,8 mm (en el aire); murciélago: 3,4 mm (en el aire); delfín: 1 cm (en el agua). 2. Todas las situaciones pueden ser nocivas en un tiempo prolongado. 3. a. La vibración del tímpano se transmite a los huesecillos (martillo, yunque y estribo), los cuales amplifican las vibraciones y las transmiten a la cóclea por medio de la ventana oval. Estas vibraciones mueven el líquido ubicado al interior de la cóclea, estimulando a las células ciliares localizadas en el órgano de Corti. b. Las células ciliares transforman las vibraciones en impulsos eléctricos, los cuales se transmiten al cerebro por medio del nervio auditivo. c. Por ejemplo, el tímpano y las células ciliares. 4. a. Tarda 4 s. b. Debe estar a menos de 17 m para no escuchar el eco. 5. a. Las partículas de aire oscilan debido a la vibración del parlante. b. Porque el sonido se refleja en la pared y regresa a la niña, entrando por el otro oído. c. La reflexión y la difracción del sonido. Guía didáctica del docente 33

Orientaciones para las páginas finales de la unidad Orientaciones para la síntesis de la unidad

(Páginas 64 y 65)

• Esta sección muestra un resumen de los contenidos más relevantes de la unidad, especificados por lección. • Invite a sus estudiantes a que trabajen estas páginas en grupos. Además, indíqueles que identifiquen alguna idea o concepto que no esté presente en las síntesis de las lecciones. Si las detectan, indíqueles que las escriban en sus cuadernos.

Orientaciones para la evaluación final

(Páginas 66 a 68)

• En estas páginas se presenta una evaluación sumativa que recoge todos los contenidos tratados a lo largo de la unidad. Indique a sus estudiantes que deben desarrollarla individualmente. • Cuando hayan terminado, oriéntelos para que completen la tabla que aparece en la página 69 (Me evalúo). Esto les ayudará a conocer el puntaje que obtuvieron. Respuestas esperadas

1. a. El movimiento periódico no necesariamente es un movimiento oscilatorio. Por ejemplo, la traslación de la Tierra es periódica, pero no es un movimiento de vaivén. b. A diferencia de las ondas electromagnéticas, las ondas mecánicas no se propagan en el vacío. c. La frecuencia y el período son magnitudes inversas. La primera es la cantidad de oscilaciones por unidad de tiempo, mientras que la segunda mide el tiempo que tarda una oscilación. Cresta

2. Amplitud

Longitud de onda

3.

Valle

Material absorbente

Onda reflejada

Sonido incidente

Emisor/Receptor

Objeto

Onda original Sonido reflejado

34 Unidad 1: Ondas y sonido

UNIDAD

4. Se debe a que cada cuerpo posee una frecuencia natural distinta.

1

5. a. La velocidad del sonido es mayor en el hierro. b. Porque en los metales el sonido se propaga más rápido. c. En el plomo y en el aire. 5. a. El contrabajo tiene el menor rango de frecuencias y el violín, el mayor. b. El violín y la flauta traversa emiten los tonos más agudos, y la tuba y el contrabajo, los más graves. c. En su timbre, que depende del diseño de cada instrumento. 7. Por ejemplo, los disc jockeys en las discotecas, los obreros de la construcción, los pilotos de helicópteros y los operarios de un aserradero. 8. a. El sonido se propaga más rápido en los sólidos que en el aire. b. Porque el sonido del tren se percibirá antes en el suelo que en el aire, ya que en los sólidos el sonido se propaga a una velocidad mayor. 9. a. Porque se expone el oído a intensidades y/o frecuencias mayores a las que puede soportar.

Orientaciones para las actividades complementarias

(Páginas 69 a 71)

• Estas actividades tienen como objetivo reforzar el desempeño alcanzado por los estudiantes a lo largo de la unidad. Así, tanto el docente como el estudiante disponen de remediales para mejorar o mantener los resultados obtenidos. Respuestas esperadas 1. Es una onda mecánica, longitudinal, unidimensional y viajera. 2. La frecuencia es 0,0167 Hz y la longitud de onda es 1 200 m. 3. El tono se relaciona con la frecuencia de la onda sonora, mientras que el timbre depende del diseño de cada instrumento y de los armónicos producidos por él. 4. La superposición de las ondas sonoras con frecuencia fundamental y sus armónicos determinan el timbre del sonido, que es característico de cada instrumento musical. 5. Respuesta variable. Dependerá de lo que cada estudiante haya comprendido acerca del contenido. 6. En ambos casos, la fuente emite un ultrasonido, el cual se refleja con un obstáculo y retorna a su fuente de origen.

Guía didáctica del docente 35

7.

Reflexión Fenómeno que se produce cuando las ondas sonoras llegan hasta un elemento que se opone a su propagación y se reflejan, cambiando o invirtiendo su sentido.

Refracción Corresponde a la curvatura de las ondas sonoras cuando pasan de un medio a otro. Esto altera su rapidez de propagación debido a las diferencias que existen en la densidad, temperatura y elasticidad de los medios involucrados.

Absorción Cuando una onda sonora golpea una superficie, parte de ella se refleja y otra parte penetra en la superficie. Así, la energía de la onda es absorbida convirtiéndose en energía calorífica en el material, y el resto se transmite alrededor.

Difracción Ocurre cuando las ondas sonoras encuentran un espacio en un obstáculo; se propagan curvándose para pasar a través de dicho espacio.

8. La función de las cajas de resonancia es amplificar la intensidad de los sonidos emitidos por los instrumentos. 9. a.

b.

10. a. Las tres ondas sonoras tienen el mismo tono, ya que poseen igual frecuencia. b. onda 1, onda 2 y onda 3. 11. a. Podría sufrir problemas a sus oídos, ya que el tiempo total de exposición supera las 2 horas. b. 85 dB c. Hasta 4 horas diarias. 12. a. No, pues el sonido no se propaga por el vacío. b. Midiendo el intervalo de tiempo entre el instante en que se emitió el sonido y el instante en que se percibió el eco. Al multiplicar este valor por el de la rapidez del sonido en el aire, se obtiene el doble de la distancia al acantilado.

Orientaciones para Ciencia, tecnología y sociedad (páginas 72 y 73) • Invite a sus estudiantes a que lean en grupos las cápsulas con información y que las relacionen con los contenidos que trataron a lo largo de la unidad. Ínstelos a que reflexionen en torno a estos temas y a que los comenten con otros compañeros. • Finalmente, instaure un debate para que sus estudiantes puedan comentar sus reflexiones y opiniones en voz alta.

36 Unidad 1: Ondas y sonido

UNIDAD

Material fotocopiable

1

Taller de ciencias Construcción de un parlante A continuación, podrás aplicar lo visto a lo largo de la unidad; en este caso pondrás a prueba tu capacidad para identificar un problema, realizar hipótesis, seguir un procedimiento experimental, inferir y llegar a formular tus propias conclusiones.

Antecedentes Un parlante es un aparato que se utiliza para reproducir sonido desde un dispositivo electrónico. Los parlantes convierten las ondas eléctricas en energía mecánica para luego transformarse en energía acústica. El parlante se mueve de acuerdo a las variaciones de una señal eléctrica, originando ondas de sonido que se propagan por un medio, como el aire o el agua.

Materiales - vaso de plumavit - un metro de cable aislado - cinta adhesiva - una pila - un imán potente (neodimio) - una radio con entrada de parlantes

Procedimiento El siguiente procedimiento te permitirá elaborar tu propio parlante y observar los fenómenos físicos relacionados con su funcionamiento. Para ello, sigue estos pasos: 1. Saca la parte aislante de los extremos del cable unos 2 cm por cada lado. 2. Enrolla rolla el cable alrededor de un palo de escoba para formar una bobina, como muestra la figura. Pega el cable con cinta adhesiva para que la bobina no se desarme. 3. Fija ja la pila a una mesa con cinta adhesiva, y pon dentro de la bobina el imán. Luego, conecta los extremos libres a la pila. ¿Qué crees que ocurrirá con el imán?

+

–

4. Para la segunda parte del experimento, pega el imán por fuera de la base del vaso de plumavit con cinta adhesiva. 5. Pon el vaso con el imán sobre la bobina y conecta los cables a la entrada de los parlantes de tu radio. 6. Enciende la radio, sube al máximo el volumen y acerca tu oído al vaso.

Análisis y conclusiones Luego de llevar a cabo el procedimiento, responde: a. Identifica las variables involucradas en el funcionamiento de tu parlante casero. b. Explica por qué es necesario utilizar un imán potente. c. Elabora una pregunta de investigación que se relacione con el procedimiento que acabas de realizar.

Guía didáctica del docente 37

Material fotocopiable

Ficha de refuerzo Ondas 1. Define el concepto de onda y describe tres situaciones cotidianas en las que se encuentre involucrado este concepto.

Ejemplo 1:

Ejemplo 2:

Ejemplo 3:

2. Establece las diferencias entre las ondas mecánicas y las electromagnéticas. Además, escribe dos ejemplos de cada una de ellas.

Ejemplos ondas mecánicas:

Ejemplos ondas electromagnéticas:

3. Un niño fija un cordel a una muralla y lo extiende horizontalmente al suelo. El largo que alcanza es de 4 m. Lo agita con su mano en forma vertical, produciendo ondas sobre este. La mano la mueve tres veces en cada segundo y en el cordel se observan dos oscilaciones completas. a. Dibuja un esquema mostrando la situación planteada. b. ¿Con qué rapidez se propagan las ondas por el cordel? 38 Unidad 1: Ondas y sonido

Ficha de ampliación

UNIDAD

Material fotocopiable

1

Propiedades del sonido 1. La siguiente tabla representa mediciones de ondas sonoras propagadas por el agua y por el aire. Aplica lo que sabes sobre la relación entre período, frecuencia, longitud de onda y velocidad para completarla. Luego, responde la pregunta asociada. Medio Agua Aire (20 ºC) Agua Aire (20 ºC)

Período T (s)

0,0025

Frecuencia f (Hz) Longitud de onda (m) 200 10 3,75 17,15

Velocidad (m/s) 1500 343 343

a. ¿Qué conclusiones puedes obtener a partir de la tabla sobre la velocidad de propagación de las ondas sonoras? 2. Completa las siguientes afirmaciones: a. El sonido se propaga por medios que son

; esto quiere decir que las partículas

vibran distinto dependiendo del medio, lo que hace que la onda se propague más rápido por un medio en comparación con un medio

y un medio

b. La unidad que mide la intensidad sonora se llama podemos oír se denomina

.

. El punto más alto en intensidad que

y equivale a

dB.

c. El efecto Doppler es el cambio aparente de la

de una onda, debido al movimiento de

una fuente sonora, de un receptor o de ambos. d. La característica que define si un sonido es grave o agudo se llama

. Lo que nos ayuda

a diferenciar una nota mi de un bajo y una nota mi de una guitarra es su “volumen en un equipo de música, también varía su

. Al variar el

.

3. El siguiente gráfico muestra un movimiento ondulatorio. Analízalo y luego responde las preguntas. 30

Elongación

20 10 0

300 100

200

400

-10 -20 -30

Desplazamiento (cm)

a. ¿Cuál es la longitud de onda? b. ¿Cuál es la amplitud?

Guía didáctica del docente 39

Material fotocopiable

Instrumento de evaluación Nombre:

Curso: 1º medio

Marca con una X la alternativa correcta. 1. ¿Cuál de las siguientes opciones no corresponde a un ejemplo de onda transversal? A. Sonido. B. Ondas infrarrojas. C. Ondas de radio. D. Radiación ultravioleta. E. Microondas. 2. Un objeto que completa 10 vibraciones en 20 segundos tiene una frecuencia de: A. 0,5 Hz B. 2 Hz C. 200 Hz D. 2 s E. 0,5 s 3. Si en la figura cada cuadrado representa una medida de 1 cm por lado, ¿cuál es el valor de la amplitud y longitud de la onda, respectivamente? B. 2 cm y 2 cm

1cm 1cm

A. 4 cm y 1 cm C. 2 cm y 1 cm D. 2 cm y 4 cm E. 4 cm y 2 cm

4. ¿Cuál de las siguientes opciones es correcta respecto de las propiedades de las ondas sonoras? I.

El período y la frecuencia son inversamente proporcionales.

II. El período no se relaciona con la frecuencia. III. El período y la frecuencia son directamente proporcionales. A. Solo I B. Solo II C. Solo III D. Solo I y II E. Solo I y III

40 Unidad 1: Ondas y sonido

UNIDAD

Material fotocopiable

1

5. Para tocar en una flauta un sonido de una nota más alta, ¿cuál de las siguientes propiedades del sonido se debe incrementar? A. El período. B. La longitud de onda. C. La frecuencia. D. La amplitud. E. El timbre. 6. Un sonido emitido por la primera cuerda de un violín es muy agudo. Este sonido se caracteriza por ser una onda sonora de: A. gran velocidad. B. gran amplitud. C. gran longitud de onda. D. alta frecuencia. E. período muy largo. 7. Un bajo y una guitarra pueden tocar la misma nota, pero el sonido es muy distinto ¿De qué depende la diferencia que se produce entre estas dos notas? A. De la calidad del instrumento. B. De la frecuencia de las notas. C. Del timbre de cada instrumento. D. Del tono agudo de la guitarra y grave del bajo. E. De la intensidad de cada sonido emitido por cada instrumento. 8. La intensidad de una onda sonora disminuye a medida que se aleja de la fuente emisora, esto se debe a que: A. las partículas del medio por donde se propaga el sonido absorben mayor parte de la energía. B. la frecuencia del sonido se reduce al alejarse. C. la materia que transporta la onda disminuye. D. la misma cantidad de energía se va expandiendo en un área más grande. E. la energía de la onda sonora se reduce. 9. ¿Con cuál de las siguientes opciones se relaciona la intensidad del sonido? A. Frecuencia. B. Coeficiente de absorción. C. Amplitud. D. Timbre. E. Período.

Guía didáctica del docente 41

Material fotocopiable

10. Ciertos animales como el murciélago o el delfín, tienen la capacidad de percibir sonidos de frecuencias superiores a los 20 000 Hz. Dichos sonidos se conocen como: A. Megasonidos. B. Infrasonidos. C. Sonidos pequeños. D. Ultrasonidos. E. Supersonidos. 11. Imagina que una persona tuviese la capacidad de percibir sonidos cuyas longitudes de onda están entre los 0,2 m y los 20 m. Si se considera una velocidad de 340 m/s para el sonido en el aire, esta persona podría escuchar sonidos cuyas frecuencias están entre los: A. 17 Hz y los 1 700 Hz. B. 20 Hz y los 20 000 Hz. C. 17 Hz y los 20 000 Hz. D. 20 Hz y los 1 700 Hz. E. 68 Hz y los 6 800 Hz. 12. ¿Cuál de las siguientes opciones refleja la secuencia correcta de velocidad de propagación del sonido, de acuerdo con las características de los tres medios por los cuales se transmite? A. Aire > línea de metal > tierra B. Línea de metal > tierra > aire C. Aire < tierra < línea de metal D. Vacío > línea de metal > aire E. Tierra > línea de metal > aire 13. Los grandes barcos pesqueros utilizan los ultrasonidos para detectar cardúmenes de peces en las profundidades. ¿Qué característica del sonido es fundamental en el funcionamiento del sonar? A. Interferencia. B. Refracción. C. Dispersión. D. Reflexión. E. Difracción. 14. Respecto de los fenómenos de refracción y difracción, es correcto afirmar que ambos tienen en común: I.

que se pueden presentar en los dos tipos de ondas: transversales y longitudinales, sin excepciones.

II. que en ambos fenómenos ocurre una variación de la dirección de propagación de las ondas durante el respectivo fenómeno. III. en el primer fenómeno se produce un cambio en la velocidad y en el segundo, un cambio en la longitud de onda. A. Solo I

42 Unidad 1: Ondas y sonido

B. Solo III

C. Solo I y II

D. Solo II y III

E. I, II y III

UNIDAD

Material fotocopiable

1

Tabla de especificaciones Área: Física Curso: 1º medio Nombre de la unidad: Ondas y sonido

Objetivos de la unidad Identificar y analizar los elementos y la clasificación de las ondas.

Contenidos Concepto de onda, clasificación y relación entre sus elementos.

Comprender el origen vibratorio del sonido e identificar sus propiedades básicas: tono, intensidad y timbre, aplicadas a diferentes instrumentos musicales.

Origen y naturaleza del sonido. Sonido como onda de presión. Propagación e interacción del sonido en distintos medios.

Describir el espectro sonoro e identificar los rangos de audición en el ser humano y en otros animales.

Relación entre longitud de onda, período y frecuencia en una onda sonora. Espectro y rango auditivo para humanos y animales.

Identificar y comprender algunas interacciones del sonido con la materia. Analizar el efecto Doppler.

Interacción del sonido con la materia (absorción, reflexión, transmisión, refracción y difracción). Resonancia y efecto Doppler.

Habilidad

Ítem Clave

Criterios y niveles de logro

Identificar

1

A

Calcular

2

A

Calcular

3

B

Reconocer

4

A

Comprender

5

C

Logrado: 4 ítems correctos.

Comprender

6

D

Por lograr: 0 a 2 ítems correctos.

Comparar

7

C

Comprender

8

D

Relacionar

9

C

Identificar

10

D

Aplicar

11

A

Relacionar

12

B

Identificar

13

D

Relacionar

14

C

Logrado: 4 ítems correctos. Por lograr: 0 a 2 ítems correctos.

Logrado: 3 ítems correctos. Por lograr: 0 a 1 ítem correcto.

Logrado: 3 ítems correctos. Por lograr: 0 a 1 ítem correcto.

Guía didáctica del docente 43

UNIDAD

2

Propiedades y comportamiento de la luz

Orientaciones curriculares Propósito de la unidad En esta unidad los estudiantes conocerán las teorías que explican el origen y naturaleza de la luz, y la forma como esta se propaga e interactúa con la materia, conociendo y aplicando las leyes que rigen dicha interacción. Por otra parte, se explican diferentes aplicaciones de la reflexión y refracción de la luz., junto con los científicos y pensadores que se preocuparon por este tema.

Objetivos Fundamentales Verticales De acuerdo con el Decreto Supremo de Educación N° 254 (página 283), los estudiantes serán capaces de: • Comprender el origen, la absorción, la reflexión y la transmisión de la luz, sobre la base de conceptos físicos, leyes y relaciones matemáticas elementales. • Comprender el funcionamiento y la utilidad de algunos dispositivos tecnológicos que operan en base a ondas electromagnéticas, estableciendo comparaciones con los órganos sensoriales. • Valorar el conocimiento del origen y el desarrollo histórico de conceptos y teorías, reconociendo su utilidad para comprender el quehacer científico y la construcción de conceptos nuevos más complejos.

Contenidos Mínimos Obligatorios De acuerdo con el Decreto Supremo de Educación N° 254 (página 285), los CMO son los siguientes: • Análisis comparativo de la reflexión de la luz en espejos planos y parabólicos para explicar el funcionamiento del telescopio de reflexión, el espejo de pared, los reflectores solares en sistemas de calefacción, entre otros. • Análisis de la refracción en superficies planas y en lentes convergentes y divergentes y sus aplicaciones científicas y tecnológicas como los binoculares, el telescopio de refracción o el microscopio. • Descripción de los espectros óptico y auditivo (frecuencia e intensidad) y de los rangos que captan los órganos de la audición y visión en los seres humanos y en otros animales. • Explicación general del funcionamiento y utilidad de dispositivos tecnológicos como el teléfono, el televisor, la radio, el ecógrafo, el sonar, el rayo láser y el radar, en base al concepto de onda. 44 Unidad 2: Propiedades y comportamiento de la luz

UNIDAD

Habilidades de Pensamiento Científico Habilidad

Procesamiento e interpretación de datos, y formulación de explicaciones, apoyándose en los conceptos y modelos teóricos del nivel, por ejemplo, el estudio del efecto Doppler (CMO 2)

1

Lecciones 2 3 4

•

•

Identificación de problemas, hipótesis, procedimientos experimentales, inferencias y conclusiones, en investigaciones científicas clásicas o contemporáneas, por ejemplo, en los experimentos efectuados para determinar la rapidez de la luz y del sonido. Caracterización de la importancia de estas investigaciones en relación a su contexto histórico (CMO 1).

•

2

•

Aprendizajes esperados en relación con los OFT De acuerdo con el Programa de Estudio de Primer año medio de Física (página 51), son los siguientes: Interés por conocer la realidad al estudiar los fenómenos abordados en la unidad • Formular preguntas para profundizar o expandir su conocimiento sobre los problemas en estudio. • Establecer, por iniciativa propia, relaciones entre los conceptos en estudio y los fenómenos que observa en su entorno. • Buscar, por voluntad propia, información adicional sobre los fenómenos estudiados en la unidad. • Formular preguntas para motivar la reflexión entre sus pares. El desarrollo de actitudes de perseverancia, rigor y cumplimiento • Registrar de acuerdo a un orden, datos producidos en torno al tema de trabajo. • Sigue adecuadamente los pasos aprendidos en investigaciones simples. • Reformular y adaptar las tareas ante nuevas circunstancias o ante nuevas ideas.

Guía didáctica del docente 45

Planificación de la unidad Aprendizajes esperados Explicar la reflexión y la refracción de la luz en diversos contextos para describir el funcionamiento de dispositivos que operan en base a estos fenómenos.

Objetivos de la unidad Comprender el fenómeno de reflexión y aplicarlo en espejos planos y curvos.

Lección

Contenidos

1 • Características de la ¿Qué es la reflexión? reflexión y sus leyes. • Tipos de reflexión. • Reflexión en espejos planos y curvos. • Rayos notables.

Explicar la reflexión y la refracción de la luz en diversos contextos para describir el funcionamiento de dispositivos que operan en base a estos fenómenos.

Comprender el fenómeno de refracción en lentes convergentes y en divergentes.

2 ¿Qué es la refracción?

• Características de la refracción y sus leyes. • Índice de refracción • Reflexión interna total. • Efectos y aplicaciones de la refracción. • Refracción y lentes.

Explicar la reflexión y la refracción de la luz en diversos contextos para describir el funcionamiento de dispositivos que operan en base a estos fenómenos.

Describir, en términos ópticos, el funcionamiento del ojo humano.

3 ¿Cómo ves la luz?

• Instrumentos ópticos. • Visión y luz. • Estructura del ojo humano. • Formación de imágenes en el ojo humano. • Problemas de la visión. • Corrección de la visión y uso de lentes.

Describir la naturaleza ondulatoria de la luz y el funcionamiento de algunos aparatos tecnológicos que operan en base a ondas electromagnéticas. Describir investigaciones científicas clásicas y contemporáneas sobre la luz, valorando el desarrollo histórico de conceptos y teorías.

Identificar la naturaleza de la luz como onda electromagnética y como partícula e investigar el desarrollo histórico de estos descubrimientos.

46 Unidad 2: Propiedades y comportamiento de la luz

4 ¿Qué es la luz?

• Naturaleza de la luz. • Propagación de la luz. • Espectro electromagnético. • Luz y color. • El color de los objetos.

UNIDAD

Instrumentos de evaluación Actividad exploratoria (pág. 76) Actividades de cierre (pág. 86)

Indicadores de evaluación • Establecen diferencias entre reflexión especular y difusa.

2

Tiempo estimado (horas pedagógicas) 6

• Explican la reflexión de la luz en espejos planos y curvos utilizando rayos notables y diagramas.

Actividad exploratoria (pág. 90) Actividades de cierre (pág. 100) Evaluación de proceso (págs. 104 y 105)

Actividad exploratoria (pág. 106) Actividades de cierre (pág. 111)

• Analizan experimentalmente el comportamiento de espejos frente a la luz obteniendo la ley de reflexión. • Explican la refracción en superficies planas y en lentes convergentes y divergentes.

6

• Describen el funcionamiento de diversos dispositivos ópticos, como el telescopio de refracción o el microscopio.

• Identifican las principales estructuras del ojo humano (la córnea, el cristalino, el iris, la retina, etc.) y sus funciones.

• Explican el fenómeno óptico que ocurre en el ojo cuando se pasa de enfocar objetos cercanos a enfocar objetos lejanos y cuando se pasa de observar un cuerpo que emite mucha luz a un ambiente oscuro. Actividad exploratoria (pág. 112) • Construyen una línea de tiempo con los estudios desarrollados sobre la luz a lo Actividades de cierre (pág. 119) largo de la historia, considerando criterios Evaluación de proceso (págs. 120 y 121) como investigadores, contribuciones Evaluación final (págs. 124-126) principales, teorías, leyes, principios, fenómenos característicos y años de descubrimiento.

4

4

• Discuten y formulan hipótesis sobre la posible naturaleza ondulatoria o corpuscular de la luz e investigan las ideas que se han tenido al respecto a lo largo de la historia, identificando los aportes de Newton, Huygens y Einstein. • Relacionan la frecuencia con los colores y describen el lugar que ocupan en el espectro electromagnético los rayos gamma, los rayos ultravioleta, las ondas de radio, etc., y la zona de luz visible. Guía didáctica del docente 47

Prerrequisitos y bibliografía de la unidad A continuación, se describen los prerrequisitos necesarios para la unidad, como también algunos textos de consulta.

Prerrequisitos Lección 1 ¿Qué es la reflexión?

Lección 2 ¿Qué es la refracción?

Reflexión de las ondas

Lección 3 ¿Cómo ves la luz?

Características de la reflexión y aspectos relacionados con los rayos que forman las imágenes. Lección 4 ¿Qué es la luz?

Características de la refracción, lentes y diagramas de rayos.

Propiedades de las ondas. Características de la reflexión y de la refracción.

Bibliografía de referencia Lección 1 ¿Qué es la reflexión? • Serway, R., Vuille, C. y Faughn, J. (2010). Capítulos 22 y 23. En: Fundamentos de Física, volumen 1. (8a ed.). México, D. F.: Cengage Learning. Parte 5, . • Hewitt, P. (2004). Física conceptual. 9a ed. México, D. F.: Pearson Educación. Parte VI Lección 2 ¿Qué es la refracción? • Serway, R., Vuille, C. y Faughn, J. (2010). Parte 5, capítulos 22 y 23. En: Fundamentos de Física, volumen 1. (8a ed.). México, D. F.: Cengage Learning. • Hewitt, P. (2004). Parte VI. En: Física conceptual. 9a ed. México, D. F.: Pearson Educación. Lección 3 ¿Cómo ves la luz? • Serway, R., Vuille, C. y Faughn, J. (2010). Parte 5, capítulo 25. En: Fundamentos de física, volumen 1. (8a ed.). México, D. F.: Cengage Learning. • Hewitt, P. (2004). Parte VI. En: Física conceptual. 9a ed. México, D. F.: Pearson Educación. Lección 4 ¿Qué es la luz? • Serway, R., Vuille, C. y Faughn, J. (2010). Parte 5, capítulos 24 y 25. En: Fundamentos de Física, volumen 1. (8a ed.). México, D. F.: Cengage Learning.

48 Unidad 2: Propiedades y comportamiento de la luz

UNIDAD

Orientaciones para el inicio de la unidad (páginas 74 y 75)

2

A continuación, podrá encontrar algunas referencias para utilizar los elementos y secciones que constituyen las páginas de inicio de la unidad.

Para comenzar Esta sección sirve para corregir y verificar algunos errores y conceptos previos. • Al igual que en la unidad anterior y en todas las unidades posteriores, las páginas de inicio poseen esta sección, que invita a los estudiantes a trabajar sus experiencias previas y a activar su motivación e imaginación. Invítelos a observar detenidamente la imagen. Luego, indíqueles que respondan las preguntas en parejas para que comenten sus inquietudes o dudas que les surjan. • Fomente el trabajo con las experiencias cotidianas de los estudiantes y con sus vivencias. Por ejemplo, puede proponerles que se imaginen cuando están buscando algún objeto perdido en su habitación. ¿Es más sencillo encontrarlo cuando hay luz o cuando no hay luz? Con esta simple pregunta pueden reflexionar en torno a la importancia de la luz para las actividades diarias de las personas. Respuestas esperadas 1. Como los estudiantes no han visto el fundamento físico que explica el arcoíris, se espera que, al menos, reconozcan que sucede algo similar a lo que pasa con la separación de la luz en un prisma. 2. Esta respuesta es variable, sin embargo puede que los estudiantes asocien el objeto con un prisma, e incluso, con una burbuja. 3. Esta respuesta depende de la experiencia de cada estudiante. Sin embargo, podrían responder que la visión es uno de los sentidos fundamentales para la mayoría de los seres vivos que habitan el planeta.

Me preparo para la unidad • Invite a sus estudiantes a que respondan, en parejas, las preguntas de esta sección. Explíqueles que, antes de comenzar una nueva unidad, deben aproximarse de forma exploratoria a algunos conceptos que aprenderán con detalles a medida que avanzan en las páginas. • En este caso en particular, se espera que los estudiantes inicien la unidad sabiendo qué es un espejo y la función de los anteojos. No es necesario que respondan con detalles el funcionamiento de estos objetos, sino que se familiaricen con los conceptos.

En esta unidad aprenderás... • Junto con las actividades iniciales, se presentan los objetivos de aprendizaje. Recuerde que es importante detenerse en cada uno de estos propósitos, promoviendo que los estudiantes conozcan y reflexionen sobre lo que se espera de ellos, con énfasis en por qué es relevante para su formación. Esto permitirá que regulen su aprendizaje y orienten su foco de atención.

Guía didáctica del docente 49

Orientaciones de trabajo Lección 1 (páginas 76 a 86) A continuación, se desarrollan algunas sugerencias para iniciar la lección, haciendo énfasis en los prerrequisitos y en las experiencias previas que se busca detectar con las secciones Necesitas saber y Actividad exploratoria, de la página 76.

Sugerencias de inicio de lección Necesitas saber... (página 76) Concepto de reflexión de las ondas. Como los estudiantes ya conocen las propiedades de las ondas, podrán comprender los fenómenos de la luz desde la perspectiva del comportamiento de una onda transversal. Para activar la motivación de sus estudiantes, invítelos a indagar en el concepto de reflexión. Pídales que expliquen con sus propias palabras qué significa reflexión, con qué elementos asocian el concepto y en qué situación de la vida cotidiana ocurre este fenómeno.

Actividad exploratoria (página 76) Respuestas esperadas 1. Se espera que los estudiantes hayan visto su reflejo en las cucharas con superficies más pulidas, como ocurre con aquellas que son de metal. 2. No es necesario que den una explicación tan acabada para esta pregunta. Podrían llegar a responder que la luz choca con la superficie del objeto y luego llega hasta sus ojos. 3. Para describir qué es el reflejo, basta con que los estudiantes concluyan lo que se sugirió en la respuesta anterior: la luz choca contra una superficie, rebota, y luego llega hasta nuestros ojos. Por ello logramos ver el reflejo de los objetos. Como aún no conocen el fundamento físico de la reflexión de la luz, no es necesario que investiguen a cabalidad para describir el fenómeno.

Tratamiento de errores frecuentes • Cuando se observan esquemas referidos a la reflexión especular, específicamente cuando se ven objetos en un espejo, es posible pensar que los rayos de luz provienen de la persona que mira el objeto en el espejo. Esto se considera un error, puesto que los rayos de luz que inciden en el objeto, rebotan en él y llegan a nuestros ojos. Si detecta en sus estudiantes este concepto errado, aclárelo utilizando el esquema de la página 79.

