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ejercicios fisica y quimica 3º eso - Free Download PDF
November 6, 2018 | Author: personaje1 | Category: Science, Scientific Method, Learning, Knowledge, Physics & Mathematics
ejercicios fisica y quimica 3º eso...
La ciencia y su método. Medida de magnitudes
1 Programación de aula* . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 Sugerencias didácticas Presentación de la unidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Contenidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Trabajo en el laboratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pon a prueba tus competencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 Actividades de refuerzo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 4 Actividades de ampliación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 5 Propuestas de evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 6 Solucionario de la unidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 *(Esta programación podrás encontrarla también en el CD Programación)
Programación de aula Unidad 1
Los contenidos de esta unidad corresponden al bloque 1 del currículo oficial de la asignatura de Física y Química, Contenidos comunes, que se imparte en el tercer curso de Educación Secundaria Obligatoria. La presente unidad muestra la forma de trabajar de los científicos. Aunque es evidente para el profesorado, la inexperiencia de los alumnos les lleva a preconcebir ideas completamente falsas acerca de la forma en que se construye la ciencia. El fin de todas las ciencias experimentales radica en descifrar la naturaleza de las cosas para obtener aplicaciones prácticas que redunden en beneficio de la sociedad. Desde cada uno de los campos (física, química, biología, etc.) se hacen pequeñas aportaciones que permiten construir el conocimiento. La unificación de unidades, los métodos de tratamiento de datos, el uso de los aparatos de medida o el conocimiento de los errores que se pueden cometer han sido comunes a todas las ciencias experimentales, y así debe ser entendido y aplicado en sus pequeñas investigaciones por parte del alumnado. Esta unidad permite trabajar competencias básicas tales como interacción con el mundo físico, competencia para aprender a aprender, competencia para el tratamiento de la información y competencia digital, competencia matemática y competencia para la autonomía e iniciativa personal.
1. Conocer en qué consiste el método científico y describir sus dos etapas fundamentales: la observación y la experimentación.
1.1. Conocer las características del método científico. 1.2. Explicar las etapas que caracterizan el método científico.
• Interacción con el mundo físico. • Aprender a aprender. • Autonomía e iniciativa personal.
2. Distinguir, de las distintas variables que intervienen en un fenómeno natural, cuáles son magnitudes y cuáles no. 2. Conocer el Sistema Internacional de Unidades y saber en qué unidades de dicho sistema se expresan las magnitudes fundamentales.
2.1. Reconocer las magnitudes fundamentales, así como sus unidades en el Sistema Internacional.
• Matemática. • Interacción con el mundo físico.
3. Saber utilizar la notación científica y conocer el número de cifras significativas con que se expresa una cantidad, así como valorar el posible error cometido. Organizar y analizar los datos experimentales en tablas y gráficas.
3.1. Conocer las propiedades de los instrumentos de medida y utilizar correctamente el número de cifras significativas. Usar correctamente la notación científica. Conocer y calcular el error cometido.
• Aprender a aprender. • Matemática. • Tratamiento de la información y competencia digital. • Interacción con el mundo físico. • Autonomía e iniciativa personal.
3.2. Analizar los datos experimentales organizándolos en tablas y gráficas.
CONTENIDOS Los métodos de la ciencia. Etapas del método científico. – Analizar situaciones en las que se desarrolle un trabajo científico e identificar las etapas del método científico en diferentes situaciones. – Valorar el trabajo de los científicos y la metodología que utilizan para estudiar los fenómenos naturales. – Valorar la importancia que tiene el rigor científico en cualquier experiencia. – Reconocer la importancia de la ciencia en la evolución del bienestar de la humanidad. – Respetar las normas de seguridad en el laboratorio y realizar trabajos experimentales con orden y limpieza. Las magnitudes físicas y sus unidades. – Conocer las magnitudes fundamentales del S.I., así como sus unidades y símbolos correspondientes. 2
– Comprender la necesidad de utilizar un sistema común de unidades para toda la comunidad científica. Instrumentos de medida. Sensibilidad y precisión. La notación científica. Cifras significativas y errores. Redondeo. Errores experimentales. Cálculo de errores. – Utilizar técnicas de resolución de problemas y abordar el cálculo de cifras significativas y errores. Organización y análisis de datos experimentales. Tablas y gráficas. Relaciones entre variables. Normas para dibujar gráficas. – Realizar experimentos en base a la importancia de la medición de magnitudes, así como del error cometido en la medida y el tratamiento de datos. Y además… podrás consultar esta programación didáctica y la legislación vigente en el CD Programación de Tus recursos y en .
ORIENTACIONES METODOLÓGICAS 1. Conocimientos previos Esta unidad ha sido vista ya en cursos anteriores, por lo que los alumnos deben estar familiarizados con las características básicas del trabajo científico, por medio del planteamiento de problemas, de discusiones de su interés, de la formulación de conjeturas, de diseños experimentales, etc., para comprender mejor los fenómenos naturales y resolver los problemas que su estudio plantea. Deben saber utilizar los medios de comunicación y las tecnologías de la información y la comunicación para obtener información sobre los fenómenos naturales e interpretar la información de carácter científico, utilizándola correctamente para formarse una opinión propia y expresarse de forma adecuada. Han de reconocer la importancia del conocimiento científico para tomar decisiones adecuadas y utilizar correctamente los materiales e instrumentos básicos de un laboratorio, respetando las normas básicas de seguridad.
2. Previsión de dificultades En muchas ocasiones, es complicado cambiar la idea preconcebida que los alumnos tienen acerca de los científicos. Suelen pensar en genios encerrados en sus laboratorios y aislados del mundo real. Es difícil que los alumnos utilicen las pautas de trabajo adecuadas para realizar una investigación científica, por lo que habrá que dirigirlos siguiendo las etapas del método científico. Es complicado que obtengan adecuadamente la información necesaria, que interpreten correctamente los datos y que emitan una conclusión pertinente. Les resulta difícil determinar si una variable es dependiente o independiente. Los cambios de unidades, aunque no presentan gran dificultad, precisan de un manejo que solo se adquiere con la práctica. Confunden fácilmente los conceptos de sensibilidad y precisión, lo que perjudica el uso de cifras significativas y el cálculo de errores.
3. Vinculación con otras áreas • Ciencias de la Naturaleza: el método científico se utiliza en todas las disciplinas de ciencias: química, física, biología, geología, etc.; por ello, la vinculación de esta unidad con las Ciencias de la Naturaleza es obvia. • Ciencias sociales: la relación entre el trabajo experimental en el laboratorio y su ampliación a escala industrial permite tratar aspectos relacionados con la industria y el consumo. • Lengua castellana y Literatura: empleo del contexto verbal y no verbal y de las reglas de ortografía y puntuación. La lectura comprensiva del texto, así como de los enunciados de los problemas y ejercicios. • Matemáticas: utilización de estrategias en la resolución de problemas y traducción de expresiones del lenguaje cotidiano, de los enunciados de los problemas, al lenguaje algebraico. Recogida de información, presentación y procesamiento de datos numéricos. • Tecnología: manejo de las tecnologías de la información y la comunicación en diferentes proyectos. • Lengua extranjera: búsqueda de información en otro idioma.
4. Temporalización Para el desarrollo de esta unidad se recomienda la organización del trabajo en un mínimo de 12 sesiones, distribuidas del siguiente modo: Páginas iniciales (2 sesiones). Lo que vas a aprender. Desarrolla tus competencias. Experimenta. Epígrafes 1 a 5 (6 sesiones). Contenidos. Resolución de ejercicios propuestos. Resolución de actividades. Resumen y Trabajo en el laboratorio (2 sesiones). Repasar contenidos. Explicación y desarrollo de la práctica. Pon a prueba tus competencias (2 sesiones). Amplía tus conocimientos. Lee y comprende. Aprende a pensar.
5. Sugerencias de actividades Recopilar algunas revistas de divulgación científica y dilucidar el método científico en diferentes artículos.
6. Refuerzo y ampliación Los distintos estilos de aprendizaje y las diferentes capacidades del alumnado pueden precisar de propuestas para afianzar y reforzar algunos contenidos. Se sugiere realizar las actividades de refuerzo que aparecen al final de este cuaderno. La necesidad de atender a alumnos que muestren una destreza especial para la consolidación de los conceptos de la unidad hace preciso el planteamiento de actividades de ampliación. Se sugiere realizar las actividades de ampliación que aparecen al final de este cuaderno.
CONTRIBUCIÓN DE LA UNIDAD A LA ADQUISICIÓN DE COMPETENCIAS BÁSICAS Competencia en el conocimiento y la interacción con el mundo físico. Básicamente, esta unidad está orientada a fomentar la adquisición de esta competencia. Mediante el estudio detallado del método científico y su aplicación en la sección Trabajo en el laboratorio, los alumnos pueden reconocer la naturaleza, fortalezas y límites de la actividad investigadora, pueden diferenciar y valorar el conocimiento científico frente a otras formas de conocimiento, pueden identificar preguntas o problemas relevantes sobre situaciones reales o simuladas, o pueden realizar predicciones, obtener conclusiones basadas en pruebas y contrastar las soluciones obtenidas.
