Alejandro Cortés • Yoshino Kamichika

La relación del ser humano conel medio ambiente, reflejada enla ciencia y la tecnología, se fundeen este icono que identifica nuestrosnuevos libros de secundaria. Invita alestudiante a ser parte activa de estaasignatura en la construcción deconocimientos científicos aplicadosa la tecnología.

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CIENCIAS 2 CON ÉNFASIS EN FÍSICAS

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222Alejandro Cortés • Yoshino Kamichika

Ciencia yCiencia yMovimientoMovimientoCiencia yMovimiento

Sistema de Clasifi cación de Melvil Dewey530C672007 Cortés Juárez, Alejandro Ciencia y Movimiento 2 / Alejandro Cortés Juárez y

Yoshino Kamichika. — México : Fernández editores, 2007. 360 p. : il.

ISBN 978-970-03-2202-5

1. Física – Estudio y enseñanza (Secundaria). I. Kamichika Yoshino coaut. II. t. III. Ser.

CIENCIA Y MOVIMIENTO 2POR ALEJANDRO CORTÉS JUÁREZ Y YOSHINO KAMICHIKA

SEGUNDA EDICIÓN, JUNIO 2007PRIMER REIMPRESIÓN A LA SEGUNDA EDICIÓN, NOVIEMBRE 2007

Derechos reservados conforme a la ley por: © 2007 FERNÁNDEZ editores, s.a. de c.v. Eje 1 Pte. México Coyoacan 321. Col. Xoco. Delegación Benito Juárez. 03330 México, D.F. (MÉXICO). Miembro No. 85 de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana. ISBN 978-970-03-2202-5,Las características de esta edición, así como su contenido, son propiedad de FERNÁNDEZ editores, s.a. de c.v., no pudiendo, la obra completa o alguna de sus partes, ser reproducida mediante ningún sistema mecánico o electrónico de reproducción, incluyendo el fotocopiado, sin la autorización escrita del editor.

Si desea información o hacer comentarios acerca de este texto, usted puede comunicarse al 01 800 712 49 99 ext. 7451 al 53, o escribir a

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Asimismo, háganos llegar su opinión y sugerencias en general escribiéndonos asecundaria@fernandezeditores.com.mx

Esta obra se terminó de imprimir el día 30 de noviembre de 2007 en los talleres de Imprentor, s.a. de c.v. Salvador Velasco 102. Parque Industrial Exportec 1. 50200 Toluca, Estado de México.

No. de Certifi cado 40998

Imprentor

IMPRESO EN MÉXICO – PRINTED IN MEXICO

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P r e s e n t a c i o ne n t a c i o n

Presentacion

Ciencia y Movimiento para el segundo curso de educación secundaria fue pensado y diseñado especialmente para ti, con el propósito de acercarte a la observación sistemática de los fenómenos que suceden en tu entorno, tanto los de orden natural como los tecnológicos, y que forman parte de tu vida cotidiana. Tu libro pertenece a la serie Tener sentido que Fernández editores ha creado para motivar tu curiosidad y desarrollar tus habilidades de inves-tigación mediante procesos, como la observación, el análisis y la reflexión, desde los contextos que te permiten descubrir las causas y explicaciones de los fenómenos físicos como los tipos de energía, la luz, el sonido y el movi-miento.

Con Ciencia y Movimiento obtendrás las bases científicas necesarias para construir aprendizajes y comprender con sentido y utilidad la relación que existe entre la física, la tecnología y su entorno social.

La estructura del libro fue diseñada pensando en tus necesidades e intereses como estudiante. Encontrarás a los integrantes de la pandilla de las ciencias: Pablo, Rafa, Gaby, Ana, Sara y su maestra. Con la participación de la pandilla comprenderás con facilidad conceptos y temas de la asignatura, además de divertirte con las actividades propuestas.

Los contenidos, las actividades, el glosario de pronta referencia, los proyec-tos de investigación y el apéndice interdisciplinario constituyen la obra que promueve el trabajo en equipo permitiendo el desarrollo de prácticas en el aula y el laboratorio.