Sugerencias de desarrollo de lección • Para que los estudiantes comprendan cómo se forman las imágenes en un espejo y cómo ocurre el fenómeno de la reflexión, es importante explicarles que desde cualquier parte del objeto salen infinitos rayos, en todas direcciones, y que el resultado de la intersección de todos los rayos que inciden en el espejo forman la imagen del objeto.

50 Unidad 2: Propiedades y comportamiento de la luz

UNIDAD

• No obstante, para fines prácticos se escogen algunos rayos que cumplen el papel de definir las dimensiones del objeto. En esta parte de la lección, es fundamental hacer énfasis en el diagrama de rayos notables, pues es la base para comprender la formación de las imágenes y sus características. Este procedimiento es particularmente importante, pues en la práctica los estudiantes tienen dificultades para ubicar la parte del objeto que va sobre el eje óptico.

2

Actividad 1 (página 77) Respuesta esperada 1.

Actividad 2 (página 79) Respuestas esperadas 1. Los estudiantes deberían detectar que la imagen se forma “detrás del espejo”. 2. Podrían averiguarlo de forma intuitiva, puesto que es imposible medir la distancia que existe desde la superficie del espejo hasta la imagen que se forma. 3. Deberían responder que la imagen que observan es del mismo tamaño que su rostro.

Minitaller científico 1 (página 80) Respuestas esperadas a. El periscopio es un tubo con un juego de espejos en los extremos, paralelos y en un ángulo de 45° respecto de la línea que los une. La luz que proviene de un objeto incide en el espejo superior, se refleja hacia el inferior, y desde éste llega al ojo del observador, que ve la imagen del objeto. b. Este instrumento fue muy utilizado en las trincheras, para observar al bando contrario. También se emplea en los submarinos para ver lo que sucede en la superficie del océano, sin necesidad de salir del fondo marino.

Guía didáctica del docente 51

Actividades complementarias Nivel básico Describe tres situaciones cotidianas en donde esté presente el fenómeno de reflexión de la luz. 1. 2. 3. Nivel avanzado Dibuja la imagen que se obtiene en este caso, utilizando solo dos rayos notables.

V C

F

Eje óptico

Luego, describe la imagen que se formó de acuerdo con los siguientes parámetros: a. Dónde está ubicado el objeto b. Si la imagen es real o virtual c. Tamaño de la imagen formada. Solucionario de las actividades complementarias Nivel básico 1. Reflejo en espejos de baños. 2. Reflejos en el agua quieta, como un lago. 3. Brillo de un metal. Nivel avanzado

a. El objeto está ubicado justo en el foco. V C

F

52 Unidad 2: Propiedades y comportamiento de la luz

Eje óptico

b. y c. Como los rayos viajan paralelos entre sí, no se forma la imagen.

UNIDAD

Actividad 3 (página 82)

2

Respuestas esperadas a. Se usó el rayo paralelo y el rayo radial. b. Porque el objeto se encuentra en el foco. c. Porque las prolongaciones de los rayos también son paralelas.

Minitaller científico 2 (página 83) Respuestas esperadas a.

b.

C

F

C

F

rayo focal

Actividad 4 (página 84) Respuestas esperadas La imagen obtenida es virtual, ya que se forma detrás del espejo. Espejo convexo

Objeto

Imagen F

C

Ejemplo resuelto 1 (página 85) Respuesta esperada La fuente de luz debe estar en el foco del espejo.

Sugerencias de cierre de lección Para finalizar la lección, recalque a sus estudiantes que para comprender el fenómeno de la reflexión de la luz, es fundamental entender y aplicar el diagrama de rayos. Guía didáctica del docente 53

Indíqueles que en la lección que viene a continuación verán otro fenómeno de la luz en el que utilizarán nuevamente los rayos notables. Así, es fundamental que aprendan a reconocerlos, a trazarlos en un ejercicio y a dilucidar las características de las imágenes que se forman. Luego de esta explicación, invite a sus estudiantes a que desarrollen las Actividades de cierre en grupos, para luego compartir sus respuestas.

Actividades de cierre (página 86) Respuestas esperadas 1. a. En ambos casos, el diagrama de rayos es el siguiente:

Fuente de luz

b. Porque al poner la ampolleta en el punto focal, los rayos que se reflejen en el espejo serán paralelos al eje principal, de modo que abarcarán una mayor distancia. 2. Espejos planos • Constan de una superficie lisa. • En ella, los rayos de luz que llegan paralelos se reflejan de forma regular. • En los espejos planos se produce una imagen virtual, puesto que los rayos luminosos no provienen de la imagen, sino que parecieran venir de ella; es decir, los rayos reflejados no pasan por el punto donde se produce la imagen, ya que esta se forma por detrás del espejo.

Espejos curvos • Son un fragmento de una superficie esférica que refleja la luz. • Dependiendo de si la superficie está curvada hacia dentro o hacia fuera, se reconocen espejos cóncavos y convexos, respectivamente. • Para ubicar la imagen formada por un espejo esférico, basta con usar solo dos rayos notables. • Al trazarlos, la imagen se formará en la intersección de los rayos reflejados y, en algunos casos, en sus proyecciones dentro del espejo.

3. La imagen real se forma en la intersección de los rayos notables reflejados por delante del espejo, mientras que la imagen virtual se forma en la intersección de las prolongaciones de los rayos reflejados detrás del espejo. 4. En este caso, los rayos se reflejan en forma difusa, o bien la mayor parte del rayo se transmite y no se refleja. 5. Es un espejo plano. La imagen es del mismo tamaño que el objeto, presenta inversión lateral y está ubicada a la misma distancia del espejo que el objeto. 6. Porque en un espejo convexo la imagen obtenida es más pequeña y pareciera estar más lejos del espejo que el objeto. 54 Unidad 2: Propiedades y comportamiento de la luz

UNIDAD

Orientaciones para el Taller científico (páginas 88 y 89)

2

• Indique a sus estudiantes que en estas páginas pondrán a prueba la habilidad que estudiaron en la página anterior. • Explíqueles la importancia de aprender a elaborar hipótesis, junto con aprender a diferenciarlas de las leyes y teorías. En este caso, podrán validar o rechazar una hipótesis dada, a partir del desarrollo de un procedimiento científico. • Oriéntelos para que anoten todas sus observaciones con claridad, pues las usarán posteriormente para responder las preguntas de la etapa Análisis, de este taller. Análisis Respuestas esperadas a. Según el procedimiento llevado a cabo, y las leyes de la reflexión estudiadas, el ángulo de incidencia es igual al ángulo reflejado. Por esto, la hipótesis inicial no es válida. b. Las variables son: el rayo incidente y la superficie reflectora. c. No resultó válida, pues no contempla las leyes de la reflexión ni se relaciona con los resultados obtenidos en el procedimiento científico desarrollado. d. Esta respuesta es variable, ya que dependerá de lo que cada estudiante haya aprendido acerca de la reflexión de la luz.

Información complementaria 1 Espejos perfectos Un espejo perfecto, en teoría, refleja la luz perfectamente y no tiene ni una sola imperfección. Aquellos que tenemos en casa no son espejos perfectos, ya que absorben una parte importante de la luz que incide en ellos. Los espejos dieléctricos, en cambio, que normalmente se hacen de sustratos de cristales en que se depositan una o más capas de material dieléctrico, forman una cobertura óptica; por lo tanto, tienen propiedades muy cercanas a las de un espejo perfecto. Los espejos hechos de esta forma pueden reflejar más del 99,998 % de la luz que incide en ellos, aunque solo muestran esta propiedad para un intervalo concreto de longitudes de onda. Fuente: Archivo editorial

Información complementaria 2 Reflexión y color El color de los objetos es consecuencia de la reflexión de la luz. Un objeto presenta un color determinado porque su superficie refleja únicamente las radiaciones de la luz blanca que componen su color. El resto de las radiaciones son absorbidas por el cuerpo. Por ejemplo, un objeto se ve verde porque su superficie refleja solo las radiaciones correspondientes a la luz verde; las demás radiaciones las absorbe. Fuente: Archivo editorial

Guía didáctica del docente 55

Orientaciones de trabajo Lección 2 (páginas 90 a 100) A continuación, se desarrollan algunas sugerencias para iniciar la lección, haciendo énfasis en los prerrequisitos y en las experiencias previas que se busca detectar con las secciones Necesitas saber y Actividad exploratoria.

Sugerencias de inicio de lección Necesitas saber... (página 90) • Características de la reflexión y aspectos relacionados con los rayos que forman las imágenes. • Para activar los conocimientos adquiridos en la lección anterior, que son fundamentales para el estudio de la refracción, invite a sus estudiantes a que lean el Propósito de la lección. Luego, pregúnteles si el fenómeno que acaban de leer es parecido a lo que ocurre con la reflexión. • Como introducción, explíqueles que para comprender este fenómeno, tendrán que recordar los diagramas de rayos realizados y la forma de trazado de los rayos notables. En esta etapa puede indicarles que los dibujen en sus cuadernos y que los identifiquen para aplicarlos a continuación.

Actividad exploratoria (página 90) Respuestas esperadas 1. Cuando el lápiz se observa desde los costados del vaso, se ve como si estuviese quebrado. Sin embargo, si se mira desde arriba (perpendicular a la superficie del agua) se ve normal. 2. Puede que en esta pregunta no lleguen a la respuesta correcta de inmediato. Sin embargo, se espera que, al menos, digan que el agua genera un efecto en cómo se observa el lápiz. 3. Como el agua crea un efecto visual al mirar el lápiz, los estudiantes deberían predecir que al observarlo en el vaso sin agua, la visual de este no se modificaría.

Tratamiento de errores frecuentes • Es frecuente que los estudiantes interpreten que cuando un rayo de luz pasa de un medio a otro, su longitud de onda y frecuencia también cambian. Este error es muy fácil de corregir observando lo que ocurre con un lápiz dentro de un vaso con agua, como se ve en la página 90. En la fotografía se evidencia que, aunque los rayos de luz se refractan al pasar del aire al agua, el color del lápiz es el mismo, lo que corrobora que la frecuencia de la luz no varía.

56 Unidad 2: Propiedades y comportamiento de la luz

UNIDAD

Sugerencias de desarrollo de lección

2

• Puede despertar el interés de los estudiantes haciendo referencia a la observación del arcoíris o a la descomposición de la luz blanca al pasar por un prisma. Puede comenzar desde la evidencia y luego buscar una explicación, y a partir de ella predecir lo que sucederá con la luz blanca al atravesar un medio refringente. • Explíqueles que algunas veces las propiedades de los medios cambian debido a las diferencias de temperaturas, presión, humedad, etc.; provocando que un medio parezca diferente en cada lugar. El aire, por ejemplo, tiene esta particularidad. Por ello, la luz también se comporta de distinta manera cuando pasa de un medio a otro, originándose así el fenómeno de la refracción. • Dígales que el índice de refracción es un concepto muy útil, pues es difícil medir directamente la rapidez de la luz en una sustancia. • Coménteles que el uso de lentes es antiguo, más antiguo que el descubrimiento de América. Las lentes son muy importantes por su amplia utilización en equipos de alta tecnología, como el láser, equipos médicos, etcétera.

Actividad 5 (página 91) Respuestas esperadas 1. No, los peces están más abajo de lo que aparentan. Esto se debe a la refracción de la luz. 2. No, ya que el pez no se encuentra en esa posición. 3.

Minitaller científico 3 (página 92) Respuestas esperadas a. Vemos la moneda cuando llegan a nuestros ojos los rayos de luz reflejados en la superficie de dicha moneda. Cuando colocamos agua en el recipiente, los rayos reflejados en la moneda se desvían al cambiar de medio (al pasar del agua al aire) y, al mirar desde un lateral del recipiente, ningún rayo logra alcanzar nuestros ojos y no podemos ver la moneda. Dicha desviación de la luz corresponde al fenómeno de refracción. b. No es que la moneda flote en el agua, sino que la desviación de los rayos la interpretamos como que el objeto estuviese más arriba de lo que realmente está. c. Los rayos de luz se alejan de la normal al pasar del agua al aire, pues pasa a un índice de refracción menor. Guía didáctica del docente 57

Actividades complementarias Nivel básico El índice de refracción del agua es n1 = 1,33 y el del diamante es n2 = 2,4. Determina la velocidad de la luz en m/s en diferentes medios: a. En el vacío. b. En el agua. c. En el diamante. Nivel avanzado Dibuja las imágenes que se forman en cada una de las siguientes lentes e indica si son reales o virtuales, derechas o invertidas y aumentadas o disminuidas.

c

f

f

c

c

f

f

c

Solucionario de las actividades complementarias Nivel básico En el vacío, la velocidad de la luz es de 3 • 108 m/s. En el agua: n1 =

c c 3 • 108 = 2,25 • 108 m/s • v1 = = 1,33 v1 n1

En el diamante: n2 =

c c 3 • 108 = 1,25 • 108 m/s • v2 = = 2,4 v2 n2

Nivel avanzado

c

f

f

c

c

f

f

c

La imagen que se forma en a. es real, invertida, más pequeña y se ubica en el lado opuesto de la lente. La imagen que se forma en b. siempre será virtual, más pequeña y derecha respecto del objeto.

58 Unidad 2: Propiedades y comportamiento de la luz

UNIDAD

Actividad 6 (página 92)

2

Respuestas esperadas 1. A medida que aumenta el valor de n, la velocidad de la luz en ese medio disminuye. 2. En el diamante. 3. Entre el vacío y el diamante.

Minitaller científico 4 (página 93) Respuestas esperadas 1. Índice de refracción del aire (n): 1,00029; índice de refracción del agua (n): 1,33 2. Es correcto, pues el láser pasa desde el aire al agua. 3. Ocurre que al mover el láser, su luz pasa desde el agua al aire. Sin embargo, existe un ángulo específico en el que el láser rebota en la superficie del agua y se refleja por completo. 4. Sí, tiene relación con la reflexión de la luz, pues se observa que el ángulo de incidencia del rayo láser es igual al ángulo del rayo reflejado.

Actividad 7 (página 94) Respuesta esperada El uso de la fibra óptica se ha extendido al campo de la medicina al proporcionar visiones cercanas y amplificadas de puntos concretos y permitir la toma de muestras. En arqueología, los aparatos con fibra óptica permiten visualizar zonas que de otro modo serían inaccesibles o en las que existe un peligro de derrumbamiento. También este material se ha utilizado en los sensores, que resultan ser más rápidos y de gran precisión. ángulo de incidencia θi

sección de fibra óptica

θr ángulo crítico

Actividad 8 (página 97) Respuesta esperada En este caso no se forma imagen, ya que tanto los rayos refractados como sus prolongaciones son paralelos entre sí.

Información complementaria 3 Índice de refracción El descubrimiento del índice de refracción fue muy importante para la astronomía en el área de las observaciones de los cuerpos celestes, pues con ello se corrigió la posición aparente que poseen dichos cuerpos, conociendo el índice de refracción que tiene la atmósfera terrestre. Esta corrección se hizo en el siglo XVIII. Fuente: Archivo editorial

Guía didáctica del docente 59

Sugerencias de cierre de lección • Hacia el final de esta lección, los estudiantes podrán conocer algunas de las aplicaciones de los fenómenos de reflexión y refracción. Dos de ellas, el microscopio y el telescopio, han contribuido a la exploración y búsqueda de nuevo conocimiento, tanto en el mundo microscópico como en el estudio del universo. • Dada la naturaleza del tema, se recomienda abordarlo a través de trabajos de investigación, los que deberán ser expuestos frente al curso. Es importante que esta actividad extra, si se lleva a cabo, no pierda el foco y se centre solamente en la teoría, sino que debe contemplar también el funcionamiento de cada aparato tecnológico y su diagrama de rayos correspondiente.

Actividades de cierre (página 100) Respuestas esperadas 1. Tienen direcciones diferentes y viajan a distintas rapideces. 2. La afirmación es falsa, ya que en la reflexión también hay cambio de dirección. 3. En las lentes convergentes se forman imágenes reales cuando el objeto se encuentra más lejos que la distancia focal de la lente. Si el objeto está ubicado entre el foco y la lente, la imagen es virtual. En las lentes divergentes, siempre se forman imágenes virtuales. 4.

5. Los instrumentos ópticos son muy importantes para el desarrollo de la ciencia; por ejemplo, el telescopio y el microscopio nos sirven para observar fenómenos que no son apreciables a simple vista. 6. En el diamante disminuye más la rapidez del sonido, ya que su índice de refracción es mayor.

60 Unidad 2: Propiedades y comportamiento de la luz

UNIDAD

Orientaciones para el Taller científico (páginas 102 y 103)

2

• En este taller los estudiantes pondrán a prueba la habilidad científica que trabajaron en la página anterior. Si es necesario, pídales que la vuelvan a leer para que no olviden sus principales aspectos y características al momento de aplicarla. • En esta actividad es muy importante que los estudiantes lleven a cabo cada uno de los pasos con mucha precisión, pues de eso dependen los resultados que obtengan. • Indíqueles que si no llegan al resultado esperado en una primera oportunidad, deben repetirlo cuantas veces sea necesario. Por lo anterior es que se recomienda realizar este taller en un día soleado. Así, tendrán a su disposición la radiación adecuada para trabajar con las lupas. • Como esta actividad deben efectuarla en el patio del colegio, pida a sus estudiantes que lleven el texto con ellos, pues es muy importante que tomen como referencia las imágenes de estas páginas como guía. Análisis Respuestas esperadas a. Las flechas cambian de tamaño. b. Cuando se pone la lupa justo en el foco (a una distancia focal particular, que es única para cada lente), la imagen desaparece. c. Esta respuesta es variable, y depende de las hipótesis que hayan planteado los estudiantes al inicio de este taller. d. Las lupas, como todas las lentes, funcionan de acuerdo con las leyes de la refracción. e. Porque cuando la luz incide en la lente, desvía los rayos. f. Debería haber ocurrido que en cualquier caso, al alejar o acercar la lupa al papel, nunca se hubiese formado la imagen. También podría haber sucedido que en todas las ocasiones la flecha se hubiese observado del mismo tamaño.

Guía didáctica del docente 61

Solucionario Evaluación de proceso (páginas 104 a 105) Organizando lo aprendido Los estudiantes podrían obtener la siguiente rueda de atributos: Los medios que atraviesan los rayos de luz poseen distinto índice de refracción.

Desviación de los rayos al pasar de un medio a otro.

Refracción de la luz

Es el fenómeno que explica el funcionamiento de las lentes.

Responde a dos leyes, que relacionan: rayo incidente, rayo refractado y la normal.

Actividades Respuestas esperadas 1. a. Porque con este tipo de espejos el campo visual es más amplio. b. Sí, porque la imagen siempre se forma detrás del espejo. c. Espejos convexos, ya que el campo visual es mayor. d. No, ya que la imagen no está invertida verticalmente respecto del objeto. 2. En el espejo convexo, la imagen es virtual y derecha. En el espejo cóncavo, la imagen es real e invertida. 3. El medio 1 tiene menor índice de refracción. 4. a.

62 Unidad 2: Propiedades y comportamiento de la luz

b.

UNIDAD

Orientaciones de trabajo Lección 3 (páginas 106 a 111)

2

• Las orientaciones que se presentan a continuación tienen como objetivo reforzar el trabajo y motivación para el inicio de esta lección. Específicamente se entregan sugerencias para trabajar con las experiencias previas y los prerrequisitos, que desarrollan las secciones Necesitas saber y Actividad exploratoria.

Sugerencias de inicio de lección Necesitas saber... (página 106) • Características de la refracción, lentes y diagramas de rayos. • Como prerrequisitos para esta lección, los estudiantes necesitan saber el funcionamiento de las lentes y nuevamente el trazado de rayos notables. • Si bien los contenidos de estas páginas tienen relación con aplicaciones de las lentes y con el sentido de la visión, es fundamental que sus estudiantes sepan que seguirán tratando los contenidos desde el punto de vista de la óptica física.

Actividad exploratoria (página 106) Respuestas esperadas a. Regula la entrada de luz al ojo. b. Si los estudiantes son capaces de captar el cambio de diámetro de la pupila, deberían responder que al encender la luz, esta estructura se contrae. c. Si la habitación está completamente oscura, no es posible ver. Sin embargo, si entra algún rayo de luz, se perciben las siluetas de los objetos. d. La capacidad de ver el entorno no depende solamente del sentido de la vista, sino que de la cantidad de luz que exista.

Tratamiento de errores frecuentes • Generalmente no se considera como medio refractante a la córnea. Esto es considerado un error, puesto que esta estructura, aunque no se acomoda, posee mayor índice de refracción que el cristalino. Esto sucede debido a la diferencia sustancial que existe entre el paso de la luz desde el aire hacia la córnea, en comparación con la menor diferencia que hay cuando pasa la luz desde la córnea al cristalino.

Guía didáctica del docente 63

Sugerencias de desarrollo de lección • Recuérdeles que en este tema se comprende más que en ningún otro la importancia, la aplicación y la trascendencia que la óptica tiene en nuestra vida diaria a partir del hecho de que más del 80 % de la información que las personas reciben del mundo exterior a través de los sentidos la obtienen a través del sentido de la vista. • Estudie la estructura del ojo, desde la perspectiva de un instrumento óptico. Destaque los conceptos de lente, distancia focal, índice de refracción. Para esto utilice una lámina que muestre la estructura del ojo y otra que explique el camino que recorre un rayo de luz desde un objeto hasta llegar a la retina. Para que los estudiantes articulen las asignaturas, invite al profesor de Biología para que contribuya con los contenidos fisiológicos, relacionados con la estructura del globo ocular. • Solicite a los estudiantes que, a partir de la relación c = λ • f, establezcan la concordancia entre la longitud de onda y la frecuencia, sabiendo que la velocidad de la luz es constante; esto permitirá que al analizar el espectro electromagnético, les resulte más evidente que en la medida que aumente la frecuencia de la onda, su longitud de onda vaya disminuyendo.

Actividad 9 (página 108) Respuestas esperadas 1. La córnea, el cristalino y los músculos ciliares. 2. Cuando los rayos provienen de lejos, el cristalino se encuentra relajado. En este caso, la distancia focal es máxima y los rayos convergen en la retina. Por el contrario, cuando los rayos provienen de un objeto cercano, el cristalino se contrae, de manera que la distancia focal disminuye y la imagen se proyecta en la retina.

Información complementaria 4 Ojo: instrumento óptico Como una cámara, un ojo normal enfoca luz y produce una imagen clara. Sin embargo, el mecanismo mediante el cual el ojo controla la cantidad de luz admitida y se ajusta para producir imágenes correctamente enfocadas es incluso mucho más complejo, intrincado y efectivo que el de las cámaras más sofisticadas. En todo aspecto el ojo es una maravilla fisiológica. Para formar imágenes, el ojo enfoca el objeto al variar la forma del cristalino maleable a través de un proceso denominado acomodación. Existe un límite para la acomodación porque los objetos que están muy cerca del ojo producen imágenes borrosas. El punto cercano es la distancia más próxima para la cual el cristalino se puede acomodar para enfocar la luz en la retina. Esta distancia usualmente aumenta con la edad, y tiene un valor promedio de 25 cm. Fuente: Serway, R., Vuille, C. y Faughn, J. (2010). Fundamentos de física, volumen 1 (8a ed.). México, D. F.: Cengage Learning.

64 Unidad 2: Propiedades y comportamiento de la luz

UNIDAD

Actividades complementarias

2

Nivel básico Rotula el esquema de globo ocular, identificando las estructuras que permiten la refracción de los rayos luminosos.

Nivel avanzado Dibuja en una hoja blanca un punto y una cruz, como se muestra a continuación. Luego, cierra uno de tus ojos y mira atentamente la cruz con el otro ojo. Acerca y aleja lentamente la hoja, hasta el momento en que el punto desaparezca.

Después de que hayas hecho este ejercicio, responde las siguientes preguntas: a. A medida que acercas el papel hacia ti ¿qué ocurre? b. ¿Qué estructura del globo ocular está involucrada en este efecto? Solucionario de las actividades complementarias Nivel avanzado

Nivel básico Cristalino

a. El punto tiende a desaparecer. b. El punto ciego, que corresponde a una parte de la retina que no posee receptores para la luz, por ende, aunque llegue luz a ese punto, no se forma imagen.

Córnea

Guía didáctica del docente 65

Sugerencias de cierre de lección • Hacia el final de la lección se trata el tema de los problemas de la visión. Trabaje con sus estudiantes estas anomalías desde el punto de vista físico, tomando en cuenta lo que sucede en cada caso con el punto focal, dónde se ubica en cada enfermedad y cómo las lentes ayudan a corregirlas. • Es fundamental que en estos casos los estudiantes vuelvan a utilizar los diagramas de rayos para las lentes, que aprendieron en la lección anterior. De esta manera cada estudiante puede identificar que el contenido visto con anterioridad es una herramienta para comprender el siguiente. • Como complemento a las anomalías de la visión, invite a sus estudiantes a que averigüen sobre las cataratas para que la comparen con las enfermedades ya vistas.

Actividades de cierre (página 111) 1.

2. Ambos objetos corresponden a lentes biconvexas que refractan los rayos de luz paralelos, logrando que converjan en un solo punto. 3. El cerebro es el encargado de interpretar las señales eléctricas provenientes del nervio óptico. 4. a.

Andrés

Mónica

b. Andrés tiene miopía, de modo que debiera usar una lente divergente. Por otra parte, Mónica tiene hipermetropía, por lo que debiera emplear una lente convergente.

66 Unidad 2: Propiedades y comportamiento de la luz

UNIDAD

Orientaciones de trabajo Lección 4 (páginas 112 a 119)

2

Sugerencias de inicio de lección Las orientaciones que se presentan a continuación tienen como objetivo reforzar el trabajo y motivación para el inicio de esta lección. Específicamente se entregan sugerencias para trabajar con las experiencias previas y los prerrequisitos, que desarrollan las secciones Necesitas saber y Actividad exploratoria, respectivamente.

Necesitas saber... (página 112) Características de la reflexión y de la refracción. Luego de haber estudiado las características de la luz, es fundamental que los estudiantes conozcan las propiedades de las ondas electromagnéticas. Por esto, es necesario que los estudiantes recuerden algunas características del comportamiento de la luz, como también de las propiedades de las ondas. Si es necesario, pida a sus estudiantes que vuelvan a repasar la Lección 1 de la Unidad 1, que trata de las ondas.

Actividad exploratoria (página 112) Respuestas esperadas 1. Un círculo. 2. Se busca que los estudiantes respondan que al eliminar el último cartón, la luz se dirigirá en todas direcciones. 3. Como los cartones están dispuestos uno tras otro, como generando un camino para la luz, los rayos que pasan por el círculo forman la figura en el último cartón. Esto demuestra que la luz se propaga en línea recta.

Tratamiento de errores frecuentes • Puede que los estudiantes incorporen la idea errónea de que la reflexión solo se puede evidenciar cuando observan algún objeto en un espejo o en una superficie muy pulida y lisa. Acláreles que, gracias al fenómeno de la reflexión, somos capaces de observar todo lo que nos rodea, las formas, los colores, las texturas, etcétera.

Guía didáctica del docente 67

Sugerencias de desarrollo de lección • El objetivo de estas páginas es que los estudiantes conozcan las diferentes explicaciones que fueron dando los hombres de ciencia frente al fenómeno luminoso, reconociendo cómo estas concepciones fueron evolucionando a medida que se descubrieron nuevas evidencias científicas. • Debido a la gama de científicos que estudiaron fenómenos relacionados con la luz, es importante que los alumnos y alumnas valoren los aportes de cada uno y entiendan el porqué de sus posturas y argumentos. • A partir del tema tratado en estas páginas se pueden destacar dos aspectos relevantes: en relación con las ondas electromagnéticas está la posibilidad de explicar el ámbito de trabajo de los físicos teóricos versus los experimentales, en el contexto de mostrar en qué consiste esta disciplina científica, y el otro es el espectro electromagnético, especialmente el estudio de la radiación ultravioleta. • Esta puede ser una instancia para comentar la naturaleza de la producción de conocimiento científico, en particular el generado por la Física. Explíqueles que los físicos desarrollan su actividad básicamente de dos formas, una teórica y la otra experimental, y que si bien es cierto no son excluyentes, en el trabajo de todo científico siempre predomina una sobre la otra. • Es así como Maxwell y Einstein hicieron sus principales contribuciones desde la teoría, en la mayoría de los casos debido a la imposibilidad técnica de hacer las verificaciones experimentales; de esta forma, tuvo que pasar un tiempo para que otro u otros físicos comprobaran experimentalmente lo deducido de manera teórica. En otros casos, primero se hace el descubrimiento, como en el efecto fotoeléctrico, y luego se propone la explicación.

Minitaller científico 5 (página 113) a. Si se utiliza una tapa de metal resistente, es posible escuchar un ruido leve en el instante que se dispara el flash. b. Se comprueba que la luz se comporta como onda y como partícula (fotones).

Información complementaria 5 Teoría corpuscular de la luz Isaac Newton (1642-1727) ha sido, probablemente, el físico más importante de la historia. Sus hallazgos más conocidos están relacionados con la dinámica y la gravitación. Pero también hizo excelentes aportes en otros campos de la ciencia, por ejemplo, en óptica. Realizó experimentos que mostraban que la luz blanca está formada, en realidad, por muchos colores superpuestos; inventó un telescopio formado por espejos, y defendió la teoría corpuscular de la luz. Según esta teoría, la luz está formada por partículas minúsculas. Durante muchos siglos, sin embargo, prevaleció en el mundo científico la teoría ondulatoria de la luz, defendida por Christian Huygens (1692-1695) y avalada por numerosas experiencias. La teoría de Max Planck (1848-1957) y la del efecto fotoeléctrico propuesta por Albert Einstein (1879-1955), en el siglo XX mostraron, sin embargo, que Newton también tenía razón y que muchas observaciones pueden ser explicadas a partir del hecho de que la luz está formada por partículas minúsculas que llamamos fotones. Fuente: Archivo editorial

68 Unidad 2: Propiedades y comportamiento de la luz

UNIDAD

Actividad 10 (página 114)

2

Respuestas esperadas 1. Desde la antigua Grecia donde Demócrito, Epicuro o Platón explicaban la visión y naturaleza de la luz como partículas de los objetos que llegaban hasta los ojos, o Aristóteles que intuye la luz viajera en una especie de ondas. La teoría ondulatoria, propuesta por Cristian Huygens en el año 1678, describe y explica lo que hoy se considera como leyes de reflexión y refracción. Define a la luz como un movimiento ondulatorio semejante al que se produce con el sonido. En aquella época, la teoría de Huygens no fue muy considerada, fundamentalmente, por el prestigio que alcanzó Newton. Pasó más de un siglo para que fuera tomada en cuenta la teoría ondulatoria de la luz. Los experimentos del médico inglésThomas Young sobre los fenómenos de interferencias luminosas y los del físico francés Auguste Jean Fresnel sobre la difracción fueron decisivos para que ello ocurriera y se colocara en la tabla de estudios de los físicos sobre la luz la propuesta realizada en el siglo XVII por Huygens. 2. Esta respuesta depende de la organización de los contenidos y acontecimientos que los estudiantes hayan recopilado. Oriéntelos para que mantengan el espacio adecuado, que represente el rango temporal en la línea de tiempo. 3. A medida que los estudiantes lean estas páginas, se espera que comprendan que los estudios científicos, al complementarse, enriquecen los planteamientos hasta que, si se comprueban, se pueden transformar en teorías. 4. Las evidencias experimentales permiten comprobar los planteamientos teóricos. Puede que la teoría domine el conocimiento por mucho tiempo; sin embargo, cuando se comprueba mediante la evidencia empírica, adquiere validez.