Competencia matemática. Fundamentalmente en las actividades relativas a cambios de unidades y, sobre todo, en las de cálculos con cifras significativas y cálculo de errores se trabaja la resolución de problemas y la relación entre el conocimiento matemático y la realidad. A través de las numerosas actividades planteadas se utilizan las matemáticas para el estudio y comprensión de situaciones cotidianas, se aplican estrategias de resolución de problemas adecuados a cada situación y se expresa de forma adecuada la solución de un problema comprobando su validez. Por otro lado, en las actividades relativas a la organización y análisis de datos experimentales se utilizan los elementos matemáticos básicos en situaciones reales o simuladas de la vida cotidiana (números, operaciones, gráficas…) y se aplican herramientas matemáticas para interpretar y producir distintos tipos de información (numérica, gráfica…).
Competencia para el tratamiento de la información y competencia digital. A lo largo de toda la unidad, los alumnos encontrarán referencias a la página web LIBROSVIVOS.NET, donde podrán hacer uso de las herramientas tecnológicas. A través de vídeos, actividades interactivas, páginas web, etc. conocerán diferentes recursos tecnológicos y utilizarán los programas informáticos más comunes.
Competencia para aprender a aprender. Esta unidad permite trabajar la construcción del conocimiento, pues, por definición, el método científico obliga al alumno a relacionar la información e integrarla con los conocimientos previos y con la experiencia. Asimismo permite desarrollar el pensamiento crítico y analítico y potenciar el pensamiento creativo. El alumno puede aplicar nuevos conocimientos en situaciones parecidas y admitir diversas respuestas posibles ante un mismo problema, buscando diferentes enfoques metodológicos para solventarlo. La unidad también permite tomar conciencia y control de las propias capacidades, pues los alumnos pueden aprender de los errores propios y afrontar con seguridad nuevos retos de aprendizaje, así como administrar el tiempo y el esfuerzo para aprender de (y con) los demás. Los alumnos pueden adquirir conocimiento del propio proceso de aprendizaje, principalmente, del funcionamiento de la manera de aprender y de las capacidades imprescindibles para un aprendizaje eficaz. Por último, la unidad también trabajará el manejo de estrategias para desarrollar las propias capacidades y generar conocimiento, pues el propio método científico fomenta la observación y el registro sistemático de hechos y relaciones para conseguir un aprendizaje significativo, así como el desarrollo de experiencias de aprendizaje que fomentan las habilidades individuales y el trabajo cooperativo.
Competencia para la autonomía e iniciativa personal. El propio trabajo de laboratorio permite el desarrollo de la autonomía personal, potenciando el conocimiento profundo, ajustado y realista de uno mismo, cultivando la autoestima, desarrollando la responsabilidad, la perseverancia, la autocrítica, la tolerancia a la frustración, la capacidad de demorar la satisfacción inmediata y el espíritu de superación.
Otras competencias de carácter transversal Aprender a pensar. La última actividad de la unidad se centra en el desarrollo del sentido crítico del alumno a través del análisis de información o datos concretos, su contraste con la realidad y la obtención de conclusiones razonadas.
TRATAMIENTO ESPECÍFICO DE LAS COMPETENCIAS BÁSICAS EN LA UNIDAD A lo largo de la unidad se trabajan diversas competencias. Sugerimos un itinerario en el que se han seleccionado cuatro de ellas, con el objeto de llevar a cabo un trabajo metódico y un registro de las mismas.
Relacionar la información con los conocimientos y con la experiencia. Desarrollar el pensamiento crítico, analítico y creativo.
Mediante el trabajo en el laboratorio, y siguiendo el método científico, obtiene información y la relaciona con los conocimientos adquiridos previamente. Además, desarrolla el pensamiento crítico y analítico, y muestra creatividad. – Desarrolla tus competencias: Experimenta (pág. 7). – Epígrafe 1: Los métodos de la ciencia (pág. 8). – Trabajo en el laboratorio (pág. 17).
2. Conciencia y control de las propias capacidades.
Aprender de los errores propios y afrontar nuevos retos de aprendizaje. Administrar el tiempo y el esfuerzo para aprender.
A partir de las experiencias de laboratorio y de la resolución de actividades, aprende de los errores y administra el tiempo y el esfuerzo, afrontando nuevos retos cuando es necesario. – Desarrolla tus competencias: Experimenta. (pág. 7). – Trabajo en el laboratorio (pág. 17). – Actividades 1, 2, 13, 14, 15 y 36.
1. Resolución de problemas. Relacionar y aplicar el conocimiento matemático.
Aplicar estrategias de resolución de problemas adecuadas a cada situación. Expresar de forma adecuada la solución de un problema y comprobar su validez.
Mediante la correcta resolución de problemas, aplica las estrategias convenientes, expresa adecuadamente las soluciones y comprueba su validez. – Actividades 3 a 9, 16, 19, 21 a 27 y 30.
2. Uso de elementos y herramientas matemáticos.
Utilizar los elementos matemáticos básicos y aplicar herramientas para interpretar y producir la información.
Mediante la resolución de actividades, utiliza números y operaciones, construye tablas y gráficas e interpreta resultados. – Actividades 10 a 12 y 31 a 34.
1. Aplicación del método científico en diferentes contextos.
Conoce el método científico y resuelve correctamente las cuestiones planteadas en lo que se refiere al trabajo en el laboratorio. – Desarrolla tus competencias: Experimenta (pág. 7). – Trabajo en el laboratorio (pág. 17).
1. Obtención, transformación y comunicación de la información.
Buscar y seleccionar información, con distintas técnicas según la fuente o soporte.
Busca en diferentes páginas de internet para complementar la información. – Pon a prueba tus competencias: Cómo se trabaja en el laboratorio (pág. 22). Ejercicios 4 y 6. – LIBROSVIVOS.NET (págs.: 9, 10 y 22). – Actividades 17 y 36.
2. Uso de las herramientas tecnológicas.
Identificar y utilizar las tecnologías de la información y la comunicación como herramienta de aprendizaje, trabajo y ocio.
Conoce y utiliza diferentes recursos tecnológicos y los utiliza adecuadamente. – Pon a prueba tus competencias: Cómo se trabaja en el laboratorio (pág. 22). Ejercicios 4 y 6. – LIBROSVIVOS.NET (págs.: 9, 10 y 22). – Actividades 17 y 36.
EDUCACIÓN EN VALORES Tanto los contenidos de la unidad como el trabajo específico por competencias, permiten desarrollar otros aspectos que se recogen como educación en valores: – Se pueden abordar aspectos de la educación moral y cívica y de la educación medioambiental en el laboratorio, mediante la promoción del trabajo en equipo y el respeto por las normas de seguridad, valorando el rigor científico en los experimentos o gestionando adecuadamente los residuos. – El fin del trabajo científico y su influencia en el desarrollo social pueden utilizarse para tratar la educación del consumidor, la educación para la salud y la educación para la paz.
MATERIALES DIDÁCTICOS LABORATORIO Reloj de arena, cronómetro que aprecie centésimas de segundo, cinta métrica metálica, cinta métrica de tela, regla graduada, calibrador, hilo y trozo de tubo.
INTERNET http://www.secundaria.profes.net
Sugerencias didácticas Presentación de la unidad La física y la química son ciencias experimentales cuyo objetivo fundamental es el conocimiento del mundo natural mediante la definición de todos los elementos que lo forman y la descripción de sus propiedades, tratando de descubrir nuevos hechos y establecer relaciones entre ellos. A pesar de la importancia de estas ciencias, los alumnos creen que los descubrimientos dependen en gran medida de la genialidad de los científicos, desconociendo la existencia de un método ordenado de trabajo y de la exposición de resultados. Así, en la presente unidad se muestra al alumnado cómo se construye la ciencia. El fin de todas las ciencias experimentales radica en descifrar la naturaleza de las cosas para obtener aplicaciones prácticas que redunden en beneficio de la sociedad. Desde cada uno de los campos –física, química, biología, etc.– se hacen pequeñas aportaciones que permiten construir el conocimiento. La unificación de unidades, los métodos de tratamiento de datos, el uso de los aparatos de medida o el conocimiento de los errores que se pueden cometer son comunes a todas las ciencias experimentales, y así debe entenderlo y aplicarlo el alumnado en sus pequeñas investigaciones. La introducción y las preguntas que se sugieren en esta página, vinculadas con la imagen propuesta, buscan ini-
ciar un proceso reflexivo, que se continuará en Comprensión Lectora y que avanzará paulatinamente en el resto de la unidad para finalizar, a modo de síntesis, en Pon a prueba tus competencias. Para despertar el interés de los alumnos, se puede comenzar proyectando algún documental o alguna película (como Ágora), que trate sobre el método científico y su importancia en la construcción del conocimiento. Después se debería efectuar la lectura propuesta, para que los alumnos comprueben que la ciencia solo avanza si las hipótesis se comprueban y los experimentos se contrastan. A continuación se puede trabajar sobre las cuestiones propuestas, propiciando un clima de reflexión y discusión constructiva que lleve a su resolución, extrayendo, entre todos, los principales puntos que definen el método científico. Para finalizar, se puede proponer la actividad Experimenta para que los alumnos pongan en práctica las fases del método científico. Con ello, trabajaremos sobre la competencia para aprender a aprender y la competencia en el conocimiento y la interacción con el mundo físico, enfocándola, además, desde el punto de vista de la educación medioambiental.