Explora junto con la pandilla el mundo de las ciencias para comprender los fenómenos físicos.

4

Maestras y maestros:

Ciencia y Movimiento, con énfasis en Física, pertenece a la serie Tener sen-tido que Fernández editores ha creado con el propósito de ser un auxiliar en su trabajo educativo en la escuela secundaria que permita a los estudiantes:

• Desarrollar habilidades de pensamiento científico como: pensar críticamente, anali-zar la información, comunicar ideas científicas, formular argumentos lógicos, trabajar como parte de un equipo.

• Reconocer a la ciencia como una actividad intelectual a su alcance, en constante evolución.

• Apreciar que la construcción del conocimiento científico requiere de la participación colectiva.

• Analizar la influencia de la sociedad en el desarrollo histórico de la ciencia y la tec-nología.

• Valorar críticamente el impacto de la ciencia y la tecnología en el ambiente, tanto de orden natural como social y cultural.

• Relacionar el conocimiento científico con otros ámbitos del saber para buscar expli-caciones a los procesos de orden natural y social.

• Comprender que el conocimiento científico es necesario como un elemento cultural de nuestro tiempo que nos permite participar en el mejoramiento de la calidad de vida gracias a la influencia de la actividad humana sobre el medio ambiente; la medicina moderna, las telecomunicaciones, la cibernética, etcétera.

La estructura general del libro parte desde el constructivismo, que busca que sea el alumno quien construya sus aprendizajes a partir de la reflexión y de la recuperación de sus saberes adquiridos con anterioridad.

Con el fin de que este libro de texto sea de mayor utilidad para ustedes, les su-gerimos los siguientes momentos de aprendizaje:

• Después de leer y contestar las preguntas iniciales de cada tema, hacer que los alumnos describan una experiencia vivida por ellos. Al final del tratamiento del tema, reconstruir la experiencia descrita por los alumnos, tratando de vincular la teoría con las experiencias cotidianas.

• Durante el análisis conceptual y la elaboración de conclusiones, propiciar que los alumnos formulen preguntas, objeciones y dudas que puedan estimular el intercam-bio de puntos de vista, con el fin de aclararlas.

• Inducir a los alumnos a que razonen acerca de sus propios errores, para que logren identificarlos y luego corregirlos.

• Estimular la elaboración de reportes, síntesis o resúmenes generales.• Elogiar a los alumnos por sus progresos para inspirarles confianza en su propia ca-

pacidad.

5

BLOQUE UNOEl movimiento

La descripción de los cambios en la

naturaleza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

La percepción del movimiento . . . . . . . . . . 10

¿Cómo sabemos que algo se mueve? . . . . . 10

Nuestra percepción de los fenómenos

de la naturaleza por medio del cambio

y el movimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

El papel de los sentidos en la percepción

de movimientos rápidos y lentos . . . . . . . . . . 11

¿Cómo describimos el movimiento

de los objetos? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

La descripción y medición del movimiento:

marco de referencia y trayectoria; unidades

y medidas de longitud y tiempo . . . . . . . . . . . 14

Relación desplazamiento-tiempo;

conceptos de velocidad y rapidez . . . . . . . . . 19

Representación gráfica posición-tiempo. . . . . 25

Un tipo particular de movimiento:

el movimiento ondulatorio . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Ondas transversales y ondas

longitudinales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Relación entre longitud de onda (λ)

y frecuencia (f) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Velocidad de propagación . . . . . . . . . . . . . . . 34