Actividad 11 (página 115) Respuestas esperadas Una onda es una perturbación en la que hay propagación de energía; en tanto, los rayos son líneas que representan la dirección de propagación de las ondas de luz. Las zonas de umbra son aquellas en las que la oscuridad es total; en cambio, en las zonas de penumbra, la oscuridad no es total, ya que reciben parte de los rayos provenientes de la fuente.

Información complementaria 6 Principio de Huygens Alrededor de 1860, el físico danés Huygens propuso un mecanismo para trazar la propagación de ondas. Su construcción se aplica a ondas mecánicas en un medio material. Un frente de onda es una superficie que pasa por todos los puntos del medio alcanzados por el movimiento ondulatorio en el mismo instante. La perturbación en esos puntos tiene la misma fase. Es posible trazar una serie de líneas perpendiculares a los sucesivos frentes de onda. Estas se denominan rayos y son las líneas de propagación de la onda. Huygens visualizó un método para pasar de un frente de onda a otro. Cuando el movimiento ondulatorio alcanza los puntos que componen un frente de onda, cada punto se convierte en una fuente secundaria de ondas. Entonces, estas se superponen, formando el subsiguiente frente de onda con la envolvente de estas semicircunferencias. El proceso se repite, resultando la propagación de la onda a través del medio. Fuente: Archivo editorial

Guía didáctica del docente 69

Actividades complementarias Nivel básico Escribe el número que corresponda en cada una de las definiciones. 1 Transparentes

Propone que la luz está compuesta por partículas, que son emitidas por los cuerpos luminosos.

2 Reflexión

Se caracterizan por el gran tamaño de su longitud de onda.

3 Teoría corpuscular

Tienen una longitud de onda muy pequeña, pero son muy energéticas debido a su alta frecuencia.

4 Espectro electromagnético

Región que aparece cuando un objeto no bloquea por completo la luz.

5 Sombra

Regreso de rayos de luz desde una superficie, con el mismo ángulo.

6 Rayos gamma

Término aplicado a los materiales en que la luz no puede propagarse a través de ellos.

7 Negro

Región que aparece cuando un objeto bloquea completamente la trayectoria de la luz.

8 Ondas de radio

Distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas.

9 Penumbra

Define qué tanto se desvía un rayo luminoso al pasar de un medio a otro.

10 Índice de refracción

Absorbe todos los colores que lo iluminan.

11 Blanco

Propone que la luz es una onda, que se transmite a través de un medio (éter).

12 Teoría ondulatoria

Refleja todos los colores que lo iluminan.

70 Unidad 2: Propiedades y comportamiento de la luz

UNIDAD

2

Nivel avanzado Lee el siguiente párrafo y luego responde las preguntas asociadas. “Como en todo movimiento, la luz demora un tiempo en viajar. Es muy rápida, por eso parece que atravesara el espacio instantáneamente. Sin embargo, si las distancias son muy grandes, podría demorarse bastante de un punto a otro. Las enanas blancas son estrellas muertas que paulatinamente dejan de emitir luz”. a. ¿Cómo es posible que podamos ver su luz aun cuando ya dejaron de emitirla?

b. ¿Siempre podremos verla o en algún momento dejaremos de percibirla?

Solucionario de las actividades complementarias Nivel básico 3 Propone que la luz está compuesta por partículas, que son emitidas por los cuerpos luminosos. 8 Se caracterizan por el gran tamaño de su longitud de onda. 6 Tienen una longitud de onda muy pequeña, pero son muy energéticas debido a su alta frecuencia. 9 Región que aparece cuando un objeto no bloquea por completo la luz. 2 Regreso de rayos de luz desde una superficie, con el mismo ángulo. 1 Término aplicado a los materiales en que la luz no puede propagarse a través de ellos. 5 Región que aparece cuando un objeto bloquea completamente la trayectoria de la luz. 4 Distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. 10 Define que tanto se desvía un rayo luminoso al pasar de un medio a otro. 7 Absorbe todos los colores que lo iluminan. 12 Propone que la luz es una onda, que se transmite a través de un medio (éter). 11 Refleja todos los colores que lo iluminan. Nivel avanzado a. Se debe a que la luz se emitió hace mucho tiempo y desde una distancia muy lejana. b. Cuando deje de viajar, dejaremos de verla.

Guía didáctica del docente 71

Actividad 12 (página 117) Respuestas esperadas 1. Ordenados de menor a mayor frecuencia, o bien de mayor a menor longitud de onda: ondas de radio, microondas, infrarroja, luz visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma. 2. Un dispositivo receptor GPS está formado por una antena de recepción, un receptor y una calculadora. El receptor capta las ondas electromagnéticas emitidas por los satélites GPS, que se desplazan a la velocidad de la luz. Con este dato podemos saber la distancia entre el satélite y el receptor. Conociendo la distancia y la posición del satélite, es posible trazar un círculo dentro del cual se encuentra obligatoriamente el receptor. En el caso de los enlaces satelitales, un satélite recibe en una banda señales de una estación en la Tierra, las amplifica y las transmite en otra banda de frecuencias. Luego, se envían señales de radio desde una antena hacia un satélite estacionado en un punto fijo alrededor de la Tierra (llamado “geoestacionario”). Los satélites tienen un reflector orientado hacia los sitios donde se quiere hacer llegar la señal reflejada. Y en esos puntos también se tienen antenas para captar la señal reflejada por el satélite. De ese punto en adelante, la señal puede ser procesada y por último ser entregada a su destino.

Actividad 13 (página 118) Respuestas esperadas 3. La luz es absorbida por un material cuando es captada por este, sin reemitirla. La luz se transmite cuando pasa de un medio a otro. 4. Se relaciona con un material translúcido.

Sugerencias de cierre de lección • Hacia el final de la lección, se aplican los fenómenos de la luz para comprender el porqué de los colores de los objetos. Explique a sus estudiantes que todos los cuerpos están constituidos por sustancias que absorben y reflejan las ondas electromagnéticas, es decir, absorben y reflejan colores. • Pídales que lean las dos últimas páginas de esta lección y que intenten explicar con sus propias palabras cómo es que los objetos se ven de un color característico. Si no logran llegar a una respuesta que sea acorde con los contenidos ya vistos, indíqueles que un cuerpo opaco, es decir no transparente, absorbe gran parte de la luz que lo ilumina y refleja una parte más o menos pequeña. Cuando este cuerpo absorbe todos los colores contenidos en la luz blanca, el objeto parece negro. Así, los estudiantes podrán deducir, de acuerdo a lo que han leído y a lo que observan en estas páginas lo que ocurre cuando un objeto se ve de color rojo, verde, etcétera.

Actividades de cierre (página 119) Respuestas esperadas a. Se constituyen otros colores. b. El color blanco se forma al mezclar los tres colores (rojo, azul y verde). c. Los colores primarios son el rojo, el verde y el azul. d. Con témpera no se puede obtener el color blanco.

72 Unidad 2: Propiedades y comportamiento de la luz

UNIDAD

Solucionario Evaluación de proceso (páginas 120 y 121)

2

Organizando lo aprendido Los estudiantes podrían obtener un cuadro sinóptico como el siguiente: Conos Retina

Fotorreceptores Bastones

Ojo humano Córnea Estructuras que refractan la luz Cristalino

Actividades Respuestas esperadas 1. a. Verdadera. La luz no requiere un medio material para propagarse. b. Falsa. La córnea también refracta los rayos de luz. c. Falsa. Los estudios de Maxwell se relacionan con el carácter ondulatorio de la luz, planteado por Huygens. d. Verdadera. Por ejemplo, se puede percibir el calor de los cuerpos, el cual es transmitido por radiación infrarroja. 2. a. La luz entra a los ojos, proveniente del objeto que estamos mirando. b. No necesariamente. Los objetos iluminados pueden reflejar la luz, sin emitirla. c. No es correcta, ya que la “luz de la Luna” en realidad es luz proveniente del Sol, reflejada por la Luna. 3.

4. En el caso A, la luz es absorbida en su totalidad y en el caso B, es reflejada totalmente. 5. a. Las partículas cargadas emiten energía en forma de ondas cuando aceleran. b. No, porque los resultados de Hertz son producto de años de investigación del tema de diferentes científicos, por ejemplo, Maxwell. c. No; por ejemplo, el efecto fotoeléctrico no se puede explicar con esta teoría.

Guía didáctica del docente 73

Orientaciones para las páginas finales de la unidad Orientaciones para la síntesis de la unidad

(páginas 122 y 123)

• Una forma de trabajar la síntesis es que sus estudiantes seleccionen las palabras que ellos consideran claves de la unidad, que se encuentran en estos resúmenes, y que elaboren un organizador gráfico con estos conceptos y definiciones. Si lo necesitan, pueden agregar otros conceptos que ellos consideren claves.

Orientaciones para la evaluación final

(páginas 124 a 126)

Respuestas esperadas 1. Si bien ambos científicos postularon la teoría ondulatoria de la luz, Maxwell dedujo que la luz forma parte del espectro de ondas electromagnéticas. 2. Por ejemplo, en la televisión, la radio, los hornos microondas y los celulares. 3. a. Es correcta. b. No es correcta. c. Es correcta. 4.

C

F

5. Porque en una lente divergente los rayos notables refractados divergen entre sí, por lo que nunca se intersecarán en algún punto detrás de la lente. En este caso, las prolongaciones de los rayos refractados se cortan en un punto delante de la lente, de manera que la imagen que se forma siempre es virtual. 6. Porque el proceso de visión involucra tanto elementos biológicos (estructura del ojo, proceso de la visión, etc.) como físicos (lentes, ondas electromagnéticas, etcétera.). 7. Sí, por ejemplo, en la corrección de problemas a la visión mediante lentes. 8. a. Diamante: 123 966 942 m/s; cuarzo: 194 805 195 m/s. b. Aproximadamente, 1,82 veces. c. El diamante es el más refringente. 9. En A se produce una reflexión especular debido a que el agua está en calma y se comporta como una superficie completamente lisa. En B, el agua presenta ondulaciones de modo que la luz se refleja en forma difusa. 10. a. La dispersión de la luz. b. Los colores del arcoíris (rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul y violeta). c. La formación del arcoíris. 11. a. La cuchara A corresponde a un espejo cóncavo y la cuchara B, a un espejo convexo. b. En el caso A, la imagen es invertida, más pequeña y real; en el caso B, la imagen es derecha, más pequeña y virtual. c. Por ejemplo, en el caso A se podrían usar como espejos con aumento y en el caso B, como retrovisores. 12. Las niñas no se ven entre sí.

74 Unidad 2: Propiedades y comportamiento de la luz

UNIDAD

Orientaciones para las Actividades complementarias (páginas 127 a 129)

2

Estas actividades tienen como objetivo reforzar el desempeño obtenido por los estudiantes a lo largo de la unidad. Así, tanto el docente como el estudiante disponen de remediales para mejorar o mantener los resultados conseguidos. Respuestas esperadas 1. Los objetos reflejan la luz que incide sobre ellos. Ese reflejo entra en nuestro ojo; por tal motivo, los podemos ver. 2. La reflexión especular se da en superficies lisas y el reflejo se ve claramente. En la reflexión difusa, los rayos incidentes se reflejan en ángulos aleatorios, de manera que la imagen es borrosa. 3. Si se cumplen las leyes de la refracción. 4. Esta respuesta dependerá de la información que resuma y considere cada estudiante. Se sugiere que los oriente para que en sus fichas incluyan las características de las imágenes y sus diagramas. 5. La córnea y el cristalino refractan los rayos de luz al interior del ojo. 6. Sí, ya que el cristalino se puede considerar como una lente convergente. 7. Esta respuesta también depende de la información que logre recopilar cada estudiante. Cerciórese de que agrupen la información de acuerdo con la instrucción, además de que incluyan a los científicos que estudiaron en la unidad. 8. Los colores se relacionan con la longitud de las ondas electromagnéticas, es decir, vemos colores diferentes porque captamos ondas con distintas longitudes. 9. Porque el agua actúa como un espejo plano que refleja la luz proveniente del cielo en forma especular. 10.

11. La lente C permite corregir el defecto. A

C

12. En un eclipse total de Sol, la parte de la Tierra donde la Luna tapa al Sol por completo corresponde a la zona de umbra. En esta zona se produce oscuridad total; si la Luna no cubre completamente al disco solar, se produce un eclipse parcial y se observa una zona de penumbra.

Guía didáctica del docente 75

Orientaciones para Ciencia, tecnología y sociedad Pida a sus estudiantes que lean los diferentes textos y que los relacionen con alguna de las lecciones y contenidos estudiados durante la unidad. Es importante que los estudiantes se familiaricen con los textos científicos. Estas páginas pretenden profundizar algunos aspectos que se trabajaron a lo largo de la unidad. Además, busca reforzar las habilidades de comprensión lectora. Invite a sus estudiantes a que comenten con otros compañeros sus apreciaciones y opiniones personales, referidas a los textos que acaban de leer. Además, oriéntelos para que extraigan las ideas más importantes de cada uno de los temas.

76 Unidad 2: Propiedades y comportamiento de la luz

UNIDAD

Material fotocopiable

2

Taller de ciencias Disección de globo ocular Antecedentes El ojo humano es el instrumento óptico fundamental, puesto que sin él no existiría el campo de la óptica. Este órgano posee una lente convergente que enfoca las imágenes en un recubrimiento sensible a la luz (retina) que se ubica en la parte trasera del globo ocular. En el ojo existen distintos medios que ayudan a formar la imagen, es decir, que ayudan a que los rayos de luz se refracten y la imagen se pose justo sobre la retina. En este taller podrán observar la estructura del ojo y los medios nombrados anteriormente. Para esto, sigan estas instrucciones:

Materiales - ojo de vaca - tijera fina - pinza - fuente de plástico - puntero láser - diario - guantes de látex - papel absorbente - jabón desinfectante

Procedimiento 1. Coloquen el ojo sobre la fuente y observen su estructura. 2. A continuación, tomen el ojo por la base y realicen un corte alrededor de la córnea, que es la lámina que se encuentra sobre el iris, de color negro. 3. Cuando hayan sacado la cornea y el iris, presionen levemente el ojo para que salga de su interior el cristalino, que corresponde a la lente que se pretende observar. 4. Eliminen los restos de la sustancia gelatinosa que se encuentra adherida a este. Cuando lo tengan limpio, colóquenlo sobre el papel de diario y observen a través de él. 5. A continuación, dispongan el cristalino en forma perpendicular a la mesa. Presiónenlo un poco para que cambie su curvatura y apunten el rayo láser hacia el centro del lente. Repitan este paso aplicando mayor presión al cristalino.

Análisis y conclusiones a. Según su estructura, ¿qué tipo de lente es el cristalino? b. ¿Cómo es la imagen que se observa al colocar el lente sobre la hoja de diario? c. Si presionan los bordes de esta estructura, ¿cómo se observa la imagen? d. ¿Qué diferencias observaron con el rayo láser al presionar el cristalino?, ¿por qué ocurre esto? e. ¿Qué conclusiones pueden extraer de esta actividad? Escríbanlas en sus cuadernos.

Guía didáctica del docente 77

Material fotocopiable

Ficha de refuerzo Espejos y lentes 1. Observa el diagrama y luego desarrolla las siguientes actividades:

Objeto

V C

Eje óptico

F

a. Ubica el objeto entre el foco y el vértice de la lente. b. Dibuja la imagen que se forma del objeto utilizando dos rayos notables. c. Describe las características de la imagen que dibujaste. 2. Realiza las siguientes actividades: a. Explica las características de la teoría corpuscular y teoría ondulatoria de la luz.

b. El espejo utilizado por los dentistas es pequeño y posee un mango largo para examinar los dientes y encías. ¿El espejo empleado es plano, cóncavo o convexo?, ¿por qué?

c. Describe las características de una lente convergente y una lente divergente.

d. Nombra y describe las características de un instrumento óptico.

78 Unidad 2: Propiedades y comportamiento de la luz

Ficha de ampliación

UNIDAD

Material fotocopiable

2

Refracción El pez arquero (Toxotes jaculatrix), pequeña especie exótica muy común en los océanos Índico y Pacífico, del norte de Australia y de Malasia, tiene un método de caza poco común y espectacular, con el que consigue los insectos que forman parte de su dieta. Esta especie de pez proyecta con fuerza un chorro de agua por la boca hacia un insecto posado sobre una rama, una hoja, incluso en vuelo, derribándolo. Puede acertar a una presa a dos metros de distancia, logro notable para un pez que mide unos 15 centímetros de longitud. El procedimiento consiste en aspirar el agua y contraer bruscamente algunos músculos bucales, lo que provoca la expulsión del líquido por un pequeño canal en la punta de su hocico. Pero esto no es todo; al estar sumergido, el pez arquero debe tener en cuenta un fenómeno físico que hace que un objeto no sea percibido en su posición real fuera del agua, y antes de efectuar el “disparo” tiene que calcular muy bien la distancia y el ángulo correcto. Los investigadores han observado que la mayoría de los tiros los realiza con un ángulo de 70° a 80°. Y por si fuera poco, Toxotes jaculatrix tiene la habilidad de elegir muy bien a sus presas, pues ataca únicamente a los insectos a los que hará caer en un lugar de cómodo acceso para él. Luego de haber leído el texto, responde estas preguntas: 1. ¿Cuál es el importante fenómeno físico que explica el sistema de caza del pez?

2. ¿Podrías afirmar que el pez arquero observa la posición real de sus presas? ¿Cómo justificarías tu respuesta?

3. ¿Qué factores debe tener presente el pez para poder acertar de manera exacta a sus presas? ¿Qué factores alterarían sus cálculos?

Guía didáctica del docente 79

Material fotocopiable

Instrumento de evaluación Nombre:

Curso: 1º medio

Marca con una X la alternativa correcta. 1. ¿Cuál de las siguientes opciones corresponde a la definición correcta de reflexión de la luz? A. Un rayo de luz que se propaga por un medio rebota al chocar con la frontera de otro medio. B. Un rayo de luz que se propaga por un medio es absorbido por un segundo medio. C. Un rayo de luz que se propaga por un medio se propaga en todas direcciones. D. Un rayo de luz que se propaga por un medio es paralelo a una superficie. E. Un rayo de luz que se propaga por un medio es perpendicular a una superficie. 2. Si un rayo luminoso se refleja en el ángulo indicado en la figura, entonces el ángulo de incidencia es de: A. 10° B. 20° C. 30° 50º

D. 40° E. 50°

3. Los rayos de luz paralelos al eje óptico de un espejo convexo convergen: A. en el foco. B. en el centro de curvatura. C. entre el vértice y el foco. D. entre el foco y el centro de curvatura. E. no convergen. 4. La siguiente figura representa un objeto frente a un espejo cóncavo. La flecha representa un objeto que está frente a él y que emite luz. El punto F corresponde al foco del espejo. Si la flecha negra se mueve hacia la derecha, más allá del foco, la imagen que de ella se forma en el espejo:

F

A. aumenta de tamaño. B. se mueve aproximándose al foco. C. se da vuelta. D. se mueve hacia la derecha hasta pasar el foco, momento en que se convierte en real. E. se mueve hacia la derecha hasta pasar el foco, momento en que se convierte en virtual. 80 Unidad 2: Propiedades y comportamiento de la luz

UNIDAD

Material fotocopiable

2

5. Cuando un haz monocromático de luz verde se propaga desde el aire y pasa hacia un cubo de vidrio, se puede afirmar correctamente que en el vidrio, el haz de luz verde: A. cambia de color. B. aumenta su frecuencia. C. disminuye su longitud de onda. D. mantiene constante su velocidad. E. Ninguna de las anteriores. 6. La luz se refracta al viajar del aire al vidrio porque: A. presenta mayor intensidad en el vidrio que en el aire. B. su frecuencia cambia cuando pasa del aire al vidrio. C. tiene mayor intensidad en el aire que en el vidrio. D. el índice de refracción del aire es menor que el del vidrio. E. posee mayor frecuencia en el vidrio que en el aire. 7. ¿Cuál de las siguientes opciones reúne las características ópticas del cristalino? I. Biconvexo. II. Bicóncavo. III. Divergente. IV. Convergente. A. I y II B. I y IV C. II y III D. II y IV E. III y IV 8. Dadas las siguientes afirmaciones referidas a las lentes, ¿cuál es la opción correcta? I. En una lente divergente, la imagen es siempre virtual, derecha y de menor tamaño. II. En una lente convergente, si el objeto se encuentra entre el foco y el infinito, su imagen será real e invertida. III. Si el objeto se ubica en el foco de una lente convergente, su imagen será real y derecha. A. Solo I B. Solo II C. Solo I y II D. Solo I y III E. I, II y III 9. ¿Cuál de las siguientes enfermedades a la visión se relacionan con una alteración de la forma del globo ocular? A. Daltonismo.

C. Astigmatismo.

B. Hipermetropía.

D. Miopía.

E. B y D son correctas.

Guía didáctica del docente 81

Material fotocopiable

10. Escoge la alternativa que presente la secuencia correcta de las estructuras del ojo, desde la más exterior a la más interior: A. Córnea - iris - pupila - retina - nervio óptico. B. Iris - córnea - pupila - nervio óptico - retina. C. Pupila - iris - córnea - retina - nervio óptico. D. Córnea - pupila - iris - retina - nervio óptico. E. Iris - pupila - córnea - retina - nervio óptico. 11. De las siguientes estructuras al interior de nuestro ojo, ¿cuál es responsable de la visión en colores? A. Pupila. B. Iris. C. Córnea. D. Retina. E. Ninguna de las anteriores. 12. ¿Cuál es la secuencia de eventos que permite la formación de imágenes en el ser humano? A. Entra luz por la pupila - traspasa el cristalino refractándose - el nervio óptico la corrige. B. Entra luz por la pupila - traspasa el cristalino refractándose - el nervio óptico la envía al cerebro - el cerebro la corrige. C. Entra luz por la pupila - traspasa la retina refractándose - el nervio óptico la corrige. D. Entra la luz por la pupila - traspasa el punto ciego refractándose - el nervio óptico la envía al cerebro - el cerebro la corrige. E. Entra luz por la pupila - traspasa los músculos ciliares refractándose - el nervio óptico la envía al cerebro - el cerebro la corrige. 13. El origen de la radiación electromagnética según la teoría ondulatoria de Huygens se debe a: A. la vibración del éter. B. la propagación de ondas mecánicas en el espacio. C. la vibración de los fotones. D. la existencia del vacío. E. la vibración de las partículas del aire. 14. Respecto de la naturaleza de la luz, ¿cuál de las siguientes opciones es correcta? I. La luz se propaga con mayor rapidez en el agua que en el aire. II. La velocidad de la luz en el vacío es de 300 000 km/h. III. La luz es energía y está compuesta por fotones. A. Solo I

C. Solo III

B. Solo II

D. Solo I y II

82 Unidad 2: Propiedades y comportamiento de la luz

E. Solo I y III

UNIDAD

Material fotocopiable

2

Tabla de especificaciones Área: Física Curso: 1º medio Nombre de la unidad: Propiedades y comportamiento de la luz

Objetivos de la unidad Comprender el fenómeno de reflexión y aplicarlo en espejos planos y curvos.

Comprender el fenómeno de refracción y aplicarlo en lentes convergentes y divergentes

Describir, en términos ópticos, el funcionamiento del ojo humano.

Contenidos

Habilidad

Ítem

Clave

Reflexión Espejos planos y curvos: cóncavos y convexos Formación de imágenes en espejos

Identificar

1

A

Reconocer

2

D

Comprender

3

E

Aplicar

4

C

Comprender

5

C

Comprender

6

D

Identificar

7

B

Relacionar

8

A

Secuenciar

9

E

Reconocer

10

A

Identificar

11

D

Secuenciar

12

D

Reconocer

13

A

Identificar

14

E

Refracción e índice de refracción Lentes convergentes y divergentes Instrumentos ópticos

Visión y luz Estructura del ojo Formación de imágenes Anomalías de la visión

Identificar y Naturaleza de la luz comprender algunas Espectro electromagnético interacciones del sonido Luz y colores con la materia. Analizar el efecto Doppler.

Criterios y niveles de logro Logrado: 3 a 5 ítems correctos. Por lograr: 0 a 2 ítems correctos.

Logrado: 3 a 5 ítems correctos. Por lograr: 0 a 2 ítems correctos.

Logrado: 3 a 5 ítems correctos. Por lograr: 0 a 2 ítems correctos.

Logrado: 2 ítems correctos. Por lograr: 0 a 1 ítem correcto.

Guía didáctica del docente 83

UNIDAD

3 1

El poder de la naturaleza: sismos y volcanes

Orientaciones curriculares Propósito de la unidad El objetivo de esta unidad es que los estudiantes comprendan fenómenos relacionados con los sismos y la actividad volcánica desde el punto de vista de la física. Debido a las características de nuestro territorio nacional, estos fenómenos resultan familiares para los estudiantes. Además, permite retomar y complementar los aprendizajes adquiridos en la Educación básica, como también aplicar lo aprendido en el estudio de las ondas de las primeras unidades del texto. Esta unidad comienza con el estudio de los sismos y las erupciones volcánicas a nivel local. La segunda parte describe la composición y estructura de la Tierra. También explica la teoría de tectónica de placas.

Objetivos Fundamentales Verticales De acuerdo con el Decreto Supremo de Educación N° 254 (página 283 y 284), los estudiantes serán capaces de: • Comprender el origen, la dinámica y los efectos de sismos y erupciones volcánicas en términos del movimiento de placas tectónicas y de la propagación de energía. • Reconocer los parámetros que se usan para determinar la actividad sísmica y las medidas que se deben tomar ante este tipo de manifestaciones geológicas. • Valorar el conocimiento del origen y el desarrollo histórico de conceptos y teorías, reconociendo su utilidad para comprender el quehacer científico y la construcción de conceptos nuevos más complejos. • Comprender la importancia de las teorías e hipótesis en la investigación científica y distinguir entre unas y otras.

Contenidos Mínimos Obligatorios De acuerdo con el Decreto Supremo de Educación N° 254 (página 285), los CMO son los siguientes: • Caracterización básica del origen, la dinámica y los efectos de la actividad sísmica y volcánica en términos de la tectónica de placas y de la propagación de energía. • Conocimiento de los parámetros que describen la actividad sísmica (magnitud, intensidad, epicentro, hipocentro) y de las medidas que se deben adoptar ante un movimiento telúrico. 84 Unidad 3: El poder de la naturaleza: sismos y volcanes

UNIDAD

Habilidades de Pensamiento Científico Habilidad

1

Lecciones 2 3

Distinción entre ley, teoría e hipótesis y caracterización de su importancia en el desarrollo del conocimiento científico. Análisis del desarrollo de alguna teoría o concepto relacionado con los temas del nivel, con énfasis en la construcción de teorías y conceptos complejos.

3

4

• • • •

Aprendizajes esperados en relación con los OFT De acuerdo con el Programa de Estudio de Primer año medio de Física (página 71), son los siguientes: Manifestar interés por conocer más de la realidad y utilizar sus conocimientos al estudiar los fenómenos abordados en la unidad: • Busca información complementaria sobre aspectos que despertaron interés en la unidad. • Formula preguntas espontáneas cuando tiene dudas y/o para motivar la reflexión entre sus pares. Valorar la perseverancia, el rigor, la flexibilidad y la originalidad al desarrollar las actividades de la unidad: • Inicia y termina las investigaciones o trabajos asumidos. • Registra, de acuerdo a un orden establecido, los datos producidos en torno al tema de trabajo. • Sigue adecuadamente los pasos involucrados en el desarrollo de las actividades de la unidad. • Reformula y adapta las tareas ante nuevas circunstancias o ante nuevas ideas. Distinguir la importancia de las medidas de seguridad y de su cumplimiento: • Explica la importancia de las normas de seguridad. • Formula medidas para prevenir accidentes y para actuar en caso de emergencias. • Evalúa críticamente aspectos de planos urbanos y/o de construcciones en función de su cumplimiento con criterios de seguridad.

Guía didáctica del docente 85

Planificación de la unidad Aprendizajes esperados Distinguir los parámetros que se usan para determinar la actividad sísmica y las medidas que se deben tomar ante este tipo de manifestaciones geológicas.

Objetivos de la unidad Comprender los parámetros que describen la actividad sísmica, conocer las escalas sismográficas y reconocer las medidas de seguridad adoptadas frente a un sismo.

Lección 1 ¿Qué son los sismos?

Contenidos • Sismos en Chile. • Características de los sismos. • Ondas sísmicas • Magnitud e intensidad de un sismo. • Origen de un tsunami. • Medidas de seguridad frente a un sismo.

Distinguir los parámetros que se usan para determinar la actividad sísmica y las medidas que se deben tomar ante este tipo de manifestaciones geológicas.

Caracterizar el origen, la 2 dinámica y los efectos ¿Qué son los físicos de la actividad volcanes? volcánica en términos de la liberación y propagación de energía.

• Actividad interna de la Tierra. • Volcanes en Chile. • Descripción de un volcán y sus productos. • Hotspots. • Consecuencias de la actividad volcánica.

Describir el origen, la dinámica y los efectos de sismos y erupciones volcánicas en términos del movimiento de placas tectónicas y de la liberación y propagación de energía.

Caracterizar las distintas 3 capas que forman la ¿Cómo es el interior Tierra para explicar de la Tierra? diversos fenómenos geológicos.

• Medidas de seguridad frente a una erupción volcánica. • Estructura interna de la Tierra. • Origen del calor interno de la Tierra. • Modelo estático y dinámico. • Corrientes de convección. • Manifestaciones del calor interno terrestre.

Describir el origen, la dinámica y los efectos de sismos y erupciones volcánicas en términos del movimiento de placas tectónicas y de la liberación y propagación de energía.

Identificar las evidencias científicas que respaldan la teoría de la tectónica de placas.

86 Unidad 3: El poder de la naturaleza: sismos y volcanes

4 ¿Cómo advertimos los cambios en la superficie terrestre?

• Hipótesis de la deriva continental. • Pruebas que avalan la teoría de Wegener. • Tectónica de placas. • Transformación de la hipótesis en teoría de tectónica de placas.

UNIDAD

Instrumentos de evaluación • Actividad exploratoria (pág. 134) • Actividades de cierre (pág. 143)

Indicadores de evaluación • Identifican los sismos más catastróficos que han ocurrido en Chile.

3

Tiempo estimado (horas pedagógicas) 4

• Caracterizan los parámetros básicos que describen la actividad sísmica (magnitud, intensidad, epicentro, hipocentro). • Diferencian las escalas sismológicas de Richter y de Mercalli.

• Actividad exploratoria (pág. 144) • Actividades de cierre (pág. 150) • Evaluación de proceso (págs. 152 y 153)

• Actividad exploratoria (pág. 154) • Actividades de cierre (pág. 159)

• Identifican las medidas de seguridad que se deben adoptar antes o durante un movimiento telúrico. • Identifican los volcanes y su abundancia en el territorio chileno.

4

• Describen las estructuras que forman parte de un volcán. • Exponen el origen, la dinámica y los efectos físicos de la actividad volcánica.

• Identifican las diferentes capas que componen a la Tierra y su origen durante la formación del planeta.

4

• Establecen diferencias entre el modelo estático y dinámico que describen la composición terrestre.