1. Los métodos de la ciencia Tras el trabajo realizado en la página de apertura, podemos enlazar con este epígrafe hablando de las peculiaridades del trabajo científico y comparándolo con otras formas de obtener conocimiento. Conviene aludir a la necesidad de utilizar unas pautas de trabajo para llevar a cabo cualquier investigación científica. Continuando con la observación de un fenómeno natural propuesto en el apartado Experimenta (la evaporación de un líquido), de la página de apertura, se puede dirigir al alumno, siguiendo las etapas del método científico, para que obtenga la información necesaria, interprete los datos obtenidos y emita las conclusiones pertinentes.
Para afianzar los pasos y la mecánica del método científico, se puede pedir a los alumnos que lo apliquen a cualquier otro problema de la vida cotidiana, aunque no esté directamente relacionado con la física y la química. Puede ser útil para ellos trasladar el orden y la seriedad del método científico a sus tareas diarias de estudio y trabajo en lugares como el laboratorio. Conviene utilizar el enlace LIBROSVIVOS.NET para trabajar este epígrafe.
2. Las magnitudes físicas y sus unidades Se puede abordar el epígrafe recordando a los alumnos que la ciencia no avanzó prácticamente durante siglos porque los científicos utilizaban diferentes unidades dependiendo del lugar en que residieran. Esto no les permitía ni compartir ni contrastar sus datos con otros colegas.
Este grave problema se resolvió gracias a los acuerdos internacionales sobre el uso de las unidades. También aquí puede resultar de gran utilidad el uso del enlace LIBROSVIVOS.NET, donde aparecen ejercicios con los que comprobar cómo se trabaja en el Sistema Internacional de unidades.
3. Instrumentos de medida. Sensibilidad y precisión Para aclarar los conceptos de precisión y sensibilidad, se puede acudir al laboratorio y realizar diferentes pesadas de un objeto con diferentes tipos de balanzas: será más precisa y sensible la que más decimales muestre. Otra opción es realizar medidas de volumen con diferentes instrumentos, como probetas, pipetas, etc. Así, podemos abordar el concepto de incertidumbre, que relacionaremos directamente con la precisión del instrumento, aunque a veces se tome como la mitad de la división más pequeña que este es capaz de apreciar.
Dado que en física y química se manejan con frecuencia números muy grandes o muy pequeños, es conveniente expresarlos mediante una notación cómoda. El uso de la notación científica se puede justificar desde la necesidad de utilizar un mismo sistema que sirva tanto para comparar valores muy grandes como muy pequeños con la unidad patrón; por ejemplo, el radio de la Tierra (6,37 · 106 m) o el diámetro de un virus (10−8 m).
4. Cifras significativas y errores Se puede introducir el concepto de cifra significativa a partir de la lectura de aparatos de medida poco precisos como una báscula de baño o la jarra graduada de una batidora. A continuación, y utilizando instrumentos más precisos, podemos hacer ver que el posible error en las medidas está, precisamente, en la última cifra de la graduación del instrumento en cuestión. En general, el concepto que se tiene sobre el redondeo es incorrecto. Cuando lo utilizan los alumnos, suelen hacerlo de forma arbitraria, aproximando simplemente al número entero (o decimal) más cercano. Esta actitud resulta útil en la vida cotidiana y aplicable a la última cifra significativa de una medición directa de un aparato, pero para efectuar un correcto redondeo a partir de una serie
de medidas, es necesario realizar algunas operaciones matemáticas y redondear el resultado siguiendo unas normas sencillas. Se puede abordar el concepto de error justificando su necesidad a partir de que sabemos que todas las medidas son, en sí, erróneas. Este error que afecta a todas las medidas viene dado por la precisión del aparato de medida. A partir de ahí, resultará sencillo explicar los errores sistemáticos y los aleatorios. La dificultad puede aparecer en el cálculo de errores. Debemos afrontarlo a partir del concepto de la media aritmética que los alumnos utilizan con bastante frecuencia y, a partir de ello, continuar con el error absoluto y relativo.
5. Organización y análisis de datos experimentales En este epígrafe se puede trabajar la competencia matemática a partir de la necesidad que tiene la ciencia del uso del lenguaje matemático como medio para expresar ideas y relacionar conceptos. Así justificaremos la necesidad de utilizar fórmulas y asociarlas con el conocimiento científico, pues son el mejor medio de establecer una relación entre los datos obtenidos en una experimentación. En este apartado puede resultar útil realizar una experiencia de cátedra en el aula realizando todos los pasos indicados en el epígrafe: construcción de una tabla, realización de una gráfica y, a partir de ésta, obtención de una ley. Debemos hacer ver que la relación entre las variables no siempre es igual y que puede deducirse a partir de los tipos
de gráficas; que cada gráfica está asociada a una función matemática y que, según el tipo de función, existirá una relación determinada entre las variables. Es muy importante que el alumnado entienda la necesidad de seguir unas normas para el trazado de las gráficas; desde el empleo adecuado de magnitudes y unidades, continuando por la adaptación de las escalas y concluyendo con el ajuste de los puntos obtenidos para trazar la línea más adecuada. Si hemos realizado en el aula el análisis de un experimento completo, el alumno debe ser capaz de dibujar de forma autónoma la gráfica de una serie de datos que podemos presentar como tomados en un laboratorio, para que aplique los contenidos del epígrafe.
Resumen En esta página se muestran los contenidos de la unidad ofreciendo una visión sintetizada de los principales conceptos, lo cual permite al alumno organizar las ideas más importantes. Se puede proponer como actividad utilizar esta página como guía con el fin de realizar un esquema donde se sinteticen, aún más, los conceptos que aparecen en este resumen y donde se interrelacionen mediante flechas. Otra opción es realizar un diagrama de flujo mostrando algunas cajas vacías para que las completen los alumnos, de forma individual o por equipos. Se pueden proponer grupos de tres o cuatro alumnos que preparen los contenidos a partir del resumen y que ela-
boren una presentación, en PowerPoint, para exponer delante de sus compañeros. Otras opciones serían realizar un esquema que muestre las etapas del método científico, identificando la más importante o transformar la página de Resumen en un diagrama de flujo, relacionando los conceptos y definiendo estos brevemente. Se puede realizar una búsqueda por internet para ampliar alguno de los contenidos que muestra el resumen y trabajar así la competencia para el tratamiento de la información y competencia digital (TIC).
Trabajo en el laboratorio. La medida y sus errores Se puede abordar este epígrafe incidiendo en la necesidad de poner todo el cuidado posible cuando se trabaja en el laboratorio. Es interesante concienciar acerca de la necesidad de utilizar las magnitudes como herramientas que sirvan para describir los fenómenos naturales, con un criterio universal para todos los científicos, con el fin de favorecer el desarrollo de la ciencia. La práctica propuesta persigue poner en práctica las capacidades fundamentales del alumno como experimentador: observar, medir con cuidado, repetir numerosas veces las medidas y anotar los resultados. Asimismo, se pretende que los alumnos se ejerciten en el tratamiento de resultados y en el cálculo de errores. Al final de la práctica se puede proponer a los alumnos que hagan una relación de los posibles errores que han cometido, diferenciando los que estén relacionados con el aparato de medida (sistemáticos) de los propios del experimentador (accidentales).
Por otro lado, el profesor puede proponer a los alumnos que desarrollen esta experiencia en su casa, realizando otras mediciones, con distintos objetos o con diferentes instrumentos de medida. Por ejemplo: – Con una cinta métrica, calcular el perímetro de una rueda de bicicleta a partir de la medida de su diámetro y de la longitud que avanza al dar cinco vueltas completas. – Con un cronómetro, y con la ayuda de algún compañero, se puede medir el tiempo que tarda un objeto en caer desde una altura determinada. – Diseño, individual o en grupos, de algún experimento de similares características. Es importante, como en todo trabajo de laboratorio, promover la limpieza del material y de las mesas de trabajo, así como hacer hincapié en las medidas básicas de seguridad que han de tener en cuenta para el desarrollo de la práctica.
PON A PRUEBA TUS COMPETENCIAS Con este bloque final se busca afianzar las competencias seleccionadas específicamente en el itinerario: matemática, de interacción con el mundo físico, tratamiento de la información y competencia digital y aprender a aprender.
APLICA LO APRENDIDO. Cómo se trabaja en el laboratorio Se puede iniciar esta actividad proponiendo a los alumnos que, en grupos de tres o cuatro, diseñen un experimento en el que sigan todas las pautas estudiadas sobre el método científico. Pueden grabarlo y proyectarlo después en el aula, explicando los pasos seguidos y las dificultades encontradas permitiendo, además, su evaluación.
Sería interesante que, tras consultar algunas revistas de divulgación científica, elaborasen un informe de la experiencia realizada que estuviera correctamente escrito. Valoraremos la curiosidad, la imaginación, el cuidado en el manejo de los instrumentos y el rigor en la toma de datos.
LEE Y COMPRENDE. El vuelo de los murciélagos El texto permite abordar la competencia en el conocimiento y la interacción con el mundo físico y la competencia aprender a aprender, pues por medio del uso del método científico potencia el respeto y cuidado del entorno natural.