El trabajo de Galileo: una aportación

importante para la ciencia . . . . . . . . . . . . . . 42

¿Cómo es el movimiento de los cuerpos

que caen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Las aportaciones de Galileo: una forma

diferente de pensar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

¿Cómo es el movimiento cuando la velocidad

cambia? La aceleración . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Proyecto: Investigar, imaginar, diseñar y

experimentar para explicar e innovar . . . . 60

Primera sugerencia: ¿Cómo podemos ver

movimientos imperceptibles para el ojo? . . . . 61

Segunda sugerencia: Ecolocación . . . . . . . . . 63

Tercera sugerencia: ¿Cómo se propagan

y previenen los terremotos? . . . . . . . . . . . . . . 64

Cuarta sugerencia: Bailen un vals . . . . . . . . . 65

Quinta sugerencia: Deporte y salud . . . . . . . . 67

BLOQUE DOSLas fuerzas

La explicación de los cambios . . . . . . . 69

El cambio como resultado de las

interacciones entre objetos . . . . . . . . . . . . . 70

¿Cómo pueden producirse cambios?

El cambio y las interacciones . . . . . . . . . . . . . 70

La idea de fuerza en la vida cotidiana . . . . . . 70

Una explicación del cambio: la idea

de fuerza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

La idea de fuerza: el resultado de las

interacciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

¿Cuáles son las reglas del movimiento?

Tres ideas fundamentales sobre las fuerzas 78

La medición de la fuerza . . . . . . . . . . . . . . . . 78

Inercia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

Masa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

Leyes de Newton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

Segunda ley de Newton . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

Del movimiento de los objetos en la Tierra

al movimiento de los planetas. La aportación

de Newton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

El estudio de los astros en distintas culturas.

Evolución de las ideas sobre el Sistema Solar

a lo largo de la historia . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

Newton y la gravitación universal . . . . . . . . . . 101

La energía: una idea fructífera y

alternativa a la fuerza . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

La energía y la descripción de las

transformaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

Formas de la energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

La energía y el movimiento . . . . . . . . . . . . . . . 116

i c eI n d i c e

6

Concepto de trabajo en física . . . . . . . . . . . . . 116

Energía potencial y energía cinética . . . . . . . 120

Energía mecánica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

Las interacciones eléctrica y magnética . . 126

¿Como por acto de magia? Los efectos

de las cargas eléctricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

Forma de cargar eléctricamente los objetos . 126

El relámpago . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

Los efectos de los imanes . . . . . . . . . . . . . . . . 138

Magnetismo de la Tierra . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

Fuerza magnética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

Proyecto: Investigar, imaginar, diseñar

y experimentar para explicar e innovar . . 144

Primera sugerencia: Línea del tiempo . . . . . . 144

Segunda sugerencia: Elaboración de una

maqueta: modelo del Sistema Solar . . . . . . . 147

Tercera sugerencia: Naves espaciales del

pasado, del presente y del futuro . . . . . . . . . . 148

Cuarta sugerencia: Aurora boreal . . . . . . . . . 149

BLOQUE TRESLas interacciones de la materia

Un modelo para describir lo que no

percibimos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

La diversidad de objetos . . . . . . . . . . . . . . . 152

Características de la materia.