• Actividad exploratoria (pág. 160) • Actividades de cierre (pág. 166) • Evaluación de proceso (págs. 170 y 171). • Evaluación final (págs. 174-177).

• Deducen que las corrientes de convección del manto son responsables de algunos fenómenos geológicos. • Describen en términos generales las principales ideas que sustenta la teoría de tectónica de placas.

6

• Localizan en un mapa las placas tectónicas de la Tierra. • Formulan hipótesis y explicaciones sobre el origen del movimiento de las placas tectónicas, su relación con la formación de cordilleras y la relación entre la interacción de las placas tectónicas y la actividad volcánica. Guía didáctica del docente 87

Prerrequisitos y bibliografía de la unidad A continuación, se describen los prerrequisitos necesarios para la unidad, como también algunos textos de consulta.

Prerrequisitos Lección 1 ¿Qué son los sismos?

Lección 2 ¿Qué son los volcanes?

Cambios y movimientos de la litósfera. Características generales de los movimientos telúricos en el territorio nacional. Lección 3 ¿Cómo es el interior de la Tierra?

Cambios que ocurren en la litósfera. Aspectos relacionados con erupciones volcánicas en Chile. Lección 4 ¿Cómo advertimos los cambios en la superficie terrestre?

Actividad sísmica y volcánica Aspectos relacionados con la estructura interna de la Tierra.

Composición y estructura interna de la Tierra. Cambios que ocurren en la superficie terrestre.

Bibliografía de referencia Lección 1 ¿Qué son los sismos? • Lanza, C. (2012). Capítulos 1, 2 y 3. En: Catástrofes de Chile, álbum de prensa de antaño. (1a ed.). Santiago: RIL editores. . • Varios autores (2009). Terremotos, cuando la Tierra tiembla. (1a ed.). Madrid: Catarata. Lección 2 ¿Qué son los volcanes? • Dobeck, M. (2011). Volcanes, el poder asombroso de la naturaleza. (1a ed.). Guangzhou: Benchmark Education Company L. L. C. Lección 3 ¿Cómo es el interior de la Tierra? • Gass, I., Smith, P. y Wilson, R. (2002). Capítulos 3, 4 y 5. En: Introducción a las ciencias de la Tierra. (2a ed.). Barcelona: Editorial Reverté. Lección 4 ¿Cómo advertimos los cambios en la superficie terrestre? • Monroe, J., Wicander, R. y Pozo, M. (2008). Geología. Dinámica y evolución de la Tierra. (1a ed.). Madrid: Paraninfo S. A.

88 Unidad 3: El poder de la naturaleza: sismos y volcanes

UNIDAD

Orientaciones para el inicio de la unidad (páginas 132 y 133)

3

A continuación, podrá encontrar algunas referencias para utilizar los elementos y secciones que constituyen las páginas de inicio de la unidad.

Para comenzar Esta sección es útil para corregir y verificar algunos errores y conceptos previos. • Invite a sus estudiantes a que observen la imagen y a que lean el párrafo de este recuadro. Pídales que recuerden, de acuerdo con sus experiencias personales, cuándo fue la última vez que supieron acerca de una erupción volcánica o de un sismo en Chile y cuáles fueron sus consecuencias. • Para complementar el desarrollo de esta tarea, se puede presentar información periodística relacionada con estos eventos en todo el mundo, y hacer hincapié en los eventos volcánicos y sísmicos que han ocurrido en nuestro país y que han aparecido en los medios de comunicación. Respuestas esperadas 1. Se busca que los estudiantes que hayan visto este fenómeno natural en algún medio de comunicación lo describan como inesperado y violento en términos de que puede ocurrir en cualquier momento y puede ocasionar daños irreparables. 2. Como los estudiantes conocen algunos aspectos sobre actividad volcánica, deberían responder que el magma proviene del manto terrestre. 3. La respuesta que se espera es que como la superficie terrestre está dividida en placas que se movilizan, este movimiento provoca que se produzcan sismos.

Me preparo para la unidad • Pida a sus estudiantes que se reúnan en grupos para responder las preguntas de esta sección. Oriéntelos para que busquen información en sitios confiables y que se centren en los eventos volcánicos y sísmicos que han ocurrido en la región donde viven. • Como se trata de una actividad inicial, no es necesario que realicen una investigación bibliográfica tan acabada, sino más bien que vayan descubriendo, por medio de la indagación, que los sismos y las erupciones volcánicas son muy frecuentes en Chile y que se relacionan entre sí.

En esta unidad aprenderás... • Invite a sus estudiantes a que lean cada uno de los objetivos específicos para cada lección y que comenten qué es lo que significa cada uno de ellos, es decir, qué es lo que aprenderán en palabras simples. De esta manera podrá comprobar la comprensión e interpretación de la información que pueden desarrollar los estudiantes.

Guía didáctica del docente 89

Orientaciones de trabajo Lección 1 (páginas 134 a 143) A continuación, se desarrollan algunas sugerencias para iniciar la lección, haciendo énfasis en los prerrequisitos y en las experiencias previas que se buscan detectar con las secciones Necesitas saber y Actividad exploratoria.

Sugerencias de inicio de lección Necesitas saber... (página 134) • Cambios y movimientos de la litósfera. • Uno de los prerrequisitos fundamentales para trabajar esta unidad es el concepto de energía interna de la Tierra, junto con las características básicas de la litósfera, ambos contenidos ya tratados en cursos anteriores. Esto permitirá a los estudiantes relacionar el movimiento y choque de las placas tectónicas con los sismos, y la comunicación del manto terrestre con el exterior por medio de grietas que hacen que el magma emerja hasta la superficie. • En años anteriores, los estudiantes aprendieron aspectos y características generales de los sismos. Para motivar y activar el conocimiento adquirido, se presenta una noticia relacionada con el terremoto del 27 de febrero de 2010. Con el relato se busca recoger la experiencia que vivió cada uno de ellos, junto con relacionar este evento con sus causas. • Luego de esta reflexión, solicite a los estudiantes que observen la fotografía y que respondan las preguntas asociadas. Anote en la pizarra las respuestas a modo de lluvia de ideas. En esta etapa no importa si las respuestas son o no correctas, pues solo se pretende motivar y explorar las ideas previas y preconceptos.

Actividad exploratoria (página 134) Respuestas esperadas 1. Según lo que aprendieron en años anteriores, los estudiantes podrían responder que los sismos se originan producto del movimiento y choque de las placas tectónicas que conforman la litósfera. 2. Podrían afirmar que un terremoto es de mayor intensidad que un sismo. Sin embargo, puede orientarlos durante la lección para que comprendan que se suele utilizar el concepto de sismo, independiente de su intensidad, para referirse a los movimientos bruscos de la superficie terrestre. El término terremoto posee el mismo significado, solo que las personas lo asocian a sismos de mayor intensidad. 3. Se espera que los estudiantes asocien la intensidad de 8,8 grados a la destrucción de grandes estructuras. No es necesario que asocien de inmediato una escala de medición. 4. Esta respuesta es variable. Se recomienda que acompañe a los estudiantes en esta respuesta, pues alguno de ellos podría haber vivido experiencias extremas durante ese sismo.

90 Unidad 3: El poder de la naturaleza: sismos y volcanes

UNIDAD

Sugerencias de desarrollo de lección

3

• En el desarrollo de esta lección se retoma el análisis de las características de los movimientos periódicos, vistos en 8º básico. El objetivo es reconocer las características de los movimientos periódicos e identificar fenómenos o dispositivos donde se manifiestan. Esto ayuda a generar un refuerzo de ideas previas para comenzar el estudio de las ondas propiamente tal. • También se presentan las respuestas esperadas de las actividades, los errores frecuentes de los estudiantes y diversas actividades e información complementaria para enriquecer la lección.

Tratamiento de errores frecuentes • Los estudiantes se refieren habitualmente a la magnitud de un sismo con “grados”. Por ejemplo, suelen afirmar que un terremoto fue de magnitud 5,2 “grados” en la escala de Richter. Explíqueles que lo correcto sería decir que un terremoto tuvo una magnitud 5,2 en la escala de Richter. La escala Richter no posee grados, debido a que mide la magnitud de la energía liberada en el sismo, por lo que sus valores no están asociados a dos puntos elegidos arbitrariamente, sino que son, en palabras sencillas, valores absolutos.

Actividad 1 (página 137) Respuestas esperadas 1. No, los sismos superficiales se perciben con mayor intensidad que los sismos más profundos. 2. Los sismos cuyos hipocentros se encuentran a mayor profundidad se perciben generalmente con menor intensidad que aquellos cuyo hipocentro está más cerca de la superficie. Actividades complementarias Estas actividades permiten reforzar los aspectos relacionados con los sismos y su origen. Nivel básico Antepón la letra de cada concepto en el espacio de la descripción que corresponda. Son ondas longitudinales que viajan en la misma dirección en la que se mueven las partículas. Son ondas transversales que se propagan perpendicularmente al B. Hipocentro movimiento de las partículas.

A. Sismo

C. Ondas P

Es el punto donde el sismo se percibe primero y con mayor intensidad.

D. Ondas S

Corresponde al lugar donde se produce la rotura o grieta.

E. Ondas L F. Ondas R G. Epicentro

Son movimientos bruscos que experimenta la superficie terrestre producto de la liberación de grandes cantidades de energía. Es un movimiento elíptico bajo la superficie, similar a las ondas que se producen en el mar. Es un movimiento de corte, perpendicular a la expansión del movimiento.

Guía didáctica del docente 91

Nivel avanzado Observa la siguiente figura y luego responde las preguntas asociadas. a. Indica en la figura los tipos de ondas que alcanzan cada una de las ondas que se encuentran entre las flechas. b. ¿Que representa la letra C indicada en la figura? som bra

ond as P

y

zona de S das on

C NÚCLEO EXTERIOR

S as nd

MANTO

sólo ondas P

NÚCLEO INTERIOR

a de zon

ond as P

bra som

yo

Solucionario de las actividades complementarias Nivel básico A. Sismo B. Hipocentro C. Ondas P D. Ondas S E. Ondas L F. Ondas R G. Epicentro Nivel avanzado zona de S das on

som bra

ond as P

y

a.

SISMO NÚCLEO EXTERIOR

S as nd

MANTO

bra som

ond as P

yo

92 Unidad 3: El poder de la naturaleza: sismos y volcanes

a de zon

b. El punto C indica el foco sísmico o hipocentro.

sólo ondas P

NÚCLEO INTERIOR

UNIDAD

Ejemplo resuelto 1 (página 140)

3

Respuesta esperada Para llegar a la respuesta correcta, se busca que los estudiantes hayan seguido paso a paso las etapas de esta sección. Procure desarrollarla junto con ellos para resolver sus dudas. El dibujo que responde la subsección Ahora tú es el siguiente:

Minitaller científico 1 (página 141) Respuestas esperadas a. Según los movimientos descritos, se imitaron ondas P, ondas Love y ondas S, respectivamente. b. Los estudiantes deberían responder que no todas las ondas sísmicas generan los mismos efectos de acuerdo con los movimientos representados y con el movimientos de las casas de juguete sobre la jalea. c. Respecto de la representación y lo que aprendieron en la lección, las ondas sísmicas más destructivas son las ondas Love. d. Esta respuesta es variable, sin embargo se espera que los estudiantes predigan que si todos los tipos de ondas se dieran al mismo tiempo, la destrucción que ocasionarían los sismos sería devastadora para la población.

Información complementaria 1 Ondas sísmicas Las ondas sísmicas que se generan en el hipocentro, llamadas ondas de cuerpo, son de dos tipos y se diferencian en que la onda P (primaria) es una onda longitudinal y la onda S (secundaria) es una onda transversal. Como estas ondas se propagan en tres dimensiones, viajan a la superficie, pero también hacia el interior de la Tierra. Las ondas longitudinales P no se propagan en la región fundida de la Tierra, por lo tanto, al llegar al manto, la onda cambia su comportamiento y esta onda P se transforma en una onda transversal u onda S. Al volver a encontrarse con un medio sólido, la onda puede tener dos comportamientos: seguir propagándose como onda S o volver a su antiguo comportamiento longitudinal de onda P. Hay ondas que cambian de comportamiento cada vez que se encuentran con una fase distinta. Debido a este comportamiento de las ondas sísmicas es que se ha podido estudiar y conocer la composición y estado de las capas de la Tierra. Fuente: Archivo editorial

Guía didáctica del docente 93

Actividades complementarias Estas actividades ayudan a mejorar la comprensión respecto de las escalas sismográficas y su función para la interpretación de los efectos y consecuencias de los sismos. Nivel básico Realiza un cuadro comparativo con tres diferencias entre los conceptos de magnitud e intensidad. Magnitud

Intensidad

1.

1.

2.

2.

3.

3.

Nivel avanzado Como sabes, las vibraciones producidas por un terremoto se reflejan en un sismograma. Analiza el dibujo que aparece a continuación y luego responde las siguientes preguntas: a. ¿Qué tipo de ondas están representadas con las letras X e Y en el dibujo? b. Argumenta cómo pudiste determinar cada tipo de onda sísmica, representadas en el sismograma.

X

Y

Solucionario de las actividades complementarias Nivel básico Magnitud

Intensidad

1. Considera la energía que se libera durante el sismo.

1. Corresponde a la estimación de los daños que ocasiona.

2. Se mide con la escala de Richter.

2. Se mide con la escala de Mercalli.

3. No tiene límite superior su escala de medición.

3. Su escala de medición tiene doce grados y se representa con números romanos.

Nivel avanzado a.

Ondas P Ondas S

94 Unidad 3: El poder de la naturaleza: sismos y volcanes

b. Las primeras ondas que se registran en un sismograma son las ondas P, que se propagan a mayor velocidad que las ondas S y que las ondas superficiales.

UNIDAD

Actividades complementarias

3

Estas actividades contribuyen a que refuerces y recuerdes las medidas de seguridad que debes llevar a cabo frente a un sismo. Nivel básico Reúnanse en grupos de tres o cuatro integrantes y completen el siguiente cuadro con cuatro acciones que se deben aplicar antes, durante y después de un sismo si es que se encontraran en el colegio, específicamente dentro de la sala de clases. Antes

Durante

Después

1.

1.

1.

2.

2.

2.

3.

3.

3.

4.

4.

4.

Nivel avanzado El informe preliminar del Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS, por sus siglas en inglés) señaló que el fuerte sismo tuvo una intensidad de 6,6 grados en la escala de Richter y se registró a las 20:03 horas locales. El epicentro del temblor se ubicó a 10,7 kilómetros de profundidad, a 54 kilómetros al suroeste de la ciudad de Coquimbo, en Chile. El USGS, minutos después del movimiento telúrico, descartó una alerta de tsunami en la región. a. La siguiente frase del texto: “El fuerte sismo tuvo una intensidad de 6,6 grados en la escala de Richter” posee un error. ¿Cuál es?, ¿por qué? b. Según lo que acabas de leer, ¿en qué parte del país se pudo percibir el sismo primero?, ¿por qué? c. ¿Por qué crees que se descartó la alerta de tsunami? Explica. Solucionario de las actividades complementarias Nivel básico Antes 1. Debe haber un encargado de abrir la puerta frente a un suceso de sismo. 2. Señalicen de forma legible las vías de escape.

Durante

Después

1. Mantener la calma y 1. No trate de mover de extenderla hacia los demás forma indebida a los compañeros. heridos con fractura. 2. Mantenerse alejado de 2. No transitar por donde ventanales y/o objetos que haya vidrios rotos, cables puedan caerse. de luz, ni toque objetos metálicos.

Guía didáctica del docente 95

3. Procurar nunca tener 3. Protéjanse la cabeza con bolsos o mochilas en los los brazos o ubícate a pasillos, de forma que un costado de tu mesa entorpezcan un camino (formando el triángulo de expedito. salvación). 4. Aseguren los objetos de 4. Si estás en un segundo gran tamaño, como la piso, no te precipites estantería, pizarra, etcétera. a las salidas, ya que las escaleras podrían estar congestionadas.

3. No bebas agua de la llave, a menos que sea 100 % seguro.

4. No utilices el celular de forma indebida, ya que se bloquearán las líneas telefónicas.

Nivel avanzado a. El error de la frase “El fuerte sismo tuvo una intensidad de 6,6 grados en la escala de Richter” es la palabra “intensidad”, ya que la escala de Richter mide la magnitud del sismo, es decir, la energía que fue liberada durante el sismo. Por lo tanto, debería señalar que el sismo tuvo una magnitud de 6,6 es la escala de Richter; en cambio, la intensidad es medida con la escala de Mercalli. b. Debido a que el epicentro fue en la Región de Coquimbo, sus habitantes fueron los primeros en percibir el sismo, y con mayor intensidad. c. Porque los tsunamis son producidos cuando el epicentro está ubicado en las profundidades del océano, y en este caso el epicentro no cumplía con estas características.

Información complementaria 2 Mineduc y Onemi rinden homenaje a Francisca Cooper Las autoridades de ambas entidades anunciaron que el plan de seguridad escolar reforzado del próximo año llevará el nombre de la profesora chilena. El Ministerio de Educación (Mineduc) y la Oficina Nacional de Emergencia (Onemi) acordaron que el plan de seguridad escolar reforzado para el 2005 llevará el nombre de Francisca Cooper, la profesora chilena que recientemente perdió la vida en el tsunami ocurrido en el sudeste asiático. El acuerdo fue consensuado por el ministro Sergio Bitar y por el director de la Onemi, el doctor Alberto Maturana. “Creemos que es indispensable que el nuevo plan de seguridad escolar, que está funcionando desde el 2001 para todos los colegios de Chile, se complemente con ejercicios periódicos ante eventuales riesgos de sismos”, manifestó Bitar. Con este propósito ambas instituciones han preparado un programa que contempla tres simulacros zonales: norte, centro y sur. “En la zona norte se hará un simulacro de tsunami; en la zona centro un simulacro de terremoto y en el sur uno de erupción volcánica”, dijo el secretario de Estado. Por su parte, el doctor Maturana sostuvo que este paquete de medidas que ha anunciado el ministro, y en el cual un elemento muy coyuntural son los ejercicios zonales, se complementará con videos interactivos que obligarán a cada unidad educativa a seguir un proceso. “Todo sirve en la medida en que la comunidad tenga la capacidad de reaccionar frente a estos sucesos’’, concluyó. Fuente: EMOL. Chile. Recuperado el 30 de noviembre de 2013desde: http://www.emol.com/noticias/nacional/2005/01/06/168928/mineduc-y-onemi-rinden-homenaje-a-franciscacooper.html

96 Unidad 3: El poder de la naturaleza: sismos y volcanes

UNIDAD

Sugerencias para el cierre de la lección

3

• Al final de esta lección se abordan los conceptos de “peligro” y “riesgo sísmico”. El tratamiento de estos temas es una buena oportunidad para establecer responsabilidades, tanto individuales como colectivas, en lo referido a minimizar las conductas de inseguridad. • Para profundizar y conocer lo que propone la Oficina Nacional de Emergencia (Onemi) respecto de las conductas de seguridad frente a un sismo, invite a sus estudiantes a que lean y analicen en parejas la información de la página 143. Luego, pídales que identifiquen las ventajas de cada una de las conductas seguras y por qué creen ellos que se recomiendan.

Actividades de cierre (página 143) Respuestas esperadas 1. No, porque depende de la percepción de cada persona, o de los daños, que pueden variar en diferentes lugares. 2. Es un sismo percibido por toda la población. Se mueven los muebles pesados. 3. Si bien esta respuesta es variable, se espera que los estudiantes incluyan en su afiche las medidas básicas del plan Cooper. Para esto, pueden descargar el documento con la información desde el sitio web http://www.onemi.cl/sites/default/files/plan_de_seguridad_escolar_2011.pdf Para evaluar el afiche, puede utilizar la siguiente lista de cotejo:

Descriptor

Sí

No

Limpieza y organización adecuada de los elementos en el espacio disponible. Las imágenes, fotografías e ilustraciones poseen textos explicativos asociados. Las imágenes son representativas del tema que se expone. La letra es clara y la redacción es comprensible para todas las personas que lo leen.

Guía didáctica del docente 97

Orientaciones de trabajo Lección 2 (páginas 144 a 150) Sugerencias de inicio de lección • A continuación, se desarrollan algunas sugerencias para iniciar la lección, haciendo énfasis en los prerrequisitos y en las experiencias previas que se busca detectar con las secciones Necesitas saber y Actividad exploratoria.

Necesitas saber… (página 144) • Las mismas características geológicas que hacen de Chile un país sísmico son las responsables de la intensa actividad volcánica que se manifiesta en nuestro país. Es importante que los estudiantes recuerden que la energía interna del planeta se relaciona con estos fenómenos, debido a que es esta energía la que ocasiona el dinamismo de las capas superiores de la Tierra. • En años anteriores, específicamente en el nivel anterior, los estudiantes aprendieron aspectos relacionados con la formación de las rocas y los aspectos básicos de la actividad volcánica; por ejemplo, ya conocen la estructura de un volcán, la composición interna de la Tierra y la comunicación que se da entre el manto y la superficie terrestre por medio de las estructuras volcánicas. De acuerdo con esto, invítelos a que respondan las siguientes preguntas: – ¿Por qué se dice que la actividad sísmica y la volcánica se relacionan con la tectónica de placas? – ¿De dónde proviene el material que emerge desde un volcán? – ¿Cuál es la explicación de que, durante una erupción volcánica, ocurran sismos?

Tratamiento de errores frecuentes • Puede que los estudiantes tengan asociado, como idea previa, que los volcanes solo se ubican en zonas donde se unen límites de placas tectónicas. Lo anterior se considera un error, puesto que existen puntos calientes, que son zonas de alta actividad volcánica que no están relacionados con los sectores limítrofes de las placas. Una de las teorías de la aparición de estos puntos calientes es que se han producido grietas en la litósfera, a través de las cuales emerge material proveniente del manto.

Actividad exploratoria (página 144) Respuestas esperadas 1. Para esta respuesta, oriente a sus estudiantes para que recurran a fuentes confiables y permanentes como sustrato de información. Indíqueles que pueden utilizar el Atlas Geográfico para la Educación, del Instituto Geográfico Militar, IGM. 2. a. Si se observa humo en el cráter de un volcán, podría ser un indicador de que está entrando en actividad. Desde este punto de vista, se podría afirmar que es posible predecir una erupción volcánica. b. Tanto el humo proveniente del cráter de un volcán como los sismos que se podrían percibir en las cercanías de este podrían ser señales de que se aproxima una erupción volcánica. c. Se espera que los estudiantes recuerden que el material que se elimina en las erupciones volcánicas proviene desde la parte superior del manto.

98 Unidad 3: El poder de la naturaleza: sismos y volcanes

UNIDAD

Sugerencias de desarrollo de lección

3

• El objetivo de la lección es que los estudiantes conozcan los principales volcanes de Chile y su distribución geográfica. Con el propósito de motivar el tema, se sugiere llevar información periodística a la sala acerca del volcán Chaitén y analizar en conjunto cómo la actividad volcánica puede afectar el entorno, al extremo de tener que relocalizar un pueblo completo. • Invítelos a que ubiquen en un mapa de Chile las zonas o regiones que han presentado mayor actividad volcánica en los últimos años. Luego, explíqueles que esta información les será muy útil cuando estudien la tectónica de placas, en la lección siguiente. • Es interesante trabajar algunos contenidos utilizando el método de la indagación, ya que de este modo los estudiantes son capaces de construir sus propias ideas y de aprender de forma autónoma. En este caso, cuando determinen que las zonas con mayor actividad volcánica de Chile coinciden con los bordes de subducción de las placas donde se sitúa nuestro país, logrará fijar el conocimiento y transformarlo en significativo, ya que ellos mismos habrán realizado la asociación. • Refuerce la idea de que aunque el vulcanismo generalmente se asocia con las espectaculares y desastrosas erupciones que afectan grandes terrenos, existen otras manifestaciones menos violentas, que se han convertido en atractivos turísticos, como las aguas termales y los géiseres.

Actividad 2 (página 146) Respuesta esperada Se pretende que los estudiantes investiguen y seleccionen datos que se relacionen con la impactante liberación de energía y materiales desde el volcán. Indíqueles que es fundamental considerar que la magnitud de la erupción hizo explotar casi la totalidad de la isla donde se ubica el volcán, y que hubo otro tipo de consecuencias, como los sucesivos tsunamis y una nube gigantesca de cenizas, que se desplazaron kilómetros producto del viento.

Minitaller científico 2 (página 147) Respuestas esperadas a. Podrían responder que la inclinación del cono del modelo ayuda a representar la rapidez con la que se desplaza la lava que emana del volcán, provocando daños en corto tiempo. b. La reacción entre el bicarbonato y el vinagre produce CO2, por lo cual si se tapara la botella, el gas ejercería presión contra las paredes de la botella. Esto podría provocar que la botella explotara o que la tapa saliera despedida con mucha fuerza. c. Para realizar esta comparación, podrían mezclar vinagre con lavalozas u otro producto más consistente. Esto les ayudará a entender que la diferencia en la viscosidad de la lava influye en la extensión de terreno que puede abarcar y, por ende, en el daño que puede provocar.

Guía didáctica del docente 99

Actividades complementarias Estas actividades contribuyen a reforzar los aspectos relacionados con la estructura y composición de un volcán. Nivel básico Observa la imagen y luego completa los recuadros con las partes de un volcán.

Nivel avanzado Lee el siguiente párrafo y luego responde las preguntas. Abril 2009: se mantiene la actividad eruptiva del volcán Chaitén en Chile. Esta ha ido en aumento y es mayor a la registrada antes del colapso del complejo de domos. Se espera un aumento en la tasa de emisión de lava y piroclastos. a. ¿Qué significa que “se mantiene la actividad eruptiva del volcán Chaitén”? b. Explica qué quiere decir la frase “se espera un aumento en la tasa de emisión de lava y piroclastos”. Fundamenta tu respuesta. Solucionario de las actividades complementarias Nivel básico

Cráter

Chimenea principal Chimeneas laterales

Cono

Magma

Nivel avanzado a. Que todavía existe un riesgo latente de que el volcán Chaitén expulse gran cantidad de material caliente llamado magma, el cual es una mezcla de roca fundida y gases, que al salir al exterior, se le denomina lava. b. Se espera que el volcán Chaitén libere grandes cantidades de lava, lo cual destruye la flora y fauna al incinerar grandes extensiones de terreno, además de un flujo de piroclastos que corresponde a una nube ardiente de cenizas, gases y, principalmente, rocas. 100 Unidad 3: El poder de la naturaleza: sismos y volcanes

UNIDAD

Actividad 3 (página 148)

3

Respuesta esperada Para esta pregunta se busca que los estudiantes identifiquen que la lava no es el único producto que emana desde un volcán. Por lo anterior es que no necesariamente podrían estar a salvo, ya que los gases tóxicos y los materiales piroclásticos arrojados por el volcán pueden alcanzar grandes distancias.

Información complementaria 3 OVDAS El Observatorio Volcanológico de los Andes del Sur (OVDAS) fue creado por Sernageomin en 1992, en el marco de la “Década Internacional para la Reducción de Desastres Naturales”, decretada por las Naciones Unidas. Está localizado en la cima del cerro Ñielol de Temuco, desde donde mantiene una red de vigilancia continua y permanente de la cadena volcánica más peligrosa de los Andes del sur, a través de un conjunto de estaciones sismológicas transmisoras, receptoras y locales. Se encuentra frente a los volcanes Villarrica y Llaima, dos de los más activos de Sudamérica y cercanos a localidades habitadas, lo que permite conocer líneas de base sísmicas geoquímicas y geofísicas en los volcanes que presenten mayor riesgo y pronosticar las acciones frente a eventuales erupciones para prevenir y mitigar sus consecuencias. Fuente: www.sernageomin.cl

Actividad 4 (página 149) Respuestas esperadas 1. En Chile existen cientos de fuentes termales, las que se distribuyen por todo el territorio nacional. Algunas de ellas se ubican a nivel del mar, mientras que otras están localizadas a más de 3 000 metros de altura. Las fuentes de agua termales se distribuyen principalmente en el sector del altiplano norte (desde San Pedro de Atacama hasta Putre), en la zona central (falla de Pocuro) y en el sur del país (falla de Liquiñe-Ofqui), desde el volcán Llaima hasta el volcán Hudson. 2. Los géiseres y fuentes termales se encuentran normalmente cerca de lugares con actividad volcánica, puesto que allí existen grietas por donde se filtra el agua superficial. Esta, al llegar a zonas de alta temperatura que rodean un reservorio de magma, se calienta y sube de vuelta a la superficie.

Sugerencias de cierre de lección • Al igual que en la lección anterior, relacionada con los sismos, se sugiere trabajar con los estudiantes en torno a una reflexión final respecto de lo imponente e impredecibles que son las fuerzas de la naturaleza, frente a las cuales el ser humano debe buscar formas de mitigar los efectos y consecuencias. • Pídales que comenten en grupos qué harían en caso de una erupción volcánica en las cercanías de su localidad. Luego, invítelos a que analicen las propuestas de la Onemi. Así podrán compararlas con las ideas que les podrían haber surgido en la conversación con sus compañeros.

Guía didáctica del docente 101

Actividades de cierre (página 150) Respuestas esperadas 1 . a. El agua salpica más que el puré cuando pierde las burbujas. b. Mientras más temperatura presenta el magma, tiende a ser más líquido. Por esto, un magma que esté a menor temperatura podría parecerse más al puré. 2 . A. Alta temperatura del magma; B. Temperatura intermedia; C. Temperatura baja.

Solucionario Evaluación de proceso (páginas 152 a 153) Organizando lo aprendido Los estudiantes podrían obtener un organizador gráfico como el siguiente: Dinámica terrestre

Terremotos

o

Sismos

se miden con las escalas

Richter

Mercalli

que indica

que indica

Magnitud

Intensidad

102 Unidad 3: El poder de la naturaleza: sismos y volcanes

Actividad volcánica

para los que existen

que se observa en

Medidas de prevención

Volcanes

UNIDAD

Actividades

3

Respuestas esperadas 1. Las explosiones más violentas son aquellas que destruyen varias chimeneas laterales ya que la presión al interior de la cámara magmática es mayor, lo que provoca erupciones muy agresivas. 2. No. Los pescadores en altamar no perciben los efectos del tsunami, pues en alta mar la variación en la altura de las olas es imperceptible. 3. Porque es importante conocer tanto los efectos del sismo en la población como sus consecuencias en las estructuras. Si solo se midiera con la escala Mercalli, faltaría información objetiva respecto de las características físicas del sismo, como la energía liberada. 4. La onda A representa una onda superficial tipo L y la B representa una onda P. Las ondas superficiales son las que provocan daños en las estructuras. 5 . a. Temperatura (°C)

Longitud de la colada de lava (cm)

60

15

70

17

80

20

90

23

100

28

Longitud de la colada de lava (cm)

b. El gráfico obtenido, a partir de la tabla de datos, es el siguiente: 28

30 25 20 15 10

23 15

17

20

5 0

60

70

80

90

100

Temperatura (ºC) c. Podrían haber incluido un título y los valores en cada barra. d. La longitud que alcanza la cera (que simula lava) cuando escurre a diferentes temperaturas. e. No es posible determinar la velocidad a la que escurre la lava, ni tampoco la extensión de terreno que podría afectar.