ACTIVIDADES DE REFUERZO Y AMPLIACIÓN PROPUESTA DE EVALUACIÓN
1. Completa las siguientes frases referentes al trabajo científico. a) La ciencia estudia el mundo
b) Los enunciados de la ciencia deben ser contrastados mediante la c) Los resultados
son reproducibles: sistemas idénticos en iguales condiciones de experimentación
se comportan d) Las teorías científicas pueden ser
2. Relaciona las magnitudes fundamentales que aparecen en la columna de la izquierda con las palabras que aparecen en la de la derecha. A. Longitud. B. Masa. C. Tiempo. D. Temperatura. E. Intensidad de corriente. F. Intensidad luminosa. G. Cantidad de sustancia.
1. Docena. 2. Termómetro. 3. Altura. 4. Foco. 5. Cronómetro. 6. Enchufe. 7. Báscula.
3. Relaciona las siguientes imágenes con las denominadas magnitudes fundamentales e indica la unidad que le corresponde a cada una.
5. Expresa las siguientes cantidades en unidades del Sistema Internacional. a) 237 mm b) 27 850 g c) 50 °C d) 25 430 kA
6. Relaciona las siguientes frases con los conceptos numerados a continuación. a) Comparar el valor de una magnitud con otra cantidad que se ha elegido como patrón. b) El máximo error con que viene afectada una medida como consecuencia de la precisión del instrumento. c) El valor mínimo de una magnitud que puede apreciar un instrumento. d) Capacidad de los instrumentos para detectar pequeñas variaciones en la medida. 1. Precisión.
7. Comenzando por la sílaba señalada y quitando los ladrillos que se encuentren libres por su parte superior, podrás leer la definición de: “sensibilidad de un instrumento”. SEN BI
DAD INS
NI TUD
8. ¿En qué situación existe mayor precisión?
Actividades de ampliación Unidad 1
1. Resuelve las siguientes equivalencias utilizando la notación científica cuando sea preciso. a ¿A cuántos milímetros equivale un kilómetro? b) ¿A cuántos metros cuadrados equivale un hectómetro cuadrado? c) ¿A cuántos metros cúbicos equivale un hectómetro cúbico? d) ¿A cuánto equivale un mililitro de agua en el Sistema Internacional?
2. Siguiendo los movimientos del caballo de ajedrez y empezando por la sílaba más destacada, podrás leer una frase referente a las cifras significativas.
3. A partir de los siguientes ejemplos, deduce algunas reglas que permiten determinar el número de cifras significativas. a) La medida 4,5 tiene dos cifras significativas y la medida 37,1 tiene tres. b) La medida 4,00 tiene tres cifras significativas y la medida 4,0 tiene dos. c) La medida 0,82 tiene dos cifras significativas y la medida 0,082 también. d) La medida 400 tiene una cifra significativa y la medida 400. tiene tres.
4. Redondea a tres cifras significativas los siguientes números: a) 47,21; b) 37,26; c) 37,252; d) 1781.
5. Unos cronometradores toman tiempos para el primer clasificado en una carrera y resulta, en segundos: 18,4; 17,9; 18,1; 18,3 y 18,6. Toma la media aritmética como valor exacto y halla el error absoluto y el error relativo de cada medida.
6. La relación entre el gasto de gasolina (G) de un coche y el espacio recorrido (e) viene dada en la tabla adjunta.
e (kilómetros)
a) Dibuja la gráfica correspondiente. b) Encuentra una ecuación que relacione ambas variables y exprésala en lenguaje científico. c) Calcula el valor de la constante que aparece en la fórmula y exprésala con su unidad en el Sistema Internacional. d) Si el precio de la gasolina es de 0,8 euros el litro, ¿cuántos kilómetros se pueden recorrer con 10 euros? Unidad 1
7. Resuelve el siguiente crucigrama referente al material que se utiliza en un laboratorio. Horizontales. 1. Recipiente de vidrio cerrado por su extremo inferior, usado para ensayos y análisis (tres palabras). 2. Recipiente provisto de mazo que se usa para triturar materiales. 4. Tubo de vidrio ensanchado en su parte media que sirve para trasladar pequeñas porciones de líquido. 6. Expositor para colocar tubos de ensayo. 8. Recipiente de vidrio de figura esférica y terminado en un tubo angosto y recto. 9. Reactivo que sirve para identificar polisacáridos. 10. Tubo de vidrio, con pie, cerrado por un extremo y destinado a contener líquidos. Verticales. 1. Armazón de tres pies sobre el que se pone la rejilla de amianto. 3. Red metálica que se pone entre el trípode y los vasos, cuyo contenido hay que calentar. 5. Instrumento de madera cuyos extremos se aproximan para sujetar tubos de ensayo. 7. Sustancias empleadas para descubrir la presencia de otra. 8. Instrumento para calentar tubos de ensayo. 1
8. Identifica las siguientes etiquetas que indican la peligrosidad de algunos productos químicos.
SOLUCIONARIO 1. a) b) c) d)
natural, ciencias observación experimentales, del mismo modo cuestionadas
Tiempo: segundo. Intensidad de corriente: amperio. Temperatura: kelvin. Longitud: metro. Masa: kilogramo. Intensidad luminosa: candela. Cantidad de sustancia: mol.
K E L V I S E G U N M M O K I L O G R
O T R O M O
0,237 m 27,85 kg 323 K 25 430 000 A
7. “La sensibilidad de un instrumento es la capacidad para detectar variaciones de la magnitud a medir.”
1 km = 1 000 000 mm = 106 mm 1 Hm2 = 10 000 m2 = 104 m2 1 Hm3 = 1 000 000 m3 = 106 m3 1 ml = 1 cm3 = 0,000 001 m3 = 10−6 m3
2. “Son aquellas cifras cuyo valor conocemos porque pueden leerse en la escala de un aparato de medida.”
Todas las cifras distintas de cero de una medida experimental son significativas. Los ceros que aparecen a la derecha de la coma son significativos. Los ceros del principio de un número no se consideran cifras significativas. Los ceros del final de un número sin coma decimal no son significativos, excepto si se indica expresamente con un punto.
5. El valor medio es: 18,4 + 17,9 + 18,1 + 18,3 + 18,6 x= = 18,3 s 5 Los errores absoluto y relativo son: a1 = 0,1s; r1 = 0,005 (0,5 %) a4 = 0s; r4 = 0 (0 %)
= −0,4s; r2 = 0,022 (2,2 %) a5 = 0,3s; r5 = 0,016 (1,6 %) a2
= −0,2s;
b) G = k ⋅ e c) k =
G m3 = 0,125 ⋅ 10−7 e m
10 (€) = 12,5 L 0,8 (€ L−1)
G 12,5 (L) = = 100 km e 0,125 (L km−1)
7. Horizontales. 1. Tubo de ensayo. 2. Mortero. 4. Pipeta. 6. Gradilla. 8. Matraz. 9. Lugol. 10. Probeta. Verticales. 1. Trípode. 3. Rejilla. 5. Pinza. 7. Reactivos. 8. Mechero.
8. a) Tóxico; b) Inflamable; c) Nocivo; d) Explosivo; e) Corrosivo.
PROPUESTA de EVALUACIÓN Unidad 1
1. Ordena adecuadamente los pasos que llevarían a un científico a desarrollar un trabajo. a) Realiza un experimento. b) Le llama la atención un fenómeno natural. c) Toma datos del experimento. d) Observa repetidamente el fenómeno.
2. ¿Cuáles serían las actitudes más adecuadas que debería tener un científico que inicia una investigación?
3. Indica de forma razonada si las siguientes afirmaciones acerca del método científico son ciertas o falsas. a) Todas las etapas del trabajo científico se suceden en el mismo orden. b) Antes de observar un fenómeno, se debe realizar una comprobación experimental. c) En un trabajo científico es necesario realizar medidas de las magnitudes que intervienen. d) Cuando una teoría científica es aceptada universalmente, no es necesario que sea revisada.
4. Siguiendo las etapas del método científico, explica cómo podrías llegar a la conclusión de que la densidad es una magnitud que depende de la masa y del volumen de un cuerpo (d = m/V ).
5. Completa el siguiente cuadro. Magnitud
Metro Masa s Kelvin Cantidad de sustancia Amperio cd
6. Expresa en el Sistema Internacional las siguientes cantidades. a) 2,5 mm Página fotocopiable
b) 1,3 ⋅ 10−6 km
c) 0,53 mg d) 3 h 40 min
7. ¿Cuál es la diferencia entre precisión y sensibilidad de un aparato de medida? ¿Tienen algo en común? Unidad 1
8. Indica el número de cifras significativas que permite conocer cada termómetro, señalando cuál de los dígitos es incierto. ¿De qué depende el número de cifras significativas? a) 36,8 °C
b) 35,52 °C
9. La densidad de un cuerpo es de 2,32 g/cm3. Sin embargo, al determinarla en el laboratorio hemos encontrado que es de 2,21 g/cm3. ¿Cuál es el error absoluto cometido? ¿Y el relativo? Expresa este último en tanto por ciento.