¿Qué percibimos de las cosas? . . . . . . . . . . . 152

Materia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

¿Para qué sirven los modelos? . . . . . . . . . . . 159

Los modelos y las ideas que representan . . . 159

El papel de los modelos en la ciencia . . . . . . 160

Lo que no percibimos de la materia . . . . . 162

¿Un modelo para describir la materia? . . . . . 162

Experiencias alrededor de la estructura

de la materia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

Las ideas desde Aristóteles hasta Newton

sobre la estructura de la materia . . . . . . . . . . 163

La construcción de un modelo para explicar

la materia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

Desarrollo histórico de la teoría cinética

de la materia: de Newton a Boltzmann . . . . . 165

Aspectos básicos del modelo cinético

de partículas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

Cómo cambia el estado de la materia . . . . 172

Calor y temperatura, ¿son lo mismo? . . . . . . 172

La temperatura y el modelo

cinético-molecular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177

Diferencia entre calor y temperaura . . . . . . . . 179

Transformación de la energía . . . . . . . . . . . . . 183

Conservación de la energía . . . . . . . . . . . . . . 188

El modelo de partículas y la presión . . . . . . . 189

Presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

¿Qué sucede en los sólidos, los líquidos y los

gases cuando varía su temperatura

y la presión ejercida sobre ellos? . . . . . . . . . . 204

La teoría cinética y los cambios de estado . . 204

Proyecto: Investigar, imaginar, diseñar

y experimentar para explicar e innovar . . . 214

Primera sugerencia: Línea del tiempo 2 . . . . 214

Segunda sugerencia: Tecnología y sociedad,

aplicación de los conceptos aprendidos . . . . 218

Tercera sugerencia: Cómo se predice

el estado del clima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

Cuarta sugerencia: Exposición de

experimentos recreativos . . . . . . . . . . . . . . . . . 220

BLOQUE CUATROManifestaciones de la estructura

de la materiaAproximación a fenómenos relacionados

con la naturaleza de la materia . . . . . . . . . . 224

Manifestaciones de la estructura interna

de la materia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224

Del modelo de partículas al modelo

atómico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227

Orígenes de la teoría atómica . . . . . . . . . . . . . 227

Desarrollo histórico del modelo atómico

de la materia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227

Los fenómenos electromagnéticos . . . . . . 230

7

La corriente eléctrica en los fenómenos

cotidianos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230

Orígenes del descubrimiento del electrón . . . 232

Movimiento de los electrones . . . . . . . . . . . . . 236

Corriente eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238

Resistencia eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

¿Cómo se relaciona el magnetismo con

la electricidad? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246

¡Y se hizo la luz! Las ondas

electromagnéticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254

Refracción de la luz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265

Radiación electromagnética . . . . . . . . . . . . . . 276

Espectro electromagnético . . . . . . . . . . . . . . . 279

Proyecto: Investigar, imaginar, diseñar

y experimentar para explicar e innovar . . 289

Primera sugerencia: Línea del tiempo 3 . . . . 289

Segunda sugerencia: Construyan un motor

eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

Tercera sugerencia: Visita a una estación

radiodifusora o de radiocomunicación . . . . . . 295

Cuarta sugerencia: Emisión de ondas

electromagnéticas y salud . . . . . . . . . . . . . . . . 296

Quinta sugerencia: La cámara, la fotografía

y sus elementos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297

BLOQUE CINCOConocimiento, sociedad

y tecnologíaLa física y el conocimiento del

Universo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300

¿Cómo se originó el Universo? . . . . . . . . . . . . 300

Teoría de la gran explosión (expansión y

contracción) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300

Estructura del Universo . . . . . . . . . . . . . . . . . 301

El origen del Universo, según varias

culturas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303

Diferencia entre astronomía y astrología . . . . 304

¿Cómo descubrimos los misterios del

Universo? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308

Información del espacio a través de la

captación de ondas electromagnéticas

de distintas frecuencias . . . . . . . . . . . . . . . . . 308

La tecnología y la ciencia . . . . . . . . . . . . . . 309

¿Cuáles son las aportaciones de la ciencia al

cuidado y conservación de la salud? . . . . . . 309

¿Cómo funcionan las telecomunicaciones?. . 312

Uso de la tecnología en los cambios

de vida en la sociedad . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312

¿Cómo funcionan las telecomunicaciones? . . 313

Fibra óptica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315

Física y medio ambiente . . . . . . . . . . . . . . . . 315

Prevención de riesgos o posibles desastres

naturales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316

Central hidroeléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319

Energía y energéticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319

¿Crisis de energéticos? ¿Cómo participo

y qué puedo hacer? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322

Ciencia y tecnología en el desarrollo

de la sociedad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324

¿Qué ha aportado la ciencia al desarrollo

de la humanidad? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324

Nanotecnología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327

Contribución de la física al desarrollo

económico y social del país . . . . . . . . . . . . . . 328

Breve historia de la física y la tecnología

en México . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330

Apéndice ASistema Internacional de Unidades . . . . . . . . 334

Transformación de unidades . . . . . . . . . . . . . 340

Apéndice BGráficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344

Apéndice CÁreas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353

Glosario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355

Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359