Guía didáctica del docente 103

Orientaciones de trabajo Lección 3 (páginas 154 a 159) Sugerencias de inicio de lección • Las orientaciones que se presentan a continuación tienen como objetivo reforzar el trabajo y motivación para el inicio de esta lección. Específicamente se entregan sugerencias para trabajar con las experiencias previas y los prerrequisitos, que desarrollan las secciones Necesitas saber y Actividad exploratoria, respectivamente.

Necesitas saber… (página 154) Como una forma de acercar el tema desde las experiencias y conocimientos previos de sus estudiantes, formule preguntas como las siguientes: • ¿Las fuerzas dinámicas que producen estos fenómenos modifican el paisaje a lo largo de los años? • ¿Qué relación se puede establecer entre la composición de la Tierra y el origen de los sismos y los volcanes?

Actividad exploratoria (página 154) Respuestas esperadas

a. De acuerdo con las observaciones que deberían haber realizado los estudiantes, el montaje corresponde a una representación o modelo de un hecho físico, como es el movimiento de las placas tectónicas. b. Los trozos de plumavit representan los fragmentos de litósfera (placas). c. En el modelo, los trozos de plumavit se mueven debido al calentamiento del agua.

Tratamiento de errores frecuentes • Los estudiantes suelen pensar que la parte superior del manto se encuentra en estado líquido, pues sobre esta capa de la Tierra se desplazan las placas tectónicas. Sin embargo, se recomienda aclarar que si bien el manto superior se halla en estado sólido, se comporta como un fluido debido a las altas presiones a las cuales está sometido.

Sugerencias de desarrollo de lección • El objetivo de esta lección es conocer la composición de la Tierra y las principales características mecánicas que determinan su comportamiento. • Al abordar el tema de la formación del planeta, es conveniente hacer un recorrido desde el big bang hasta la descripción actual del sistema solar y poner énfasis en cómo la fuerza de gravedad fue determinando la forma en que se distribuyeron los materiales en los diferentes planetas, y en particular en la Tierra, en términos de planetas sólidos y gaseosos.

104 Unidad 3: El poder de la naturaleza: sismos y volcanes

UNIDAD

Actividad 5 (página 155)

3

Respuestas esperadas Para reproducir las ilustraciones de la página, los estudiantes podrían utilizar una esfera de plumavit para representar las capas sólidas de la Tierra. Para el núcleo terrestre, podrían emplear una bolsa cerrada con cualquier líquido en su interior. Actividades complementarias Nivel básico Observa la siguiente imagen y señala los nombres para cada parte de las capas de la Tierra desde un modelo estático.

Nivel avanzado Analiza el modelo estático y dinámico de la Tierra y realiza un cuadro comparativo, con un mínimo de tres diferencias entre ellos. Modelo estático

Modelo dinámico

Solucionario de las actividades complementarias Nivel básico Manto superior De 70 a 700 km de profundidad.

Corteza Con una profundidad de 20 a 70 km bajo los continentes y de 10 km bajo los océanos.

Manto inferior De 700 a 900 km de profundidad.

Núcleo De 2 900 a más de 6 000 km de profundidad.

Nivel avanzado Modelo estático

Modelo dinámico

Se refiere a la composición química de la Tierra, es decir, los elementos como las rocas y su distribución.

Se refiere al comportamiento mecánico (o físico) de las capas que forman la Tierra, o sea, si estas presentan mayor o menor rigidez, densidad, elasticidad, etcétera.

Es representada por tres capas principales.

Es representada por cuatro capas principales.

En la capa más externa se distinguen dos divisiones, La capa más externa es definida con una sola división. una continental y otra oceánica.

Guía didáctica del docente 105

Actividad 6 (página 156) Respuesta esperada Las discontinuidades de la geósfera son regiones de transición que se ubican entre las capas y subcapas de la estructura terrestre. En ellas se produce un cambio de composición. Además, es en estas discontinuidades donde las ondas sísmicas varían de dirección y velocidad.

Información complementaria 4 Características de la corteza terrestre La corteza terrestre muestra notorias diferencias entre continentes y océanos. La base de los continentes posee un espesor de aproximadamente 40 km y tiene rocas ricas en aluminio (Al) y silicio (Si). Por esto se la conoce como SIAL. Por otra parte, la corteza que forma el subsuelo de los océanos tiene un espesor de unos 10 km y contiene rocas con abundancia de silicio y magnesio (Mg) y se la identifica como SIMA. En consecuencia, el SIMA, o corteza oceánica, presenta un peso específico más alto que el SIAL, corteza continental. Fuente: Kunze, T.; Rojas, C. Temblores y terremotos. Marisa Cuneo Ediciones, Valdivia, 1986.

Sugerencias de cierre de lección • Con la finalidad de mantener un hilo conductor que permita a los estudiantes comprender los fenómenos asociados al movimiento de placas, se recomienda fomentar la relación de este tema con la clasificación de los bordes o límites entre placas. • Para finalizar esta lección, invite a sus estudiantes a que, en parejas, respondan las actividades de cierre. Cerciórese de que cada estudiante contribuya en el trabajo. Estas actividades son muy importantes, puesto que refuerzan el objetivo y fundamento de trabajar con modelos concretos.

Actividades de cierre (página 159) Respuestas esperadas 1.

La energía interna de la Tierra se transmite por medio de corrientes de convección, las cuales permiten el movimiento de las placas tectónicas, y debido a la interacción en los bordes de las placas, se produce la mayor parte de la actividad sísmica y volcánica que se conoce. Para el esquema, los estudiantes podrían utilizar el siguiente:

2. Los estudiantes podrían escoger cera para depilar, un recipiente de metal, colorante vegetal y un mechero. 3. Porque las corrientes de convección se generan al calentar la sustancia. 106 Unidad 3: El poder de la naturaleza: sismos y volcanes

UNIDAD

Orientaciones de trabajo Lección 4 (páginas 160 a 166)

3

Sugerencias de inicio de lección • El objetivo de esta lección es que los estudiantes comprendan la teoría de la tectónica de placas y cómo esta determina tanto la evolución como las características de los relieves de la Tierra. La familiarización con este contenido es fundamental para la comprensión del origen de los continentes, los cordones montañosos, los sismos y la actividad volcánica. • Para comenzar, muestre a sus estudiantes un planisferio que ilustre los distintos continentes y que noten, por ejemplo, la similitud entre el borde oriental de Sudamérica y el borde occidental de África. • Pídales que observen otras posibles similitudes que den cuenta de coincidencias entre bordes de otros continentes o bloques de superficie terrestre. Si es necesario, solicíteles que recorten los continentes y los superpongan sobre un plano, como si fuera un rompecabezas.

Necesitas saber… (página 160) • En esta lección se espera que los estudiantes integren los contenidos aprendidos en las lecciones anteriores para comprender cómo surge la teoría de la tectónica de placas, así como también para entender de qué manera los fenómenos naturales pueden ser explicados mediante el razonamiento científico.

Tratamiento de errores frecuentes • Los estudiantes podrían pensar que desde que se separaron los continentes producto del desplazamiento de las placas tectónicas, estos se encuentras fijos. Por esto, es fundamental que les explique que el movimiento de los continentes sigue ocurriendo, solo que no es perceptible. Indíqueles también que se cree que la unión de estas masas de tierra continuará repitiéndose una y otra vez en el futuro y que todos los continentes volverán a reunirse de nuevo en un supercontinente.

Actividad exploratoria (página 160) • Para que los estudiantes reflexionen acerca de la necesidad del ser humano de explicarse los fenómenos naturales, llegando a dar explicaciones relacionadas con lo divino, invítelos a que lean el texto de esta sección para que posteriormente respondan las preguntas asociadas. Respuestas esperadas 1. Las evidencias para las personas de la Antigüedad eran la magnitud y espectacularidad de las explosiones volcánicas. 2. Las concepciones de los pueblos hawaianos están lejanas a las explicaciones basadas en evidencia científica, por ende, no podrían evitar las consecuencias de la actividad sísmica y volcánica.

3. La evidencia científica permite realizar estudios que entregan información. Esta se puede utilizar para el beneficio de la población. Lo anterior explica que si bien los pueblos hawaianos interpretaron a su manera las erupciones volcánicas, lo más probable es que no hayan podido alertar a la población de las conductas adecuadas para resguardarse ante este fenómeno natural.

Guía didáctica del docente 107

Sugerencias de desarrollo de lección • A partir de las observaciones que realizaron al inicio de la lección, los estudiantes podrían formular inferencias respecto de cuál puede ser la razón de tales coincidencias entre los bordes de los continentes. Propóngales esta actividad y anote sus respuestas en la pizarra. • Es importante promover la capacidad analítica al hacer las observaciones, fomentando el juicio crítico, la aceptación de opiniones diferentes a las propias y la visión de conjunto. A continuación de la actividad anterior, invítelos a que lean las páginas 161, 162 y 163 de esta lección para que analicen las imágenes que muestran la evolución de la superficie terrestre desde Pangea hasta la configuración actual, junto con las pruebas científicas que avalan las primeras hipótesis sobre la deriva continental. • Es importante que, hacia el final de la lección, los estudiantes comprendan las diferencias entre las primeras hipótesis de la deriva continental, propuesta por Weneger, y cómo estas se transformaron en la teoría de la tectónica de placas.

Minitaller científico 3 (página 161) Respuestas esperadas a. La mayoría de los bordes entre los continentes coincide; sin embargo, es más evidente la coincidencia que se da entre el borde oriental de Sudamérica y el borde occidental de África. b. Se puede explicar esta coincidencia de acuerdo con la teoría de la existencia de un único supercontinente, Pangea.

Actividad 7 (página 163) Respuestas esperadas a. En este caso, para simular el abultamiento de roca fundida y el desplazamiento de la litósfera, hay que alejar las hojas. b. Se debe hacer el mismo ejercicio, es decir, separar las hojas.

Actividad 8 (página 165) Respuesta esperada De acuerdo con lo que los estudiantes pueden observar en el mapa de estas páginas, pueden evidenciar que ambos países se encuentran ubicados sobre límites de placas tectónicas.

108 Unidad 3: El poder de la naturaleza: sismos y volcanes

UNIDAD

Actividades complementarias

3

Nivel básico Apoyándote en tu texto, define los siguientes conceptos: a. Límites transformantes. b. Límites divergentes. c. Límites convergentes. d. Subducción. e. Cinturón orogénico. Nivel avanzado Dibuja un mapa del mundo y luego marca con lápices de distintos colores las 13 placas litosféricas. Después, averigua y pinta de color rojo las placas que son solo oceánicas y de color azul las que son mixtas. Solucionario de las actividades complementarias Nivel básico a. Límites transformantes: son los que se establecen cuando una placa se desliza respecto de la otra. b. Límites divergentes: son los que se establecen cuando dos placas se separan y emerge magma de regiones profundas. c. Límites convergentes: son los que se establecen cuando dos placas chocan, lo cual puede ocasionar dos fenómenos: subducción y cinturones orogénicos. d. Subducción: es el hundimiento de una placa bajo la otra. En estas zonas, la litósfera se hunde en el manto superior y desaparece de la superficie terrestre, y recibe el nombre de bordes de placa destructivos. e. Cinturón orogénico: es la formación de montañas como consecuencia de la compresión que sufren las placas que convergen. Nivel avanzado Placas oceánicas (rojo): placa del Pacífico, placa de Nazca, placa de Cocos y placa Filipina. Placas mixtas (verde): placa Sudamericana y placa Euroasiática. Para orientar a sus estudiantes con el uso de los colores, indíqueles que observen esta imagen en la página 166 de su texto.

Guía didáctica del docente 109

Sugerencias de cierre de lección • Para finalizar esta lección, invite a sus estudiantes a que reflexionen en torno al trabajo científico. Pídales que vuelvan a leer los argumentos y la historia de los estudios de Wegener (páginas 160, 161 y 162). Oriéntelos para que evidencien que efectivamente el conocimiento científico se puede transformar en una generalidad si se comprueba mediante el desarrollo de investigaciones. • Indíqueles que la orientación de las lecciones de esta unidad tiene ese sentido: permitir que los estudiantes transiten desde lo más conocido y sencillo para ellos (sismos y actividad volcánica) hasta los hechos y explicaciones científicas que los explican. En esta etapa es fundamental que los guíe para que lleguen solos a estas conclusiones.

Actividades de cierre (Página 166) Respuestas esperadas 1. La actividad sísmica y volcánica se explica con la teoría de la tectónica de placas: la mayoría de la actividad sísmica y volcánica ocurre en los límites de las placas tectónicas debido al movimiento relativo entre estas. 2. Fue planteada como hipótesis, ya que no existía una demostración formal del fenómeno planteado. Se transformó en teoría una vez que se encontró evidencia que apoyaba la hipótesis. 3. a. A que en el pasado los continentes sudamericano y africano estaban unidos, lo que permitió la circulación del Mesosaurus en ambas regiones. b. No, porque el Mesosaurus nadaba en agua dulce.

Orientaciones para el Taller científico (páginas 168 y 169) • Señale a sus estudiantes que en esta sección se trabaja la habilidad científica desarrollada en la página anterior. Si es necesario, pídales que vuelvan a leer la página 167. • Para esta sección, se sugiere que oriente a sus estudiantes para que intenten comprender, en concreto, lo que realizó Wegener en sus estudios. Si es necesario, indíqueles que pueden volver a leer el contenido y asociarlo con esta actividad. • Recalque la importancia de la simbología tanto en este caso como en la interpretación de cualquier tipo de información. Si logran asociar los colores, las edades geológicas y los bordes de los continentes ficticios, significa que han sabido interpretar los antecedentes entregados.

Análisis Respuestas esperadas a. Se busca que los estudiantes, al haber recortado las formas continentales y al tomar en cuenta las eras de extinción de las especies animales, hayan descubierto qué zonas se separaron primero y cuáles lo hicieron tardíamente. b. Las que pertenecieron a los sectores simbolizados con celeste. c. Entre los 300 y 100 años a. C. 110 Unidad 3: El poder de la naturaleza: sismos y volcanes

UNIDAD

d. Se explica con los mismos argumentos que utilizó Weneger en su hipótesis de la deriva continental. Esa especie estuvo en un inicio en un solo continente, el cual se separó, transformándose en tres distintos.

3

Solucionario Evaluación de proceso (páginas 170 y 171) Organizando lo aprendido Una opción para la rueda de atributos que construyan sus estudiantes podría ser la siguiente: Deriva continental

Tectónica de placas

Cambios en la superficie terrestre

Composición interna de la Tierra

Energía interna

Actividades Respuestas esperadas 1. Las rocas no se funden debido a las altas presiones a las que se encuentran sometidas. 2. Porque la litósfera oceánica es más densa que la continental. 3.

Límite transformante Los bordes de las placas se deslizan lateralmente. La fricción entre ellos origina acumulación de energía, la cual se libera posteriormente mediante las ondas sísmicas.

Límite divergente Las placas se separan y emerge magma, lo que genera corteza nueva.

Límite convergente Las placas chocan entre sí, lo que origina zonas de subducción y/o formación de montañas. Hay alta actividad sísmica y volcánica.

4. En la imagen de la izquierda se representa la litosfera terrestre, la cual está conformada por placas. En la imagen de la derecha se muestran las corrientes de convección que se producen en la astenósfera. Dado que las placas flotan sobre la astenósfera, estas se mueven debido a dichas corrientes de convección. 5. Porque no explicaba las causas del movimiento de los continentes. 6. Una hipótesis se convierte en teoría cuando es verificada experimentalmente a partir de un procedimiento científico, o bien cuando se halla evidencia que la sostiene; por ejemplo, la teoría de la deriva continental fue una hipótesis por más de 50 años hasta que se convirtió en teoría gracias a las pruebas encontradas. 7. El mapa señala que en medio de los océanos se forma corteza oceánica nueva, lo que indica que los continentes se alejan unos de otros. Guía didáctica del docente 111

Orientaciones para las páginas finales de la unidad Orientaciones para la síntesis de la unidad (páginas 172 y 173) • Esta sección muestra un resumen de los contenidos más relevantes de la unidad, especificados por lección. • Pídales que formen parejas o grupos y que analicen los conceptos estudiados. Luego, con estos conceptos, solicíteles que hagan un esquema o mapa conceptual que resuma lo aprendido en la unidad. • También puede sugerirles que realicen sus propios resúmenes de cada lección y que los anoten en sus cuadernos.

Orientaciones para la Evaluación final (páginas 174 a 176) En estas páginas se presenta una evaluación sumativa que recoge todos los contenidos tratados a lo largo de la unidad. Invite a sus estudiantes a que la desarrollen individualmente. Luego, indíqueles que completen la tabla que aparece en la página 177 (Me evalúo). Esto les ayudará a conocer el puntaje que obtuvieron. Respuestas esperadas

1. Porque nuestro país se encuentra sobre el limite donde convergen las placas de Nazca y Sudamericana. 2.

Convección Núcleo externo líquido

Convección Conducción

Núcleo interno sólido

3. La mayor cantidad de volcanes en el mundo se concentra en el anillo de fuego del Pacífico.

112 Unidad 3: El poder de la naturaleza: sismos y volcanes

UNIDAD

4. Por ejemplo, algunos efectos directos son la inhalación de gases tóxicos, las lluvias de ceniza, la caída de material piroclástico y los daños ocasionados por las coladas de lava. Algunos efectos indirectos son: lluvia ácida, contaminación de las aguas, muerte de la flora y fauna, entre otros.

3

5. a. La inminencia de un tsunami. b. Sí, cuando el mar retrocede es indicio de que se acerca un tsunami. c. Lo recomendable es correr a zonas más elevadas, designadas por las autoridades como zonas seguras. 6. a. Porque el sismo en Haití fue menos profundo. Además, las construcciones de Haití no estaban diseñadas para soportar sismos de grandes magnitudes. b. Por ejemplo, la falta de medidas de protección civil ante sismos. c. Son importantes, ya que estas medidas permiten minimizar las pérdidas humanas y los daños en las estructuras. 7. Usando sismógrafos, a partir de la diferencia de tiempo en la llegada de las ondas S y P. 8. a. Ambos pueblos estarían en riesgo, pero el pueblo A lo estaría más, pues la ceniza volcánica llegaría allí en mayor cantidad debido al viento. b. En ambos pueblos llegarían coladas de lava, material piroclástico, gases y ceniza volcánica; sin embargo, lo harían en mayor cantidad al pueblo A. 9. Los planteamientos de Weneger no solo se respaldan en estudios de climas y meteorología, sino que se complementan con estudios paleontológicos y otros relacionados con el paleomagnetismo terrestre. Por ende, la hipótesis de la deriva continental no se remite únicamente a los cambios en el clima. 10. a. La hipótesis se podría rechazar por lo siguiente: 1. Si se hierve el huevo por 3 minutos, quedaría completamente firme, lo que hace que su centro no se parezca al centro de la Tierra. 2. La consistencia del huevo no permite representar muy bien las partes que componen la Tierra. 3. Como existen solo dos partes visibles en el huevo (yema y clara) no permite representar corteza, manto y núcleo. b. Podría ser útil si se interpreta que la yema líquida representa el núcleo, y la clara firme, la corteza terrestre. 11. La varilla de madera es más rígida y se asemeja más a las rocas que se fracturan.

Orientaciones para Ciencia, tecnología y sociedad (páginas 180 a 181) • Es importante que los estudiantes se familiaricen con textos científicos. Estas páginas pretenden profundizar algunos aspectos que se trabajaron a lo largo de la unidad. Además, se enfocan en el desarrollo de las habilidades de comprensión lectora. • Invite a sus estudiantes a que lean estas cápsulas de información y que extraigan las ideas más importantes de cada uno de los temas.

Guía didáctica del docente 113

Orientaciones para las Actividades complementarias (páginas 177 a 179) Estas actividades tienen como objetivo reforzar el desempeño de los estudiantes a lo largo de la unidad. Como no es suficiente conocer el puntaje obtenido en las preguntas, estas actividades ayudan a que tanto el docente como el estudiante tengan disponible algún tipo de remedial para mejorar o mantener sus resultados, dependiendo del caso particular. Respuestas esperadas 1. La magnitud de un sismo se relaciona con la energía liberada en él, mientras que la intensidad se asocia con los efectos producidos y los daños ocasionados. 2. La escala de Mercalli se basa en los daños provocados por el sismo. 3. Es más peligroso el volcán que posee varias chimeneas, ya que la presión es mayor y las erupciones son más violentas. 4. Corteza sólida, manto sólido, núcleo externo líquido y núcleo interno sólido. 5. La actividad sísmica y la volcánica se relacionan con el movimiento de las placas que conforman la litósfera. El movimiento se debe a las corrientes de convección que se forman en la astenósfera. 6. La presencia de fósiles en diferentes continentes, los contornos de los continentes que encajan como en un rompecabezas y la evidencia de que las regiones tropicales alguna vez fueron frías. 7. Las pruebas que presentó Weneger corresponden a datos geográficos, paleontológicos, paleoclimáticos, junto con estudios relacionados con paleomagnetismo. 8. Para esta respuesta, los estudiantes deberían al menos utilizar dibujos similares a los que encontraron en el Taller científico o en la página 161. 9. a. Esta respuesta depende del organizador gráfico que escoja cada estudiante. b. En este caso, puede sugerir que para tener argumentos válidos, los estudiantes podrían realizar una encuesta a su familia y vecinos más cercanos. c. Seguir las instrucciones de los adultos que mantienen la calma y las indicaciones de los planes de evacuación. d. La Onemi. 10. Sernageomin se encarga de aportar una red de vigilancia sísmica y volcánica. 11. Sí, es la misma, ya que la extensión de la litósfera queda limitada a la de la superficie terrestre. 12. Aproximadamente, 47 mm por año.

114 Unidad 3: El poder de la naturaleza: sismos y volcanes

UNIDAD

Material fotocopiable

3

Taller de ciencias ¿De qué depende la forma en que está organizado el interior de la Tierra? Antecedentes La Tierra es un planeta formado por distintas capas, las que se encuentran separadas unas de otras y que además poseen una composición y una extensión bien definidas.

Pregunta de investigación

Materiales - un recipiente de vidrio o plástico transparente; puede ser una botella cortada en la parte superior - un vaso con arena - un vaso con aceite - un vaso con agua - balanza

¿De qué crees que depende la distribución de dichas capas al interior de la Tierra?

Hipótesis Reúnanse en grupos de tres o cuatro integrantes y propongan una hipótesis a la pregunta inicial. Para poner a prueba la hipótesis planteada, sigan estos pasos:

Procedimiento 1.

En cada vaso deben poner igual cantidad de agua, aceite y arena, de modo que tengan idéntico volumen para los tres.

2. Tomen cada vaso y midan su masa utilizando la balanza. Registren los valores en una tabla. 3. Si el volumen es igual para las tres sustancias, ¿cuál de ellas es más densa? 4. Luego, en el recipiente de vidrio vacíen toda el agua contenida en el vaso. 5. Sobre el agua viertan la arena y esperen dos o tres minutos. Observen lo que sucede y registren sus observaciones. 6. Agreguen en el recipiente la mitad del aceite. Esperen dos o tres minutos y vean lo que ocurre. 7. Después viertan el resto del aceite. ¿Es lo que esperaban? Fundamenten su respuesta. 8. Cubran el recipiente y agítenlo. ¿Qué debería pasar luego de agitarlo? 9. Esperen cinco minutos y observen lo que sucede. ¿Es lo que esperaban? Si no es así, traten de explicar por qué ocurrió lo que vieron.

Análisis y conclusiones Después de realizar el procedimiento y de analizar sus observaciones, respondan las siguientes preguntas: a. ¿De qué creen que depende la distribución de los materiales en su experimento? b. ¿Ocurrirá algo similar al interior de la Tierra? c. ¿Piensan que el procedimiento que llevaron a cabo les ayudó a verificar su hipótesis? Expliquen. Guía didáctica del docente 115

Material fotocopiable

Ficha de refuerzo Dinámica terrestre 1. Describe las capas de la Tierra de acuerdo con su composición química.

2. Describe las capas de la Tierra respecto de su comportamiento mecánico.

3. Completa el siguiente cuadro comparativo y luego responde la pregunta asociada a este. a. Deriva continental

Tectónica de placas

Postulados Evidencias b. ¿En qué se diferencia la hipótesis de la deriva continental de la teoría de la tectónica de placas?

4. Haz en tu cuaderno un esquema que muestre un corte transversal de la Tierra, en el que se identifiquen los componentes de un sismo. 5. Clasifica los sismos en relación con su profundidad y localización.

6. ¿Cómo se miden la magnitud e intensidad de un sismo?

116 Unidad 3: El poder de la naturaleza: sismos y volcanes

Ficha de ampliación

UNIDAD

Material fotocopiable

3

Sismos y volcanes 1. ¿Qué factores han influido en que a pesar de la gran magnitud de los últimos sismos en el mundo, la cantidad de víctimas fatales vaya disminuyendo?

2. Completa el siguiente recuadro con la información correspondiente. Riesgo sísmico

Peligro sísmico

3. ¿Qué eventos geológicos ocurridos en las distintas capas de la Tierra permiten la formación de los volcanes?

4. Averigua los tipos de volcanes que existen e identifica a qué tipo corresponde el volcán Chaitén.

5. Según la respuesta anterior, ¿era predecible su erupción? Fundamenta.

6. ¿Qué efectos de la actividad volcánica se producen directamente sobre los ecosistemas cercanos al lugar de la erupción? Ejemplifica al menos dos.

Guía didáctica del docente 117

Material fotocopiable

Instrumento de evaluación Nombre:

Curso: 1º medio

Marca con una X la alternativa correcta. 1. ¿Cuál es la principal diferencia entre las ondas P y S? A. No existe diferencia alguna, pues ambas se desplazan de forma longitudinal. B. Las ondas P son transversales y las S, longitudinales. C. Las ondas P son longitudinales y las ondas S, transversales. D. Las ondas P y S son consideradas como ondas superficiales. E. Las ondas P se mueven de forma elíptica y las S, perpendicular. 2. “Movimientos bruscos que experimenta la superficie terrestre producto de la liberación de grandes cantidades de energía”. Esta definición corresponde a: A. ondas Love. B. ondas P. C. falla. D. hipocentro. E. sismo. 3. “Punto de la superficie que está justo en el hipocentro”. Esta definición corresponde a: A. epicentro. B. foco. C. falla. D. ondas S. E. energía. 4. Si deseas medir la magnitud de un sismo, ¿qué escala sismográfica nos entrega esta información? A. Mercalli. B. Richter. C. Kelvin. D. Celsius. E. Ninguna de las anteriores. 5. Roca fundida que se desliza por la superficie de la Tierra. Con esta definición nos referimos a: A. magma.

C. cráter.

B. piroclastos.

D. lava.

118 Unidad 3: El poder de la naturaleza: sismos y volcanes

E. cenizas.

UNIDAD

Material fotocopiable

3

6. Respecto de los volcanes, se puede afirmar: I. Pueden hacer erupción sin previo aviso. II. El magma que emana de ellos proviene del núcleo terrestre. III. Todos presentan un cono volcánico. A. Solo I B. Solo II C. Solo III D. Solo I y II E. I, II y III 7. ¿Cuál de estas partes no corresponde a la estructura del volcán? A. Cono. B. Cráter. C. Chimenea. D. Cámara magmática. E. Núcleo. 8. Desde el centro a la superficie, las capas distintivas de la Tierra son: A. núcleo, corteza, manto. B. núcleo, litósfera, manto. C. corteza, manto, núcleo exterior, núcleo interior. D. núcleo interno, núcleo externo, manto, corteza. E. mesósfera, litósfera, corteza, manto. 9. Se relaciona con la composición (elementos) de la Tierra. Esta definición hace referencia al modelo: A. Richter. B. Galileo. C. Mercalli. D. dinámico. E. estático. 10. Capa más interna de la Tierra, formada principalmente por níquel y hierro; nos referimos a: A. núcleo.

C. manto.

B. corteza.

D. litósfera.

E. mesósfera.

Guía didáctica del docente 119

Material fotocopiable

11. El fenómeno de subducción sucede cuando: A. dos placas se separan y emerge magma de las regiones profundas. B. una placa se desliza con respecto a la otra. C. dos placas chocan. D. una placa se hunde bajo la otra. E. Ninguna de las anteriores. 12. ¿A qué se hace referencia cuando se habla del anillo o cinturón de fuego? A. Es la formación de montañas como consecuencia de la compresión que sufren las placas que convergen. B. Se ubica en las costas del océano Pacífico y concentra las tres cuartas partes de todos los volcanes del mundo. C. Cuando los bordes se deslizan lateralmente uno contra otro, se produce una fricción. D. Se refiere cuando una placa se hunde bajo la otra. E. Describe las características del campo magnético terrestre del pasado. 13. ¿Cuál o cuáles de las afirmaciones tiene relación con la teoría tectónica de placas? I.

Explica de forma sencilla la deriva de los continentes, la expansión del fondo marino y gran parte de los procesos dinámicos del planeta.

II. Establece que la litósfera terrestre se encuentra dividida en una serie de bloques rígidos de un grosor que varía entre los 65 y los 120 kilómetros. III. La formación de nueva litósfera ocurre por la expansión del suelo oceánico en las dorsales oceánicas. IV. El aumento de la placa oceánica en las dorsales se compensa con la destrucción de la misma en las zonas de subducción. A. Solo I B. Solo II C. Solo I y II D. Solo I, II y IV E. I, II, III y IV 14. ¿Cuál o cuáles de las afirmaciones no tiene relación con las placas litosféricas? I.

La litósfera está fragmentada en grandes bloques, llamados placas litosféricas.

II. Existen 13 grandes placas que se desplazan lateralmente, arrastradas por las corrientes de convección del manto. III. Cuando los bordes de las placas interactúan, se produce solo un proceso geológico, que son las erupciones volcánicas. A. Solo I

C. Solo III

B. Solo II

D. Solo I y II

120 Unidad 3: El poder de la naturaleza: sismos y volcanes

E. Solo II y III

UNIDAD

Material fotocopiable

3

Tabla de especificaciones Área: Física Curso: 1º medio Nombre de la unidad: El poder de la naturaleza: sismos y volcanes

Objetivos de la Contenidos unidad Comprender los parámetros que describen la actividad sísmica, conocer las Características de escalas sismográficas y los sismos reconocer las medidas de seguridad adoptadas frente a un sismo. Caracterizar el origen, la dinámica y los efectos físicos de la actividad Aspectos sobre volcánica, en términos actividad volcánica de la liberación y propagación de energía. Caracterizar las distintas capas que forman la Tierra para explicar diversos fenómenos geológicos. Estructura interna de la Tierra

Identificar las evidencias científicas que Teoría de la respaldan la teoría de la tectónica de placas tectónica de placas.

Habilidad

Ítem

Clave

Diferenciar

1

C

Identificar

2

E

Reconocer

3

A

Diferenciar

4

E

Comprender

5

E

Identificar

6

D

Reconocer

7

B

Secuenciar

8

D

Identificar

9

E

Reconocer

10

A

Diferenciar

11

D

Identificar

12

B

Relacionar

13

E

Identificar

14

C

Criterios y niveles de logro

Logrado: 4 ítems correctos. Por lograr: 0 a 2 ítems correctos.

Logrado: 3 ítems correctos. Por lograr: 0 a 1 ítem correcto.

Logrado: 5 ítems correctos. Por lograr: 0 a 3 ítems correctos.

Logrado: 2 ítems correctos. Por lograr: 0 a 1 ítem correcto.