10. Se ha encontrado que para una masa de gas a presión constante (atmosférica), la relación entre la temperatura del gas y el volumen que ocupa viene dada por el siguiente gráfico.
a) Determina, a partir de la gráfica, qué volumen ocupará ese gas a 283 K y 303 K. b) ¿A qué temperatura debe encontrarse el gas para que ocupe 24 L?
11. A partir de la gráfica del ejercicio anterior, deduce la ecuación que reproduce la recta y enuncia una ley que la cumpla. Identifica cuál es la variable controlada en el experimento.
Propuestas de evaluación SOLUCIONES A LA PROPUESTA DE EVALUACIÓN 6. a) 2,5 ⋅ 10−3 m
1. a) Tercero. b) Primero.
b) 1,3 ⋅ 10−3 m
c) 5,3 ⋅ 10−7 kg
2. a) Contrastar las hipótesis planteadas. b) Ser flexible ante diferentes opiniones. c) Estar abierto a nuevas ideas. d) Ser riguroso en la medida de las magnitudes, etc. Criterio de evaluación 1.1 3. a) Falso. Solo son unas pautas que no tienen por qué repetirse cada vez que se realice un trabajo científico.
7. La precisión es el valor mínimo de la magnitud que puede apreciar. Cuanto más preciso es un instrumento, más finas son las divisiones de su escala y más cifras decimales proporciona. La sensibilidad es la capacidad para detectar variaciones de la magnitud que hay que medir. Los instrumentos más sensibles detectan variaciones más pequeñas. Tienen en común el hecho de que los instrumentos más precisos son también más sensibles.
b) Falso. La observación de un fenómeno conduce a la emisión de una hipótesis que debe comprobarse experimentalmente. c) Cierto. Las magnitudes nos permiten describir los fenómenos observados.
Criterio de evaluación 3.1
8. a) Dos cifras significativas; el 6 es incierto. b) Tres cifras significativas; el 5 es incierto.
d) Falso. El desarrollo de la ciencia ha demostrado que muchas teorías no eran correctas o podían modificarse.
En ambos casos, el número de cifras significativas depende del calibrado del termómetro.
4. 1.º Planteamiento del problema: ¿por qué dos cuerpos que tienen idéntica forma y tamaño no flotan igual en el agua?
2,32 + 2,21 2
2.º Formulación de hipótesis: la flotación no solo depende de la forma y el volumen, sino que interviene otra magnitud que es el peso.
3.º Comprobación de la hipótesis mediante experimentos: escogiendo varios cuerpos de idéntica forma y volumen, pero de materiales (y, por tanto, pesos) diferentes, se observa y se mide la diferente flotabilidad.
ε a = x1 − x = 2,32 − 2,27 = 0,05; εa 0,05 = = 0,02(2 %) x 2,27
4.º Establecimiento de leyes y teorías: existe una relación constante entre la masa y el volumen de un cuerpo, que se llama densidad. Criterio de evaluación 1.2
10. a) 23 L y 25 L, respectivamente. b) A 293 K.
El volumen de una masa fija de gas es directamente proporcional a su temperatura, siempre que la presión permanezca constante.
La variable controlada es la presión.
Criterio de evaluación 3.2
V = cte. = 0,082 T
EJERCICIOS PROPUESTOS 1. Justifica si la siguiente afirmación puede constituir una hipótesis científica: “El agua tiene color rojo a la temperatura de 30 °C”. Esta afirmación tiene coherencia lógica y se puede contrastar empíricamente, por lo que puede constituir una hipótesis científica válida, aunque sería refutada por la comprobación experimental. 2. ¿Cuándo una hipótesis se convierte en ley? Indica cuál es la forma habitual de expresar las leyes físicas y químicas. Una hipótesis es una conjetura verosímil (sin contradicciones evidentes) susceptible de ser contrastada, mientras que una ley es una hipótesis confirmada. Las leyes físicas y químicas se expresan generalmente en lenguaje matemático. 3. Expresa en unidades del SI las siguientes cantidades, utilizando potencias de 10. a) 23 Gm b) 45 mA c) 12 ns 9 10 −3 −2 b) 45 mA = 45 ⋅ 10 A = 4,5 ⋅ 10 A c) 12 ns = 12 ⋅ 10−9 s = 1,2 ⋅ 10−8 s a) 23 Gm = 23 ⋅ 10 m = 2,3 ⋅ 10 m 4. La intensidad luminosa de una pantalla TFT de un ordenador es de 0,5 kcd/cm2. Indica su intensidad luminosa en: b) cd/m2 a) cd/cm2 103 (cd) a) 0,5 kcd/cm2 = 500 cd/cm2 b) 0,5 kcd/cm2 = 0,5 ⋅ –4 2 = 5 ⋅ 106 cd/m2 10 (m ) 5. El radio de un átomo de boro es 0,000 000 000 08 m. a) Exprésalo en nanómetros. b) Escríbelo en metros utilizando la notación científica. b) 0,000 000 000 08 m = 8 ⋅ 10–11 m a) 0,000 000 000 08 m = 0,08 ⋅ 10–9 m = 0,08 nm 6. Un amperímetro tiene una escala que aprecia décimas de amperio. Interpreta el siguiente resultado de una medida: 3,4 ± 0,1 A La cifra ± 0,1 indica la incertidumbre de la medida, que coincide con la división más pequeña del instrumento. 7. Una barra de pan pesa 74,93 g. Expresa su peso con dos cifras significativas. 75 g 8. Indica en qué unidades se miden el error absoluto y el error relativo. El error absoluto se mide con la misma unidad que la de la magnitud medida. El error relativo es un número sin unidades. 9. Cinco alumnos han medido la altura de un compañero y han obtenido las siguientes medidas: 163 cm, 162 cm, 164 cm, 164 cm y 162 cm. Determina el valor más probable de su altura y halla el error absoluto y el relativo de cada medida. 18,4 + 17,9 + 18,1 + 18,3 + 18,6 = 18,3 s 5 Se toma como valor exacto el valor medio de las medidas. Con ello, el error absoluto y el error relativo de cada medida son: ε a1 0 ε a1 = x1 − x = 163 − 163 = 0; εr1 = = = 0 ⇒ 0% x 163 ε a2 1 ε a2 = x2 − x = 162 − 163 = −1 cm; εr 2 = = = 0,006 ⇒ 0,6% 163 x ε a3 1 ε a3 = x3 − x = 164 − 163 = 1 cm; εr 3 = = = 0,006 ⇒ 0,6% x 163 ε a4 1 ε a4 = x4 − x = 164 − 163 = 1 cm; εr 4 = = = 0,006 ⇒ 0,6% x 163 ε a5 1 ε a5 = x5 − x = 162 − 163 = −1 cm; εr 5 = = = 0,006 ⇒ 0,6% x 163 El valor medio de las medidas es: x =
SOLUCIONARIO 10. Queremos medir la variación de temperatura de una cierta cantidad de agua, que estamos calentando en el laboratorio. Recogemos medidas del termómetro cada segundo y obtenemos los siguientes valores: 20 °C, 25 °C, 30 °C, 35 °C, 40 °C, 45 °C, 50 °C y 55 °C. a) Identifica las variables del problema y ordena los datos en una tabla. b) Representa los datos en una gráfica. c) Determina gráficamente cuándo alcanzará el agua los 80 °C y qué temperatura tendrá a los 15 s. a) Las variables son la temperatura del agua y el tiempo. La tabla de los valores medidos es: 0
c) De forma gráfica se puede determinar que el agua alcanzará la temperatura de 80 °C para t = 12 s; del mismo modo, se determina que para t = 15 s la temperatura del agua será 95 °C.
8 9 Tiempo (s)
11. La longitud, L, de un muelle del que cuelga una masa, m, es: L = 0,20 + 0,05 m, donde L se mide en metros y m en kilogramos. Representa gráficamente esta expresión e interpreta la gráfica. 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0
8 9 m (kg)
m (kg) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
L (m) 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65
La longitud L del muelle varía con la masa m según la expresión anterior; si no se cuelga ninguna masa del muelle (m = 0), la longitud natural del muelle es 0,20 m.
12. En el ejercicio anterior: a) Identifica la variable dependiente y la variable independiente. b) Explica por qué se denominan así. La variable independiente es la masa m, porque sus valores pueden ser determinados en el experimento. La variable dependiente es la longitud L, porque sus valores dependen en cada momento del valor de la masa m.
TRABAJO EN EL LABORATORIO 1. Indica con cuántas cifras significativas se ha expresado cada medida realizada en la experiencia. Con el cronómetro: hasta 4 cifras significativas (dependiendo del tiempo medido). Con la regla graduada, que mide hasta milímetros: hasta 3 cifras significativas (dependiendo de la longitud medida). Con el calibrador, dependerá de la precisión del instrumento de medida. 2. Anota la incertidumbre de cada uno de los instrumentos de medida que has utilizado. La precisión de un instrumento de medida es el valor mínimo de la magnitud que puede apreciar.
SOLUCIONARIO ACTIVIDADES 13. Razona cuáles de las siguientes hipótesis pueden considerarse científicas y cuáles no: a) La presión atmosférica depende de la temperatura del aire. b) Los astros ejercen una influencia sobre los seres humanos que no se puede detectar por medios físicos. c) Los cuerpos materiales son metales o no lo son. d) El brillo de una bombilla depende del número de personas que se hallen en la habitación. e) Si se observa durante un tiempo suficiente, se verá la fusión de un bloque de hielo. a) Sí, porque es una conjetura verosímil (sin contradicciones evidentes) susceptible de contrastación experimental. b) No, porque no es susceptible de contrastación experimental. c) No, porque es una afirmación sin contenido informativo y que no explica nada, pues es cierta en todos los casos. d) Sí, porque es una conjetura verosímil (sin contradicciones evidentes) susceptible de contrastación experimental. Otra cuestión es que sea refutada por los datos experimentales. e) No, porque no es susceptible de refutación experimental: siempre se puede argumentar que si no se ha visto la fusión del hielo es porque no se ha observado el tiempo suficiente. 14. Señala cuáles serían las variables independientes, las variables dependientes y las variables controladas en la comprobación experimental de cada una de las siguientes hipótesis: a) Si se mantiene la temperatura constante, el volumen de un gas disminuye a medida que aumenta la presión. b) Si se mantiene la presión constante, el volumen de un gas aumenta si aumenta la temperatura. c) Para un grosor determinado, la resistencia eléctrica de un alambre conductor aumenta al aumentar su longitud. d) Para una temperatura dada, el grado de humedad del aire depende de la velocidad del viento. a) Variable independiente: presión; variable dependiente: volumen; variable controlada: temperatura. b) Variable independiente: temperatura; variable dependiente: volumen; variable controlada: presión. c) Variable independiente: longitud; variable dependiente: resistencia eléctrica; variable controlada: grosor. d) Variable independiente: velocidad del viento; variable dependiente: grado de humedad del aire; variable controlada: temperatura. 16. Expresa en unidades del SI las siguientes medidas: a) El grosor de una hoja de papel es 50 μm. b) La masa de una barra de pan es 120 g. c) Un ciclista tarda 1 min 22 s en recorrer una distancia de 1 km. d) Una revista tiene un área de 390 cm2. e) El volumen de una lata de bebida es 333 cm3. f) El volumen del líquido contenido en una botella de agua mineral es 75 mL. g) Un peatón camina con una velocidad de 90 cm/s. h) Un automóvil lleva una velocidad de 90 km/h. a) 50 μm = 50 ⋅ 10−6 m = 5 ⋅ 10−5 m b) 120 g = 0,120 kg c) 1 min 22 s = 60 s + 22 s = 82 s d) 390 cm2 = 390 ⋅ 10−4 m2 = 3,90 ⋅ 10−2 m2 e) 333 cm3 = 333 ⋅ 10−6 m3 = 3,33 ⋅ 10−4 m3 f) 75 mL = 75 ⋅ 10−3 L = 75 ⋅ 10−3 ⋅ 10−3 m3 = 7,5 ⋅ 10−5 m3 g) 90 cm/s = 90 ⋅ 10−2 m/s = 0,90 m/s h) 90 km/h =
90 000 (m) = 25 m/s 3600 (s)
17. El Sistema Internacional (SI) tiene unidades básicas y unidades derivadas. Consulta la página web www.esm.net/fq3eso19 y clasifica las siguientes unidades en básicas y derivadas. a) Metro cuadrado.
Unidades básicas: kilogramo, kelvin. Unidades derivadas: metro cuadrado, metro por segundo, vatio, julio. 24
SOLUCIONARIO 18. Para cada instrumento de medida, escribe la medida correspondiente con su incertidumbre. a)
a) 36,5 ± 0,1 °C
b) 24,08 ± 0,01 s
c) 0,4 ± 0,1 A
19. Indica cuántas cifras significativas tienen las siguientes medidas. a) Un atleta ha tardado 10,00 s en correr 100 m. b) La longitud de un bolígrafo es 0,141 m. c) La masa de un camión es 7200 kg. d) Una pila de bolsillo da una tensión de 1,5 V. a) 4 cifras significativas; los ceros después de la coma decimal son significativos. b) 3 cifras significativas. c) 2 cifras significativas; los dos últimos ceros no son significativos. d) 2 cifras significativas. 20. Indica cuál es la incertidumbre de los siguientes aparatos de medida. a) Una cinta métrica. b) El cronómetro de un reloj digital de pulsera. c) El reloj digital de un microondas. d) Una balanza utilizada en una frutería. e) Una balanza instalada en una farmacia para medir el peso de las personas. f ) Un termómetro de mercurio para medir la fiebre. g) Un termómetro instalado en la calle para medir la temperatura ambiente. h) Un dinamómetro graduado en décimas de newton. i) Una probeta graduada en mililitros (mL). a) 1 cm (en algunas cintas, 1 mm). d) 10 g (en modelos habituales). b) 0,1 s o 0,01 s según el tipo de reloj. e) 100 g (en modelos habituales). c) 1 s f ) 0,1 °C
g) 1 °C h) 0,1 N i ) 1 mL
21. Expresa en notación científica las siguientes medidas: a) La distancia de la Tierra a la Luna: 384 000 km. b) La masa del peso utilizado en las pruebas de atletismo: 7257 g. c) El récord de la prueba de 200 metros libres en las Olimpíadas de 2000: 19,30 s. d) El consumo mensual de electricidad en una vivienda: 1700 kilovatios-hora (kWh). c) 19,30 s = 1,930 ⋅ 101 s a) d = 384 000 km = 3,84 ⋅ 105 km 3 d) 1700 kW h = 1,7 ⋅ 103 kW h b) 7257 g = 7,257 ⋅ 10 g 22. Redondea a dos decimales las siguientes medidas: a) Un nadador ha recorrido la distancia de 50 m en un tiempo de 27,548 s. b) La longitud de una pila alcalina AA es 0,0485 m. c) La masa del peso utilizado en las pruebas de atletismo es 7,257 kg. d) La masa de un balón de fútbol es 0,432 kg. e) La superficie de una mesa es 1,621 m2. f) La potencia de una estufa eléctrica es 1,812 kilovatios (kW). Si el tercer decimal es 5 o mayor que 5, se aumenta una unidad el segundo decimal. Si es menor que 5, no se altera el segundo decimal: f) 1,81 kW a) 27,55 s b) 0,05 m c) 7,26 kg d) 0,43 kg e) 1,62 m2 La ciencia y su método. Medida de magnitudes
SOLUCIONARIO 23. Bartolomé ha medido las dimensiones de una moneda de 5 céntimos de euro con un calibrador que aprecia décimas de milímetro y ha obtenido las siguientes medidas: diámetro, 21,3 mm; grosor, 1,7 mm. Después ha encontrado en la página web de la Fábrica Nacional de Moneda y Timbre que las medidas exactas de esa moneda son 21,25 mm de diámetro y 1,67 mm de grosor. a) Calcula los errores absolutos de sus medidas. b) Halla los respectivos errores relativos. c) De las medidas de Bartolomé, ¿cuál tiene más calidad, la del diámetro o la del grosor? El error absoluto y el error relativo de cada medida son: , − 2125 , = 0,05 mm; Diámetro de la moneda: ε a = x − x = 213
εa 0,05 = = 0,00235 ⇒ 0,24% x 2125 ,
εa 0,03 = = 0,0180 ⇒ 1,80% x 167 , Tiene mayor calidad la medida de la longitud de la moneda porque el error relativo cometido es menor. , − 167 , = 0,03 mm; Grosor de la moneda: ε a = x − x = 17
25. Expresa con un número adecuado de cifras significativas las siguientes medidas. a) La masa (el peso) de un equipaje formado por tres maletas de 14,53 kg, 7,4 kg y 2 kg. b) La longitud final de un cable que medía inicialmente 45,62 m y al que se le han recortado 17,3 m. c) La superficie de una mesa que tiene 0,65 m de ancho y 1,32 m de largo. d) La velocidad de un automóvil que recorre 75,64 m en 3,5 s. a) 14,53 + 7,4 + 2 = 23,93. Como el resultado no debe tener más números a la derecha de la coma decimal que el dato que menos decimales tenga (2, que no tiene ningún decimal), se expresaría el resultado como 24 kg. b) 45,62 − 17,3 = 28,32. Por tanto, se expresaría el resultado como 28,3 m. c) 0,65 ⋅ 1,32 = 0,858. Como el resultado no debe superar en cifras significativas al dato con menor número de ellas (0,65), se expresaría el resultado como 0,86 m2. 75,64 d) = 21,611. Como el resultado no debe superar en cifras significativas al dato con menor número de ellas (3,5), 3,5 se expresaría el resultado como 22 m/s. 26. Cinco compañeros han medido simultáneamente el tiempo de caída de una piedra desde una cierta altura, anotando los resultados obtenidos por cada uno: 2,1 s; 2,3 s; 2,2 s; 2,5 s; 2,4 s. a) ¿Cuál es el tiempo de caída más probable? b) Determina el error absoluto de cada medida. 21 , + 2,3 + 2,2 + 2,5 + 2,4 = 2,3 s 5 b) Se toma como valor exacto el valor medio de las medidas. Así, el error absoluto cometido por cada observador es: ε a3 = x3 − x = 2,4 − 2,3 = 01 ,s ε a2 = x2 − x = 2,3 − 2,3 = 0 ε a1 = x1 − x = 21 , − 2,3 = −0,2 s a) El valor más probable del tiempo de caída de la piedra es: x =
ε a4 = x4 − x = 2,5 − 2,3 = 0,2 s
ε a5 = x5 − x = 2,4 − 2,3 = 01 ,s
27. Expresa correctamente en kilogramos la masa del aire contenido en una habitación que mide 4,5 m × 3,42 m × 2,68 m. Dato: la densidad del aire es 1,29 kg/m3. La masa de aire de la habitación es el producto de su volumen (largo × ancho × alto) por la densidad del aire: Masa: m = (4,5 ⋅ 3,42 ⋅ 2,68) ⋅ 1,29 = 4,5 ⋅ 3,42 ⋅ 2,68 ⋅ 1,29 = 53,206308. Como el resultado no debe superar en cifras significativas al dato con menor número de ellas (4,5), se expresaría el resultado como: m = 53 kg. 28. Justifica la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones: a) En el SI, el kilogramo es la masa de un litro de agua a 0 °C. b) El metro es la diezmillonésima parte del cuadrante del meridiano terrestre que pasa por París. c) La precisión de un instrumento está relacionada con su sensibilidad. d) La precisión de una cinta métrica es 1 mm. e) La masa se mide con la balanza. f ) El error de paralaje es un error aleatorio. 26
SOLUCIONARIO a) b) c) d) e) f)
Falsa. El kilogramo es la masa de un cilindro patrón de platino-iridio que se guarda en Sèvres (Francia). Falsa. El metro es la longitud recorrida por la luz en el vacío en 1/299 792 458 s. Verdadera. La precisión de un instrumento es una cualidad relacionada con la sensibilidad. Verdadera. La precisión de alguna cinta métrica es 1 mm. Verdadera. La balanza es un instrumento para medir la masa de los cuerpos. Falsa. El error de paralaje es un error sistemático.