Guía didáctica del docente 121

UNIDAD

4

Fuerza y movimiento

Orientaciones curriculares Propósito de la unidad En esta unidad comienza a sistematizarse el estudio del efecto de las fuerzas sobre los cuerpos. A partir del concepto de fuerza, interacción entre dos o más cuerpos, se presentan a los estudiantes situaciones para que determinen los efectos que en ellos produce, ya sea modificando movimiento, o bien su estructura interna. La segunda parte de la unidad corresponde al movimiento relativo. Para su descripción y análisis se utilizan los conceptos de marco de referencia y sistema de coordenadas. Consecuente con lo anterior, y de manera general, se describe la posición de un cuerpo, su desplazamiento y su velocidad trabajando unidimensionalmente.

Objetivos Fundamentales Verticales De acuerdo con el Decreto Supremo de Educación N° 254 (página 283 y 284), los estudiantes serán capaces de: • Comprender que la descripción de los movimientos resulta diferente al efectuarla desde distintos marcos de referencia. • Comprender algunos mecanismos y leyes físicas que permiten medir fuerzas empleando las propiedades elásticas de determinados materiales. • Describir investigaciones científicas clásicas o contemporáneas relacionadas con los conocimientos del nivel.

Contenidos Mínimos Obligatorios De acuerdo con el Decreto Supremo de Educación N° 254 (página 285), los CMO son los siguientes: • Reconocimiento de la diferencia entre marco de referencia y sistema de coordenadas y de su utilidad para describir el movimiento. • Aplicación de la fórmula de adición de velocidades en situaciones unidimensionales para comprobar la relatividad del movimiento en contextos cotidianos. • Aplicación de la ley de Hooke para explicar los fundamentos y rangos de uso del dinamómetro, e identificación de algunas de sus aplicaciones corrientes.

122 Unidad 4: Fuerza y movimiento

UNIDAD

Habilidades de Pensamiento Científico Habilidad

Análisis del desarrollo de alguna teoría o concepto relacionado con los temas del nivel, con énfasis en la construcción de teorías y conceptos complejos, por ejemplo, la ley de Hooke.

1

Lecciones 2 3

4

4

• •

Distinción entre ley, teoría e hipótesis y caracterización de su importancia en el desarrollo del conocimiento científico.

• •

Aprendizajes Esperados en relación con los OFT De acuerdo con el Programa de Estudio de Primer año medio de Física (página 61), son los siguientes: Manifestar interés por conocer más de la realidad y utilizar sus conocimientos al estudiar los fenómenos abordados en la unidad: • Busca información complementaria sobre aspectos que despertaron interés en la unidad. • Realiza observaciones, vinculando los conocimientos aprendidos en la unidad con situaciones observadas en su entorno. • Formula preguntas espontáneas cuando tiene dudas y/o para motivar la reflexión entre sus pares. Valorar la perseverancia, el rigor, la flexibilidad y la originalidad al desarrollar las actividades de la unidad: • Registra, de acuerdo a un orden establecido, los datos producidos en torno al tema de trabajo. • Sigue adecuadamente los pasos involucrados en el desarrollo de las actividades de la unidad. • Desarrolla las actividades y trabajos, cautelando la meticulosidad en el registro de datos, y la veracidad y el uso de fuentes de información apropiadas. • Reformula y adapta las tareas ante nuevas circunstancias o ante nuevas ideas.

Guía didáctica del docente 123

Planificación de la unidad Aprendizajes esperados Caracterizar la ley de Hooke, los mecanismos y leyes físicas que permiten medir fuerzas empleando las propiedades elásticas de determinados materiales. Caracterizar la ley de Hooke, los mecanismos y leyes físicas que permiten medir fuerzas empleando las propiedades elásticas de determinados materiales.

Objetivos de Lección Contenidos la unidad Identificar el concepto 1 • Concepto de fuerza. de fuerza y conocer los ¿Qué son las fuerzas? • Descripción y características efectos de la aplicación de las fuerzas. de fuerzas sobre los • Efectos de las fuerzas. objetos. Ejemplos. Relacionar la aplicación de fuerzas con la deformación de materiales elásticos y medir una fuerza a partir de dicha propiedad.

2 ¿Cómo se miden las fuerzas?

• Ley de Hooke. • Fuerza de restitución elástica.

Distinguir entre ley, hipótesis y teoría en el contexto de las investigaciones que condujeron a la formulación de la ley de elasticidad de Hooke. Justificar la necesidad de introducir un marco de referencia y un sistema de coordenadas para describir el movimiento de los cuerpos.

Describir investigaciones científicas clásicas asociadas al concepto de relatividad del movimiento, valorando el desarrollo histórico de conceptos y teorías.

124 Unidad 4: Fuerza y movimiento

• Materiales elásticos y objetos construidos con estos.

• Instrumentos que basan su funcionamiento en la ley de Hooke.

Identificar un marco de referencia y un sistema de coordenadas para describir el movimiento.

Identificar la relatividad del movimiento, relacionada con la velocidad y la adición de velocidades.

3 ¿Cómo sé si algo se mueve?

4 ¿Por qué el movimiento es relativo?

• Sistemas de referencia. • Sistema de coordenadas. • Cambio de posición de un cuerpo. • Trayectoria y desplazamiento. • Relatividad y marco de referencia. • Relatividad de Galileo. • Velocidad relativa (descripción y cálculos sencillos).

UNIDAD

Instrumentos de evaluación Actividad exploratoria (pág. 184) Actividades de cierre (pág. 187)

Indicadores de evaluación • Asocian la fuerza como una magnitud vectorial.

4

Tiempo estimado (horas pedagógicas) 6

• Reconocen el concepto de fuerza y los efectos que produce en la materia, como la deformación. Actividad exploratoria (pág. 188) • Describen las diversas deformaciones Actividades de cierre (pág. 196) (momentáneas y permanentes) que Evaluación de proceso (págs. 198 y 199) puede experimentar la materia como un efecto de las fuerzas.

4

• Aplican la ley de Hooke para describir las deformaciones momentáneas y explicar el funcionamiento del dinamómetro. • Identifican algunas de las aplicaciones más corrientes de materiales que cumplen la ley de Hooke, como el dinamómetro.

Actividad exploratoria (pág. 200) Actividades de cierre (pág. 205)

• Distinguen con claridad la funcionalidad del dinamómetro y de la balanza. • Describen movimientos de cuerpos desde distintos marcos de referencia y sistemas de coordenadas.

4

• Establecen diferencias, con ejemplos, entre la trayectoria y el desplazamiento. Actividad exploratoria (pág. 206) • Identifican las hipótesis, procedimientos Actividades de cierre (pág. 214) experimentales y conclusiones en las Evaluación de proceso (págs. 218 y 219) investigaciones clásicas de Galileo sobre Evaluación final (págs. 222-225) la relatividad de movimiento de los cuerpos.

6

• Aplican la fórmula de adición de velocidades en situaciones cotidianas para comprobar la relatividad del movimiento en situaciones unidimensionales.

Guía didáctica del docente 125

Prerrequisitos y bibliografía de la unidad A continuación, se describen los prerrequisitos necesarios para la unidad, como también algunos textos de consulta.

Prerrequisitos Lección 1 ¿Qué es la reflexión?

Lección 2 ¿Qué es la refracción?

Concepto de fuerza. Efectos de las fuerzas en los cuerpos.

Concepto de fuerza. Definición y medición de la masa. Definición y medición del peso. Lección 4 ¿Qué es la luz?

Lección 3 ¿Cómo ves la luz? Concepto de rapidez. Distancia. Desplazamiento. Diferencias entre ambos conceptos.

Concepto de marco de referencia. Posición en un sistema de coordenadas.

Bibliografía de referencia Lección 1 ¿Qué es la reflexión? • Tipler, P. (2006). Capítulo 4. En: Física preuniversitaria. (2ª ed.). Barcelona: Editorial Reverté. . Lección 2 ¿Qué es la refracción? • Tipler, P. (2006). Capítulo 4. En: Física preuniversitaria. (2ª ed.). Barcelona: Editorial Reverté. Lección 3 ¿Cómo ves la luz? • Hewitt, P. (2009). Capítulo 12: sonido y ondas Parte VIII. En: Física conceptual. México, D. F.: Pearson Educación. Lección 4 ¿Qué es la luz? • Hewitt, P. (2009). Capítulo 12: sonido y ondas Parte VIII. En: Física conceptual. México, D. F.: Pearson Educación.

126 Unidad 4: Fuerza y movimiento

UNIDAD

Orientaciones para el inicio de la unidad (páginas 182 y 183)

4

A continuación, podrá encontrar algunas referencias para utilizar los elementos y secciones que constituyen las páginas de inicio de la unidad.

Para comenzar Esta sección es útil para corregir y verificar algunos errores y conceptos previos. • Antes de iniciar el estudio de los contenidos, fomente la motivación en sus estudiantes. Específicamente en esta unidad ocurre que los conceptos se tornan más matemáticos que descriptivos. Por ello, es importante que, desde el principio, los estudiantes se enfrenten al tratamiento de los contenidos desde una perspectiva más cercana. • Pídales que lean el párrafo que acompaña a esta sección y que observen la imagen. Oriéntelos para que se imaginen la situación y así respondan las preguntas. Es muy interesante como, a lo largo de la unidad, van entendiendo la relatividad del movimiento sobre la base de situaciones cotidianas, como saltar en una cama elástica. Respuestas esperadas 1. Las camas elásticas, que son lonas elaboradas con un material elástico unida a resortes, funcionan impulsando a las personas hacia arriba, debido a su elasticidad, es decir, tienen la propiedad de deformarse y volver a su forma original. 2. No es correcto, porque las personas que observan esta escena están de pie sobre la Tierra, quietas. Esta respuesta es la que frecuentemente elaboran los estudiantes. A medida que vayan estudiando la unidad se irá ampliando. 3. Los estudiantes podrían responder que algo que se mueve se determina debido a que vemos que se mueve, y algo que está quieto simplemente está estático.

Me preparo para la unidad • El objetivo de esta sección es que los estudiantes puedan averiguar algunos aspectos relacionados con la unidad para que sepan de qué tratará. No es necesario que realicen una investigación muy exhaustiva, puesto que los contenidos aún no los estudian. • Guíelos para que busquen información en fuentes confiables, que tenga información de calidad. Respecto de los diccionarios, indíqueles que visiten la página web de la RAE. Así, podrán comparar la información de la Real Academia Española con otras fuentes de la web.

En esta unidad aprenderás a... • En esta sección se explicitan los objetivos de aprendizaje en términos de los conceptos y aprendizajes que los estudiantes deben lograr. Solicíteles que los lean y explíqueles en forma general qué aspectos involucra cada uno de ellos.

Guía didáctica del docente 127

Orientaciones de trabajo Lección 1 (páginas 184 a 187) A continuación, se desarrollan algunas sugerencias para iniciar la lección, haciendo énfasis en los prerrequisitos y en las experiencias previas que se exploran en las secciones Necesitas saber y Actividad exploratoria.

Sugerencias de inicio de lección Necesitas saber... (página 184) • El concepto de fuerza y algunos de sus efectos en los cuerpos. • Para que los estudiantes complementen los conocimientos que traen de años anteriores, referidos a este tema, lleve a la clase algunos elementos para que los manipulen: resortes, elásticos, regla flexible u otro material plástico o elástico que se pueda deformar o incluso romper. De este modo, quedará claro que si bien en algunos materiales la deformación es momentánea y en otros permanente, la mayoría tiene un punto de ruptura, a partir del cual simplemente se destruyen. • Como contraparte, puede mostrar un trozo de tiza, que no es flexible y se quiebra fácilmente. • Todo lo anterior también les servirá para recordar el efecto de las fuerzas sobre los objetos.

Actividad exploratoria (página 184) Respuestas esperadas 1. a. La pareja que aplicó más fuerza debería haber sido la que contrarrestó la fuerza que se ejercía hacia el lado contrario a ella. b. Si tres tiran de un lado, y una persona queda tirando del otro, lo más probable es que el trío gane, debido a que sus fuerzas sumadas sobrepasan a la que ejerce la persona sola. 2. a. Depende de cuánta fuerza se aplique en cada situación. b. En el caso de la pelota, ya que se observa que la pelota cambia su estado de movimiento; en cambio, no pasa lo mismo con la cuerda, ya que la cuerda está afectada por otras fuerzas.

Tratamiento de errores frecuentes • Los estudiantes suelen cometer el error de afirmar que los cuerpos “tienen fuerza”. Es muy importante que refuerce el concepto de fuerza desde la perspectiva de su definición: corresponde a la interacción entre los cuerpos, que produce determinados efectos. • También suele ocurrir que los estudiantes piensen que cuando dos objetos están en reposo, como el ejemplo de los libros sobre la mesa (página 186), no están interactuando fuerzas. Acláreles que en este caso la fuerza resultante (fuerza neta), que es la suma vectorial de todas las fuerzas involucradas, es cero.

128 Unidad 4: Fuerza y movimiento

UNIDAD

Sugerencias de desarrollo de lección

4

• Respecto del concepto de fuerza, se recomienda enfatizar que este se define como la acción que ejerce un cuerpo sobre otro. Luego, lea en voz alta las afirmaciones que se exponen a continuación, en las que se ve involucrado este concepto, y pídales que las analicen e indiquen en cuál o cuáles de ellas su utilización es correcta y que justifiquen su respuesta. a. Pablo tiene más fuerza que Mateo. b. Capitán, una extraña fuerza nos atrae hacia esa nave. c. Isabel consigue lo que desea porque tiene gran fuerza de voluntad. d. Al despegar, la nave salió con gran fuerza. e. El albañil tuvo que emplear mucha fuerza para levantar los sacos de cemento. • Si lo estima conveniente, analice las afirmaciones en forma colectiva. Se espera que adviertan que solo las frases b y e son correctas. La frase a se utiliza habitualmente en el lenguaje coloquial, sin reparar en que la fuerza no es algo que se puede almacenar en un cuerpo; la energía sería un término más adecuado para expresar la idea. En cuanto al ejemplo d, suele confundirse la rapidez o velocidad de despegue con fuerza. Actividades complementarias Nivel básico Elabora una lista de 10 acciones cotidianas donde se vea claramente que se ejerce una fuerza. Acciones 1.

6.

2.

7.

3.

8.

4.

9.

5.

10.

Nivel avanzado Dibuja los vectores de las fuerzas involucradas en cada caso. a.

b.

Guía didáctica del docente 129

Solucionario de las actividades complementarias Nivel básico Acciones 1. 2. 3 4. 5.

Empujar una mesa. Patear o lanzar un balón. Levantar una caja. Golpear un clavo con un martillo. Caminar o correr.

6. Tirar la cuerda. 7. Aplastar una lata de bebida. 8. Andar en bicicleta. 9. Estirar un resorte u elástico. 10. Subir una escalera.

Nivel avanzado a.

b.

Actividad 1 (página 185) Respuestas esperadas 1. El libro y la mano de la persona que lo sostiene. 2. Sí, porque para mantener la mano con el libro en el aire hay que ejercer más fuerza que si el libro no estuviera.

Sugerencias de cierre de lección • Si bien esta lección está destinada a recordar los efectos que producen las fuerzas sobre los cuerpos, se recomienda que no pierda el foco en el efecto de deformación, pues será el que más ocuparán los estudiantes a lo largo de la siguiente lección. • Para profundizar en el efecto de deformación momentánea y permanente, invite a sus estudiantes a que consigan plasticina y una goma de borrar. Luego, indíqueles que presionen cada material y que lo clasifiquen de acuerdo con el tipo de deformación que presentan. • Posteriormente, pregúnteles si la deformación de la plasticina o de una cinta elástica, como la que se muestra en la página 187, tiene un límite de deformación. Con esta pregunta planteada, podrán comprender los contenidos relacionados con la ley de Hooke, que verán en la próxima lección.

Actividades de cierre Respuestas esperadas 1. a. La venda se estira; b. La pelota se deforma y el gimnasta se mantiene en el aire. 2. a. El elástico se puede deformar; la moneda, no; b. Al ejercer una fuerza sobre el elástico, este se deformó y al dejar de aplicar la fuerza, el elástico volvió a su forma original. c. Es un material elástico. 130 Unidad 4: Fuerza y movimiento

UNIDAD

4

Información complementaria 1 Concepto de fuerza Nuestra noción actual de fuerza está ligada a empujones, tirones y otros esfuerzos físicos de la vida cotidiana. Ya en tiempos de Newton hacía falta una explicación más científica para descifrar ciertos fenómenos desconocidos para la época. Por ejemplo, para tratar la acción del Sol sobre los planetas o la de un imán sobre un trozo de hierro. La Tierra nos atrae gravitatoriamente, pero nosotros no somos sujetos pasivos, también atraemos a la Tierra. Entre cada par de partículas con masa hay una interacción gravitatoria de la que la fuerza es una manifestación. Lo mismo sucede con las demás fuerzas. Todas las partículas cargadas eléctricamente producen fuerzas electromagnéticas que afectan a cualquier partícula cargada, de modo que haya simetría entre ellas: la partícula A actúa sobre la B, y viceversa. Las fuerzas siempre provienen de la interacción entre dos cuerpos. Fuente: Archivo editorial

Información complementaria 2 Centrifugación Algunos aparatos utilizan una fuerte rotación como sistema de separación de sustancias. En la lavadora, al girar el tambor a gran velocidad, la ropa sale despedida, se aleja del centro del tambor y se aprieta contra su pared interior, lo más lejos posible del eje de rotación. Sin embargo, las gotas de agua atraviesan los agujeros que hay en las paredes del tambor, separándose de la ropa, que de esta manera se seca bastante, antes de que finalice el lavado. Cuanto mayor es la velocidad del centrifugado, las gotas de agua son expulsadas con mayor rapidez. En la industria láctea, la centrifugadora se utiliza, por ejemplo, para separar la crema de la leche. Al girar el recipiente que contiene la leche, la parte más densa de la leche se separa con mayor fuerza del centro que la crema, que es menos densa. En los laboratorios médicos también se utiliza este sistema con centrifugadoras para separar los glóbulos rojos del plasma sanguíneo, que es más ligero. La sangre se introduce en tubos de ensayo y estos, a su vez, se disponen en la centrifugadora. En los laboratorios de química, esta técnica se emplea para separar diferentes sustancias de una mezcla. Por ejemplo, un sólido mezclado con un líquido. Una de las ventajas de esta técnica es que se consigue separar los componentes de una manera mucho más rápida que con otros métodos. Fuente: Archivo editorial

Guía didáctica del docente 131

Orientaciones de trabajo Lección 2 (páginas 188 a 196) A continuación, se desarrollan algunas sugerencias para iniciar la lección, haciendo énfasis en los prerrequisitos y en las experiencias previas que se exploran en las secciones Necesitas saber y Actividad exploratoria.

Sugerencias de inicio de lección Necesitas saber... (página 188) • Concepto de fuerza, masa y peso. • Como los estudiantes ya han trabajado estos conceptos en niveles anteriores, se sugiere que los complemente con las ideas de la deformación de los materiales, vista en la lección anterior. • Coménteles que la forma más sencilla de medir las fuerzas es observar las deformaciones de los objetos, en especial de los elásticos, que regresan a su estado inicial cuando se retira la fuerza que los deforma, siempre que no se rompan ni queden deformados de manera permanente. • Así, con la explicación anterior, los estudiantes podrán asociar el concepto de fuerza con la masa y el peso, lo que es muy favorable para comprender la ley de Hooke y las principales diferencias entre la balanza y el dinamómetro.

Actividad exploratoria (página 188) Respuestas esperadas a. A medida que aumenta la cantidad de piedras, se incrementa el estiramiento del elástico. b. Si las piedras son del mismo tamaño y tienen la misma masa, a medida que aumenta al doble la cantidad de piedras, el elástico también incrementa al doble su elongación. c. Siempre que las piedras que se incorporen en la bolsa masen lo mismo, la relación entre el peso y la elongación del elástico será directa.

Tratamiento de errores frecuentes • Respecto de la ley de Hooke, y su aplicación matemática, es común que los estudiantes tomen como dato el largo total del resorte y no su elongación producto de la aplicación de fuerza. Acláreles que esta ley considera la elongación del resorte, partiendo desde su largo natural; por esto, solo se debe considerar cuánto se estiró desde ese punto. • Otro error frecuente que se comente al utilizar la fórmula matemática de la ley de Hooke es el signo – . Si se está considerando la fuerza aplicada sobre el resorte, la fórmula matemática no debe llevar el signo –, y si se considera la fuerza de restitución elástica, la fórmula debe incluir el signo –.

132 Unidad 4: Fuerza y movimiento

UNIDAD

Sugerencias de desarrollo de lección

4

• Explique a sus estudiantes que esta ley rige las deformaciones elásticas. Recordar que la longitud de la deformación es proporcional a la fuerza aplicada; es decir, a mayor fuerza aplicada, más se deformará el resorte. • Presente la siguiente experiencia: muestre dos resortes de fácil manipulación. Pida a un estudiante que estire el primer resorte aplicando una fuerza muy pequeña, mientras que al segundo se le aplica una fuerza muy grande, de tal manera que no regrese a su estado original. Plantee las siguientes preguntas: ¿Qué se observó en la experiencia? ¿Qué sucedió con el segundo resorte? ¿A qué se debió? Luego, explíqueles que cuando un resorte supera el límite de elasticidad, ya no se comporta como un cuerpo elástico. • Vuelva a hacer hincapié en que la mayoría de los cuerpos sólidos se deforman cuando actúan fuerzas sobre ellos, pero algunos recuperan su forma inicial cuando la fuerza deja de actuar. Los cuerpos que tienen esta propiedad se llaman elásticos. Hay una gran variedad de cuerpos elásticos a nuestro alrededor: resortes, ligas, cuerdas de instrumentos musicales, láminas metálicas, etcétera.

Minitaller científico 1 (página 189) Respuestas esperadas a. Al aplicar fuerza sobre el elástico y el resorte, su elongación cambia. b. Mientras más fuerza se les aplique a los materiales, tienden a elongarse más. c. Si pensamos en que los materiales se estiran en forma proporcional a la fuerza que se les aplica, sería posible medir esta magnitud con un material que presente las características observadas en este minitaller. d. Tanto el resorte como el elástico para billetes se consideran materiales elásticos, pues luego que se deforman, vuelven a su estado original.

Actividad 2 (página 189) Respuesta esperada • Esta respuesta depende de los materiales que encuentren los estudiantes. Se sugiere que los guíe, invitándolos a que expongan sus tablas para comprobar si efectivamente los objetos escogidos presentan las características de un material que se deforma momentáneamente.

Guía didáctica del docente 133

Actividades complementarias Nivel básico Clasifica los materiales de estas imágenes como elásticos o inelásticos.

Nivel avanzado Lee con atención el siguiente texto y luego responde las preguntas asociadas. Los materiales elásticos son muy comunes en la vida diaria: globos, elásticos en la ropa, implementos deportivos. Sin embargo, ¿qué cualidades tiene este tipo de materiales? Los materiales elásticos también se conocen con el nombre de elastómeros; son muy flexibles pues están formados por moléculas muy largas (polímeros) cuya longitud puede aumentar hasta en 400 % cuando son sometidos a una fuerza externa y después regresan a su estado natural una vez que la fuerza deja de actuar, siempre que no hayan superado su límite elástico. El principal representante de este tipo de materiales es el caucho, primer elastómero descubierto y el más abundante en la naturaleza; sin embargo, el caucho natural no es muy útil, ya que no recupera su forma inicial con facilidad, es pegajoso y muy blando cuando se calienta. Para mejorar sus propiedades es sometido a un proceso de vulcanización, la cual consiste en tratar el caucho con pequeñas cantidades de azufre y calor, obteniendo un caucho vulcanizado cuyas cualidades, mas elástico, resistente al calor y menos pegajoso, permiten su utilización en la fabricación de neumáticos, suelas de zapatos, manguera, tuberías, etcétera. a. ¿Qué características presentan los materiales elásticos? b. ¿Cómo podrías relacionar este tipo de materiales con la ley de Hooke? c. Menciona algunas aplicaciones cotidianas del caucho.

134 Unidad 4: Fuerza y movimiento

UNIDAD

4

Solucionario de las actividades complementarias Nivel básico

Inelástico

Elástico

Elástico

Inelástico

Nivel avanzado a. Los materiales elásticos se conocen con el nombre de elastómeros, son muy flexibles y su longitud puede aumentarse cuando son sometidos a una fuerza externa y luego regresar a su estado original cuando esta fuerza deja de actuar. b. La ley de Hooke postula que la longitud de un material elástico, mientras este está sometido a una fuerza externa, aumenta de forma proporcional a la fuerza aplicada, y cuando esta fuerza deja de actuar, el material es capaz de volver a su estado original. Es lo que ocurre con los materiales elásticos, como el caso del caucho vulcanizado. c. Se utiliza para la fabricación de neumático, llantas, artículos impermeables y aislantes; también se usa en cementos, cintas aislantes, cintas adhesivas y como aislante para mantas y zapatos, entre otras. Es importante dejar en claro que el caucho vulcanizado posee muchas más aplicaciones que el caucho natural.

Guía didáctica del docente 135

Actividad 3 Respuestas esperadas (página 193) a. El gráfico 1 representa una función lineal para cualquier valor de la fuerza aplicada; en el gráfico 2, la gráfica es lineal solo hasta cierto valor de F. b. En el gráfico 2, el resorte satisface la ley de Hooke hasta el límite elástico. Si la deformación del resorte supera este límite, ya no volverá a su forma original.

Ejemplo resuelto 1 (página 194) Respuesta esperada El estiramiento será de 5 cm.

Minitaller científico 2 (página 196) Respuestas esperadas a. Se aplica la ley de Hooke debido a que en el procedimiento construyeron un dinamómetro, instrumento que basa su funcionamiento en esta ley física. b. Considerando solo la masa, sin tomar en cuenta el valor de la gravedad, el instrumento que construyeron sería similar a una balanza. c. Esta respuesta es variable, ya que depende de la comprensión de los estudiantes. Sin embargo, podría orientar las respuestas indicándoles que existen resortes más potentes, que soportan pesos mayores.

Sugerencias para el cierre de lección • Si bien a lo largo de esta lección los estudiantes han aprendido cualitativamente los aspectos fundamentales de la ley de Hooke, es crucial que practiquen el análisis cuantitativo de la relación de la variable fuerza sobre un resorte y la variable elongación. • Por lo anterior es que las actividades de la sección Actividades de cierre pretenden desarrollar procedimientos como el manejo de datos y la relación entre dos variables.

Actividades de cierre (página 196) Respuestas esperadas 1. 50 mm 2. Aproximadamente, 120 N/m. 3.

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

136 Unidad 4: Fuerza y movimiento

1

2

3

4

5

6

UNIDAD

4

Solucionario Evaluación de proceso (páginas 198 y 199) Organizando lo aprendido El mapa conceptual se completa con los siguientes conceptos: Fuerzas

pueden provocar

originan cambios en el

deformaciones movimiento en materiales un ejemplo de estos son los

elásticos

resortes que cumplen la ley de Hooke que relaciona magnitud de la fuerza aplicada

con

el estiramiento del material

que se mide con dinamómetro

Actividades Respuestas esperadas 1. Cuerpos con efectos momentáneos: resorte, trozo de lámina de corcho y llave de metal. Cuerpos con efecto permanente: bloque de madera, plasticina, azulejo y suéter de lana. 2. Al aplicar una fuerza estos materiales se deforman, pero al dejar de ejercerla, vuelven a su forma original. 3. El funcionamiento del dinamómetro se basa en la ley de Hooke. Guía didáctica del docente 137

4. La deformación de un resorte es proporcional a la magnitud de la fuerza ejercida sobre él. 5. a. a. 200 N/m b. b. 11 cm 6. La afirmación correcta es la c. 7. a. Podría ser: ¿Cómo se pueden obtener grandes cantidades de telaaraña? b. Existen varias técnicas con diferente éxito; por ejemplo, en el texto se mencionan dos alternativas para obtener telaraña.

Información complementaria 3 Robert Hooke Físico y astrónomo inglés, nació en Freshwater, en la isla de Wight, el 18 de julio de 1635, y falleció en Londres, el 3 de marzo de 1703. Destacó por sus importantes aportaciones en varios campos de la ciencia, como la astronomía, la física, las matemáticas, la biología y la química. Pertenecía a una familia rural y modesta. Sus escasos recursos no le permitieron ir a la escuela; fue su propio padre quien le enseñó a leer, a escribir y a realizar cálculos matemáticos. Además, incluso en la infancia, su delicado estado de salud le impedía desarrollar las actividades propias de su edad, y pasaba mucho tiempo en casa. Sin embargo, su mente creativa le permitiría, posteriormente, efectuar invenciones mecánicas, como molinos de agua o relojes de sol. En 1655, Hooke colaboró con Robert Boyle en la construcción de una bomba de aire. Cinco años más tarde formuló la ley de elasticidad que lleva su nombre, que establece la relación de proporcionalidad directa entre el estiramiento de un cuerpo sólido y la fuerza aplicada para producir este estiramiento. En esta ley se fundamenta el estudio de la elasticidad de los materiales. Hooke aplicó sus conocimientos en la construcción de los componentes de relojes. En 1662, fue nombrado responsable de experimentación de la Royal Society de Londres, de la que fue elegido miembro al año siguiente. Hooke fue uno de los primeros en construir un telescopio reflectante gregoriano con el que descubrió el trapecio de Orión (o theta Orionis), un conjunto de estrellas que forma un bello y complejo sistema, visible con telescopios de mediana apertura. Fuente: Archivo editorial

138 Unidad 4: Fuerza y movimiento

UNIDAD

Orientaciones de trabajo Lección 3 (páginas 200 a 205)

4

A continuación, se desarrollan algunas sugerencias para iniciar la lección, haciendo énfasis en los prerrequisitos y en las experiencias previas que se exploran en las secciones Necesitas saber y Actividad exploratoria.

Sugerencias de inicio de lección Necesitas saber... (página 200) • El concepto de rapidez y cómo se mide la distancia. • Como los estudiantes ya han visto el contenido relacionado con distancia y desplazamiento, esta lección busca recordarlos para que los estudiantes puedan comprender el contenido central de esta unidad: movimiento relativo. • Para esto es necesario que recuerden cuándo se habla de distancia y cuándo de desplazamiento. Además, requieren saber cómo es que un cuerpo cambia de posición, es decir, cómo podemos determinar si se desplaza o no. • Invítelos a pensar en la siguiente situación: una camioneta sufrió un accidente en el kilómetro 54 de la Panamericana Sur. Esto significa que algún punto del recorrido tiene la posición 0 km y otro, la posición 54 km. Pídales que dibujen la situación. Cuando hayan terminado, pregúnteles: ¿Qué es la posición de un móvil?

Actividad exploratoria (página 200) Respuestas esperadas a. El baterista está ubicado a cinco metros de la pata de la silla en la que está sentado el guitarrista. También se encuentra al lado del pianista. b. Podrían decir que están a dos metros sobre el platillo del baterista, o a cinco metros del suelo. c. Definir la posición del pianista o de cualquier otro integrante de la banda se complejiza si no se usa a otro de los músicos o a algún objeto como referencia.

Tratamiento de errores frecuentes • Un error frecuente, que se presenta desde los primeros niveles de la enseñanza escolar, es la confusión que existe entre trayectoria y distancia recorrida. Enfatice y aclare a sus estudiantes que la trayectoria no es más que una línea que representa el camino que recorrió un móvil; sin embargo, la distancia recorrida es una magnitud, que se puede medir.