29. Al medir la longitud de un campo de fútbol de 101,56 m se ha obtenido 102 m y al medir el espesor de un libro de 3,24 cm se ha obtenido 32 mm. Determina cuál de las dos medidas tiene mayor calidad. El error absoluto y el error relativo de cada medida son: , = 0,44 m; Longitud del campo de fútbol: ε a = x − x = 102 − 10156 Espesor del libro: ε a = x − x = 32,4 − 32 = 0,4 mm;
εa 0,44 = = 0,0043 ⇒ 0,43 % x 10156 ,
εa 0,4 = = 0,0123 ⇒ 123 , % x 32,4
Tiene mayor calidad la medida de la longitud del campo de fútbol porque el error relativo cometido es menor.
30. Carlos, Diana y Elena han medido la longitud de una mesa con una cinta métrica y han obtenido, respectivamente, las siguientes medidas: 120,0 cm; 119,3 cm; 119,1cm. Una medida precisa de la mesa había dado anteriormente una longitud de 119,6 cm. Si se considera esta medida como exacta: a) Calcula el error absoluto y el error relativo de cada medida e indica la mejor de las tres. b) Calcula qué longitud de la mesa hubieran considerado como más probable estas personas. a) El error absoluto y el error relativo de cada medida son: ε a1 = x1 − x = 120,0 − 119,6 = 0,4 cm;
ε a1
ε a2 = x2 − x = 119,3 − 119,6 = −0,3 cm;
εr 2 =
ε a3 = x3 − x = 1191 , − 119,6 = −0,5 cm;
εr 3 =
ε a2 x ε a3 x
0,4 = 0,0 0033 ⇒ 0,33 % 119,6 =
0,3 = 0,0025 ⇒ 0,25 % 119,6
0,5 = 0,0042 ⇒ 0,42 % 119,6
La mejor medida es la de Diana, 119,3 cm, porque es la que tiene un error relativo menor (0,25%). b) Habrían tomado el valor medio de las tres medidas: x =
120,0 + 119,3 + 1191 , = 119,5 cm 3
31. Construye una tabla de datos a partir de cada una de las siguientes expresiones y represéntalas: a) La distancia recorrida por un automóvil en los primeros segundos de su movimiento es e = 0,42t2 (e expresado en metros y t en segundos). b) El alargamiento, x, de un muelle del que se cuelga una masa, m, es x = 0,02 m (x en metros y m en kilogramos). c) El volumen de gas encerrado en un depósito con un émbolo móvil (a temperatura constante) se relaciona con 20 su presión con la expresión V = (V en litros y p en atmósferas). p a)
SOLUCIONARIO 32. La gráfica siguiente representa la longitud de un muelle en función de la masa de él suspendida.
a) Identifica el tipo de función matemática al que corresponde esta gráfica. b) ¿Cuál es la longitud natural del muelle (sin colgar de él ningún peso)? c) Indica la longitud del muelle si se suspende de él una masa de 0,5 kg. d) Escribe la función matemática que expresa la relación entre las variables. a) Función afín. b) L0 = 10 cm c) L = 13 cm d) L = 10 + 6m (L en cm, m en kg).
34. La tabla siguiente recoge la masa (en gramos) de un metal para distintos volúmenes (en centímetros cúbicos) del mismo. Masa
a) Representa gráficamente estos valores. b) Halla para ese metal la constante de proporcionalidad entre la masa y el volumen. c) Calcula la masa de 12 cm3 de este metal. a)
b) El cociente entre cada pareja de valores es 7,8. Por tanto: m (g) = 7,8V (cm3) c) m = 7,8 ⋅ 12 = 94 g
35. Justifica la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones: a) La gráfica correspondiente a una función inversa es una parábola. b) En cada eje de una gráfica debe indicarse la magnitud y la unidad que se mide. c) El trazado de una gráfica debe pasar por todos los puntos que se han dibujado. d) Las representaciones gráficas facilitan encontrar relaciones entre las variables investigadas. a) Falsa. La gráfica correspondiente a la función inversa es una hipérbola. b) Verdadera. Para interpretar una gráfica es necesario conocer las magnitudes representadas y las unidades utilizadas. c) Falsa. La línea que mejor se ajusta a los puntos no pasa por todos ellos; lo importante es que se ajuste al conjunto de todos, promediándolos por encima y por debajo. d) Verdadera. Muchas veces es difícil advertir la relación entre las variables hasta que se representan gráficamente. 28
SOLUCIONARIO 36. Gloria está interesada en comprobar las propiedades físicas de la moneda de 1 euro. En primer lugar, ha consultado en internet las características de esta moneda y ha anotado los valores oficiales establecidos: Diámetro: 23,25 mm
a) Expresa estos valores en unidades del SI. b) Señala las cifras significativas de cada uno de ellos. A continuación, Gloria se ha propuesto comprobar por sí misma las características de estas monedas. Ha medido y pesado en el laboratorio una moneda de 1 euro y ha obtenido los siguientes resultados: Diámetro: 23,3 mm
c) Indica los aparatos de medida que ha utilizado Gloria para obtener estos valores. d) Determina cuál es la precisión de estos aparatos. e) Halla el error absoluto cometido por Gloria en la medida del diámetro, del grosor y de la masa de la moneda de 1 euro. f ) Calcula los correspondientes errores relativos. g) ¿Cuál de las tres características ha sido medida por Gloria con mayor calidad? Después Gloria quiere calcular el volumen de una moneda de 1 euro. En primer lugar, halla el volumen a partir de los valores oficiales de la moneda mediante la expresión V = πr2h (r es el radio y h el grosor). Utilizando una calculadora, obtiene como resultado de la operación 989,217332 mm3. h) Escribe este resultado utilizando un número apropiado de cifras significativas. i ) Exprésalo en unidades del SI. A continuación, Gloria calcula el volumen utilizando la misma expresión pero usando sus propias medidas. Con ellas, obtiene con la calculadora un valor de 980,685061 mm3 para el volumen de la moneda. j ) Escribe este resultado utilizando un número apropiado de cifras significativas y exprésalo en unidades del SI. k) Calcula el error absoluto del valor hallado por Gloria a partir de sus medidas y su correspondiente error relativo. Gloria desea contrastar estos valores midiendo directamente el volumen de una moneda de 1 euro. Para ello toma una probeta graduada de 10 en 10 mL y vierte en ella 50 mL de agua. Introduce seguidamente en el agua 10 monedas de 1 euro y observa que el nivel del agua en la probeta sube hasta 60 mL. l ) ¿Cuál es la precisión de la probeta utilizada? m)¿Cuál es la incertidumbre de las medidas de volumen realizadas con esta probeta? n) ¿Por qué Gloria ha sumergido 10 monedas en el agua en lugar de sumergir una sola? o) ¿Qué valor del volumen de la moneda de 1 euro ha obtenido Gloria en esta medida directa? p) ¿Qué error absoluto y relativo tiene esta medida del volumen? q) Señala qué medida tiene mayor calidad de las realizadas por Gloria, la directa o la indirecta. Finalmente, Gloria consulta la composición de esta moneda en la web del Banco de España a través del enlace: www.e-sm.net/fq3eso20 r) ¿Qué información ha obtenido Gloria en esta búsqueda? a) Diámetro: 23,25 mm = 2,325 ⋅ 10−2 m
Grosor: 2,33 mm = 2,33 ⋅ 10−3 m
Masa: 7,50 g = 7,50 ⋅ 10−3 kg
b) Diámetro: 4 c.s.; grosor: 3 c.s.; masa: 3 c.s. (Los ceros del final, después de la cifra decimal son significativos). c) Para las medidas de longitud, apreciando décimas de milímetro, el nonius o el calibrador. Para la de masa, la balanza. d) Del nonius, 0,1 mm; de la balanza, 0,01 g. e) Diámetro: ε a = x − x = 23,3 − 23,25 = 0,05 mm Grosor: ε a = x − x = 2,3 − 2,33 = −0,03 mm Masa: ε a = x − x = 7,48 − 7,50 = −0,02 g εa
f ) Diámetro: εr = Grosor: εr = Masa: εr =
εa x
0,05 = 0,00215; 0,22% 23,25
0,03 = 0,0129; 129 , % 2,33
0,02 = 0,0027; 0,27% 7,50
SOLUCIONARIO g) La medida del diámetro, porque es la que tiene el menor error relativo. h) Como el resultado no debe superar en cifras significativas al dato con menor número de ellas (2,33 y 7,50), se expresaría el resultado como: V = 989 mm3. i ) 989 mm3 = 989 ⋅ 10−9 m3 = 9,89 ⋅ 10−7 m3 j ) Redondeando correctamente: 981 ⋅ 10−9 m3 = 9,81 ⋅ 10−7 m3 εa 8 = = 0,0081; 0,81% k) Error absoluto: ε a = x − x = 981− 989 = −8 mm3 Error relativo: εr = x 989 l ) La precisión de la probeta es el valor mínimo de volumen que puede apreciar: 10 mL. m) La incertidumbre es el máximo error con el que viene afectada la medida del volumen con la probeta: ±10 mL. n) Con este procedimiento tiene menos incidencia en la medida final el posible error de paralaje. Además, si mide el desplazamiento de una sola moneda, tendría una medida inferior a la precisión del aparato, por lo que no sería una medida apreciable ni fiable. o) Las diez monedas han desplazado 10 mL de agua (60 mL − 50 mL). Por tanto, el volumen de una moneda es 1 mL. p) El volumen de una moneda (1 mL) es igual a 1000 mm3. Por tanto: εa 11 = = 0,0111; 111 , % Error absoluto: ε a = x − x = 1000 − 989 = 11 mm3 Error relativo: εr = x 989 q) medida directa tiene mayor calidad (0,81%) que la indirecta (1,11%), porque su error relativo es menor. r) Composición: parte externa, níquel-latón; parte interna, cobre-níquel-níquel-cobre-níquel.