Guía didáctica del docente 139

Sugerencias de desarrollo de lección • El objetivo de estas páginas es que los estudiantes comprendan que el concepto de marco de referencia es necesario para determinar si un cuerpo se encuentra o no en movimiento con respecto a ese marco de referencia. • Es conveniente que los estudiantes reflexionen, a través de ejemplos sencillos, sobre cómo se percibe el movimiento de un objeto desde diferentes posiciones para llegar a entender los conceptos: sistema de referencia, movimiento absoluto y movimiento relativo. • Para reforzar la diferencia entre los conceptos “marco de referencia” y “sistema de coordenadas”, pídales que describan el movimiento de un alumno dentro de la sala de clases. El marco de referencia puede ser la mesa del profesor, y el origen del sistema de coordenadas se puede establecer en una de las esquinas de la superficie de la mesa. Solicítele al alumno que realiza el movimiento que lo haga lentamente para que todos sus compañeros y compañeras puedan observarlo y describir su movimiento. Pídales analizar sus respuestas, siendo cada uno un sistema de referencia distinto.

Actividad 4 (página 201) Respuestas esperadas 1. La respuesta a esta pregunta es variable, pues depende del lugar en la fotografía donde hayan posicionado el punto O. No obstante, guíelos para que al referenciar lo que les preguntan, siempre expresen la ubicación respecto de un punto de referencia. 2. a. Si toman en cuenta un punto de referencia distinto (P) para indicar la posición de los músicos, las descripciones de dónde se ubican cambian totalmente. b. La posición de un cuerpo, objeto o persona cambia dependiendo del punto de referencia que se tome en cuenta.

Actividad 5 (página 203) Respuestas esperadas 1. Es un movimiento rectilíneo. 2. Se debe definir como positivo el sentido del movimiento del felino.

Información complementaria 4 Sistemas de coordenadas: coordenadas polares y cilíndricas Todos los sistemas de coordenadas son igualmente válidos, pues las leyes físicas no dependen de la elección de coordenadas. Sin embargo, no todos son igualmente convenientes. Los fenómenos físicos que se estudiarán en esta unidad se describen empleando un sistema simple y manejable, como el de coordenadas cartesianas en el plano (x, y) y en el espacio (x, y, z). Por simplicidad, habitualmente se trabaja en el plano. Fuente: Archivo editorial

140 Unidad 4: Fuerza y movimiento

UNIDAD

Actividades complementarias

4

Nivel básico Antepón la letra de cada concepto en la descripción que corresponda. a. Sistema de coordenadas. b. Punto de referencia. c. Marco de referencia. d. Posición. e. Desplazamiento.

Para describir la posición de un cuerpo es necesario considerar un punto o un conjunto de puntos que no se mueven entre ellos. Se escoge arbitrariamente y corresponde a cero, ya que desde ese punto se comienzan a medir las distancias. Se representa mediante una flecha y puede ser negativo o positivo. Corresponde a un conjunto de números que informan exactamente la posición de un punto o de un objeto.

Nivel avanzado Lee esta situación y luego responde las preguntas asociadas. Rodrigo y Carlos son amigos de la infancia. Cierto día se encuentran en un almacén a las 11 horas y acuerdan reunirse en el departamento de Rodrigo para conversar con más calma. Al darle la indicación de la ubicación del departamento a su amigo Carlos, Rodrigo le dice que camine cuatro cuadras al norte; luego, que doble dos cuadras al oeste, hasta llegar al edificio que está exactamente en la esquina, y que suba hasta su departamento. a. ¿Cuál fue el punto de referencia escogido por estos amigos? b. Si cada cuadra mide aproximadamente 100 metros y cada piso 3 metros de altura, ¿cuáles fueron las coordenadas en las que acordaron reunirse Rodrigo y Carlos desde el punto de referencia escogido?

Guía didáctica del docente 141

Solucionario de las actividades complementarias Nivel básico a. Sistema de coordenadas: corresponde a un conjunto de números que informan exactamente la posición de un punto o de un objeto. b. Punto de referencia: se escoge arbitrariamente y corresponde a cero, ya que desde ese punto se comienzan a medir las distancias. c. Marco de referencia: para describir la posición de un cuerpo es necesario considerar un punto o un conjunto de puntos que no se mueven entre ellos. d. Desplazamiento: se representa mediante una flecha y puede ser negativo o positivo. Nivel avanzado a. El departamento de Rodrigo. b. (x, y, z) = (400 m, 200 m, 12 m)

Información complementaria 5 Vector desplazamiento En el lenguaje común se suele utilizar el desplazamiento como el espacio recorrido, pero no siempre es lo mismo. El vector desplazamiento Δr→ entre dos puntos P y Q, cuyos vectores de posición son → r1 y → r2 , se expresa como la diferencia entre estos dos vectores. Por ello, el → desplazamiento Δr entre dos puntos solo coincide con el espacio recorrido a lo largo de una trayectoria que pase por ambos si esta es rectilínea y se recorre sin cambios en la dirección. Un caso en el que se ve claramente la diferencia entre el módulo del desplazamiento Δr→ y el espacio recorrido es en las trayectorias cerradas, para las que el desplazamiento es nulo (r2 = r1), ya que el vector de posición final coincide con el inicial, pero el espacio recorrido no es nulo.

La relación entre el desplazamiento y el espacio recorridos aumenta con la proximidad de los puntos. Esto quiere decir que para intervalos de tiempo muy pequeños se cumple que Δr→ = Δx, siendo mayor la aproximación cuanto menor sea el intervalo de tiempo. Fuente: Archivo editorial

142 Unidad 4: Fuerza y movimiento

UNIDAD

Actividad 6

4

Respuestas esperadas 1. Roberto: 8 cuadras; Andrés: 8 cuadras; Verónica: 14 cuadras. 2. Los caminos de los tres adolescentes son distintos, pues recorren trayectorias diferentes. 3. Los tres caminos tienen en común el punto de partida y el punto de llegada.

Sugerencias de cierre de lección • Para finalizar esta lección, se recomienda que los alumnos reflexionen, a través de ejemplos sencillos, sobre cómo se percibe el movimiento de un objeto desde diferentes posiciones para llegar a entender los conceptos “sistema de referencia, movimiento absoluto y movimiento relativo”, concepto que analizarán en la siguiente lección. • Invítelos a realizar las Actividades de cierre en parejas. Luego, guíelos para que comparen y compartan sus respuestas con otros compañeros.

Actividades de cierre (página 205) Respuestas esperadas 1. a. La forma de la trayectoria es una línea recta. b. La distancia recorrida fue 16 km y el desplazamiento, 10 km. c. No, porque las coordenadas indican el punto exacto en el que se ubican los puntos respecto del origen del sistema.

Información complementaria 6 Rapidez y velocidad La distancia recorrida por un objeto, dividida entre el tiempo necesario para recorrerla, se llama rapidez. La rapidez es una magnitud escalar. O sea, que para definirla solo se requiere de un número o módulo. A la rapidez con la que se mueve un objeto con una dirección y un sentido determinados se le llama velocidad. La velocidad es una magnitud vectorial, es decir, que para definirla se requieren, además del módulo, una dirección y un sentido. La velocidad se obtiene dividiendo el desplazamiento realizado por un objeto entre el tiempo transcurrido para efectuarlo. La rapidez y la velocidad tienen las mismas unidades. En el Sistema Internacional se miden en metros por segundo, o en forma abreviada m/s. Fuente: Archivo editorial

Guía didáctica del docente 143

Orientaciones de trabajo Lección 4 (páginas 206 a 214) A continuación, se desarrollan algunas sugerencias para iniciar la lección, haciendo énfasis en los prerrequisitos y en las experiencias previas que se exploran en las secciones Necesitas saber y Actividad exploratoria.

Sugerencias de inicio de lección Necesitas saber... (página 206) • Marco de referencia y posiciones en un sistema de coordenadas. • Como los estudiantes ya conocen estos conceptos, puede reforzar la diferencia entre marco de referencia y sistema de coordenadas. Para esto, pídales que describan el movimiento de un alumno dentro de la sala de clases. • El marco de referencia puede ser la mesa del profesor y el origen del sistema de coordenadas se puede establecer en una de las esquinas de la superficie de la mesa. Solicítele al alumno que realiza el movimiento que lo haga lentamente para que todos sus compañeros y compañeras puedan observarlo y describir su movimiento. Pídales analizar sus respuestas, siendo cada uno un sistema de referencia distinto.

Actividad exploratoria (página 206) Respuestas esperadas a. Porque percibe que respecto a los asientos del bus, no ha cambiado de posición. b. Porque Paulina tomó como referencia el lugar desde donde salieron. Debido a esto, ella interpretó que se han desplazado más de 300 km. c. Como vieron en la lección anterior, el cambio de posición depende del marco de referencia que se tome en cuenta. d. Desde el punto de vista de una persona que se encuentra quieta en la calle, el bus se está moviendo. Sin embargo, desde el punto de vista de lo que pasa dentro del bus, Manuel percibe que no se mueve.

Tratamiento de errores frecuentes • Algunos estudiantes pueden pensar que si una persona, que se mueve con velocidad constante, lanza una pelota hacia arriba, esta cae detrás de él. Esto es un error debido a que tanto la persona como la pelota pertenecen a un sistema inercial (ambos se mueven con velocidad constante), cumpliéndose de esta manera el principio de relatividad de Galileo. Lo anterior significa que el comportamiento de la pelota será igual que en un sistema en reposo, o sea, cae en las manos de la persona.

144 Unidad 4: Fuerza y movimiento

UNIDAD

Sugerencias de desarrollo de lección

4

• El objetivo de este tema es que los estudiantes reconozcan la relatividad del movimiento y calculen la velocidad relativa de cuerpos que se desplazan. Es recomendable iniciar su estudio recordando el concepto de sistemas de referencia, revisado en la lección anterior. • En este tema, para movimientos uniformes se establecerán sistemas de referencia inerciales. • Para que los estudiantes evidencien con una situación cotidiana la relatividad del movimiento, pídale a un alumno o alumna que camine con un ritmo constante lanzando una goma o lápiz verticalmente hacia arriba mientras camina y mostrando que esta siempre cae sobre la mano. Invite a los estudiantes a describir el movimiento como observadores en reposo y pídale al alumno o alumna que realizó el movimiento que lo describa desde su marco de referencia. Luego, pregúnteles: ¿Qué sucedió con la velocidad en cada caso? • Una forma de vincular el tema de las velocidades relativas con las actitudes de los estudiantes es ejemplificando lo que ocurre al producirse un accidente automovilístico por exceso de velocidad. Señale que un automóvil se desplaza de norte a sur a 100 km/h. Pregúnteles con qué velocidad impacta a otro vehículo si este último se encuentra en las siguientes condiciones: Está detenido. Se mueve en el mismo sentido que el primer auto, a 20 km/h. Se mueve en sentido contrario al primer auto, a 20 km/h. Se mueve en el mismo sentido que el primer auto, a 50 km/h. Se mueve en sentido contrario al primer auto, a 50 km/h. Se mueve en el mismo sentido del primer auto, a 100 km/h.

Actividad 7 (página 207) Respuestas esperadas 1. Respecto de la persona que la sostiene, la mochila se encuentra quieta. 2. Respecto de cualquier punto en el suelo.

Minitaller científico 3 (página 209) Respuestas esperadas a. Las trayectorias observadas deberían haber sido distintas, puesto que desde el punto de vista de quien lanzó la pelota, esta caía en línea recta, mientras que desde el punto de vista de los observadores en reposo, la pelota recorrió una trayectoria curva. b. Es correcto afirmar que desde diferentes puntos de vista, o marcos de referencia, las trayectorias se observan distintas. c. Se podría relacionar de la siguiente manera: el movimiento de un objeto siempre es el mismo; responde a las leyes de la física. Sin embargo, dependiendo del marco de referencia que se considere, este se vuelve relativo, puesto que se observa diferente cuando se consideran observadores en movimiento o en reposo.

Guía didáctica del docente 145

Actividad 8 (página 212) Respuestas esperadas 1. a. 160 km/h hacia el oeste. b. 160 km/h hacia el este.

Ejemplo resuelto 2 (página 213) Respuestas esperadas Vauto/moto = 130 km/h

Vpeatón/moto = –50 km/h

Actividades complementarias Nivel básico Observa con atención las imágenes y luego responde las preguntas asociadas.

a. Si estas mirando una carrera de caballos desde la tribuna, ¿quién se mueve para ti?, ¿por qué? b. Si vas en un auto al lado de una persona en bicicleta a la misma velocidad, ¿qué o quién se mueve?, ¿qué o quién aparenta estar en reposo para ustedes? Nivel avanzado Analiza la siguiente situación y luego responde las preguntas:

a. ¿Cómo será la trayectoria que verá el niño que está dentro del tren, cuando la pelota que lanzó caiga al piso del tren? b. ¿El niño que está abajo del tren verá igual la trayectoria de la pelota cuando caiga? ¿Por qué?

146 Unidad 4: Fuerza y movimiento

UNIDAD

4

Solucionario de las actividades complementarias Nivel básico a. Para la persona que está en la tribuna y según su marco de referencia los caballos con el jinete se encuentran en movimiento. b. Se sentirá que todo lo que está alrededor del hombre en bicicleta y en el auto se encuentra en movimiento; por lo tanto, las personas del auto y las de la bicicleta están en reposo. Nivel avanzado a. La trayectoria es lineal porque el niño se encuentra en reposo respecto del tren. b. Si el tren está en movimiento, la persona que está bajo el tren verá caer la pelota en trayectoria parabólica y el niño que está dentro la seguirá viendo caer en línea recta, ya que no percibe que está en movimiento con respecto al tren.

Sugerencias para el cierre de lección • Como en esta unidad los estudiantes se enfrentan a problemas matemáticos, es importante que sepan cómo abordarlos y resolverlos. • Pida a los estudiantes que antes de comenzar a desarrollar los ejercicios, escriban en sus cuadernos los pasos propuestos y junto con un compañero discutan y analicen el orden indicado para resolver el problema. Pregúnteles si les parece que los pasos presentan el orden correcto. • Invítelos a resolver los ejercicios y solicíteles que expliquen si les pareció una buena manera de entender cómo desarrollarlos. Si no es así, que planteen su propia metodología.

Actividades de cierre (página 214) Respuestas esperadas 1. Por ejemplo, observar a un peatón que se encuentre en reposo, o un objeto que no se mueva, como un paradero o un grifo. 2. a. 19 m/s b. 21 m/s c. La referencia corresponde a la vía férrea.

Guía didáctica del docente 147

Orientaciones Taller científico (páginas 216 y 217) • Explique a sus estudiantes que en esta sección se refuerza y se pone a prueba la aplicación de la habilidad que aprendieron en la página anterior. • En esta actividad, los estudiantes podrán evidenciar que, al igual que el movimiento, la velocidad también es relativa, de acuerdo con los puntos de referencia que se tomen en cuenta. • Enfatice a sus estudiantes que pongan mucha atención al llevar a cabo el procedimiento para que puedan obtener registros adecuados. Lo anterior facilita el análisis de los mismos y la correcta elaboración de conclusiones. • Antes de comenzar con este taller, invite a sus estudiantes a que lean el procedimiento completo y que, además, analicen cada una de las fotografías. Luego, indíqueles que deben resolver sus dudas antes de comenzar con el trabajo. • Puede que durante el proceso no logren observar de inmediato lo que sucede con la velocidad del auto de juguete. Si esto ocurre, explíqueles que las investigaciones y experiencias científicas no suelen arrojar resultados certeros de inmediato. Por lo general se repiten, hasta obtener varias opciones que indiquen resultados que se esperaban o que son totalmente novedosos.

Análisis Respuestas esperadas a. En la situación 2, el auto demoró más tiempo en recorrer el espacio delimitado por la huincha. b. En la situación 1, la velocidad que lleva el auto es la real, es decir, es la que observa una persona en reposo. En la situación 2, la velocidad del auto pareciera menor a la situación 1, puesto que en este caso la velocidad de la cartulina (en sentido contrario) se resta a la velocidad del auto de juguete. Finalmente, para la situación 3, la velocidad del auto de juguete pareciera ser mayor, puesto que como la cartulina se está moviendo en el mismo sentido que el movimiento del auto, sus velocidades se suman. c. En la situación 2, las velocidades de restan, mientras que en la situación 3, las velocidades se suman. Esto se explica con la respuesta anterior. d. Si la cartulina se hubiese movido a una velocidad mayor que la del auto, se apreciaría que este se mueve a velocidad baja, mientras que si la cartulina se hubiese movido a una velocidad menor que la del auto, este se hubiese visto a mayor velocidad.

148 Unidad 4: Fuerza y movimiento

UNIDAD

Solucionario Evaluación de proceso (páginas 218 y 219)

4

Organizando lo aprendido Los estudiantes podrían obtener una rueda de atributos como la siguiente: Marco de referencia

Velocidad relativa

Moviemiento

Distintos observadores

Relatividad de Galileo

Actividades Respuestas esperadas 1. a. Colegio

Calle Peumo

Calle Alerce

Calle Ciprés

Calle Araucaria

Calle Roble Casa

b. La distancia total recorrida es 1 200 m. c. Sí, coincide. 2. a. Un sistema cartesiano en una dimensión. b. –5 m y 3 m 3. Respecto de la silla, no, y en relación con el Sol, sí, ya que la Tierra orbita alrededor de este astro. 4. La trayectoria A es vista desde el avión y la B, desde un punto en la Tierra. 5. Es más peligroso un choque frontal entre dos vehículos a 50 km/h, ya que la velocidad relativa entre los automóviles es de magnitud igual a 100 km/h. 6. a. Lo ve moverse en el mismo sentido definido como positivo según el sistema de referencia dado. b. La velocidad del inspector respecto del suelo es 294 km/h.

Guía didáctica del docente 149

Orientaciones para las páginas finales de la unidad Orientaciones para la síntesis de la unidad

(páginas 220 y 221)

• Para trabajar la síntesis, solicite a los estudiantes formar parejas o pequeños grupos y pídales que analicen cada uno de los conceptos estudiados.

Orientaciones para la evaluación final

(páginas 222 y 224)

Esta sección tiene por finalidad evaluar todos los aprendizajes propuestos en la unidad. Para determinar su desempeño, invítelos a completar la tabla de la sección Me evalúo, que se encuentra al final de esta evaluación. Respuestas esperadas 1. Los materiales elásticos experimentan deformaciones momentáneas mientras dura la acción de la fuerza. Los materiales inelásticos se deforman permanentemente. 2. Por ejemplo, los resortes y el acero se deforman momentáneamente; la plasticina y el vidrio sufren deformaciones permanentes. 3. El desplazamiento de un cuerpo depende solo de su posición inicial y de su posición final; sin embargo, estos dos puntos se pueden unir de infinitas maneras. 4. Esta respuesta es variable, ya que depende del recorrido de cada estudiante hasta su escuela. Guíelos para que lleguen a un resultado similar al de la actividad 6 de esta unidad. 5. En todas las situaciones hay movimiento relativo: en el caso a, la velocidad del auto es diferente para la persona de la gradería que para el conductor; en el caso b, la velocidad del tripulante varía dependiendo de si el observador se encuentra en el barco o en tierra firme; en el caso c, la velocidad con la que se ven ambos choferes es mayor que la velocidad que llevan según un observador en reposo, y en el caso d, los jóvenes ven al avión moverse, pero para el piloto el avión no se mueve respecto de él. 6. a. Mientras más peso soporta el resorte, su elongación es mayor. b. El estiramiento y la fuerza deben ser proporcionales; por ejemplo, si el peso se incrementa al doble, el estiramiento también aumenta al doble. c. Respuesta variable. Depende de la interpretación que realice cada estudiante del esquema. 7. a. Esta respuesta también depende del camino que escoja cada estudiante. b. Respuesta variable, ya que depende de las trayectorias que escoja cada estudiante. c. Diferentes. En este caso, el desplazamiento es nulo y la trayectoria es una línea recta.

150 Unidad 4: Fuerza y movimiento

UNIDAD

8.

4

a. 5 N b. El resorte 1. 9. Por ejemplo, estar sobre un vehículo en movimiento, o desde el exterior de la Tierra. 10. a. El tren debe ir a una velocidad mayor que 90 km/h y menor que 120 km/h. b. Sí, en este caso la velocidad del tren es igual a la velocidad del auto al que el pasajero ve en reposo. 11. a. No, el movimiento de un cuerpo depende del sistema de referencia que se use. b. El marco de referencia empleado. 12. a. En el rango normal. b. Si la fuerza que deben soportar los músculos superan su límite elástico, los músculos podrían romperse. 13. a. Deben estar en reposo entre sí. b.

c. En la moneda. 14. a. –160 km/h b. 40 km/h

Guía didáctica del docente 151

Orientaciones para las actividades complementarias (páginas 225 a 227) Estas actividades tienen como objetivo reforzar el desempeño obtenido por los estudiantes a lo largo de la unidad. Como no es suficiente conocer el puntaje logrado en las preguntas, estas actividades ayudan a que tanto el docente como el estudiante tengan disponible algún tipo de remedial para mejorar o mantener sus resultados, dependiendo del caso particular. Respuestas esperadas 1. En el caso de la plasticina, la fuerza ejercida deforma permanentemente el material. En el caso del elástico, la fuerza aplicada lo deforma de manera momentánea. 2. Esta respuesta es variable, ya que depende tanto de la disponibilidad de objetos como de la comprensión de los contenidos vistos en la lección 2. 3. Todos los objetos funcionan sobre la base de la ley de Hooke: al aplicar una fuerza, el resorte se estira o comprime en forma proporcional a la magnitud de dicha fuerza. 4. La constante elástica es 166,67 N/m. 5. Hay que considerar un marco de referencia y un sistema de coordenadas. 6. La posición de un cuerpo corresponde a su ubicación según un marco de referencia dado. Este cuerpo se encuentra en movimiento si su posición cambia en el tiempo. 7. Porque el movimiento depende del marco de referencia desde donde se describe. 8. Ambas personas se mueven en el sentido de movimiento del tren; sin embargo, la persona de color blanco se mueve más rápidamente que la de color rojo. 9. Sí, es un material elástico, ya que vuelve a su forma original una vez usado. 10. a.

6 5 4 3 2 1 0 0

b. 20 N/m c. 10 cm

152 Unidad 4: Fuerza y movimiento

20

40

60

80

100

120

UNIDAD

Material fotocopiable

4

Taller de ciencias Relacionando desplazamiento y tiempo

Materiales

Antecedentes

- cinta métrica - cronómetro - cuaderno - lápices de colores - cartulina - tizas

Todo desplazamiento cambia con el tiempo. Al cociente entre la magnitud del desplazamiento y el tiempo que se tarda dicho desplazamiento se le llama velocidad. Como el desplazamiento es un vector, tiene asociados una magnitud, una dirección y un sentido; la velocidad también posee estas tres características. En esta actividad podrás responder la siguiente pregunta de investigación: ¿Cómo se relacionan el desplazamiento y el tiempo con el movimiento de un cuerpo? Procedimiento 1. En grupo de tres personas, elijan un sistema de referencia en el patio del colegio. Recuerden que todos sus movimientos estarán en función de este punto. 2. Cada miembro del grupo tendrá una función específica. Uno será el móvil, otro será el encargado del tiempo y el tercero será el responsable del desplazamiento. 3. El móvil deberá desplazarse por 20 segundos a paso de caminata, siguiendo una trayectoria errática. Al mismo tiempo, el encargado del espacio deberá dibujar con una tiza en el piso la trayectoria seguida por su compañero hasta el punto final. 4. Luego de los 20 segundos, se deberá medir con la cinta métrica el desplazamiento. 5. Dibujen en una cartulina el plano del patio y ubiquen el sistema de referencia y la trayectoria con un solo color. ¿Cuántos metros fueron recorridos en 20 segundos? ¿Qué forma tiene la trayectoria? 6. Repitan los pasos del 1 al 5 trazando diferentes trayectorias, cada una con un color distinto. Varíen el tiempo con 40, 60, 80 y 100 segundos, pero siempre siguiendo el mismo ritmo de caminata. 7. Ordenen los datos y anótenlos en una tabla. Análisis y conclusiones Después de realizado el procedimiento, respondan las siguientes preguntas: a. ¿Cómo varía el desplazamiento al aumentar el tiempo?, ¿por qué? b. ¿Cómo hallaron la velocidad? c. ¿Qué pasaría si el móvil avanzara cada vez más rápido? d. Usando los elementos de la práctica, demuestren que el movimiento es relativo. e. Revisa la hipótesis planteada, compárala con los resultados y escribe tus conclusiones.

Guía didáctica del docente 153

Material fotocopiable

Ficha de refuerzo Ley de Hooke De un resorte se cuelgan masas de 10 kg cada una, lo cual queda representado en la siguiente imagen.

10 kg

Con cada masa que se va colgando, se observa que la elongación del resorte aumenta. Imagina que este estiramiento es de 5 cm por cada 10 kg. De acuerdo con esta información, realiza las siguientes actividades: a. Completa la tabla con la información entregada: Masa (kg)

Peso total (g = 10

10

100

m )N s2

Estiramiento total (cm) 5

20 30 40 b. Realiza un gráfico con la fuerza peso versus la elongación del resorte.

c. Explica los resultados obtenidos de acuerdo con la ley de Hooke. d. ¿Habrías obtenido buenos resultados si hubieses realizado este procedimiento con una cuerda?, ¿por qué? 154 Unidad 4: Fuerza y movimiento

Ficha de ampliación

UNIDAD

Material fotocopiable

4

Robert Hooke y el dinamómetro Los dinamómetros fueron creados en el siglo XVII, convirtiéndose en una de las aplicaciones prácticas más difundidas de la ley de Hooke. El dinamómetro es un instrumento que permite medir fuerzas y que consiste, generalmente, en un resorte que se encuentra en el interior de un cilindro de plástico, cartón o metal, con dos ganchos, uno en cada extremo. El gancho superior permite anclar el dinamómetro a un lugar y el gancho inferior, colgar masas o engancharlo de algún objeto para determinar la fuerza aplicada. Los dinamómetros llevan marcada una escala, en unidades de fuerza (newton), en el cilindro que rodea al resorte. Al colgar pesos o aplicar una fuerza sobre el gancho inferior, el cursor del cilindro inferior se mueve sobre la escala exterior, indicando el valor de la fuerza. Los resortes que forman los dinamómetros tienen un límite de elasticidad. Si alguna vez has tomado el espiral de un cuaderno (un resorte en términos simples), sabrás que si uno lo estira demasiado, el espiral se deforma y no vuelve a su tamaño o forma original. Si se aplican fuerzas muy grandes y se producen alargamientos excesivos, se puede sobrepasar el límite de elasticidad y el resorte sufrirá una deformación permanente, lo que haría inutilizable el dinamómetro. 1. ¿Estará correcto decir que el dinamómetro marcó 100 kilogramos de masa?, ¿por qué?

2. ¿Podría servirme un dinamómetro para saber cuántos kilogramos de pan debo comprar? Fundamenta tu respuesta.

3. ¿Qué postula Robert Hooke en su ley de elasticidad?

4. ¿Qué son los resortes ideales?

Guía didáctica del docente 155

Material fotocopiable

Instrumento de evaluación Nombre:

Curso: 1º medio

Marca con una X la alternativa correcta. 1. ¿Cuál de estas opciones no corresponde a un tipo de fuerza? A. Contacto. B. Roce. C. Normal. D. Dinámica. E. Peso. 2. La fuerza se puede definir como: A. el desplazamiento que recorre un cuerpo en un tiempo determinado. B. una magnitud vectorial, que corresponde a la interacción entre dos o más cuerpos. C. una magnitud escalar, que corresponde a la distancia que recorre un cuerpo en un tiempo determinado. D. el trabajo que realiza un cuerpo en una unidad de tiempo. E. las vibraciones de un cuerpo en un lapso. 3. ¿Cuál de las siguientes alternativas reúne a materiales inelásticos? I. Metal. II. Plasticina. III. Resorte. A. Solo I B. Solo II C. Solo III D. Solo I y II E. Solo II y III 4. Es correcto afirmar, en relación con la Ley de Hooke, que: A. la elongación alcanzada en un resorte es directamente proporcional a la fuerza aplicada, y cuando la fuerza deja de actuar sobre el cuerpo, este vuelve a su estado inicial. B. la elongación alcanzada en un resorte es inversamente proporcional a la fuerza aplicada, y cuando la fuerza deja de actuar sobre el cuerpo, este vuelve a su estado inicial. C. mientras menos elástico sea un material, más deformación produce. D. la fuerza aplicada y la fuerza de restitución deben ir siempre en la misma dirección y sentido. E. Ninguna de las anteriores.

156 Unidad 4: Fuerza y movimiento

UNIDAD

Material fotocopiable

5. ¿Qué masa es necesaria colgar en un resorte para que este se estire 1 m, si k = 3 N ? Considera g = 10 m2 . m s A. 1 kg

4

B. 0,3 kg C. 1,3 kg D. 4 kg E. 3 kg 6. ¿Qué significa que k = 5 N ? cm A. Para mantener el resorte estirado 5 cm, se debe aplicar 5 N de fuerza. B. Para estirar 1 m el resorte, se debe aplicar una fuerza de 5 N. C. Para mantener el resorte estirado 1 cm, se debe aplicar una fuerza de 5 N. D. Por cada 5 N de fuerza, el resorte se comprime 5 cm. E. Por cada 5 N, el resorte se estira 0,2 m. 7. Si un resorte tiene una masa de 2 kg, con una constante elástica k = 5 N , ¿cuál será la deformación que se m producirá en el resorte? Considera g = 10 m2 . s A. 400 cm B. 500 cm C. 40 m D. 0,5 m E. 450 cm 8. El primer material elástico descubierto en la naturaleza fue: A. arcilla. B. cobre. C. caucho. D. resorte. E. plasticina. 9. Un sistema de coordenadas se puede manifestar en las siguientes dimensiones: I. Adimensional. II. Unidimensional. III. Bidimensional. IV. Tridimensional. A. Solo I B. Solo II y II C. Solo III D. Solo II, III y IV E. I, II, III y IV Guía didáctica del docente 157

Material fotocopiable

10. “Se escoge arbitrariamente y corresponde a cero, ya que desde ese punto se comienzan a medir las distancias”. Esta definición corresponde a: A. desplazamiento. B. punto de referencia. C. sistema de coordenadas. D. distancia. E. posición. 11. Observa el esquema. ¿Cuál es el valor del desplazamiento de un automóvil que recorrió esta pista?

Punto de partida Punto de llegada

A. El desplazamiento es nulo. B. El desplazamiento es igual a la distancia. C. El desplazamiento es 4 m. D. El desplazamiento es el camino recorrido en unidad de tiempo. E. Ninguna de las anteriores. 12. ¿Cuál de los siguientes científicos se relaciona con la relatividad del movimiento? A. Galileo Galilei. B. Nicolás Copérnico. C. Einstein. D. Pitágoras. E. Euclides. Con la siguiente información, responde las preguntas 13 y 14. Dos autos, A y B, se desplazan en vías rectilíneas paralelas a 100 km/h y 120 km/h, respectivamente. Calcula la velocidad relativa de B con respecto a A: 13. Cuando viajan en el mismo sentido. A. 220 km/h B. 20 km/h C. 100 km/h D. 20 m/s E. 120 km/h 14. Cuando viajan en sentidos opuestos. A. 220 km/h B. 20 km/h C. 100 km/h D. 20 m/s E. 120 km/h 158 Unidad 4: Fuerza y movimiento

UNIDAD

Material fotocopiable

4

Tabla de especificaciones Área: Física Curso: 1º medio Nombre de la unidad: Fuerza y movimiento Objetivos de la unidad Identificar el concepto de fuerza y conocer los efectos de la aplicación de fuerzas sobre los objetos.