PON A PRUEBA TUS COMPETENCIAS APLICA LO APRENDIDO. Cómo se trabaja en el laboratorio 1. Explica el significado de los siguientes términos (puedes ayudarte con el diccionario): tóxico, corrosivo, irritante, inflamable. Tóxico: Sustancia cuya inhalación e ingestión, o absorción cutánea en pequeña cantidad, puede conducir a daños para la salud de magnitud considerable, eventualmente con consecuencias mortales. Corrosivo: Sustancia que destruye el tejido cutáneo en todo su espesor en el caso de piel sana, intacta. Irritante: Sustancia que, sin ser corrosiva, puede producir inflamaciones en caso de un contacto breve, prolongado o repetido con la piel o las mucosas. Inflamable: Sustancia que, por la acción breve de una fuente de calor, puede quemarse fácilmente y luego continuar quemándose o permanecer incandescente. 2. ¿Qué símbolo indica los productos peligrosos para el medio ambiente?
3. Indica qué magnitudes se miden con los siguientes instrumentos habituales en un laboratorio: cinta métrica, balanza analítica, cronómetro, probeta, pipeta, matraz aforado, termómetro, voltímetro y dinamómetro. Cinta métrica: longitud; balanza analítica: masa; cronómetro: tiempo; probeta, pipeta y matraz aforado: volumen; termómetro: temperatura; voltímetro: diferencia de potencial y dinamómetro: fuerza. 6. Analiza el contenido del siguiente vídeo realizado por Carl Sagan para la serie Cosmos en: http://www.esm.net/fq3eso22 y contesta: a) ¿Qué características del conocimiento científico se describen y valoran en este vídeo? b) Investiga sobre la vida y obra de Carl Sagan y valora su importancia como divulgador científico. a) Todas las suposiciones deben ser examinadas críticamente. Todo lo que no sea coherente con los hechos debe ser descartado o revisado. La ciencia es una herramienta que se corrige a sí misma. Se debe hacer un reconocimiento preliminar de lo que se quiere investigar; valorar las observaciones y respetar los hechos aunque parezcan estar en contra del saber convencional. Los científicos tienen cada vez mayor capacidad de visión, porque se apoyan en descubrimientos anteriores. La ciencia solo nos revela lo que ya existe. b) Carl Sagan a muy temprana edad ya se interesó por el cosmos y el porqué de todas las cosas, lo que más tarde le llevó a ser un pionero y un popular astrónomo, exobiólogo y divulgador científico. Toda su vida intentó acercar la ciencia, mostrándola como una manera de pensar y descubrir el mundo. En reconocimiento a su labor científica y de divulgación se le otorgaron numerosos premios por sus aportaciones al pensamiento humano. 30
SOLUCIONARIO LEE Y COMPRENDE. El vuelo de los murciélagos 1. ¿Qué sorprende en el vuelo de los murciélagos? La gran velocidad a la que cambian de dirección evitando los obstáculos y sin luz. 2. ¿Cómo se demuestra que los ojos de los murciélagos no son más eficaces por la noche? Soltando un grupo de murciélagos en una habitación a oscuras, que contenga obstáculos, y midiendo de alguna manera su habilidad para evitarlos. Luego se suelta en la habitación a los mismos murciélagos, pero con los ojos vendados. 3. ¿Cómo se demuestra que los oídos de los murciélagos están relacionados con su facilidad para volar evitando los obstáculos? Se puede comprobar esta hipótesis tapando los oídos de los murciélagos antes de soltarlos en el laboratorio de la prueba. 4. ¿Qué teoría sobre los animales cuestionan los murciélagos con su vuelo? La teoría de que los animales, al igual que los seres humanos, ven con los ojos. 5. ¿Por qué se dice en el texto que “hay necesidad de utilizar de nuevo la imaginación”? Porque hay que buscar una nueva conjetura, hipótesis o suposición. 6. ¿Por qué los murciélagos amordazados chocan con los obstáculos al volar? Porque no pueden emitir chillidos, con lo que no existirá un eco que puedan escuchar al rebotar en los objetos sólidos. 7. ¿Cómo se podría medir “de alguna manera su habilidad para evitar los obstáculos”? Contando el número de veces que un murciélago cambia de dirección en un tiempo determinado. 8. Explica (con la ayuda del diccionario) las palabras: eco, conjetura, suposición, falsada, plausible. Eco: Repetición de un sonido reflejado por un cuerpo duro. Conjetura: Juicio que se forma de las cosas o acaecimientos por indicios y observaciones. Suposición: Aquello que se da por sentado. Falsada: Se dice de una teoría cuando se descubre un hecho que la desmiente. Plausible: Atendible, admisible, recomendable. 9. Los murciélagos vuelan con facilidad evitando los obstáculos porque: a) Tienen los ojos débiles. b) Vuelan en la oscuridad. c) Vuelan a baja velocidad. d) Oyen el eco de sus propios chillidos. La respuesta correcta es la d). 10. Enumera las sucesivas hipótesis, suposiciones o conjeturas que se han formulado en el texto sobre el vuelo de los murciélagos. 1. Los murciélagos, al igual que otros animales, ven con los ojos. 2. Los oídos de los murciélagos tienen que ver, de algún modo, con su capacidad para evitar los obstáculos. 3. El murciélago escucha el eco de sus propios chillidos, que rebotan en los objetos sólidos. 11. Describe brevemente las etapas del método científico que se han seguido en la investigación descrita sobre el vuelo de los murciélagos. El primer paso ha sido delimitar el problema de investigación, para lo que se ha observado, de forma sistemática, un comportamiento y se ha intentado reproducir en el laboratorio identificando las variables pertinentes. En segundo lugar, se han formulado algunas suposiciones o conjeturas previas sobre las causas del fenómeno (previamente se habrá recabado información acerca del problema que se quiere estudiar). Posteriormente se han comprobado las hipótesis, diseñando experiencias que permitan conseguir las medidas necesarias y se han determinado las variables dependientes e independientes. Por último se ha establecido una teoría que explica el comportamiento estudiado. La ciencia y su método. Medida de magnitudes
Autoría: Mariano Remacha, Jesús A. Viguera, Antonio Fernández Roura, Alberto Sanmartín • Edición: Antonio Fernández-Roura • Corrección: David Blanco • Ilustración: Domingo Duque, Jurado y Rivas • Diseño: Pablo Canelas, Alfonso Ruano • Maquetación: Grafilia S.L. • Coordinación de diseño: José Luis Rodríguez • Coordinación editorial: Nuria Corredera • Dirección editorial: Aída Moya
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