Relacionar la aplicación de fuerzas con la deformación de materiales elásticos y medir una fuerza a partir de dicha propiedad.

Contenidos

Habilidad

Ítem

Clave

Características de las fuerzas

Identificar

1

D

Reconocer

2

B

Reconocer

3

D

Recordar

8

C

4

A

Calcular

5

B

Comprender

6

C

Calcular

7

A

Identificar

9

D

Reconocer

10

B

Asociar

11

A

Identificar

12

C

Calcular

13

B

Calcular

14

A

Ley de Hooke

Identificar un marco de Marco de referencia y referencia y un sistema sistema de coordenadas de coordenadas para describir el movimiento. Identificar la relatividad del movimiento, relacionada con la velocidad y la adición de velocidades.

Relatividad del movimiento Adición de velocidades

Comprender

Criterios y niveles de logro Logrado: 4 ítems correctos Por lograr: 0 a 2 ítems correctos.

Logrado: 4 ítems correctos. Por lograr: 0 a 2 ítems correctos.

Logrado: 3 ítems correctos. Por lograr: 0 a 1 ítem correcto. Logrado: 3 ítems correctos. Por lograr: 0 a 2 ítems correctos.

Guía didáctica del docente 159

Banco de preguntas Unidad 1 1. ¿Cuál de las siguientes opciones corresponde a la definición de onda?

4. El siguiente esquema representa una onda que se propaga en el agua. A partir de la información entregada, el período y la rapidez de propagación de la onda son, respectivamente: 90 cm

A. Perturbación en el medio. B. Perturbación que se propaga transportando solamente materia. C. Perturbación que se propaga transportando energía, pero sin transporte de materia.

12 s

D. Perturbación que se propaga transportando materia y energía. E. No hay una definición clara. 2. El período es el tiempo que demora una onda en completar una oscilación. En el sistema internacional, dicha magnitud se mide en:

6 cm

A. hertz.

A. 4 s y 6 m/s

B. segundos.

B. 8 s y 7,5 m/s

C. kilogramos.

C. 9 s y 12 m/s

D. metros.

D. 10 s y 0,13 m/s

E. newton.

E. 12 s y 11,25 m/s

3. “Las partículas del medio vibran en forma paralela a la dirección de propagación de la onda”. El párrafo anterior se refiere a ondas: A. longitudinales. B. transversales. C. electromagnéticas. D. sísmicas. E. mecánicas.

5. ¿Cuál de las siguientes opciones corresponde a características de las ondas sonoras? A. Mecánica, transversal. B. Mecánica, longitudinal. C. Electromagnética transversal. D. Electromagnética longitudinal. E. Ninguna de las anteriores. 6. El sonido que produce una fuente sonora viaja en el aire con rapidez constante; en cierto instante, la fuente triplica su frecuencia, entonces en esta nueva condición es de esperar que el período: A. se triplique. B. disminuya a la tercera parte. C. aumente en 1/3. D. permanezca constante. E. se reduzca en 1/9.

160 Banco de preguntas

Banco de preguntas 7. Cuando un sonido se refracta y disminuye su velocidad de propagación, implica: A. un aumento de su frecuencia. B. una disminución de su frecuencia. C. un incremento de su longitud de onda. D. una reducción de su longitud de onda. E. una disminución de su longitud de onda y de su frecuencia. 8. Para mejorar la acústica en una sala de teatro, se debe:

A. Solo I B. Solo II C. Solo III D. Solo I y III E. I, II y III 11. Cuando una persona, grita en una habitación vacía sin muebles, se produce el fenómeno llamado eco. Dicho fenómeno se relaciona con: A. refracción. B. difracción.

I. cubrir los muros con cortinas.

C. reflexión.

II. pintar los muros de colores oscuros y opacos.

D. interferencia.

III. ubicar el escenario en el centro.

E. efecto Doppler.

IV. escoger un espacio con superficies planas. A. Solo I B. Solo II C. I y II D. I, II y III E. I, II, III y IV 9. ¿En cuál de estos medios el sonido viaja más rápido? A. Agua a 20 ºC. B. Vapor de agua a 110 ºC. C. Vapor de agua a 150 ºC. D. Hielo. E. En todos los casos anteriores viaja a la misma velocidad. 10. ¿Cuál de las siguientes opciones es correcta, respecto de las propiedades del sonido? I. La intensidad del sonido depende de la amplitud de la onda sonora.

12. Algunos murciélagos para comunicarse emiten sonidos de frecuencias muy altas, las que chocan sobre los obstáculos y les envían información para que estos animales se orienten. Estos sonidos se denominan: A. megasonidos. B. infrasonidos. C. sonidos pequeños. D. ultrasonidos. E. supersonidos. 13. Que los cines tengan paredes absorbentes (usualmente alfombras) se debe a que se busca disminuir el fenómeno ondulatorio, llamado: A. refracción. B. absorción. C. tiempo de reverberación. D. interferencia. E. efecto Doppler.

II. La altura o tono depende de la frecuencia de la onda sonora. III. El timbre depende de la naturaleza de la fuente emisora de la onda sonora.

Guía didáctica del docente 161

Banco de preguntas 14. Un niño, que está parado frente a un acantilado, emite un sonido que se refleja. Si el sonido se demoró 0,8 s en ir y volver, y la rapidez del sonido en el aire es de 340 m/s, ¿a qué distancia se encuentra el niño del acantilado?

18. Si se produce un temblor, se podría decir que se trata de una onda: A. estacionaria y armónica. B. viajera y electromagnética.

A. 1 360 m

C. mecánica y estacionaria.

B. 272,0 m

D. viajera y mecánica.

C. 136,0 m

E. electromagnética y longitudinal.

D. 27,2 m E. Ninguna de las anteriores. 15. Un rayo cae a 17 km de distancia. Puesto que el sonido viaja a 340 m/s, el tiempo que tarda el sonido en llegar a ti es de:

19. Durante el paso de una onda sonora a través del aire se producen: A. reflexiones y refracciones. B. compresiones y depresiones. C. eco y sonido.

A. menos de 1 segundo.

D. compresiones y rarefacciones.

B. más de 20 segundos.

E. reverberaciones y difracciones.

C. 20 segundos. D. 1 segundo. E. 10 segundos. 16. Cuando se produce un ruido fuerte a cierta distancia, los cristales de la ventana comienzan a vibrar. Esto prueba que: A. el sonido empuja el aire hacia los cristales. B. el sonido transporta energía. C. el sonido transporta materia. D. el sonido no es una onda. E. el sonido viaja por el vacío. 17. Es posible reconocer la voz de una persona gracias a la propiedad conocida como: A. tono. B. período. C. timbre. D. intensidad. E. amplitud.

162 Banco de preguntas

20. Uno de los principales problemas de las grandes ciudades, en la actualidad, es la denominada contaminación acústica. ¿Cuándo el sonido tiene efectos nocivos para la salud? A. Solo cuando supera los 140 dB, momento en el que se produce la rotura del tímpano. B. Cuando el tiempo de exposición al ruido es mayor a cinco horas, sin importar la intensidad. C. El sonido solo tiene efectos nocivos cuando estamos sometidos a niveles mayores de 120 dB. D. Se considera un ruido contaminante cuando su intensidad supera los 80 dB, que es el umbral del dolor. E. Cuando ocasiona trastornos orgánicos y cuando la exposición es prolongada a intensidades elevadas por debajo del umbral del dolor.

Banco de preguntas Unidad 2

A. Solo I B. Solo II

21. ¿Cuál de las siguientes opciones reúne características propias de la reflexión difusa? I. Permite ver objetos brillantes. II. Permite ver objetos opacos. III. Ocurre en superficies rugosas IV. Ocurre en superficies pulidas.

C. Solo III D. Solo I y II E. I, II y III 24. ¿Qué tipo de espejo forma imágenes invertidas, reales y del mismo tamaño que el objeto que refleja?

A. Solo I

A. Cóncavo.

B. Solo II

B. Plano.

C. II y III

C. Parabólico.

D. II y IV

D. Convexo.

E. I y IV

E. Ninguna de las anteriores.

22. El espejo que puede formar una imagen virtual, derecha y de igual tamaño se llama: I. espejo plano. II. espejo cóncavo. III. espejo convexo. A. Solo I B. Solo II C. Solo III D. Solo I y II E. I, II y III 23. Para poder encontrar una imagen, debes trazar ciertas líneas que se conocen como rayos notables. ¿Cuál de estas opciones corresponde a las descripciones de estos rayos? I. Un rayo luminoso que pasa por el foco (o se dirige a él) y se refleja paralelo al eje óptico.

25. Los espejos cóncavos forman imágenes: A. virtuales. B. reales y más grandes que el objeto. C. virtuales invertidas. D. reales, invertidas y más pequeñas que el objeto. E. más pequeñas, del mismo tamaño y más grandes que el objeto. 26. Una aplicación de los espejos convexos la encontramos en: A. telescopios. B. placas solares. C. focos reflectores. D. espejos de supermercados. E. cocinas solares.

II. Un rayo luminoso que incide paralelo al eje principal del espejo y se refleja teniendo como dirección de reflexión el foco. III. Un rayo de luz que luego de pasar por el centro de curvatura (o dirigirse a él) incide en el espejo y se refleja perpendicular al eje óptico.

Guía didáctica del docente 163

Banco de preguntas 27. Si la luz se refracta al viajar desde el aceite al aire, ¿cuál de las siguientes opciones es correcta? A. Tendrá mayor intensidad en el aire que en el aceite.

31. En general, los materiales se encuentran a mayor temperatura cuando: A. transmiten la luz. B. reflejan la luz.

B. Tendrá mayor frecuencia en el aire que en el aceite.

C. absorben los rayos lumínicos.

C. Tendrá mayor intensidad en el aire que en el aceite.

E. ninguna de las anteriores.

D. Tendrá mayor longitud de onda en el aire que en el aceite. E. Tendrá mayor frecuencia en el aceite que en el aire. 28. Que un haz de luz blanca al pasar por un prisma se descomponga en todos los colores se atribuye al fenómeno de: A. reflexión. B. refracción. C. difracción. D. descomposición óptica. E. Ninguna de las anteriores. 29. Tanto el mar como el cielo se ven de color azul debido a que las moléculas de aire en el cielo actúan como:

D. difractan la luz.

32. La luz que percibimos desde el exterior ingresa al ojo, a través de la pupila. La estructura del ojo que trabaja como una lente se conoce como: A. La córnea. B. El humor vítreo. C. El cristalino. D. La retina. E. El nervio óptico. 33. En el ojo humano, las imágenes se forman invertidas, y luego nuestro cerebro se encarga de llevarlas a su posición correcta. La estructura del ojo en donde se forman las imágenes se denomina: A. córnea. B. humor vítreo.

A. espejos que reflejan sólo luz azul.

C. cristalino.

B. fuentes de luz blanca.

D. retina.

C. partículas que difractan la luz.

E. nervio óptico.

D. prismas. E. resonadores que dispersan la luz azul. 30. Si apuntas en forma diagonal un vaso con agua con un puntero láser, ¿cómo verías el rayo de luz al pasar del aire al agua?

34. Para una persona con miopía, las imágenes de los objetos se forman antes de la retina; para corregir este defecto se debe usar una lente de tipo: A. biconvexa. B. bicóncava.

A. Se doblará hacia abajo al entrar al agua.

C. convergente.

B. Se doblará hacia arriba al entrar al agua.

D. plana oscura.

C. Mantendrá su dirección.

E. convexa oscura.

D. Se reflejará completamente en el vaso. E. Será absorbido por el agua.

164 Banco de preguntas

Banco de preguntas 35. El color que percibimos de un objeto que no emite luz es el mismo color que:

39. Comparada con las ondas de radio y los rayos X, la rapidez de las ondas de luz visible en el vacío es:

A. transmite.

A. menor.

B. refleja.

B. mayor.

C. absorbe.

C. la misma.

D. refracta.

D. la luz visible no viaja en el vacío solo en medios materiales.

E. Ninguna de las anteriores. 36. La luz de un láser rojo: I. viaja en una sola dirección. II. es monocromática. III. es infrarroja. A. Solo I B. Solo II C. I y II D. I y III E. I, II y III 37. Las quemaduras de sol son producidas por:

E. Depende de la frecuencia de las ondas. 40. Respecto a los fenómenos de refracción y difracción, es correcto afirmar que ambos tienen en común: I. que se pueden presentar en los dos tipos de ondas: transversales y longitudinales, sin excepciones. II. que en ambos fenómenos ocurre una variación de la dirección de las ondas durante el respectivo fenómeno. III. en el primer fenómeno se produce un cambio en la velocidad y en el segundo, un cambio en la longitud de onda.

A. luz visible.

A. Solo I

B. luz infrarroja.

B. Solo III

C. luz ultravioleta.

C. Solo I y II

D. Todas las anteriores.

D. Solo II y III

E. Ninguna de las anteriores.

E. I, II y III

38. ¿Cuál de estas ondas electromagnéticas tiene la longitud de onda más corta? A. Ondas de radio. B. Ondas infrarrojas. C. Rayos X. D. Ondas ultravioleta. E. Ondas de luz visible.

Unidad 3 41. ¿Cuál es la principal causa de que se produzcan los sismos? A. El desplazamiento o ruptura de grandes masas de roca. B. La expulsión de material caliente del centro de la Tierra. C. La liberación de grandes olas liberadas desde el mar. D. La liberación de cenizas y material piroclástico del centro de la Tierra. E. Ninguna de las anteriores.

Guía didáctica del docente 165

Banco de preguntas 42. ¿De qué depende que un sismo sea más o menos intenso? I. De la amplitud del movimiento (desplazamiento). II. De la velocidad. III. Del tiempo (duración). A. Solo I B. Solo II C. Solo III D. Solo I y III E. I, II y III 43. “Es el punto donde el sismo se percibe primero y de mayor intensidad”. Hablamos de:

46. Cuando se considera la energía que se libera durante el sismo, se está describiendo la . Esta se mide con la escala , que no . Los tiene límite conceptos que faltan, respectivamente, son: A. intensidad, Richter, inferior. B. magnitud, Mercalli, superior. C. magnitud, Richter, superior. D. sismo, Kelvin, extremo. E. Ninguna de las anteriores. 47. El siguiente instrumento que aparece en la imagen recibe el nombre de:

A. foco. B. ruptura. C. falla. D. epicentro. E. sismo. 44. “Son grietas que se ubican en los bordes de las placas de la corteza terrestre”. Esta definición corresponde a: A. sismo. B. falla. C. epicentro. D. hipocentro. E. foco. 45. ¿Cuál es la principal diferencia entre las ondas L y R? A. No existe diferencia alguna; ambas se desplazan de forma longitudinal B. Las ondas L son transversales y las R longitudinales. C. Las ondas R son longitudinales y las ondas L son transversales. D. Las ondas L y R son consideradas como ondas superficiales. E. Las ondas R se mueven de forma elíptica y las L, perpendicular a la expansión del movimiento. 166 Banco de preguntas

A. sismograma. B. sismógrafo. C. telégrafo. D. péndulo. E. telegrama.

Banco de preguntas 48. La de un sismo corresponde a la percepción del mismo, y a la estimación de los daños que ocasiona. Este parámetro se mide con la escala de ; esta tiene doce grados y se representa con números . A. Intensidad, Richter, negativos. B. Magnitud, Mercalli, decimales. C. Intensidad, Richter, enteros. D. Sismo, Kelvin, romanos. E. Intensidad, Mercalli, romanos. 49. Con respecto a los tsunamis, es correcto afirmar que: I. la palabra tsunami proviene del japonés y significa “gran ola en el puerto” II. al llegar a la playa, las olas pueden medir hasta 30 m de altura. III. el desplazamiento de las placas tectónicas puede generar el hipocentro de un sismo en el subsuelo oceánico. A. Solo I B. Solo I y II C. Solo II y III D. I, II y III E. Ninguna de las anteriores. 50. En relación con los volcanes, es correcto afirmar: I. las erupciones volcánicas son una prueba de que al interior de la Tierra la temperatura es tan alta que funde las rocas II. Chile posee una gran cantidad de volcanes. A lo largo de su territorio, específicamente en la cordillera de los Andes.

51. El es la cavidad que se encuentra en la cima del cono volcánico; desde allí emerge el magma convertido en lava. El término que falta es: A. magma. B. cono. C. cráter. D. lodo. E. manto. 52. ¿Cuál es el material más abundante que se libera en una erupción volcánica? I. Rocas. II. Dióxido de carbono. III. Vapor de agua. A. Solo I B. Solo II C. Solo I y II D. Solo II y III E. Solo III 53. ¿Cuál de las siguientes opciones es incorrecta respecto del cinturón de fuego? A. Se ubica en las costas del océano Pacífico. B. Su nombre se debe a la alta concentración de volcanes que allí existen. C. En estos lugares, la corteza continental es de mayor grosor, por ende, las erupciones volcánicas son seguidas. D. Los hotspots corresponden a regiones que manifiestan una actividad volcánica mayor que sus alrededores. E. Todas son correctas.

III. los volcanes insulares se encuentran en el Territorio Antártico Argentino. A. Solo I B. Solo II C. Solo III D. Solo I y II E. I, II y III Guía didáctica del docente 167

Banco de preguntas 54. La corresponde a la capa más externa. Comprende las zonas que se encuentran en la superficie. Se reconocen una y una porción porción , siendo esta última más densa. Los conceptos que faltan, respectivamente, son: A. corteza terrestre, oceánica, continental. B. litósfera, continental, oceánica. C. corteza oceánica, terrestre, acuática. D. mesósfera, delgada, gruesa. E. astenósfera, oceánica, continental. 55. Las capas de la Tierra desde el centro a la superficie, según el modelo dinámico, son: A. mesósfera, endósfera, litósfera, astenósfera. B. núcleo interno, núcleo externo, mesósfera, astenósfera, litósfera. C. litósfera, astenósfera, mesósfera, núcleo externo, núcleo interno. D. endósfera, litósfera, astenósfera, mesósfera E. astenósfera, mesósfera, núcleo terrestre, litósfera. 56. Los son los que se establecen cuando dos placas se separan y emerge magma de regiones profundas. Nos referimos a: A. límites transformantes. B. límites convergentes. C. límites de convección D. límites de subducción E. límites divergentes.

57. El cinturón orogénico corresponde a: A. la litósfera que se hunde en el manto superior y desaparece de la superficie terrestre. B. los convergentes que se establecen cuando dos placas chocan. C. la formación de montañas como consecuencia de la compresión que sufren las placas que convergen. D. las zonas donde no se crea ni se destruyen litósfera, pero se produce una intensa sismicidad. E. las corrientes de convección en el centro de la Tierra. 58. El científico alemán Alfred Wegener propuso la hipótesis de la deriva continental a principios del siglo XX; para ello se baso en datos de tipo: I. geográficos. II. paleoclimáticos. III. paleontológicos. A. Solo I y III B. Solo II y III C. Solo I y II D. Solo III E. I, II y III 59. Los avances oceanográficos y paleomagnéticos son importantes, porque: A. sirvieron para confirmar su hipótesis de la deriva continental de Alfred Wegener. B. la oceanografía es la disciplina que estudia el fondo marino y con ella se descubrió una serie de sistemas cordilleranos submarinos, llamados dorsales oceánicas. C. el paleomagnetismo es una disciplina que estudia las características de los campos magnéticos terrestres en el pasado. D. Son correctas solo A y B. E. Todas son correctas.

168 Banco de preguntas

Banco de preguntas 60. “Hace 150 millones de años, se dividió en dos enormes continentes: y ”. Los términos que faltan son: A. el mundo, Laurasia, Gondwana. B. Pangea, Laurasia, Gondwana. C. Panthalasa, Gondwana, Laurasia. D. Pangea, Asia, India. E. Ninguna de las anteriores. Unidad 4

64. ¿Cuál o cuáles de los siguentes elementos produce una deformacion permanente al ejercer una fuerza sobre ellos? I. Caucho. II. Plasticina. III. Greda. IV. Metal. A. Solo I B. Solo II y III C. Solo I y IV D. II, III y IV

61. Con respecto al concepto fuerza, es verdadero afirmar que: I. es una interacción entre dos o más cuerpos. II. es una magnitud escalar. III. se representa mediante vectores. A. Solo I B. Solo I y II C. Solo II y III D. Solo I y III E. I, II y III 62. Cuando hablamos de magnitud vectorial, ¿qué información proporciona esta característica? A. Módulo, sentido. B. Solo módulo. C. Módulo, dirección y sentido. D. Dirección y sentido. E. Sentido y unidad de medida. 63. Si la velocidad de un automóvil es negativa, quiere decir que: A. se está deteniendo. B. se dirige hacia el origen del sistema de coordenadas. C. Se desplaza en sentido tal que disminuyen los valores del sistema de coordenadas.

E. I, II, III y IV 65. ¿Cuál es la principal diferencia entre materiales elásticos e inelásticos? A. En los materiales elásticos, los objetos con estas caracteristicas vuelven a su estado original cuando una fuerza aplicada deja de actuar sobre ellos y los meteriales inelásticos son aquellos que no regresan a su estado inicial cuando deja de actuar dicha fuerza. B. No existe diferencia alguna, el termino elastico o inelastico se utiliza por su capacidad de coeficientes elásticos. C. Los materiales elásticos son los que se deforman más, en cambio los inelásticos se deforman menos. D. El coeficiente elástico de un material elástico es de igual valor al de un material inelástico. E. Todas son correctas. 66. ¿Cuál de las siguientes expresiones matemáticas define la ley de Hooke? A. k = F · ∆x B. k = -F · ∆x k C. F = x D. ∆x = -F · k E. F = k · ∆x

D. se está devolviendo. E. está aumentando su velocidad. Guía didáctica del docente 169

Banco de preguntas 67. Según el Sistema Internacional, la unidad de medida de k es: A. N · m N m N C. cm D. N · cm

B.

E.

kg·s cm

68. La fuerza que el resorte ejerce para volver a su forma original y que es de igual magnitud a la fuerza que se ejerce sobre él, pero en sentido opuesto, se denomina: A. fuerza elástica. B. fuerza inelástica. C. fuerza peso. D. fuerza de contacto. E. fuerza de restitución elástica. 69. ¿Cómo interpretas que el valor de la constante de N elasticidad de un resorte, es igual a k = 2,5 m ? A. Para estirar un resorte de 2,5 m, es necesaria una fuerza de 1 N. B. Para estirar un resorte 1 m, es necesaria una fuerza de 2,5 N. C. Cada 2,5 N, el resorte se deformará 1 cm. D. Cada 2,5 N, el resorte se deformará 2,5 m. E. Cada 25 N, el resorte se deforma 2,5 m. 70. Un resorte de 3 kg, con una constante elástica N k = 6 m . ¿Cuál será la deformación que se m producirá en el resorte? Considera g = 10 s2 . A. 7 m B. 6 cm C. 6 m D. 5 m E. 5 cm

170 Banco de preguntas

71. ¿Qué es un dinamómetro? A. Es un instrumento que basa su funcionamiento en la ley de Hooke. Se utiliza para pesar objetos. B. Es un instrumento que se usa para medir la masa de distintos cuerpos. C. Es un instrumento empleado en la medición de presión que produce un resorte. D. Es un instrumento utilizado para medir el desplazamiento de un resorte. E. Es un instrumento usado para medir la constante de elasticidad. 72. Un resorte mide 6 m cuando está en reposo. Al tirar de él con una fuerza de 2 N se observa que su largo llega a 10 m. ¿Cuál es el valor de la constante de elasticidad? N A. 0,2 m N B. 0,5 m N C. 0,5 m N D. 5 m E. Ninguna de las anteriores. 73. Se tienen cinco resortes con las siguientes N N constantes de elasticidad: A) k = 1 m ; B) k = 5 m ; N N N C) k = 3 m ; D) k = 7 m ; E) k = 0,5 m . Ordénalos desde los más elásticos hasta los más inelásticos. A. C, E, B, A, D B. A, B, C, D, E C. E, B, D, A, C D. B, D, C, A, E E. E, A, C, B, D.

Banco de preguntas 74. ¿Cuál es la principal diferencia entre la balanza y el dinamómetro? A. La balanza mide la masa de un cuerpo y el dinamómetro, la fuerza. B. La balanza mide la fuerza y el dinamómetro, la masa.

78. Juan todos los días para llegar a su colegio debe caminar dos cuadras hacia el oeste, luego debe doblar y caminar cuatro cuadras hacia el este, considerando que cada cuadra mide aproximadamente 50 m. ¿Cuál es la distancia total recorrida por Juan para llegar a su colegio todos los días?

C. La balanza y el dinamómetro se utilizan de igual forma.

A. 400 m

D. No hay diferencia, ya que ambas se usan para comprobar la ley de Hooke.

C. 300 m

E. Ninguna de las anteriores. 75. Para identificar la posición de un cuerpo, se necesita un conjunto de números que informan exactamente dónde se encuentra un punto o un objeto. Esta definición corresponde a: A. posición. B. sistema de coordenadas. C. marco de referencia.

B. 350 m D. 500 m E. 450 m 79. María todos los días para comprar pan debe realizar el trayecto que aparece en la imagen. Si cada cuadra mide aproximadamente 11 m. ¿Cuál es la distancia recorrida por María todos los días para llegar a la panadería? Casa

a

D. desplazamiento. E. distancia. 76. ¿Cuál de las siguientes opciones reúne ejemplos de reposo absoluto? I. Al estar durmiendo recostado sobre la cama. II. Al estar sobre un auto detenido. III. Al estar sentado. A. Solo I B. Solo II C. Solo III D. Solo I y II E. Ninguno, ya que el reposo absoluto no existe. 77. ¿Cuál es el máximo exponente de la relatividad del movimiento?

b a = 2 cuadras b = 1 cuadra

a b a

Panadería

A. 600 m B. 400 m C. 800 m D. 1 600 m E. 700 m 80. Dos motocicletas (X e Y) se desplazan en vías rectilíneas paralelas a 70 km/h y 80 km/h, respectivamente. ¿Cuál es la velocidad relativa de Y, respecto de X, cuando ambas motocicletas viajan en el mismo sentido?

A. Newton.

A. 10 km/h

B. Galileo Galilei.

B. 20 km/h

C. Rutherford.

C. –10 km/h

D. Huygens.

D. –20 km/h

E. Robert Hooke.

E. 150 km/h

Guía didáctica del docente 171

Solucionario Banco de preguntas Unidad 1 Ítem 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

172 Banco de preguntas

Clave C B A B B B D A D E C B D C E C C D D C

Unidad 2 Ítem 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

Clave C A E A E D D B E A C C D B B C C C C C

Unidad 3 Ítem 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Clave A E D B E C B E D D C D C A B E C E E B

Unidad 4 Ítem 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80

Clave D C B D A E B E B C A B E A B E B C C A

Índice temático A

F

Actividades complementarias, 16, 26, 30, 35, 52, 58, 65, 70, 75, 91, 94, 95, 100, 105, 109, 114, 129, 134, 141, 146, 152

Fuerza centrípeta, 131

Afinación de instrumentos, 20 Armonía, 20

Fuerzas, 122, 128, 130, 131 Fundamentación del diseño instruccional, 6

I Índice de refracción, 59

B

Información complementaria, 17, 20, 25, 32, 55, 59, 64, 68, 93, 96, 101, 106, 131, 138, 140, 142, 143

Bibliografía de la unidad, 5, 12, 48, 88, 126

Instrumentos ópticos, 60

C

Intensidad, 18

Características del sonido, 18, 21

L

Color, 55, 56, 67, 72

Ley de Hooke, 132, 133, 134, 135

Coordenadas polares y cilíndricas, 140 Corteza terrestre, 106, Cuerpos elásticos, 132, 133

D

M Marco de referencia, 122, 139, 140 Material fotocopiable, 5, 37, 77, 115, 153, Movimiento relativo, 144, 145

Deriva continental, 108, 110, 111

E

N Naturaleza de la luz, 44, 68, 69

Efecto Doppler, 32, 33 Errores frecuentes, 5, 14, 15, 18, 23, 28, 50, 56, 63, 67, 91, 98, 104, 107, 128, 132, 139, 144,

O

Espejos, 51, 52, 53, 54, 55

Onda, 14, 15, 17, 23, 28, 31, 32, 50

Estructura interna de la Tierra, 104, 106

Ondas de choque, 32,

Estructura ojo humano, 63, 64

Ondas sísmicas, 93

Evaluación de proceso, 4, 5, 7, 22, 33, 62, 73, 102, 111, 137, 149

Organización de la Guía didáctica del docente, 5

Evaluación final, 4, 7, 34, 74, 112, 150

Orientaciones curriculares, 5, 8, 44, 84, 122

Organización del Texto del estudiante, 4 OVDAS, 101 Guía didáctica del docente 173

Índice temático P

T

Perturbación, 14, 15

Tectónica de placas, 107, 108

Plan Cooper, 96

Taller científico, 5, 21, 55, 61, 110, 148

Planificación de la unidad, 5, 10, 46, 86, 124 Prerrequisitos, 5, 7, 12, 14, 18, 23, 28, 48, 50, 56, 63, 67, 88, 90, 98, 104, 126, 128, 132, 139, 144 Principio de Huygens, 69

R Reflexión, 28, 29, 44, 49, 50, 53, Refracción, 44, 56, 57, 58 Reverberación, 28, 29, Riesgo actividad volcánica, 101 Riesgo sísmico, 96, 97

S Síntesis de la unidad, 4, 34, 74, 112, 150 Sismo, 84, 89, 90, 91 Sistema de coordenadas, 122, 140

174 Índice temático

U Ultrasonido, 25

V Vector desplazamiento, 142, Velocidad relativa, 144, 145 Velocidad, 143 Volcanes, 84, 98, 99

Bibliografía Documentos oficiales • Unidad de Currículum y Evaluación (2009). Objetivos Fundamentales y Contenidos Mínimos Obligatorios de la Educación Media y Básica. Chile: Ministerio de Educación. • Unidad de Currículum y Evaluación (2011). Física. Programa de estudio para Segundo Año Medio. Chile: Ministerio de Educación.

Libros • Dick, W., Carey, L. y Carey, J. O. (2001). The systematic design of instruction. (5ª ed). Nueva York: Longman. • Hewitt, P. (2004). Física conceptual. (9ª ed.). México: Pearson Educación. • Serway, R., Faughn, J. (2001). Física. (5ª ed.). México: Pearson Educación.

Guía didáctica del docente 175

Guía didáctica del docente

Física Físi Texto d

el es

tudia

Educación media

ación

med

ia

ca

Edición Especial para el Ministerio de Educación Prohibida su comercialización

n

Guía didáctica del docente

Edic ió el M n Especi in al Proh isterio d para e ibida s u co E d u c a c i ó n m e rc ializ ació

a 1º Físic nte udia l e st

Edic ió el M n Especi in al Proh isterio d para e ibida s u co E d u c a c i ó n m e rc ializ ació

Gon zalo Gue José rrero Migu Hern el M ánde uñoz z San Mart ín n

Edición Especial para el Ministerio de Educación Prohibida su comercialización

1º

1º

Text o de

Física 1º

Educación media

Educ

ació

n me

dia

Ed u c

n te